(57)【要約】【課題】スロットル弁の開度調整機構、吸気特性変更機構、可変動弁機構等の空気系可変機構を備えた内燃機関において、故障時に、吸入空気量の調整を発振させず、比較的単純な制御により適切な退避走行できるようにする。【解決手段】吸入空気量を調整する開度調整機構及び可変動弁機構と、これらの機構とは異なる所定パラメータを調節することで吸入空気量を調整する吸気特性変更機構と、正常時にこれらの機構を協調制御する吸気量調整手段とを備える。更に、これら三種の機構における異常状態を検出する異常検出手段と、異常状態が検出時に、例えば、これら三種の機構のうち開度調整機構で吸入空気量の調整を行い、他の二種の機構については制御量を一定値に固定するように制御するフェイルセーフ手段とを備える。【選択図】  図４
2004293454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を調整する開度調整機構と、
前記内燃機関の吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性を可変とする可変動弁機構と、
前記スロットル弁の開度並びに前記吸気弁及び前記排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性とは異なるパラメータを調節することにより前記内燃機関の吸気特性を変更する吸気特性変更機構と、
前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を協調制御することにより前記燃焼室内に供給される吸入空気量を調整する吸気量調整手段と、
前記開度調整機構及び前記可変動弁機構における異常状態を検出する異常検出手段と、
該異常検出手段により前記開度調整機構及び前記可変動弁機構のうち一方について前記異常状態が検出された場合には、前記吸気量調整手段による協調制御に代えて、前記開度調整機構及び前記可変動弁機構のうち他方により前記吸入空気量を調整するように前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を制御するフェイルセーフ手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量調整装置。
【請求項２】
前記フェイルセーフ手段は、前記一方について前記異常状態が検出された場合には、前記一方及び前記吸気特性変更機構による制御量を当該内燃機関の運転条件によらずに一定値に固定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量調整装置。
【請求項３】
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を調整する開度調整機構と、
前記内燃機関の吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性を可変とする可変動弁機構と、
前記スロットル弁の開度並びに前記吸気弁及び前記排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性とは異なるパラメータを調節することにより前記内燃機関の吸気特性を変更する吸気特性変更機構と、
前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を協調制御することにより前記燃焼室内に供給される吸入空気量を調整する吸気量調整手段と、
前記吸気特性変更機構における異常状態を検出する異常検出手段と、
該異常検出手段により前記吸気特性変更機構について前記異常状態が検出された場合には、前記吸気量調整手段による協調制御に代えて、前記開度調整機構及び前記可変動弁機構のうち一方により前記吸入空気量を調整するように前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を制御するフェイルセーフ手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量調整装置。
【請求項４】
前記フェイルセーフ手段は、前記吸気特性変更機構について前記異常状態が検出された場合には、前記吸気特性変更機構並びに前記開度調整機構及び前記可変動弁機構のうち他方による制御量を当該内燃機関の運転条件によらずに一定値に固定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸入空気量調整装置。
【請求項５】
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を調整する開度調整機構と、
前記内燃機関の吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性を可変とする可変動弁機構と、
前記スロットル弁の開度並びに前記吸気弁及び前記排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性とは異なるパラメータを調節することにより前記内燃機関の吸気特性を変更する吸気特性変更機構と、
前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を協調制御することにより前記燃焼室内に供給される吸入空気量を調整する吸気量調整手段と、
前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構における異常状態を検出する異常検出手段と、
該異常検出手段により前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構のうち一つについて前記異常状態が検出された場合には、前記吸気量調整手段による協調制御に代えて、前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構のうち他の一つによって前記吸入空気量を調整するように前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を制御するフェイルセーフ手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量調整装置。
【請求項６】
前記フェイルセーフ手段は、前記一つについて前記異常状態が検出された場合には、前記一つ並びに前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構のうち残りの一つによる制御量を当該内燃機関の運転条件によらずに一定値に固定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸入空気量調整装置。
【請求項７】
前記フェイルセーフ手段は、前記吸気特性変更機構について前記異常状態が検出された場合には、前記開度調整機構により前記吸入空気量を調整するように前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の吸入空気量調整装置。
【請求項８】
前記フェイルセーフ手段は、前記一つとして前記可変動弁機構又は吸気特性変更機構について前記異常状態が検出された場合には、前記他の一つとして前記開度調整機構によって前記吸入空気量を調整するように前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を制御することを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の吸入空気量調整装置。
【請求項９】
前記一定値は、前記内燃機関の発生する排気ガス中の所定不純物の濃度が相対的に低くなる値であることを特徴とする請求項２、４又は６に記載の内燃機関の吸入空気量調整装置。
【請求項１０】
前記一定値は、前記内燃機関の部分負荷領域における運転状態に対応する値であることを特徴とする請求項２、４又は６に記載の内燃機関の吸入空気量調整装置。
【請求項１１】
前記吸気特性変更機構は、前記燃焼室内のスワールを調節することで前記吸入空気量を調整するスワールコントロールバルブ、前記燃焼室に至る吸気経路を調節することで前記吸入空気量を調整する可変吸気システム制御バルブ、並びに前記吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉タイミングを調節することで前記吸入空気量を調整するタイミング変更機構のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量調整装置。
【請求項１２】
（ｉ）内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を調整する開度調整機構、（ｉｉ）前記内燃機関の吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性を可変とする可変動弁機構並びに（ｉｉｉ）前記スロットル弁の開度並びに前記吸気弁及び前記排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性とは異なるパラメータを調節することにより前記内燃機関の吸気特性を変更する吸気特性変更機構を協調制御することにより、前記内燃機関の吸入空気量を調整する内燃機関の吸入空気量調整方法において、
前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構のうち一つについて異常が発生した場合に、前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構のうち他の一つのみによって前記吸入空気量を調整することを特徴とする内燃機関の吸入空気量調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の技術分野に属し、より詳細には、例えば、可変動弁機構と、スロットル弁の開度調整機構と、可変吸気システム、スワールコントロールバルブシステム（吸気流制御機構）等の吸気特性変更機構とから構成される空気系可変機構を利用して、吸入空気量或いは吸気量を調整する内燃機関におけるフェイルセーフ処理を実行するための内燃機関の吸入空気量調整装置及び方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関としては、吸入空気量或いは吸気量を調整するために、アクチュエータによりスロットル弁を開閉駆動する電子制御スロットル弁機構と、吸気弁或いは排気弁の開閉特性（開弁特性）の３つの構成要素、即ち、開閉タイミング、作用角及びリフト量のうち少なくとも一を変更可能な可変動弁機構と、例えば可変吸気システム、スワールコントロールバルブシステム（吸気流制御機構）等の吸気特性変更機構とを備えた複雑な空気系可変機構を採用した内燃機関の開発が進められている。具体的には、ドライバー（運転者）が操作するアクセル開度に応じた目標トルクを得るために、各種空気系可変機構のアクチュエータを協調制御して意図した目標吸入空気量を吸入するように制御している。
【０００３】
また前記開閉特性のうち作用角の変更機構としては、例えば、特許文献１に記載されているように、揺動カムを用いて吸気弁の作用角及びリフト量を連続的に変更する機構を例示することができる。
【０００４】
また、例えば、特許文献２に記載されているようにスロットル弁の開度調整機構の開度測定センサ（例えば、スロットルポジションセンサ）の故障時には開閉特性の構成要素のうち吸気弁の開閉タイミングを最も遅い時期に固定する技術が知られている。
【０００５】
また、例えば、特許文献３に記載されているように吸気弁の開閉特性の調節と、スロットル弁の開度調整機構（例えば、電子制御スロットル弁）で吸入空気量を調整する内燃機関において、スロットル弁の開度調整機構の故障時のフェイルセーフ処理として、吸気弁の開閉特性のうち作用角を最大側に固定する技術が知られている。
【０００６】
また、例えば、特許文献４に記載されているように水温計が故障時は、吸気弁の開閉タイミングを最も遅い時期に設定する技術が知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２６３０１５号公報
【特許文献２】
特開２００１−６５３７６号公報
【特許文献３】
特開平１０−１８４４０６号公報
【特許文献４】
特開２００１−６５３７４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の各種空気系可変機構のうち少なくとも１つの機構が故障した場合、吸入空気量の調整としては通常は想定していない設定となる場合がある。その場合に、開度調整機構と吸気特性変更機構と可変動弁機構との協調制御が発散してしまうため、内燃機関の運転状態が悪化し退避走行が不能となる可能性があるという技術的な問題点が有る。
【０００９】
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、例えばスロットル弁等の開度調整機構と、例えば可変吸気システム、スワールコントロールバルブシステム等の吸気特性変更機構と、例えば作用角変更機構、タイミング変更機構等の可変動弁機構との協調制御により、吸入空気量を調整する内燃機関において、これら三種類の機構のうち少なくとも１つの機構が故障或いは異常となった場合でも、当該内燃機関が適切に運転を継続することを可能ならしめる内燃機関の吸入空気量調整装置及び方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の主旨は、開度調整機構、可変動弁機構及び吸気特性変更機構の協調制御により、内燃機関の吸入空気量を調整する技術において、開度調整機構、可変動弁機構及び吸気特性変更機構のうち何れか一つに異常が発生した場合には、協調制御を禁止して、制御の発散を防止すると共に、正常な一つの機構により内燃機関の吸入空気量を好適に制御する点にある。
【００１１】
本発明の第１の内燃機関の吸入空気量調整装置は上記課題を解決するために、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を調整する開度調整機構と、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性を可変とする可変動弁機構と、前記スロットル弁の開度並びに前記吸気弁及び前記排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性とは異なるパラメータを調節することにより前記内燃機関の吸気特性を変更する吸気特性変更機構と、前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を協調制御することにより前記燃焼室内に供給される吸入空気量を調整する吸気量調整手段と、前記開度調整機構及び前記可変動弁機構における異常状態を検出する異常検出手段と、該異常検出手段により前記開度調整機構及び前記可変動弁機構のうち一方について前記異常状態が検出された場合には、前記吸気量調整手段による協調制御に代えて、前記開度調整機構及び前記可変動弁機構のうち他方により前記吸入空気量を調整するように前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を制御するフェイルセーフ手段とを備える。
【００１２】
本発明の第１の内燃機関の吸入空気量調整装置によれば、その動作時には、スロットル弁の開度調整機構、可変動弁機構及び吸気特性変更機構の三種類の機構が、吸気量調整手段により協調制御されることによって、燃焼室内に供給される吸入空気量は調整される。より具体的には、例えばアクセル開度に応じたスロットル弁の開度変化に伴う吸入空気量が吸気量測定装置で測定されつつ、開度調整機構により、スロットル弁の開度調整が行われる。これと同時に、可変動弁機構によって、吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性が調節される。ここに、本願発明に係る「開閉特性」とは、吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉タイミング、リフト量若しくはリフト量及びリフト期間（作用角）である。しかも、これらと同時に、例えばスワールコントロールバルブ、可変吸気システム制御バルブ、タイミング変更機構等の吸気特性変更機構によって、吸気特性に係る所定パラメータが調節される。ここに、本願発明に係る「吸気特性」とは、後述するスワールコントロールバルブの開度の調節量や、可変吸気システム制御バルブである例えば、有効吸気管の長さ、サージタンクの容量、吸気ポート又は吸気管の容積や断面積等の調節量や、吸気弁或いは排気弁の開閉タイミングを変更する位相角の調節量である。例えば、吸気量調整手段によって、エンジン回転数とドライバー（運転者）が操作するアクセル開度に応じた要求（目標）トルク等の運転状態を表すパラメータとに応じて、目標吸入空気量が決定される。この意図した目標吸入空気量を得るために、例えば予め設定されたパラメータテーブルに基づいて或いは予め設定された所定関数に従って、目標となる開閉特性等に係る各種制御量が決定される。これら目標となる各種制御量に合致するように、三種の空気系可変機構のアクチュエータは、吸気量調整手段によって協調制御される。そして、このような協調制御下で、内燃機関の運転が行われる。
【００１３】
ここで、例えばスロットル弁の開度調整機構について異常状態が発生すると、異常検出手段によって、当該異常が検出される。ここで検出される異常とは、具体的には、例えば、実際のスロットル弁の開度調整機構の開度と吸気量調整手段により指示されたスロットル弁の開度調整機構の開度との差が、所定閾値よりも大きい状態を意味する。或いは、例えば可変動弁機構について異常状態が発生すると、異常検出手段によって、当該異常が検出される。ここで検出される異常とは、例えば、開き側故障（即ち、何らかの原因によって吸気弁が通常時と比べて開く側に偏移して作動する又は該開く側に固定されてしまう故障）や、閉じ側故障（即ち、何らかの原因によって吸気弁が通常時と比べて閉じる側に偏移して作動する又は該閉じる側に固定されてしまう故障）がある。
【００１４】
異常検出手段によって、スロットル弁の開度調整機構及び可変動弁機構のうち一方について、このような異常が検出されると、吸気量調整手段による上述した三種類の機構に対しての協調制御に代えて、フェイルセーフ手段によって、開度調整機構及び可変動弁機構のうち異常が検出されていない他方により、即ち正常な開度調整機構又は可変動弁機構により、吸入空気量が調整される。尚、本発明では異常時に「フェイルセーフ手段」の制御下で、正常時に「吸気量調整手段」の制御下で、三種類の機構に対する制御が行われるが、これら「フェイルセーフ手段」及び「吸気量調整手段」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。
【００１５】
この結果、例えば、正常な可変動弁機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。或いは、例えば、正常なスロットル弁の開度調整機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。
【００１６】
ここに、本願発明に係る吸気特性変更機構の一具体例である「可変吸気システム（ＡＣＩＳ：Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）」とは、有効吸気管の長さや断面積を可変にすることで、広いエンジン回転の範囲で高い体積効率を得ようとする機構である。具体的には、前記可変吸気システムは、低速運転では、共鳴過給効果を利用することにより、低回転で体積効率を上げるように、有効吸気管の長さを長くしかつ断面積を小さくする。一方、高速運転では、慣性過給効果を利用することにより、高回転で体積効率を上げるように、有効吸気管の長さを短くしかつ断面積を大きくすることによって実現される。また同様の機能を保持するものとして、サージタンクの容量を可変とする機構も具体例としてあげられる。
【００１７】
また、本願発明に係る吸気特性変更機構の他の具体例である「スワールコントロールバルブシステム（ＳＣＶ：Ｓｗｉｒｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）」とは、吸気ポート内に設けられているバルブの向きを変えることによって吸気ポートを、燃料と空気を十分に混合するために横方向の渦流を生成するスワールポートとして機能させたり、普通のポートとして使用したりして、出力の向上と燃費の改善の両立を実現する機構である。また同様の機能を保持するものとして、縦方向の渦流を生成するタンブルポートとして機能する「タンブルコントロールバルブシステム（ＴＣＶ：Ｔｕｍｂｌｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）」も具体例としてあげられる。
【００１８】
更に、本願発明に係る吸気特性変更機構の他の具体例である吸気弁や排気弁の「タイミング変更機構（ＶＶＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）」とは、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを変更することによって吸気ポートを、エンジン回転数や要求トルクに応じて効率的な吸排気を実現するための機構であり、この機構によっても、吸入空気量の調整が可能である。本発明においては、このようなタイミング変更機構（ＶＶＴ）を、吸気特性変更機構の具体例として捉えることもできるが、本発明に係る吸気弁や排気弁の作用角或いはリフト量を可変とする可変動弁機構の一部又は全部として、当該タイミング変更機構（ＶＶＴ）を捉えることも可能である。
【００１９】
以上の結果、空気系可変機構を構成するスロットル弁の開度調整機構及び可変動弁機構のうち一方が故障しても、フェイルセーフ手段による制御下で、開度調整機構及び可変動弁機構のうち異常が検出されていない他方により、即ち正常な開度調整機構又は可変動弁機構により、吸入空気量が調整される。即ち、異常が発生していない機構による単純な吸入空気量の調整を実行することで、十分な退避走行が可能となる。言い換えれば、各種空気系可変機構のアクチュエータの協調制御の下で内燃機関の運転が行われるという、正常時に高燃費或いは高効率を図るのに適した構成を採用しつつ、異常時においても、十分な退避走行が可能となるので、本発明は実用上極めて有利である。
【００２０】
特に、三種類の機構のうち一つについて異常が認められる場合に、退避走行用に、残り２つの正常な機構により制御を行うのではなく、残り１つの正常な機構により制御を行うので、当該退避走行のための制御は、相対的に単純で済む。仮に、残り２つの正常な機構により制御を行うのであれば、両者間で協調制御を行う必要性が生じ、退避走行専用の各種制御量を特定するためのパラメータテーブルや専用関数が必要になる。例えば仮に、エンジンが低速回転時に、可変吸気システム制御バルブが開き故障を起こすと、実際の吸入空気量が多くなりエンジンの回転数は上昇する。エンジンの回転数が上昇すると、通常、目標吸入空気量は低く設定されるが、想定された条件ではないので、２つの正常な機構の１つであるスロットル弁の開度調整機構を閉じ側に駆動しすぎたり、もう１つの正常な機構である可変動弁機構を閉じ側に駆動しすぎたりして、ハンチング（即ち、エンジンのアイドル回転時に発生する周期的な振動）が起こる可能性がある。このため、異常に起因して効率的な走行は基本的に非常に困難或いは不可能である退避走行のために、異常の各種態様に応じた多数のパラメータテーブルや専用関数を用意せねばならず、全体として非常に無駄が多くなってしまうのである。これに対して、例えばスロットル弁の開度調整機構又は可変動弁機構など、一種類の機構による吸入空気量の調整を実現することは遥かに単純且つ容易であり、確実に実行可能となる。
【００２１】
このように本発明の第１の内燃機関の吸入空気量調整装置によれば、例えば、スロットル弁の開度調整機構、可変動弁機構及び吸気特性変更機構等のような空気系可変機構を複数持つ内燃機関において、より確実に退避走行を実行可能となる。
【００２２】
本発明の第１の内燃機関の吸入空気量調整装置の一態様では、前記フェイルセーフ手段は、前記一方について前記異常状態が検出された場合には、前記一方及び前記吸気特性変更機構による制御量を当該内燃機関の運転条件によらずに一定値に固定する。
【００２３】
この態様によれば、異常検出手段によってスロットル弁の開度調整機構及び可変動弁機構のうち一方について異常が検出されると、係る異常が検出された一方の機構による制御量だけでなく、前述したスワールコントロールバルブ、可変吸気システム制御バルブ等の吸気特性変更機構による制御量は、運転条件によらずに一定値に固定される。ここに、本願発明に係る「制御量」とは、スロットル弁の開度調整機構であれば、スロットル弁の開度の調整量を指し、可変動弁機構であれば、吸気弁の開閉特性の調節量を指し、吸気特性変更機構であれば、所定パラメータの調節量を指す。そして、フェイルセーフ手段による制御下で、このように制御量が一定値に固定された状態のまま、開度調整機構及び可変動弁機構のうち異常が検出されていない他方により、即ち正常な開度調整機構又は可変動弁機構により、吸入空気量が調整される。この結果、例えば、正常な可変動弁機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。或いは、例えば、正常なスロットル弁の開度調整機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。
【００２４】
以上の結果、空気系可変機構を構成するスロットル弁の開度調整機構又は可変動弁機構が故障しても、その異常が発生した機構のみならず、吸気特性変更機構についても各種制御量が固定されることで、且つ異常が発生していない機構による単純な吸入空気量の調整を実行することで、十分な退避走行が可能となる。
【００２５】
尚、このように異常が検出された機構及び吸気特性変更機構による制御量を一定値に固定するのに代えて、これら二種類の機構に対する制御を停止するように或いはこれら二種類の機構に対する制御停止によって該制御量が何らかの一定値（例えば、不知の値又はデフォールト値）に固定されるように構成することも可能である。更に、制御停止によって制御量が、何らかの所定値の付近又は所定範囲（例えば、不知の値又はデフォールト値の付近）で規則的若しくは不規則的に変動するように構成してもよい。このような構成により、上述の態様には劣るものの、異常時に一種類の機構に対する単純な制御に切り替えることによる相応の効果を得ることができる。そして、このように制御停止を伴う構成も、上述した本発明の第１の内燃機関の吸入空気量調整装置に係る技術的範囲に含まれる。
【００２６】
本発明の第２の内燃機関の吸入空気量調整装置は上記課題を解決するために、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を調整する開度調整機構と、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性を可変とする可変動弁機構と、前記スロットル弁の開度並びに前記吸気弁及び前記排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性とは異なるパラメータを調節することにより前記内燃機関の吸気特性を変更する吸気特性変更機構と、前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を協調制御することにより前記燃焼室内に供給される吸入空気量を調整する吸気量調整手段と、前記吸気特性変更機構における異常状態を検出する異常検出手段と、該異常検出手段により前記吸気特性変更機構について前記異常状態が検出された場合には、前記吸気量調整手段による協調制御に代えて、前記開度調整機構及び前記可変動弁機構のうち一方により前記吸入空気量を調整するように前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を制御するフェイルセーフ手段とを備える。
【００２７】
本発明の第２の内燃機関の吸入空気量調整装置によれば、その動作時には、上述した本発明の第１の内燃機関の吸入空気量調整装置の場合と同様に、吸気量調整手段による協調制御が実行されることによって燃焼室内に供給される吸入空気量は調整される。
【００２８】
ここで、本発明の第２の内燃機関の吸入空気量調整装置の場合には、例えば吸気特性変更機構について異常状態が発生すると、異常検出手段によって、当該異常が検出される。ここで検出される異常とは、具体的には、例えば実際の吸気特性変更機構に係る所定パラメータの実測値（直接測定された値又は間接的に測定或いは推定された値の両者を含む）と吸気量調整手段により指示された吸気特性変更機構の所定パラメータとの差が、所定閾値よりも大きい状態を意味する。
【００２９】
異常検出手段によって、吸気特性変更機構について、このような異常が検出されると、上述した三種類の機構に対する吸気量調整手段による協調制御に代えて、フェイルセーフ手段によって開度調整機構及び可変動弁機構のうち一方により、吸入空気量が調整される。この結果、例えば、正常なスロットル弁の開度調整機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。或いは、例えば、正常な可変動弁機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。
【００３０】
以上の結果、各種空気系可変機構のアクチュエータの協調制御の下で内燃機関の運転が行われるという、正常時に高燃費或いは高効率を図るのに適した構成を採用しつつ、異常時においても、十分な退避走行が可能となる。
【００３１】
本発明の第２の内燃機関の吸入空気量調整装置の一態様では、前記フェイルセーフ手段は、前記吸気特性変更機構について前記異常状態が検出された場合には、前記吸気特性変更機構並びに前記開度調整機構及び前記可変動弁機構のうち他方による制御量を当該内燃機関の運転条件によらずに一定値に固定する。
【００３２】
この態様によれば、異常検出手段によって、吸気特性変更機構について、異常が検出されると、係る異常が検出された吸気特性変更機構による制御量だけでなく、前述した開度調整機構及び可変動弁機構のうち他方による制御量は、運転条件によらずに一定値に固定される。そして、フェイルセーフ手段による制御下で、このように制御量が一定値に固定された状態のまま、前述した開度調整機構及び可変動弁機構のうち一方により、吸入空気量が調整される。
【００３３】
この結果、例えば、正常なスロットル弁の開度調整機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。或いは、例えば、正常な可変動弁機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。このように、吸気特性変更機構が故障しても、単純な吸入空気量の調整に切り替えることで、十分な退避走行が可能となる。
【００３４】
尚、このように制御量を一定値に固定するのに代えて、制御を停止するように或いは制御停止によって該制御量が何らかの一定値に固定されるように構成することも可能である。更に、制御停止によって制御量が、何らかの所定値の付近又は所定範囲で規則的若しくは不規則的に変動するように構成してもよい。
【００３５】
本発明の第３の内燃機関の吸入空気量調整装置は上記課題を解決するために、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を調整する開度調整機構と、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性を可変とする可変動弁機構と、前記スロットル弁の開度並びに前記吸気弁及び前記排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性とは異なるパラメータを調節することにより前記内燃機関の吸気特性を変更する吸気特性変更機構と、前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を協調制御することにより前記燃焼室内に供給される吸入空気量を調整する吸気量調整手段と、前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構における異常状態を検出する異常検出手段と、該異常検出手段により前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構のうち一つについて前記異常状態が検出された場合には、前記吸気量調整手段による協調制御に代えて、前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構のうち他の一つによって前記吸入空気量を調整するように前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を制御するフェイルセーフ手段とを備える。
【００３６】
本発明の第３の内燃機関の吸入空気量調整装置によれば、その動作時には、上述した本発明の第１の内燃機関の吸入空気量調整装置の場合と同様に、吸気量調整手段による協調制御が実行されることによって燃焼室内に供給される吸入空気量は調整される。
【００３７】
ここで、本発明の第３の内燃機関の吸入空気量調整装置の場合には、例えばスロットル弁の開度調整機構について異常状態が発生すると、異常検出手段によって、当該異常が検出される。或いは、例えば可変動弁機構について異常状態が発生すると、異常検出手段によって、当該異常が検出される。更に、例えば吸気特性変更機構について異常状態が発生すると、異常検出手段によって、当該異常が検出される。
【００３８】
異常検出手段によって、三種類の機構のうち一つについて、このような異常が検出されると、上述した三種類の機構に対する吸気量調整手段による協調制御に代えて、異常が検出されていないスロットル弁の開度調整機構、可変動弁機構及び吸気特性変更機構のうち他の一つにより、即ち正常な開度調整機構、可変動弁機構及び吸気特性変更機構のうち他の一つにより、吸入空気量が調整される。この結果、例えば、正常な可変動弁機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。或いは、例えば、正常なスロットル弁の開度調整機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。更に、例えば、正常な吸気特性変更機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。
【００３９】
以上の結果、正常時に高燃費或いは高効率を図るのに適した構成を採用しつつ、異常時においても、十分な退避走行が可能となる。
【００４０】
本発明の第３の内燃機関の吸入空気量調整装置の一態様では、前記フェイルセーフ手段は、前記一つについて前記異常状態が検出された場合には、前記一つ並びに前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構のうち残りの一つによる制御量を当該内燃機関の運転条件によらずに一定値に固定する。
【００４１】
この態様によれば、異常検出手段によって、スロットル弁の開度調整機構、可変動弁機構及び吸気特性変更機構のうち一つについて、異常が検出されると、係る異常が検出された機構による制御量だけでなく、異常が検出されていないスロットル弁の開度調整機構、可変動弁機構及び吸気特性変更機構のうち残りの一つによる制御量は、運転条件によらずに一定値に固定される。そして、フェイルセーフ手段による制御下で、このように制御量が一定値に固定された状態のまま、異常が検出されていないスロットル弁の開度調整機構、可変動弁機構及び吸気特性変更機構のうち他の一つにより、即ち正常な開度調整機構、可変動弁機構及び吸気特性変更機構のうち他の一つにより、吸入空気量が調整される。
【００４２】
この結果、例えば、正常な可変動弁機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。或いは、例えば、正常なスロットル弁の開度調整機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。更に、例えば、正常な吸気特性変更機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。このように、三種類の機構のいずれか一つが故障しても、単純な吸入空気量の調整に切り替えることで、十分な退避走行が可能となる。
【００４３】
尚、このように制御量を一定値に固定するのに代えて、制御を停止するように或いは制御停止によって該制御量が何らかの一定値に固定されるように構成することも可能である。更に、制御停止によって制御量が、何らかの所定値の付近又は所定範囲で規則的若しくは不規則的に変動するように構成してもよい。
【００４４】
本発明の第２の内燃機関の吸入空気量調整装置の他の態様では、前記フェイルセーフ手段は、前記吸気特性変更機構について前記異常状態が検出された場合には、前記開度調整機構により前記吸入空気量を調整するように前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を制御する。
【００４５】
この態様によれば、異常検出手段によって、吸気特性変更機構について、異常が検出されると、フェイルセーフ手段による制御下で、開度調整機構により、吸入空気量が調整される。この結果、例えば、正常なスロットル弁の開度調整機構により制御される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。
【００４６】
本発明の第３の内燃機関の吸入空気量調整装置の他の態様では、前記フェイルセーフ手段は、前記一つとして前記可変動弁機構又は吸気特性変更機構について前記異常状態が検出された場合には、前記他の一つとして前記開度調整機構によって前記吸入空気量を調整するように前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構を制御する。
【００４７】
この態様によれば、異常検出手段によって、可変動弁機構又は吸気特性変更機構について、異常が検出されると、フェイルセーフ手段による制御下で、異常が検出されていないスロットル弁の開度調整機構により、即ち正常な開度調整機構により、吸入空気量が調整される。この結果、例えば、正常なスロットル弁の開度調整機構により調整される吸入空気量とエンジンの回転数に応じて各気筒において燃料噴射制御が行われる。
【００４８】
本発明の第１、第２又は第３の内燃機関の吸入空気量調整装置の他の態様では、前記一定値は、前記内燃機関の発生する排気ガス中の所定不純物の濃度が相対的に低くなる値である。
【００４９】
この態様によれば、例えば作用角変更機構等の可変動弁機構の制御量である作用角は任意に固定され、スワールコントロールバルブ及び可変吸気システム制御バルブは閉じ側に固定され、タイミング変更機構によって吸気弁の開弁タイミングは最も遅く設定されると共に排気弁の閉弁タイミングは最も早く設定される。この結果、例えば吸気弁と排気弁とが同時に開いている時間、即ちバルブオーバーラップ量を最小或いは最小付近とすることで、燃焼排気ガスの吸気弁への吹き返し量を抑えることが可能となり、これにより、発生する排気ガス中の所定不純物の濃度を相対的に低くすることが可能である。このように、可変動弁機構、吸気特性変更機構及び開度調整機構のうちいずれか二つの制御量を一定値に固定する際に、排気ガス中におけるＮＯｘ等の所定不純物の濃度を低くなるように該二つの制御量を一定値に固定することによって、退避走行中における排気ガス特性の低下を大なり小なり抑制することができる。
【００５０】
本発明の第１、第２又は第３の内燃機関の吸入空気量調整装置の他の態様では、前記一定値は、前記内燃機関の部分負荷領域における運転状態に対応する値である。
【００５１】
この態様によれば、例えば作用角変更機構等の可変動弁機構の制御量である作用角は任意に固定され、スワールコントロールバルブ及び可変吸気システム制御バルブは閉じ側に固定され、タイミング変更機構によって吸気弁の開弁タイミングは最も遅く設定されると共に排気弁の閉弁タイミングは最も早く設定される。異常時における退避走行では、エンジンを高速回転や高負荷で運転させる必要性は殆どない。よって、本態様の如くエンジンを低回転数や低負荷で運転させることで、失火する可能性を低減しつつ、退避走行を実施することは、安全確実な退避走行を行う上で或いは排気ガス特性の低下を抑制する上で有利である。
【００５２】
本発明の第１、第２又は第３の内燃機関の吸入空気量調整装置の他の態様では、前記吸気特性変更機構は、前記燃焼室内のスワールを調節することで前記吸入空気量を調整するスワールコントロールバルブ、前記燃焼室に至る吸気経路を調節することで前記吸入空気量を調整する可変吸気システム制御バルブ、並びに前記吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉タイミングを調節することで前記吸入空気量を調整するタイミング変更機構のうち少なくとも一つを含む。
【００５３】
この態様によれば、正常動作時には、スワールコントロールバルブ、可変吸気システム制御バルブ、タイミング変更機構等の吸気特性変更機構によって、所定パラメータが調節されることで、スロットル弁の開度調整機構及び可変動弁機構と協調して、吸入空気量の調整が行われる。ここで、特に可変吸気システム制御バルブとしては例えば、有効吸気管長さを可変とするバルブ、サージタンクの容量を可変とするバルブ、若しくは吸気ポート又は吸気管の容積又は断面積を可変とするバルブ等がある。そして、このような吸気特性変更機構についての異常が検出されると、該吸気特性変更機構の制御量は一定値に固定される。或いは、可変動弁機構又は開度調整機構についての異常が検出されると、該吸気特性変更機構の制御量は一定値に固定される。
【００５４】
本発明の内燃機関の吸入空気量調整装置の制御方法は上記課題を解決するために、（ｉ）内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を調整する開度調整機構、（ｉｉ）前記内燃機関の吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性を可変とする可変動弁機構並びに（ｉｉｉ）前記スロットル弁の開度並びに前記吸気弁及び前記排気弁のうち少なくとも一方の開閉特性とは異なるパラメータを調節することにより前記内燃機関の吸気特性を変更する吸気特性変更機構を協調制御することにより、前記内燃機関の吸入空気量を調整する内燃機関の吸入空気量調整方法において、前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構のうち一つについて異常が発生した場合に、前記開度調整機構、前記可変動弁機構及び前記吸気特性変更機構のうち他の一つのみによって前記吸入空気量を調整する。
【００５５】
本発明の内燃機関の吸入空気量調整方法によれば、前述した本発明の第１、第２又は第３の内燃機関の吸入空気量調整装置の場合と同様に、正常時に協調制御による吸入空気量調整方法を採用しつつ、異常時においても、十分な退避走行が可能となる。
【００５６】
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更に明らかにされよう。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の吸入空気量調整装置の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。ここに、図１は、本発明を適用する内燃機関のシステム概要を示す図式的断面図である。尚、本実施形態では、内燃機関１００は、自動車などの車両に搭載される内燃機関であり、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エンジンからなる。
【００５８】
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吸入される空気が、エアフローメータ１８０及びスロットルポジションセンサ１７１付きの電子制御スロットル弁１７０を経由して、吸気管１６０からサージタンク１４０へ流れ、更に吸気ポート１２０内のスワールコントロールバルブ１３０を経由して、気筒１１０内の燃焼室１１３へ吸気されるように構成されている。吸気ポート１２０には、吸気ポート１２０を開閉する吸気弁１１１が設けられている。
【００５９】
ここで、サージタンク１４０は、吸気脈動を防止する機能を有し、サージタンク１４０の容量を可変とすることで、広いエンジン回転の範囲で高い体積効率が得られる。可変吸気システム制御バルブ１５０は、サージタンク１４０内を分割し、可変吸気システム制御バルブ開度センサ１５１付きの可変吸気システム制御バルブ１５０の開閉によって、有効に働く吸気管１６０の長さ（有効吸気管長）を変えることができる可変吸気システム（ＡＣＩＳ）を実現している。また、スワールコントロールバルブ開度センサ１３１付きのスワールコントロールバルブ１３０によって、スワール流が発生され、燃料の霧化や燃焼速度の向上或いはリーン燃焼の促進により退避走行時の燃費改善が図られる。
【００６０】
他方で、内燃機関１００の排気系は、排気ガスが、燃焼室１１３から排気ポート２２０、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、大気中へ排気されるように構成されている。排気ポート２２０には、排気ポート２２０を開閉する排気弁１１２が設けられている。
【００６１】
吸気弁１１１には、作用角変更機構２００及びタイミング変更機構２１０が設けられており、排気弁１１２にもこれらの機構が同様に設けられてもよい。
【００６２】
作用角変更機構２００は可変動弁機構１９０ごとに設けられており、吸気弁１１１のリフト量及びリフト期間（作用角）を変更する。作用角変更機構２００としては、例えば、揺動カムを用いて吸気弁１１１のリフト量及びリフト期間（作用角）を連続的に変更する機構を例示することができる。作用角検出センサ２０１は、吸気弁１１１の作用角を検出する。タイミング変更機構２１０は、可変動弁機構１９０ごとに設けられており、吸気弁１１１の開閉タイミングを変更する。タイミング変更機構２１０としては、例えば、図示しないクランクシャフトの回転に対する図示しないインテークカムシャフトの回転位相を連続的に変更する機構を例示することができる。位相角差検出センサ２１１は、図示しないクランクシャフトの回転に対する図示しないインテークカムシャフトの回転位相角差を検出するように構成されている。
【００６３】
次に、図２を参照して、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：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２５０について述べる。ここに、図２は、ＥＣＵ２５０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、ＥＣＵ２５０により制御される各種弁、駆動機構等とを示す概念図である。
【００６４】
図２において、ＥＣＵ２５０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る。このＥＣＵ２５０は、前述したエアフローメータ１８０、スロットルポジションセンサ１７１、可変吸気システム制御バルブ開度センサ１５１、スワールコントロールバルブ開度センサ１３１、作用角検出センサ２０１、位相角差検出センサ２１１及びアクセルポジションセンサ２３０に加え、内燃機関１００に取り付けられたクランクポジションセンサ２４０及び図示しない水温センサ等のその他のセンサなどの、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、スワールコントロールバルブ１３０の開度、可変吸気システム制御バルブ１５０の開度、電子制御スロットル弁１７０の開度、作用角変更機構２００のリフト量及びリフト期間（作用角）、タイミング変更機構２１０の開閉タイミング及びその他のアクチュエータを制御する。
【００６５】
次に、図３を参照して、内燃機関１００の吸入空気量を調整するためにＥＣＵ２５０がどのように各種アクチュエータを制御するかの概要について述べる。ここに図３は、ＥＣＵ２５０が目標トルクを得るために、各種アクチュエータを協調制御する様子を示す概念図である。
【００６６】
具体的には、ＥＣＵ２５０は、正常動作時には、スワールコントロールバルブ１３０と可変吸気システム制御バルブ１５０と電子制御スロットル弁１７０と作用角変更機構２００とタイミング変更機構２１０とを協調制御して、内燃機関１００の吸入空気量を所望の目標吸入空気量に収束させる制御（以下、目標吸入空気量制御と称する）を実行する。
【００６７】
目標吸入空気量制御では、ＥＣＵ２５０は、先ず内燃機関１００がアイドル運転状態にあるか否かを判別する。例えば、ＥＣＵ２５０は、アクセル開度が全閉状態にあり且つ車速が零であれば、内燃機関１００がアイドル運転状態にあると判定する。ここで、目標吸入空気量制御には、（１）非アイドル時制御及び（２）アイドル時制御の二種類の制御がある。以下これらについて順に説明する。
【００６８】
（１）非アイドル時制御：
目標吸入空気量制御では、ＥＣＵ２５０は、先ずクランクポジションセンサ２４０がパルス信号を出力する時間的間隔に従って機関回転数を算出するとともに、アクセルポジションセンサ２３０の出力信号値（アクセル開度）を読み込む。
【００６９】
続いて、ＥＣＵ２５０は、機関回転数とアクセル開度をパラメータとして、内燃機関１００の目標トルクを決定する。このような決定は、例えば、予め設定され且つＥＣＵ２５０の内蔵メモリ等に格納された、アクセル開度と目標トルクとの関係を規定するテーブル又は所定関数を用いることで迅速に行える。
【００７０】
続いて、ＥＣＵ２５０は、内燃機関１００の実際のトルクが目標トルクと一致するために必要な吸入空気量（目標吸入空気量）を決定する。その際、目標吸入空気量は、アクセル開度が大きく且つ機関回転数が高くなるほど増加するように設定される。
【００７１】
続いて、ＥＣＵ２５０は、目標吸入空気量をパラメータとして、スワールコントロールバルブ１３０の開度、可変吸気システム制御バルブ１５０の開度、電子制御スロットル弁１７０の開度と、吸気弁１１１の作用角と、クランクシャフトの回転に対するインテークカムシャフトの回転位相角差、即ち吸気弁１１１の開閉タイミングとを決定する。
【００７２】
続いて、ＥＣＵ２５０は、上記の決定された値を、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し、これらによって、スワールコントロールバルブ１３０の開度、可変吸気システム制御バルブ１５０の開度、電子制御スロットル弁１７０の開度、吸気弁１１１の作用角、及びクランクシャフトの回転に対するインテークカムシャフトの回転位相角差、即ち吸気弁１１１の開閉タイミングとを実際に稼動する。
【００７３】
（２）アイドル時制御：
通常のアイドル制御では、ＥＣＵ２５０は先ず、補機類の作動状態などから、アイドル時における目標機関回転数（ＮＥ）を決定する。そして、この決定した目標機関回転数（ＮＥ）をパラメータとして、吸入空気量を制御する。
【００７４】
本実施形態では特に、内燃機関１００の制御装置の一例を構成するＥＣＵ２５０は、可変動弁機構とスロットル機構と可変吸気システム等で構成される空気系可変機構に異常が発生した場合には、異常の態様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。
【００７５】
以下、図４を参照して、本実施形態におけるＥＣＵ２５０により制御されるフェイルセーフ処理について説明する。ここに、図４は、空気系可変機構フェイルセーフルーチンを示すフローチャート図である。この空気系可変機構フェイルセーフルーチンは、予めＥＣＵ２５０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ＥＣＵ２５０によって実行されるルーチンである。
【００７６】
本実施形態では以下に説明するように、本発明に係る「フェイルセーフ手段」及び「吸気量調整手段」の一例が、共通のＥＣＵ２５０から構成されている。他方、本発明に係る「異常検出手段」の一例が、図２に示した空気系可変機構に係る各種センサ及びＥＣＵ２５０から構成されている。
【００７７】
図４において先ず、ＥＣＵ２５０によって、例えば、スロットル弁の開度調整機構、可変動弁機構及び吸気特性変更機構等で構成される各種空気系可変機構に異常が発生している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、図２を参照して説明した作用角検出センサ２０１等の検出信号に基づきＥＣＵ２５０において実行される。具体的には、例えばＥＣＵ２５０によって、実際の各種空気系可変機構の制御量とＥＣＵ２５０が指示した各種空気系可変機構の制御量の差が算出され、該差が定められたフェイル検出範囲よりも大きいか否かが判定される。ここで該差が定められたフェイル検出範囲よりも大きい場合、即ち異常が検出された場合は、例えばダッシュボード等に設けられた表示装置や音響器等の警報装置によって、異常発生が運転者に知らされ（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、更に、電子制御スロットル弁１７０が故障なのかが判定される（ステップＳ１０２）。ここで、電子制御スロットル弁１７０が故障である場合は、表示装置や音響器等の警報装置によって、異常発生が運転者に知らされ（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、作用角変更機構２００のみで吸入空気量が調整される（ステップＳ１０３）。即ち、異常発生を知らされた運転者は通常、修理工場、整備工場等への退避走行を行う訳であるが、この場合の退避走行における吸入空気量は、正常時における協調制御により調整されるのではなく、作用角変更機構２００のみにより調整される。
【００７８】
続いて、スワールコントロールバルブ１３０が、開き側又は閉じ側に固定される。例えば、スワールコントロールバルブ１３０が、閉じ側に固定されることにより、スワール流が発生し、燃料の霧化や燃焼速度の向上或いはリーン燃焼の促進により退避走行時の燃費改善を図ることができる。また、ここで、スワールコントロールバルブ１３０の開度が、部分負荷運転領域に相当する開度に固定されてもよい（ステップＳ１０４）。更に、可変吸気システム制御バルブ１５０が開き側又は閉じ側に固定される。また、ここで、可変吸気システム制御バルブ１５０の開度が、部分負荷運転領域に相当する開度に固定されてもよい。例えば、フェイルセーフ手段の制御下で、有効吸気管長が長くなるように固定され、脈動効果が高められ、フェイルセーフ手段の制御下で、サージタンクの容量が小さく固定され若しくは吸気管又は吸気ポートの断面積が小さく固定されることで、吸気の流速が高められ、慣性効果が高められる。或いは、フェイルセーフ手段の制御下で、低速運転において、共鳴過給効果を利用することにより、低回転で体積効率を上げることが可能である（ステップＳ１０５）。更に、吸気弁のタイミング変更機構２１０が最遅角に、即ち吸気弁の開弁タイミングが最も遅く設定され（ステップＳ１０６）、更に、排気弁のタイミング変更機構２１０が最進角に、即ち排気弁１１２の閉弁タイミングが最も早く設定される（ステップＳ１０７）。尚、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７の処理により、排気弁１１２と吸気弁１１１とが同時に開いている時間、即ちバルブオーバーラップ量は最小となり、燃焼排気ガスの吸気弁１１１への吹き返し量は抑えられる。従って、エンジンの低回転数時或いは低負荷時において、失火する可能性は殆ど又は全く少ない。即ち、この場合には、異常時における退避走行用の制御が実行される。
【００７９】
他方、ステップＳ１０２の判定の結果、電子制御スロットル弁１７０が正常である場合は（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、更に、作用角変更機構２００が故障なのかが判定される（ステップＳ１０８）。ここで、作用角変更機構２００が故障である場合は、例えばダッシュボード等に設けられた表示装置や音響器等の警報装置によって、異常発生が運転者に知らされ（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、アクセル開度に応じた電子制御スロットル弁１７０のみで吸入空気量が調整される（ステップ：Ｓ１０９）。即ち、この場合の退避走行における吸入空気量は、正常時における協調制御により調整されるのではなく、電子制御スロットル弁１７０のみにより調整される。
【００８０】
続いて、前述したステップＳ１０４からステップＳ１０７の処理が実行される。即ち、この場合には、異常時における退避走行用の制御が実行される。
【００８１】
他方、ステップＳ１０８の判定の結果、作用角変更機構２００が正常である場合は（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、更に、スワールコントロールバルブ１３０、可変吸気システム制御バルブ１５０及びエアフローメータ１８０等の吸気特性変更機構が故障であるかどうかが判定される（ステップＳ１１０）。具体的には、ＥＣＵ２５０によって、実際のスワールコントロールバルブ１３０の開度とＥＣＵ２５０が指示したスワールコントロールバルブ１３０の開度との差が算出され、該差が定められたフェイル検出範囲よりも大きいか否かを判定する。可変吸気システム制御バルブ１５０についても同様の判定がされる。ここで、実際のスワールコントロールバルブ１３０の開度とＥＣＵ２５０が指示したスワールコントロールバルブ１３０の開度の差が定められたフェイル検出範囲よりも大きい場合には故障していると判定すると共に、例えばダッシュボード等に設けられた表示装置や音響器等の警報装置によって異常発生が運転者に知らされ（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、アクセル開度に応じた電子制御スロットル弁１７０のみで吸入空気量が調整される（ステップＳ１１１）。即ち、この場合の退避走行における吸入空気量は、正常時における協調制御により調整されるのではなく、電子制御スロットル弁１７０のみにより調整される。
【００８２】
続いて、作用角は任意に固定される（ステップＳ１１２）。尚、ステップＳ１１１及びステップＳ１１２のように作用角を任意に固定して、アクセル開度に応じた電子制御スロットル弁１７０のみで吸入空気量を調整した方が、電子制御スロットル弁１７０の開度を固定して、作用角変更機構２００のみで吸入空気量を調整する場合と比較して、吸入空気量の応答がゆるやかで車両ショックが出にくい点において有利である。加えて、少量の吸入空気量を調整しやすく、アイドル回転制御が簡単である点においても有利である。
【００８３】
続いて、吸気弁のタイミング変更機構２１０が最遅角に、即ち吸気弁の開弁タイミングが最も遅く設定され（ステップＳ１１３）、更に、排気弁のタイミング変更機構２１０が最進角に、即ち排気弁１１２の閉弁タイミングが最も早く設定される（ステップＳ１１４）。尚、ステップＳ１１３及びステップＳ１１４の処理により、排気弁１１２と吸気弁１１１とが同時に開いている時間、即ちバルブオーバーラップ量は最小となり、燃焼排気ガスの吸気弁１１１への吹き返し量は抑えられる。従って、エンジンの低回転数時或いは低負荷時において、失火する可能性は殆ど又は全く少ない。
【００８４】
続いて、他の吸気特性変更機構の制御量は固定される（ステップＳ１１５）。以上のようにして、異常時における退避走行用の制御が実行される。
【００８５】
他方、ステップＳ１０１の判定の結果、各空気系可変機構が正常である場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、及び、ステップＳ１１０の判定の結果、スワールコントロールバルブ１３０、可変吸気システム制御バルブ１５０及びエアフローメータ１８０等の吸気特性変更機構が正常である場合は（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、ＥＣＵ２５０において、アクセル開度に応じた電子制御スロットル弁１７０及び作用角変更機構２００の協調制御によって吸入空気量が調整される（ステップＳ１１６）。即ち、この場合には、退避走行用ではなく、正常走行用の制御が実行される。
【００８６】
このようにＥＣＵ２５０が図４に示すような空気系可変機構フェイルセーフルーチンを実行することにより、空気系可変機構に異常が発生した場合であっても、内燃機関１００の運転を継続させることが可能となり、内燃機関１００を搭載した車両が退避走行することが可能となる。しかも、運転者には異常或いは故障の発生が知らされるので、当該退避走行をそれとして行うことができ、異常時に例えば高速走行等の無理な走行が行われる事態を効果的に回避できる。更に、ＥＣＵ２５０は、退避走行時における内燃機関１００のドライバビリティー及び排気エミッションの悪化を最小限に抑制することが可能となる。
【００８７】
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なう内燃機関の吸入空気量調整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。
【００８８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、例えば、スロットル弁の開度調整機構と、可変吸気システム、スワールコントロールバルブシステム等の吸気特性変更機構と、作用角変更機構、タイミング変更機構等の可変動弁機構とから構成される空気系可変機構を備えた内燃機関において、少なくとも１つの機構に故障或いは異常が発生した場合、正常な一つの機構を利用して吸入空気量を制御する。従って、故障時或いは異常時にも、各種空気系可変機構の協調制御が発散することがなくなり、吸入空気量の調整が発振することもなくなる。この結果、比較的単純な制御により、内燃機関の運転を継続可能となり、以って適切な退避走行が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関のシステム概要を示す図式的断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る内燃機関の運転状態を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）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、駆動機構等とを示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態に係る内燃機関の電子制御ユニットが吸入空気量を調整する概要を示す概念図である。
【図４】本発明の実施形態に係る空気系可変機構フェイルセーフルーチンを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１００  内燃機関
１１０  気筒
１１１  吸気弁
１１２  排気弁
１１３  燃焼室
１２０  吸気ポート
１３０  スワールコントロールバルブ
１３１  スワールコントロールバルブ開度センサ
１４０  サージタンク
１５０  可変吸気システム制御バルブ
１５１  可変吸気システム制御バルブ開度センサ
１６０  吸気管
１７０  電子制御スロットル弁
１７１  スロットルポジションセンサ
１８０  エアフローメータ
１９０  可変動弁機構
２００  作用角変更機構
２０１  作用角検出センサ
２１０  タイミング変更機構
２１１  位相角差検出センサ
２２０  排気ポート
２３０  アクセルポジションセンサ
２４０  クランクポジションセンサ
２５０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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