(57)【要約】【課題】  過給圧調整手段に異常が発生した場合に好適な範囲内においてリーンバーン運転を許容して燃費の悪化や過給圧の過上昇等を抑制することを目的とする。【解決手段】  内燃機関１は、燃焼室２に吸入される空気の量を調整するためのスロットルバルブ１０と、燃焼室２に吸入される空気を過給するための過給機１５と、過給機１５による過給圧を調整するための可変ノズル機構ＶＮと、予め定められたリーンバーン許容域の範囲内で、混合気がリーンになるように空燃比を設定するＥＣＵ３０とを備え、ＥＣＵ３０は、可変ノズル機構ＶＮに異常が発生していると判断した場合、リーンバーン運転を実行する際の吸入空気量が、可変ノズル機構ＶＮを過給圧調整範囲の下限に設定した状態でスロットルバルブ１０を全開とした時の吸入空気量以下となるようにリーンバーン許容域を縮小する。【選択図】  図１
2005207398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内で燃料および空気のリーンな混合気を燃焼させるリーンバーン運転を実行可能な内燃機関において、
前記燃焼室に吸入される空気の量を調整するためのスロットルバルブと、
前記燃焼室に吸入される空気を過給するための過給機と、
前記過給機による過給圧を調整するための過給圧調整手段と、
予め定められたリーンバーン許容域の範囲内で、前記混合気がリーンになるように空燃比を設定する空燃比設定手段と、
前記過給圧調整手段に異常が発生したか否か判定する異常判定手段とを備え、
前記異常判定手段によって前記過給圧調整手段に異常が発生していると判断された場合、前記リーンバーン運転を実行する際の吸入空気量が、前記過給圧調整手段を過給圧調整範囲の下限に設定した状態で前記スロットルバルブを全開とした時の吸入空気量以下となるように前記リーンバーン許容域が縮小されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
所定の運転領域では、前記スロットルバルブを全開とした状態で前記過給圧調整手段を制御することにより、過給圧と共に前記燃焼室に吸入される空気の量が設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記過給圧調整手段に発生した異常が過給圧を増加させるものであると判断された場合、実際の吸入空気量が、前記過給圧調整手段を過給圧調整範囲の下限に設定した状態で前記スロットルバルブを全開とした時の吸入空気量を超えることがないように、前記スロットルバルブの開度の上限値が設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記過給圧調整手段は、前記過給機に含まれる可変ノズル機構であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記過給圧調整手段は、前記過給機に導入される排気ガスの量を調整するためのウェイストゲートバルブであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関。
【請求項６】
燃焼室に吸入される空気の量を調整するためのスロットルバルブと、前記燃焼室に吸入される空気を過給するための過給機と、前記過給機による過給圧を調整するための過給圧調整手段とを有し、前記燃焼室内で燃料および空気のリーンな混合気を燃焼させるリーンバーン運転を実行可能な内燃機関の運転方法において、
前記過給圧調整手段に異常が発生したと判断される際には、前記内燃機関に対する要求トルクに応じた吸入空気量が、前記過給圧調整手段を過給圧調整範囲の下限に設定した状態で前記スロットルバルブを全開とした時の吸入空気量以下となる場合にのみ、前記リーンバーン運転を許容することを特徴とする内燃機関の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室に吸入される空気を過給するための過給機を有し、燃焼室内で燃料および空気のリーンな混合気を燃焼させるリーンバーン運転を実行可能な内燃機関およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、内燃機関の低燃費化および高出力化を図る観点から、燃焼室内で燃料および空気のリーンな混合気を燃焼させるリーンバーン運転を実行可能な内燃機関の普及が進められている。このようなリーンバーン運転を実行可能な内燃機関では、過給機を用いて圧縮比や過給圧を高めることにより、リーンバーン運転の実行が許容される運転領域（以下、「リーンバーン許容域」という）を自然吸気式の内燃機関と比較して拡大することができる。そして、リーンバーン運転を実行可能な過給機付き内燃機関では、過給機に可変ノズル機構やウェイストゲートバルブ等の過給圧調整手段を適用し、スロットルバルブを開いた状態で過給圧調整手段を制御することによって要求トルクに対して不足する空気の量を過給によって補うことが、燃費や過給効率の面からみて有効である。
【０００３】
一方、過給圧を調整可能な過給機を備えた内燃機関では、過給圧調整手段に何らかのトラブルが発生し、過給圧の調整を良好に実行できなくなってしまうケースを想定しておく必要がある。このような過給圧調整手段の故障を考慮した技術としては、過給機による実過給圧を検出すると共に、所定の手順に従って過給圧の推定値（推定過給圧）を求め、実過給圧が推定過給圧よりも所定割合以上大きい状態が所定時間継続した場合、過給圧制御用部品の故障が発生したとみなして、リーンバーン運転を禁止するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、過給圧調整手段の故障時における機関制御手法を開示する文献として、次の特許文献２〜４が存在している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０９０５４３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１４７５号公報
【特許文献３】特開２０００−３４５８５２号公報
【特許文献４】特開平０１−４１６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、リーンバーン運転を実行可能な内燃機関において、過給圧調整手段に異常が発生して過給圧を調整できなくなった場合に、一律にリーンバーン運転を禁止してしまうのは、燃費の改善等の面から見て好ましいことではない。その一方で、過給圧調整手段に異常が発生した際に、何ら制限を設けることなくリーンバーン運転を許容したのでは、過給圧の過上昇等を招いてしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、過給圧調整手段に異常が発生した場合に好適な範囲内においてリーンバーン運転を許容し、過給圧調整手段に異常が発生した際の燃費の悪化や過給圧の過上昇等を抑制可能な内燃機関およびその運転方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による内燃機関は、燃焼室内で燃料および空気のリーンな混合気を燃焼させるリーンバーン運転を実行可能な内燃機関において、燃焼室に吸入される空気の量を調整するためのスロットルバルブと、燃焼室に吸入される空気を過給するための過給機と、過給機による過給圧を調整するための過給圧調整手段と、予め定められたリーンバーン許容域の範囲内で、混合気がリーンになるように空燃比を設定する空燃比設定手段と、過給圧調整手段に異常が発生したか否か判定する異常判定手段とを備え、異常判定手段によって過給圧調整手段に異常が発生していると判断された場合、リーンバーン運転を実行する際の吸入空気量が、過給圧調整手段を過給圧調整範囲の下限に設定した状態でスロットルバルブを全開とした時の吸入空気量以下となるようにリーンバーン許容域が縮小されることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関では、異常判定手段によって過給圧調整手段に異常が発生していると判断された場合、燃焼室内で燃料および空気のリーンな混合気を燃焼させるリーンバーン運転の実行が許容されるリーンバーン許容域が縮小される。そして、このように縮小されたリーンバーン許容域のもとでは、内燃機関に対する要求トルクに応じた吸入空気量が、過給圧調整手段を過給圧調整範囲の下限に設定した状態（過給圧調整手段が過給圧を下限値に設定し得る状態）でスロットルバルブを全開とした時の吸入空気量以下となる場合にのみ、リーンバーン運転が許容されることになる。
【０００９】
これにより、例えば可変ノズル機構（ノズル）またはウェイストゲートバルブが全開状態で固着してしまい、過給圧調整手段が過給圧調整範囲の下限にて故障してしまったとしても、スロットルバルブを制御することにより燃焼室に吸入される空気の量を要求トルクに応じるように正確に調整し得る範囲では、リーンバーン運転が許容されることになる。すなわち、過給圧調整手段が過給圧調整範囲の下限にて故障しても、スロットルバルブによって正確に空燃比を設定し得る範囲内でリーンバーン運転を許容することにより、燃費の低下を抑制することが可能となる。
【００１０】
同様に、例えば可変ノズル機構（ノズル）またはウェイストゲートバルブがほぼ全閉状態または中間開度で固着してしまい、過給圧調整手段が過給圧調整範囲の上限または中間にて故障してしまったような場合も、リーンバーン運転は、実際の吸入空気量が、過給圧調整手段を過給圧調整範囲の下限に設定した状態でスロットルバルブを全開とした時の吸入空気量以下となる場合にのみ許容される。これにより、過給圧調整手段が過給圧調整範囲の上限または中間にて故障している状態でのリーンバーン運転中に、過給圧が過剰に上昇してしまうことを抑制することが可能となる。
【００１１】
このように、この内燃機関では、過給圧調整手段に異常が発生した場合に好適な範囲内においてリーンバーン運転が実行されることから、過給圧調整手段に異常が発生した際の燃費の悪化や過給圧の過上昇等を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の内燃機関は、所定の運転領域にて、スロットルバルブを全開とした状態で過給圧調整手段を制御することにより、過給圧と共に燃焼室に吸入される空気の量が設定されるものであると好ましい。
【００１３】
このように構成される内燃機関では、リーンバーン許容域をより一層拡大すると共にポンピングロス（スロットリングロス）を低減させて燃費を向上させることが可能となる。そして、本発明は、このような内燃機関、すなわち、過給圧調整手段が機関出力（トルク）の制御に極めて重要な役割を担う内燃機関の性能や信頼性を向上させる上で極めて有用である。
【００１４】
更に、過給圧調整手段に発生した異常が過給圧を増加させるものであると判断された場合、実際の吸入空気量が、過給圧調整手段を過給圧調整範囲の下限に設定した状態でスロットルバルブを全開とした時の吸入空気量を超えることがないように、スロットルバルブの開度の上限値が設定されると好ましい。
【００１５】
このような構成を採用すれば、過給圧調整手段が過給圧調整範囲の上限または中間にて故障してしまったような場合に、過給圧が過剰に上昇してしまうことを極めて確実に抑制することが可能となる。
【００１６】
また、過給圧調整手段は、過給機に含まれる可変ノズル機構であると好ましく、過給圧調整手段は、過給機に導入される排気ガスの量を調整するためのウェイストゲートバルブであってもよい。
【００１７】
本発明による内燃機関の運転方法は、燃焼室に吸入される空気の量を調整するためのスロットルバルブと、燃焼室に吸入される空気を過給するための過給機と、過給機による過給圧を調整するための過給圧調整手段とを有し、燃焼室内で燃料および空気のリーンな混合気を燃焼させるリーンバーン運転を実行可能な内燃機関の運転方法において、過給圧調整手段に異常が発生したと判断される際には、内燃機関に対する要求トルクに応じた吸入空気量が、過給圧調整手段を過給圧調整範囲の下限に設定した状態でスロットルバルブを全開とした時の吸入空気量以下となる場合にのみ、リーンバーン運転を許容することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、過給圧調整手段に異常が発生した場合に好適な範囲内においてリーンバーン運転を許容し、過給圧調整手段に異常が発生した際の燃費の悪化や過給圧の過上昇等を抑制可能な内燃機関およびその運転方法の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明による内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、ガソリンを燃料とするＶ型多気筒（Ｖ型６気筒）エンジンとして構成されており、車両の走行駆動源として用いられると好適なものである。内燃機関１は、各シリンダブロックに形成された複数の燃焼室２の内部でガソリン等の燃料と空気との混合気を燃焼させ、ピストン３を往復移動させることにより動力を発生する。
【００２１】
内燃機関１の各シリンダヘッドには、燃焼室２ごとに、筒内に臨むインジェクタ４が配設されている。各インジェクタ４は、燃料ポンプ等を介して燃料タンクに接続されており、ガソリン等の燃料を対応する燃焼室２の内部に直接噴射する。また、内燃機関１の各シリンダヘッドには、点火プラグ５が燃焼室２ごとに配設されている。更に、内燃機関１の各シリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する一対の吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する一対の排気弁Ｖｅとが燃焼室２ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、動弁機構（図示省略）によって開閉させられる。この動弁機構は、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅの開閉タイミングを調整するための可変バルブタイミング機構と、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのリフト量を調整するための可変リフト機構とを有するものである。
【００２２】
ここで、内燃機関１のピストン３は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には、図示されない凹部が形成されている。そして、内燃機関１では、各燃焼室２内に空気を大量に吸入させた状態で、インジェクタ４からピストン３の凹部に向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。これにより、点火プラグ５の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）される。この結果、内燃機関１では、予め定められたリーンバーン許容域（図２の実線で囲まれた範囲内）にて、リーンな混合気を用いて安定したリーンバーン運転を実行することが可能となる。なお、このようなリーンバーン運転は、各燃焼室２内に燃料を直接噴射する場合のみならず、いわゆるポート噴射によっても実行可能であることから（均質リーンバーン運転）、本発明の内燃機関１は、ポート噴射式のエンジンとして構成されてもよい。
【００２３】
各燃焼室２の吸気ポートは、吸気マニホールド６を構成する吸気管６ａにそれぞれ接続され、各燃焼室２の排気ポートは、各バンクに設けられた排気マニホールド７を構成する排気管７ａにそれぞれ接続されている。吸気マニホールド６は、吸気ライン８の一端に接続されており、吸気ライン８には、ドライブバイワイヤ式等のスロッルバルブ（電子制御式スロットルバルブ）１０が組み込まれている。
【００２４】
一方、各排気マニホールド７は、それぞれ排気ライン９に接続されており、各排気ライン９の中途には、三元触媒を含む前段触媒装置１１が組み込まれている。２本の排気ライン９は、前段触媒装置１１の下流側において合流しており、この合流部には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１２が接続されている。各燃焼室２から排気弁Ｖｅを介して排出される排気ガス中の有害物質（ＮＯｘ等）は、これらの前段触媒装置１１および後段触媒装置１２によって処理または吸蔵される。
【００２５】
さて、本実施形態の内燃機関１は、リーンバーン運転の実行が許容されるリーンバーン許容域を拡大し、高出力化および低燃費化を達成すべく、更に、過給機（ターボチャージャー）１５を備えている。過給機１５は、内燃機関１の２つのバンクごとに設けられている。各過給機１５は、圧縮機インペラ（圧縮機要素）１６と、タービンインペラ（タービン要素）１７とを含むものである。圧縮機インペラ１６とタービンインペラ１７とは、回転軸１８により互いに連結されて一体化している。
【００２６】
本実施形態では、上述の吸気ライン８は、エアフローメータＡＦＭおよび図示されないエアクリーナ等を介して空気取込口（図示省略）に接続されると共に、図１に示されるようにエアフローメータＡＦＭの下流側で２方向に分流されており、２本の分流部８ａを有する。そして、これらの各分流部８ａには、上述の過給機１５の圧縮機インペラ１６を収容する圧縮機ケーシングが接続されている。吸気ライン８の２本の分流部８ａは、圧縮機ケーシングの下流側で再度合流しており、吸気ライン８には、当該下流側合流部とスロットルバルブ１０との間に位置するようにインタークーラ１４が組み込まれている。また、上述のタービンインペラ１７を収容するタービンケーシングは、各バンクの排気マニホールド７と前段触媒装置１１との間に組み込まれている。これにより、各燃焼室２から排出された排気ガスにより過給機１５のタービンインペラ１７が回転駆動されると、回転軸１８を介して圧縮機インペラ１６が回転し、圧縮機インペラ１６は、図示されないエアクリーナ等を介して流入した空気を圧縮して各燃焼室２に供給する。
【００２７】
過給機１５は、いわゆる可変ノズル型過給機として構成されており、図１に示されるように、タービンインペラ１７（タービンケーシング）の排気入口近傍に配された複数の可動ベーン１９と、各可動ベーン１９の傾きを調整するためのアクチュエータ２０とを含む。これらの可動ベーン１９およびアクチュエータ２０は、過給機１５による過給圧を調整するための可変ノズル機構（過給圧調整手段）ＶＮを構成する。すなわち、アクチュエータ２０を作動させて可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度を調整すれば、タービンインペラ１７の回転数が変化し、過給機１５による過給圧を所望値に設定することができる。
【００２８】
上述のように構成される内燃機関１は、制御手段として機能する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）３０を含む。ＥＣＵ３０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。上述の各インジェクタ４、各点火プラグ５、動弁機構、スロットルバルブ１０等は、それぞれＥＣＵ３０の入出力ポートに接続されており、これらはＥＣＵ３０によって制御される。同様に、過給機１５のアクチュエータ２０も、ＥＣＵ３０の入出力ポートに接続されており、ＥＣＵ３０によって制御される。また、吸気ライン８に組み込まれているエアフローメータＡＦＭも、ＥＣＵ３０の入出力ポートに接続されており、エアフローメータＡＦＭは、吸気ライン８に対する空気流入量を示す信号をＥＣＵ３０に与える。
【００２９】
更に、内燃機関１の吸気ライン８には、スロットルバルブ１０の出口近傍に吸気圧センサ２１が設置されている。吸気圧センサ２１は、各過給機１５によって過給され、スロットルバルブ１０によって流量調整された後、各燃焼室２に吸入される空気の圧力（過給機１５による実過給圧）を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ３０に与える。また、内燃機関１は、ノッキングを検出するノックセンサ（ノッキング検出手段）２２をシリンダブロックごとに有している。各ノックセンサ２２も、ＥＣＵ３０の入出力ポートに接続されており、それぞれノッキングによる高周波振動を検知してＥＣＵ３０に出力する。
【００３０】
加えて、内燃機関１の排気系統には、タービンケーシングと前段触媒装置１１との間に位置するように、空燃比センサ２３が配設されており、各前段触媒装置１１の出口近傍および後段触媒装置１２の出口近傍には、Ｏ２センサ２４が配置されている。これらのセンサ２３および２４も、ＥＣＵ３０の入出力ポートに接続されており、それぞれ検出値を示す信号をＥＣＵ３０に与える。更に、ＥＣＵ３０の入出力ポートには、アクセル位置センサ２５およびクランク角センサ２６等が接続されている。アクセル位置センサ２５は、図示されないアクセルペダルの踏込量（アクセル開度）を示す信号をＥＣＵ３０に与え、クランク角センサ２６は、内燃機関１のクランク角を示す信号をＥＣＵ３０に与える。
【００３１】
ＥＣＵ３０は、上述の各種センサ等からの信号に基づいて、スロットルバルブ１０の開度、インジェクタ４による燃料噴射量、点火プラグ５による点火タイミング、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのリフト量や開閉タイミング、過給機１５のアクチュエータ２０等を制御する。そして、本実施形態の内燃機関１では、リーンバーン許容域をより一層拡大する共にポンピングロス（スロットリングロス）を低減させて燃費や過給効率を向上させるために、ＥＣＵ３０が、予め定められた運転領域にて、スロットルバルブ１０を全開とした状態でアクチュエータ２０を作動させて可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度を調整することにより、過給圧と共に燃焼室２に吸入される空気の量を設定する。
【００３２】
すなわち、内燃機関１では、スロットルバルブ１０を全開とした状態でアクチュエータ２０を作動させて可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度を調整する運転領域として、図２に示されるように、上述のリーンバーン許容域のトルク上限側に含まれる過給圧制御リーンバーン領域と、過給圧制御リッチバーン領域とが定められている。ＥＣＵ３０は、過給圧制御リーンバーン領域では、スロットルバルブ１０を全開にした状態でアクチュエータ２０を作動させて過給機１５の過給圧を制御しながら各燃焼室２に供給される混合気がリーンになるように空燃比を設定する。また、ＥＣＵ３０は、過給圧制御リッチバーン領域では、アクチュエータ２０を作動させて過給機１５の過給圧を制御しながら各燃焼室２に供給される混合気の空燃比を理論空燃比以下に設定する。
【００３３】
このように、内燃機関１では、可動ベーン１９やアクチュエータ２０を含む可変ノズル機構（過給圧調整手段）ＶＮが機関出力（トルク）の制御において極めて重要な役割を担うことになるが、過給機１５では、熱やＰＭ物質等の影響により、可変ノズル機構ＶＮの可動ベーン１９が全開状態、中間開度または概ね全閉状態で固着してしまうことが起こり得る。従って、内燃機関１では、特にスロットルバルブ１０を全開にした状態で可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度を調整しながらリーンバーン運転を実行するに際して、このような可変ノズル機構ＶＮのトラブルによって過給圧の調整を良好に実行できなくなってしまうケースを想定しておく必要がある。
【００３４】
このため、内燃機関１では、その稼動中に図３および図４に示されるルーチンが所定時間おきに繰り返し実行され、このルーチンの過程で可変ノズル機構ＶＮ（可動ベーン１９）に異常が発生したか否かが判定される。そして、可動ベーン１９の固着が発生したと判断される場合には、可動ベーン１９の固着状態に応じた適切な制御が実行されることになる。
【００３５】
すなわち、図３等のルーチンの実行タイミングになると、ＥＣＵ３０は、まず、アクセル位置センサ２５からの信号に基づいてアクセル踏込量を取得すると共に、クランク角センサ２６からの信号に基づいて実際の機関回転数（実回転数）を取得し、所定の目標過給圧設定マップを用いて、アクセル踏込量と実回転数とに対応した目標過給圧を求める（Ｓ１０）。更に、ＥＣＵ３０は、Ｓ１０にて取得した目標過給圧を得るためにアクチュエータ２０を作動させて可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度を調整すべきか否か、つまり、内燃機関１を上述の過給圧制御リーンバーン領域または過給圧制御リッチバーン領域において作動させるべきか否か判定する（Ｓ１２）。Ｓ１２にて可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度を調整する必要がないと判断した場合、ＥＣＵ３０は、本ルーチンを一旦終了させ、本ルーチンの次の実行タイミングが到来するまで待機する。
【００３６】
これに対して、Ｓ１２にて可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度を調整すべきであると判断した場合、ＥＣＵ３０は、所定のマップあるいは所定の関数式を用いて、Ｓ１０にて取得した実回転数に対応するノズル全開時過給圧およびノズル全閉時過給圧を求める（Ｓ１４）。Ｓ１４にて求められるノズル全開時過給圧は、Ｓ１０にて取得された実回転数のもとで可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度が最大に設定された際（可変ノズル機構ＶＮを過給圧調整範囲の下限に設定した際）に得られると推定される過給圧である。また、Ｓ１４にて求められるノズル全閉時過給圧は、Ｓ１０にて取得された実回転数のもとで可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度が最小（概ね全開）に設定された際に（可変ノズル機構ＶＮを過給圧調整範囲の上限に設定した際）に得られると推定される過給圧である。
【００３７】
Ｓ１４にてノズル全開時過給圧およびノズル全閉時過給圧を求めると、ＥＣＵ３０は、吸気圧センサ２１からの信号に基づいて、各燃焼室２に吸入される空気の圧力、すなわち、過給機１５による実過給圧を取得する（Ｓ１６）。そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ１６にて取得した実過給圧がＳ１４にて求めたノズル全開時過給圧以下となっているか否か判定する（Ｓ１８）。ここで、同じ実回転数のもとで実過給圧がノズル全開時過給圧以下となるということは、可変ノズル機構ＶＮに過給圧を減少させる異常が発生していると考えられる。このため、Ｓ１８にて肯定判断を行った場合、ＥＣＵ３０は、可動ベーン１９が全開状態（開度最大の状態）で固着してしまい、可動ベーン１９を含む可変ノズル機構ＶＮがその過給圧調整範囲の下限にて故障していると判断し（Ｓ２０）、上述のリーンバーン許容域を縮小するための処理を実行する（Ｓ２２）。
【００３８】
Ｓ２２において、ＥＣＵ３０は、リーンバーン運転を実行する際の吸入空気量が、可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度を最大に設定した状態（可変ノズル機構ＶＮを過給圧調整範囲の下限に設定した状態）でスロットルバルブ１０を全開とした時の吸入空気量以下となるように、リーンバーン運転とリッチバーン運転との間で運転モードを切り換える際の閾値を規定するマップを書き換える。これにより、リーンバーン許容域は、図２の「スロットル全開＋ノズル全開」曲線（図２において破線で示される曲線）によって規定される範囲にまで縮小されることになる。
【００３９】
この結果、可動ベーン１９が全開状態で固着してしまい、可変ノズル機構ＶＮがその過給圧調整範囲の下限にて故障してしまったとしても、スロットルバルブ１０を制御することにより各燃焼室２に吸入される空気の量を要求トルクに対応するように正確に調整し得る範囲では、リーンバーン運転が許容されることになる。すなわち、内燃機関１では、可動ベーン１９を含む可変ノズル機構ＶＮが過給圧調整範囲の下限にて故障しても、スロットルバルブ１０によって正確に空燃比を設定し得る範囲内ではリーンバーン運転が許容されることになるので、燃費の低下を抑制することが可能となる。Ｓ２２にてリーンバーン許容域を縮小するための処理を実行すると、ＥＣＵ３０は、過給機１５の可変ノズル機構ＶＮの異常を知らせるための警告灯（図示省略）を点灯させ（Ｓ２４）、本ルーチンの次の実行タイミングが到来するまで待機する。
【００４０】
一方、Ｓ１８にて、実過給圧がＳ１４にて求めたノズル全開時過給圧を上回っていると判断した場合、ＥＣＵ３０は、Ｓ１６にて取得した実過給圧がＳ１４にて求めたノズル全閉時過給圧以上となっているか否か判定する（Ｓ２６）。ここで、同じ実回転数のもとで実過給圧がノズル全閉時過給圧以上となるということは、可変ノズル機構ＶＮに過給圧を増加させる異常が発生していると考えられる。このため、Ｓ２６にて肯定判断を行った場合、ＥＣＵ３０は、可動ベーン１９が概ね全閉状態（開度最小の状態）で固着してしまい、可動ベーン１９を含む可変ノズル機構ＶＮがその過給圧調整範囲の上限にて故障していると判断し（Ｓ２８）、この場合も、リーンバーン許容域を縮小するための処理を実行する（Ｓ３０）。
【００４１】
Ｓ３０においても、ＥＣＵ３０は、リーンバーン運転を実行する際の吸入空気量が、可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度を最大に設定した状態（可変ノズル機構ＶＮを過給圧調整範囲の下限に設定した状態）でスロットルバルブ１０を全開とした時の吸入空気量以下となるように、リーンバーン運転とリッチバーン運転との間で運転モードを切り換える際の閾値を規定するマップを書き換える。これにより、リーンバーン許容域は、図２の「スロットル全開＋ノズル全開」曲線（図２において破線で示される曲線）によって規定される範囲にまで縮小されることになる。
【００４２】
この結果、可動ベーン１９が概ね全閉状態で固着してしまい、可変ノズル機構ＶＮがその過給圧調整範囲の上限にて故障してしまったとしても、リーンバーン運転は、各燃焼室２への実際の吸入空気量（要求トルクに応じた吸入空気量）が、可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度を最大に設定した状態（可変ノズル機構ＶＮを過給圧調整範囲の下限に設定した状態）でスロットルバルブ１０を全開とした時の吸入空気量以下となる場合にのみ許容されることになる。
【００４３】
ここで、過給機１５の可変ノズル機構ＶＮが過給圧調整範囲の上限にて故障している場合、ある程度広い範囲においてスロットルバルブ１０を制御することにより各燃焼室２に吸入される空気の量を要求トルクに対応するように調整し得る。しかしながら、スロットルバルブ１０のみによって吸入空気量を調整する場合、各燃焼室２における混合気の空燃比がリーンに設定されているにも拘らず、必要以上に過給圧が上昇して、図２において二点鎖線で示されるように過剰なトルクが発生してしまうおそれがある。このため、本実施形態の内燃機関１では、Ｓ２６にて肯定判断がなされた場合、過給機１５の可変ノズル機構ＶＮが過給圧調整範囲の下限にて故障していると判断される場合と同一の範囲まで強制的にリーンバーン許容域が縮小される。これにより、内燃機関１では、過給機１５の可変ノズル機構ＶＮが過給圧調整範囲の上限にて故障している状態でのリーンバーン運転中に、過給圧の過上昇によって過剰なトルクが発生して車両のドライバビリティを悪化させてしまうことを抑制することができる。
【００４４】
Ｓ３０にてリーンバーン許容域を縮小するための処理を実行すると、ＥＣＵ３０は、各燃焼室２への実際の吸入空気量が、可変ノズル機構ＶＮを過給圧調整範囲の下限に設定した状態でスロットルバルブ１０を全開とした時の吸入空気量を越えることがないようにするために、予め定められているスロットルバルブ１０の開度の上限ガード（上限値）を設定する（Ｓ３２）。このように、可変ノズル機構ＶＮが過給圧調整範囲の上限にて故障してしまったと判断される場合には、更にスロットルバルブ１０の開度に制限（上限）を設定することにより、上述のような過給圧の過上昇を極めて確実に抑制することが可能となる。Ｓ３２の処理の後、ＥＣＵ３０は、過給機１５の可変ノズル機構ＶＮの異常を知らせるための警告灯（図示省略）を点灯させ（Ｓ３４）、本ルーチンの次の実行タイミングが到来するまで待機する。
【００４５】
また、Ｓ２６にて、実過給圧がＳ１４にて求めたノズル全閉時過給圧を下回っていると判断した場合、ＥＣＵ３０は、Ｓ１６にて取得した実過給圧がＳ１０にて求めた目標過給圧に所定のヒステリシスαを加えた値以下であるか否か判定する（Ｓ３６）。Ｓ３６にて実過給圧が目標過給圧にヒステリシスαを加えた値以下であると判断した場合、ＥＣＵ３０は、更に、Ｓ１６にて取得した実過給圧がＳ１０にて求めた目標過給圧から所定のヒステリシスαを減じた値以上であるか否か判定する（Ｓ３８）。Ｓ３６およびＳ３８にて肯定判断がなされる場合、実過給圧が目標過給圧に概ね一致していることになる。従って、この場合、ＥＣＵ３０は、可動ベーン１９を含む可変ノズル機構ＶＮに特に異常が発生していないと判断し、本ルーチンを一旦終了させ、本ルーチンの次の実行タイミングが到来するまで待機する。
【００４６】
これに対して、Ｓ３６において否定判断がなされる場合、実過給圧が目標過給圧に達していないことから、可動ベーン１９が開放側（開度が大きい側）で固着しているおそれがある。また、Ｓ３８にて否定判断がなされる場合、実過給圧が目標過給圧を超えていることから、可動ベーン１９が閉鎖側（開度が小さい側）で固着しているおそれがある。このため、Ｓ３６またはＳ３８にて否定判断をなした場合、ＥＣＵ３０は、可動ベーン１９が中間開度（最大開度と最小開度との間）で固着していると判断し（Ｓ４０）、この場合も、Ｓ３０にてリーンバーン許容域を縮小するための処理を実行する。
【００４７】
すなわち、可動ベーン１９が中間開度で固着してしまった場合も、各燃焼室２における混合気の空燃比がリーンに設定されているにも拘らず、必要以上に過給圧が上昇し、図２において二点鎖線で示されるように過剰なトルクが発生してしまうおそれがある。従って、このような場合においても、リーンバーン運転は、各燃焼室２への実際の吸入空気量（要求トルクに応じた吸入空気量）が、可動ベーン１９により形成される複数のノズルの開度を最大に設定した状態（可変ノズル機構ＶＮを過給圧調整範囲の下限に設定した状態）でスロットルバルブ１０を全開とした時の吸入空気量以下となる場合にのみ許容されることになる。
【００４８】
そして、可動ベーン１９が中間開度で固着したと判断される場合にも、ＥＣＵ３０は、各燃焼室２への実際の吸入空気量が、可変ノズル機構ＶＮを過給圧調整範囲の下限に設定した状態でスロットルバルブ１０を全開とした時の吸入空気量を越えることがないようにするために、予め定められているスロットルバルブ１０の開度の上限ガード（上限値）を設定する（Ｓ３２）。Ｓ３２の処理の後、ＥＣＵ３０は、過給機１５の可変ノズル機構ＶＮの異常を知らせるための警告灯（図示省略）を点灯させ（Ｓ３４）、本ルーチンの次の実行タイミングが到来するまで待機する。
【００４９】
このように、内燃機関１では、可変ノズル機構（過給圧調整手段）ＶＮに異常が発生した場合に好適な範囲内においてのみリーンバーン運転が実行されることになる。従って、可変ノズル機構ＶＮに異常が発生した際の燃費の悪化や過給圧の過上昇等を確実に抑制することができる。なお、上述の内燃機関１の過給機１５は、いわゆる可変ノズル型過給機に限られるものではなく、過給圧調整手段としてタービン容量を可変制御する他の機構（Ａ／Ｒ可変機構）等を含むものであってもよい。更に、過給機１５の過給圧を調整するための過給圧調整手段は、過給機１５のタービンインペラ１７に導かれる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブであってもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】図１の内燃機関の動作を説明するための特性図である。
【図３】図１の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】図１の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１  内燃機関
２  燃焼室
１０  スロットルバルブ
１５  過給機
１９  可動ベーン
２０  アクチュエータ
２１  吸気圧センサ
２５  アクセル位置センサ
２６  クランク角センサ
ＶＮ  可変ノズル機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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