(57)【要約】【課題】カム切り換え機構が故障し低速用カムへの切り換えが不能になった場合には、低速用カムを使用すべき運転領域で、筒内温度が上昇せず、ＨＣの排出量が増加し、燃費が悪化してしまう。【解決手段】正常時の筒内温度を目標筒内温度Ｔｔとして設定し（Ｓ３１４）、この筒内温度となるように予め実験的に測定したデータをもとに、正常時に比べＶＮＴの開度をより閉側に制御するための補正ステップ数ΔＶＮＴを、運転状態に応じて設定する（Ｓ３２０）。【選択図】　図７
2004076672.tif 000002
【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、燃焼室に送り込まれる過給圧を調整する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低速用カムであって、前記切換状態検知手段で検知されたカムが前記高速用カムとなる前記カム切換手段の故障時に、この内燃機関における筒内温度が、前記カム切換手段が正常に機能している場合における筒内温度に追従するように、前記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低速用カムであって、前記切換状態検知手段で検知されたカムが前記高速用カムとなる前記カム切換手段の故障時に、カム切換手段が正常に機能している場合に比べて、ＥＧＲ量を減少させるように、ＥＧＲ弁の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低速用カムであって、前記切換状態検知手段で検知されたカムが前記高速用カムとなる前記カム切換手段の故障時に、この内燃機関における筒内温度が、前記カム切換手段が正常に機能している場合における筒内温度に追従するように、前記スロットルバルブの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４】
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、
内燃機関の運転状態に応じて燃料の噴射時期を設定する噴射時期設定手段と、
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、
前記噴射時期設定手段は、
前記カム設定手段で設定されたカムが前記低速用カムであって、前記切換状態検知手段で検知されたカムが前記高速用カムとなる前記カム切換手段の故障時に、前記カム切換手段が正常に機能している場合に比べて、内燃機関に対する燃料噴射時期をより進角側に設定することを特徴とする内燃機関の出力制御装置。
【請求項５】
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、
内燃機関の運転状態に応じて、燃料の主噴射と、この主噴射に先立って実施する副噴射との各噴射量を設定する噴射量設定手段と、
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、
前記噴射量設定手段は、
前記カム設定手段で設定されたカムが前記低速用カムであって、前記切換状態検知手段で検知されたカムが前記高速用カムとなる前記カム切換手段の故障時に、前記カム切換手段が正常に機能している場合に比べて、前記副噴射の噴射量を増量させる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】
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。
【０００３】
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。そこで特開平４−２６９３５３号には、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
低速用カムを使用することによって、吸気のポンピングロスを増加させて筒内温度を上昇させ、これによってＨＣの排出を抑制するが、例えば、カム切り換え機構が高速用カム側で固着し、低速用カムへの切り換えが不能になった場合には、このような低速用カムの効果を発揮できず、筒内温度が所定の温度まで上昇しない状況となる。この結果、燃料の燃焼が不十分となってＨＣの排出が増加し、燃費が悪化してしまう。
【０００５】
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高速用カム側で固着した場合に、ＨＣ排出の増加や燃費の悪化を回避し得る内燃機関の出力制御装置を提供することにある。
【０００６】
【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、燃焼室に送り込まれる過給圧を調整する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低速用カムであって、切換状態検知手段で検知されたカムが高速用カムとなるカム切換手段の故障時に、この内燃機関における筒内温度が、カム切換手段が正常に機能している場合における筒内温度に追従するように、可変ノズルの開度を制御することを特徴とする。
【０００７】
高速用カムのプロフィルによってバルブ動作が規定されている状況では、排気バルブと吸気バルブが共に開状態となるバルブオーバーラップが大であり、内部（自己）ＥＧＲを増加させて燃焼温度を低下させている。従って、低速用カムを使用すべき運転領域で高速用カムが使用されると、筒内の燃焼温度が想定温度まで到達しない状況となる。一方、過給圧が増加すると筒内の燃焼温度が上昇する。そこで、ＶＮＴ制御手段では、低速用カムの使用領域において、高速用カムが使用された場合に低下する筒内温度分を上昇させるべく、過給圧を増加させる方向に可変ノズルの開度を制御する。
【０００８】
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低速用カムであって、切換状態検知手段で検知されたカムが高速用カムとなるカム切換手段の故障時に、カム切換手段が正常に機能している場合に比べて、ＥＧＲ量を減少させるように、ＥＧＲ弁の動作制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
前述したように、カム切換手段の故障によって、低速用カムを使用すべき運転領域で高速用カムが使用されると、低負荷領域でも、バルブオーバーラップが拡大した状態が維持されることになり、内部ＥＧＲ（自己ＥＧＲ：燃焼室内の残留ガス）の影響などによりＨＣ排出量が増加する。そこでＥＧＲ制御手段は、このように高速用カムが使用され続けた場合に生じる、内部ＥＧＲを考慮した好適なＥＧＲ量となるように、カム切換手段が正常に機能している場合に比べてＥＧＲ量を減少させるようにＥＧＲ弁の動作制御を行う。
【００１０】
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低速用カムであって、切換状態検知手段で検知されたカムが高速用カムとなるカム切換手段の故障時に、この内燃機関における筒内温度が、カム切換手段が正常に機能している場合における筒内温度に追従するように、スロットルバルブの動作制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
前述したように低速用カムを使用すべき運転領域で高速用カムが使用されると、筒内の燃焼温度が想定温度まで到達しない状況となる。一方、所定の運転状態においてスロットルバルブをどの程度開くことで過給圧（吸気圧）がどの程度上昇し、その結果、筒内温度がどの程度上昇するのかについて、予め実験的に求めることが可能である。そこで、スロットル制御手段では、低速用カムの使用領域において、高速用カムが使用された場合に低下する筒内温度分を上昇させるべく、スロットルバルブを開側に制御する。
【００１２】
請求項４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、内燃機関の運転状態に応じて燃料の噴射時期を設定する噴射時期設定手段と、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、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、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、噴射時期設定手段は、カム設定手段で設定されたカムが低速用カムであって、切換状態検知手段で検知されたカムが高速用カムとなるカム切換手段の故障時に、カム切換手段が正常に機能している場合に比べて、内燃機関に対する燃料噴射時期をより進角側に設定することを特徴とする。
【００１３】
前述したように低速用カムを使用すべき運転領域で高速用カムが使用されると、筒内の燃焼温度が想定温度まで到達しない状況となる。一方、所定の運転状態において、筒内温度が低下した分、燃料の噴射時期をどの程度早めることで、噴射された燃料が良好に燃焼するかについて、予め実験的に求めることが可能である。そこで、噴射時期設定手段では、このような実験結果などに基づいて、低速用カムを使用すべき運転領域で高速用カムが使用される状況の際に、正常時に運転状態に応じて設定される燃料噴射時期に比べて、より進角側に設定する。
【００１４】
請求項５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、内燃機関の運転状態に応じて、燃料の主噴射と、この主噴射に先立って実施する副噴射との各噴射量を設定する噴射量設定手段と、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、噴射量設定手段は、カム設定手段で設定されたカムが低速用カムであって、切換状態検知手段で検知されたカムが前記高速用カムとなる前記カム切換手段の故障時に、カム切換手段が正常に機能している場合に比べて、副噴射の噴射量を増量させることを特徴とする。
【００１５】
前述したように低速用カムを使用すべき運転領域で高速用カムが使用されると、筒内の燃焼温度が想定温度まで到達しない状況となる。一方、所定の運転状態において、筒内温度が低下した分、副噴射の燃料噴射量をどの程度増加させることで、確実な着火環境を形成できるかについて、予め実験的に求めることが可能である。そこで、噴射量設定手段では、このような実験結果などに基づいて、低速用カムを使用すべき運転領域で高速用カムが使用される状況の際に、正常時に運転状態に応じて設定される副噴射の燃料噴射量に比べて、増量させた噴射量を設定する。
【００１６】
【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。
【００１７】
第１の実施形態について説明する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、１０２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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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高速用カム側で固着した場合（低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。
【００３５】
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。
【００３６】
Ｓ３０２ではアクセル開度、エンジン回転数をそれぞれ読み込み、続くＳ３０４では、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、吸気圧の制御目標となる目標過給圧を算出する。そしてＳ３０６では、過給圧センサで検出された現状の過給圧を読み込み、続くＳ３０８では、Ｓ３０４で算出した目標過給圧とＳ３０６で読み込んだ現状の過給圧との偏差から、目標ＶＮＴステップ数ＶＮＴｂａｓｅ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パルス信号のステップ数として、目標ＶＮＴステップ数ＶＮＴｂａｓｅが設定される。
【００３７】
続くＳ３１０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、低速用カムを使用すべき領域となる、低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、現状の運転状態が低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、高速用カムの運転領域である場合には（Ｓ３１０で「Ｎｏ」）、この故障が高速用カム側で固着している状況であるため、特別な補正処理をすることなく、Ｓ３１２に進んで目標ＶＮＴステップ数ＶＮＴｂａｓｅを、今回のルーチンで設定する目標ＶＮＴステップ数ＶＮＴｔａｒｇｅｔとして設定する。そしてさらにＳ３２４に進んで、目標ＶＮＴステップ数ＶＮＴｔａｒｇｅｔ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。
【００３８】
これに対し、現状の運転状態が低速用カム領域の場合には（Ｓ３１０で「Ｙｅｓ」）、Ｓ３１４に進み、目標筒内温度Ｔｔを設定する。この目標筒内温度Ｔｔは、正常通りに低速用カムを使用した場合における気筒内の温度を、運転状態に応じて予め実験的に求めた値であり、アクセル開度、エンジン回転数、過給圧及び吸気温度をパラメータとするマップ上に、各運転状態に応じた筒内温度データを備えており、対応する各値をもとにこのマップを検索して設定する。
【００３９】
続くＳ３１６では、現状の筒内温度、すなわち本来、低速用カムを使用すべき運転領域で高速用カムを使用した場合における、気筒内の温度（筒内温度Ｔｏ）を推定する。この推定処理の際も同様に、低速用カム領域で高速用カムを使用した場合における気筒内の温度を、アクセル開度、エンジン回転数、過給圧及び吸気温度をパラメータとして、予め実験的に求めてマップ化しておき、このときの対応するパラメータをもとにマップ検索し、その結果を現状の筒内温度Ｔｏとして設定する。
【００４０】
続くＳ３１８では、目標筒内温度Ｔｔと現状の筒内温度Ｔｏとの偏差をΔＴとして設定してＳ３２０に進み、この偏差ΔＴを補うような、ＶＮＴの可変ノズルの開度を設定する。通常、低速用カムを使用すべき運転領域で高速用カムを使用した場合には、低速用カムを使用した場合に比べて筒内温度が低下するため、これを補うべく、過給圧を増加させるようにＶＮＴの可変ノズルの開度を閉側に制御する。ＶＮＴの制御ステップ数と筒内温度の変化状態との関係は、実験的に求めることが可能であり、アクセル開度、エンジン回転数、吸気温度の各条件を変化させて、予め実験的に求めておき、その結果を図８のようにチャート化しておく。例えば、この時点でのアクセル開度等から図８のグラフが特定され場合を想定すると、現状の筒内温度Ｔｏから筒内温度ΔＴだけ上昇させる場合の補正ステップ数ΔＶＮＴを、図８のチャートをもとに設定することができる。
【００４１】
このようにして、補正ステップ数ΔＶＮＴを設定した後、Ｓ３２２に進み、Ｓ３０８で設定した目標ＶＮＴステップ数ＶＮＴｂａｓｅと、Ｓ３２０で設定した補正ステップ数ΔＶＮＴとをもとに、今回のルーチンで設定する目標ＶＮＴステップ数ＶＮＴｔａｒｇｅｔを、ＶＮＴｔａｒｇｅｔ＝ＶＮＴｂａｓｅ＋ΔＶＮＴとして設定する。そしてＳ３２４に進んで、目標ＶＮＴステップ数ＶＮＴｔａｒｇｅｔ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。
【００４２】
このようにしてＶＮＴ制御処理を実行することにより、ＶＶＴが高速用カム側で固着する故障が発生した場合にも、この故障に伴って筒内温度が低下する事態を回避することが可能となり、ＨＣ排出量の増加や燃費の悪化を引き起こすことを防止できる。
【００４３】
第２の実施形態について説明する。
【００４４】
第２の実施形態では、ＶＶＴが高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９のフローチャートに沿って説明する。
【００４５】
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ＥＧＲ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ＥＧＲステップ数ＥＧＲｂａｓｅ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と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パルス信号のステップ数として、目標ＥＧＲステップ数ＥＧＲｂａｓｅが設定される。
【００４６】
続くＳ４０６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によって規定される運転状態が、低速用カムを使用すべき領域となる、低速用カム領域かを判断する。その結果、高速用カムの運転領域である場合には（Ｓ４０６で「Ｎｏ」）、この故障が高速用カム側で固着している状況であるため、特別な補正処理をすることなく、Ｓ４０８に進んで目標ＥＧＲステップ数ＥＧＲｂａｓｅを、今回のルーチンで設定する目標ＥＧＲステップ数ＥＧＲｔａｒｇｅｔとして設定する、この後Ｓ４２０に進み、目標ＥＧＲステップ数ＥＧＲｔａｒｇｅｔ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】
これに対し、現状の運転状態が低速用カム領域の場合には（Ｓ４０６で「Ｙｅｓ」）、Ｓ４１０に進み、故障時のマップにアクセスする。この故障時のマップは、低速用カム領域内において高速用カムを用いた場合の最適な目標ＥＧＲステップ数を、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たマップであり、概ね、低速用カム領域で低速用カムを正常に用いた場合に比べて、ＥＧＲ量を低下させるべく、目標ＥＧＲステップ数がより小さな値に設定されている。Ｓ４１０では、この故障時の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応じた目標ＥＧＲステップ数ＥＧＲｂａｓｅを再設定する。
【００４８】
さらにＳ４１２に進み、このときの内部ＥＧＲ量を考慮すべく、過給機２０に流入する前における現状の排気圧と、吸気マニホールド３２に接続される吸気通路内の圧力となる過給圧（吸気圧）とを読み込む。続くＳ４１４では、排気圧と過給圧とに応じた内部ＥＧＲ量を、予め実験的に求めたマップにアクセスして、このときの排気圧と過給圧とに応じた内部ＥＧＲ量を求める。そしてＳ４１６では、Ｓ４１４で算出した内部ＥＧＲ量の影響を考慮して、目標ＥＧＲステップ数ＥＧＲｂａｓｅに対する補正ステップ数αを設定する。ＥＣＵ１００には、アクセル開度、エンジン回転数及び内部ＥＧＲ量に応じた好適な補正ステップ数を予め実験的に求めて、３次元マップの形で備えており、Ｓ４１６では、このときのアクセル開度、エンジン回転数及び内部ＥＧＲ量をパラメータとして、このマップにアクセスすることで補正ステップ数αを設定する。なお、この補正ステップ数αの値は、正、負、ゼロの値を取り得る。
【００４９】
そして、続くＳ４１８では、目標ＥＧＲステップ数ＥＧＲｂａｓｅと補正ステップ数αとをもとに、今回のルーチンで設定する目標ＥＧＲステップ数ＥＧＲｔａｒｇｅｔを、ＥＧＲｔａｒｇｅｔ＝ＥＧＲｂａｓｅ−αとして設定する。そして、Ｓ４２０に進み、目標ＥＧＲステップ数ＥＧＲｔａｒｇｅｔ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。
【００５０】
このようにしてＥＧＲ制御を実行することで、ＶＶＴが高速用カム側で固着する故障が発生した場合にも、内部ＥＧＲの影響を考慮して好適なＥＧＲ量を設定することができるため、ＨＣ排出量の増加を抑制することが可能となる。
【００５１】
第３の実施形態について説明する。
【００５２】
前述したように、ＶＶＴの故障によって低速用カムの使用領域において高速用カムが使用された場合には、低速用カムの効果が発揮されず、正常時に比べて筒内温度が低下する。そこで、スロットルバルブ４４を正常時よりも、より開側に制御することで過給圧（吸気圧）を増加させ、この作用によって筒内温度を好適な温度まで上昇させる制御を実行する。
【００５３】
以下、ＶＶＴが高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。
【００５４】
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、アクセル開度に応じて目標ステップ数が規定された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。
【００５５】
続くＳ５０６では、Ｓ５０２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、低速用カムを使用すべき領域となる、低速用カム領域かを判断する。その結果、高速用カムの運転領域である場合には（Ｓ５０６で「Ｎｏ」）、この故障が高速用カム側で固着している状況であるため、特別な処理をすることなく、Ｓ５１０に進み、Ｓ５０４で設定した目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔ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。
【００５６】
これに対し、現状の運転状態が低速用カム領域の場合には（Ｓ５０６で「Ｙｅｓ」）、Ｓ５０８に進み、先のＳ５０４で設定されるスロットルバルブ４４の開度よりも、より大きな開度となるような故障時の目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔを、故障時の制御マップにアクセスして設定する。この故障時の制御マップは、低速用カム領域において高速用カムを使用した場合に、所定の筒内温度を得るために必要となる吸気圧を予め実験的に求めておき、その過給圧が得られる目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔ（＝スロットルバルブ４４の開度）を、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして規定した制御マップである。従って、Ｓ５０８では、故障時の制御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をもとに、故障時の目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔを設定する。この後、Ｓ５１０に進み、Ｓ５０８で設定した目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔ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。
【００５７】
このようにしてスロットルモータの制御処理を実行することにより、ＶＶＴが高速用カム側で固着する故障が発生した場合にも、この故障に伴って筒内温度が低下する事態を回避することが可能となり、ＨＣ排出量の増加や燃費の悪化を引き起こすことを防止できる。
【００５８】
第４の実施形態について説明する。
【００５９】
第４の実施形態では、ＶＶＴが高速用カム側で固着する故障が発生した場合に、燃料噴射制御で実行する処理について、図１１のフローチャートに沿って説明する。
【００６０】
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Ｓ６０２に進み、アクセル開度とエンジン回転数を読み込む。ＥＣＵ１００には、アクセル開度とエンジン回転数とに応じて、１組の（主噴射の燃料噴射量Ｑｍ、主噴射の燃料噴射時期Ｓｍ、噴射圧力ＰＣ）が予め規定された（Ｑｍ、Ｓｍ、ＰＣ）マップが記憶されており、続くＳ６０４では、Ｓ６０２で読み込んだアクセル開度とエンジン回転数とをもとに、（Ｑｍ、Ｓｍ、ＰＣ）マップから主噴射の燃料噴射量Ｑｍ、燃料噴射時期Ｓｍ及び主噴射の噴射圧力ＰＣを設定する。なお、ここで設定された噴射圧力ＰＣは、コモンレール１６から噴射される噴射圧力であり、後述するパイロット噴射の噴射圧力としても、この値がそのまま設定される。
【００６１】
また、ＥＣＵ１００には、主噴射の燃料噴射量Ｑｍとエンジン回転数とに応じて、主噴射の直前に燃料噴射が実行されるパイロット噴射（副噴射）の噴射時期Ｓｐと、パイロット噴射の燃料噴射量Ｑｐが規定されたマップが予め記憶されており、続くＳ６０６では、Ｓ６０４で設定された主噴射の燃料噴射量Ｑｍとエンジン回転数とをもとに、このマップから、対応するパイロット噴射の燃料噴射時期Ｓｐと、燃料噴射量Ｑｐとを設定する。
【００６２】
続くＳ６０８では、Ｓ６０２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、低速用カムを使用すべき領域となる、低速用カム領域かを判断する。その結果、高速用カムの運転領域である場合には（Ｓ６０８で「Ｎｏ」）、この故障が高速用カム側で固着している状況であるため、特別な処理をすることなく、Ｓ６１４に進み、Ｓ６０４及びＳ６０６で設定した各噴射条件に応じた制御信号を各インジェクタ２００に出力する。これにより、各インジェクタ２００からは、各噴射条件に応じた噴射時期、噴射量において、燃料が噴射される。
【００６３】
これに対し、現状の運転状態が低速用カム領域の場合には（Ｓ６０８で「Ｙｅｓ」）、Ｓ６１０に進み、燃料の噴射時期を進角させる補正処理を実行する。低速用カム領域において高速用カムを使用した場合に、燃料の噴射時期をどの程度進角させることで、気筒内で好適な燃焼状態となるのかを予め実験的に求めておき、この進角量ｓを、アクセル開度とエンジン回転数との組み合わせに応じて規定した進角補正マップをＥＣＵ１００内に備えている。従ってＳ６１０では、この進角補正マップにアクセスして、Ｓ６０２で読み込んだアクセル開度とエンジン回転数とをもとに、対応する進角量ｓを設定する。
【００６４】
続くＳ６１２では、Ｓ６１０で設定された進角量ｓをもとに、主燃料の燃料噴射時期Ｓｍに対して進角量ｓを加算した値を、主燃料の燃料噴射時期Ｓｍとして更新すると共に、パイロット噴射の燃料噴射時期Ｓｐに対して進角量ｓを加算した値を、パイロット噴射の燃料噴射時期Ｓｐとして更新する。そして、このような補正処理を実行した後、Ｓ６１４に進み、設定した各噴射条件に応じた制御信号を各インジェクタ２００に出力する。
【００６５】
このようにして燃料噴射制御を実行することにより、ＶＶＴが高速用カム側で固着する故障が発生した場合にも、ＨＣ排出量の増加や燃費の悪化を引き起こすことを防止できる。
【００６６】
第５の実施形態について説明する。
【００６７】
第４の実施形態では、ＶＶＴが高速用カム側で固着する故障が発生した場合に、燃料噴射時期を変更することで対応する場合について説明したが、第５の実施形態では、パイロット噴射の燃料噴射量を変更することで対応する制御処理について、図１２のフローチャートに沿って説明する。
【００６８】
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Ｓ７０２以降の処理が開始されるが、Ｓ７０２〜Ｓ７０８は、図１１で示したフローチャートにおけるＳ６０２〜Ｓ６０８と同一の処理であり、説明は省略する。
【００６９】
そして、Ｓ７０８の判断で、高速用カムの運転領域である場合には（Ｓ７０８で「Ｎｏ」）、この故障が高速用カム側で固着している状況であるため、特別な処理をすることなく、Ｓ７１４に進み、Ｓ７０４及びＳ７０６で設定した各噴射条件に応じた制御信号を各インジェクタ２００に出力する。これにより、各インジェクタ２００からは、各噴射条件に応じた噴射時期、噴射量において、燃料が噴射される。
【００７０】
これに対し、現状の運転状態が低速用カム領域の場合には（Ｓ７０８で「Ｙｅｓ」）、Ｓ７１０に進み、燃料の噴射量を増量する補正処理を実行する。低速用カム領域において高速用カムを使用した場合に、パイロット噴射の燃料量をどの程度増量させることで、気筒内で好適な燃焼状態となるのかを予め実験的に求めておき、この増量分ｑを、アクセル開度とエンジン回転数との組み合わせに応じて規定した増量補正マップをＥＣＵ１００内に備えている。従ってＳ７１０では、この増量補正マップにアクセスして、Ｓ７０２で読み込んだアクセル開度とエンジン回転数とをもとに、対応する増量分ｑを設定する。
【００７１】
続くＳ７１２では、Ｓ７１０で設定された増量分ｑをもとに、パイロット噴射の燃料噴射量Ｑｐに対して増量分ｑを加算した値を、パイロット噴射の燃料噴射量Ｑｐとして更新する。そして、このような補正処理を実行した後、Ｓ７１４に進み、設定した各噴射条件に応じた制御信号を各インジェクタ２００に出力する。
【００７２】
このようにして燃料噴射制御を実行することにより、ＶＶＴが高速用カム側で固着する故障が発生した場合にも、ＨＣ排出量の増加や燃費の悪化を引き起こすことを防止できる。
【００７３】
以上説明した第４及び第５の実施形態では、燃料の噴射時期と燃料の噴射量とを個別に変更する場合について説明したが、ＶＶＴが高速用カム側で固着する故障に対応する制御処理として、例えば、主燃料の燃料噴射量及び燃料噴射時期を変更することなく、パイロット噴射の燃料噴射時期と燃料噴射量との双方を変更することも可能である。この場合も、この故障に対応する好適なパイロット噴射の燃料噴射時期と燃料噴射量とを実験的に求めておき、アクセル開度とエンジン回転数との組み合わせに応じて規定したマップにアクセスすることで、パイロット噴射の燃料噴射時期と燃料噴射量とをそれぞれ設定する。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項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、低速用カム領域で高速用カムが使用された場合にも、過給圧（請求項１）、ＥＧＲ量（請求項２）、スロットルバルブ開度（請求項３）、燃料噴射時期（請求項４）、燃料噴射量（請求項５）をそれぞれ調整することで、気筒内で好適な燃料状態を形成することができるため、このような故障が発生した場合にも、ＨＣ排出の増加や燃費の悪化を回避し得る内燃機関の出力制御装置を提供すること可能となる。
【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チャートである。
【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機構が高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】筒内温度の上昇分とＶＮＴ目標ステップ数との関係を規定したチャートである。
【図９】ＶＶＴ機構が高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１０】ＶＶＴ機構が高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。
【図１１】ＶＶＴ機構が高速用カム側で固着した場合に実行される、燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】ＶＶＴ機構が高速用カム側で固着した場合に実行される、燃料噴射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…スロットルバルブ。
【図１】
2004076672.tif 000003
【図２】
2004076672.tif 000004
【図３】
2004076672.tif 000005
【図４】
2004076672.tif 000006
【図５】
2004076672.tif 000007
【図６】
2004076672.tif 000008
【図７】
2004076672.tif 000009
【図８】
2004076672.tif 000010
【図９】
2004076672.tif 000011
【図１０】
2004076672.tif 000012
【図１１】
2004076672.tif 000013
【図１２】
2004076672.tif 000014