(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動アクチュエータを用いて内燃機関の機関弁の開弁特性を変更する可変動弁機構の制御装置であって、
前記開弁特性の目標値と実際の開弁特性とに基づいて前記電動アクチュエータの通電操作量を設定する制御手段と、
前記通電操作量が閾値以上の状態が判定期間以上に継続したときに、前記可変動弁機構における故障の発生を判定する診断手段と、
前記判定期間を、前記電動アクチュエータの電源電圧が高いほど短く設定する判定期間設定手段と、
前記診断手段で前記可変動弁機構における故障の発生が判定された場合に、スロットルバルブの開度を制御して吸入空気量を絞り、前記内燃機関の出力を制限する出力制限手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項２】
電動アクチュエータを用いて内燃機関の機関弁の開弁特性を変更する可変動弁機構の制御装置であって、
前記開弁特性の目標値と実際の開弁特性とに基づいて前記電動アクチュエータの通電操作量を設定する制御手段と、
前記通電操作量が閾値以上の状態が判定期間以上に継続したときに、前記可変動弁機構における故障の発生を判定する診断手段と、
前記判定期間を、前記電動アクチュエータの温度又は雰囲気温度が高いほど短く設定する判定期間設定手段と、
前記診断手段で前記可変動弁機構における故障の発生が判定された場合に、スロットルバルブの開度を制御して吸入空気量を絞り、前記内燃機関の出力を制限する出力制限手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項３】
電動アクチュエータを用いて内燃機関の機関弁の開弁特性を変更する可変動弁機構の制御装置であって、
前記開弁特性の目標値と実際の開弁特性とに基づいて前記電動アクチュエータの通電操作量を設定する制御手段と、
前記通電操作量が閾値以上の状態が判定期間以上に継続したときに、前記可変動弁機構における故障の発生を判定する診断手段と、
前記判定期間を、前記内燃機関の始動後に比べて始動中により長く設定する判定期間設定手段と、
前記診断手段で前記可変動弁機構における故障の発生が判定された場合に、スロットルバルブの開度を制御して吸入空気量を絞り、前記内燃機関の出力を制限する出力制限手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項４】
前記診断手段で前記可変動弁機構における故障の発生が判定された場合に、前記制御手段で設定される通電操作量を、そのときの電源電圧で前記電動アクチュエータの耐熱限界を超えることのない通電操作量以下に制限する操作量制限手段を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
【請求項５】
前記可変動弁機構が、前記機関弁の開弁特性としてのバルブリフト量を変更する機構であり、
前記診断手段で前記可変動弁機構における故障の発生が判定された場合に、前記バルブリフト量の目標値を、最小バルブリフト量若しくは最小バルブリフト量近傍の予め決められた値とする目標設定手段を更に含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動アクチュエータを用いて内燃機関の機関弁の開弁特性を変更する可変動弁機構の制御装置であって、詳しくは、前記電動アクチュエータの通電操作量に基づいて前記可変動弁機構の故障の有無を診断する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、スロットル開度センサの出力に基づいてスロットルアクチュエータを制御する車両用制御装置において、スロットル開度に関連して設定される故障判定値と前記スロットルアクチュエータの駆動電流とを比較し、前記駆動電流が故障判定値を超える状態が所定時間以上継続すると、故障フラグをセットすることが開示されている。
【特許文献１】特開平６−２４９０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、モータなどの電動アクチュエータを用いて機関弁の開特性を変更する可変動弁機構において、目標の開特性と実際の開特性との差（制御エラー）に基づいて、前記電動アクチュエータの通電のオン・オフを制御するデューティ（通電操作量）が設定される場合、前記電動アクチュエータの故障や、前記電動アクチュエータで駆動される可動部に異物が噛み込むなどして、前記可動部が動かなくなったり動きが極端に遅くなったりすると、制御エラーが減少変化しないことで、前記デューティが１００％（印加電圧最大）にまで変化し、その状態に保持されることになる。
【０００４】
従って、デューティが１００％に張り付いている状態の継続期間から、前記可変動弁機構における異常の発生を推定できる。
しかし、デューティが１００％の状態では、モータなどの電動アクチュエータや該電動アクチュエータの駆動回路の発熱量が多く、１００％の状態を長く放置すると、正常であった電動アクチュエータや駆動回路に不具合を生じさせてしまうという問題があり、前記継続期間から異常診断を行う場合の判定時間は短くすることが望まれる。
【０００５】
一方、正常状態であっても、前記デューティが１００％に設定される場合があり、前記判定時間が過剰に短いと、可変動弁機構の異常を誤診断してしまうことになる。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電動アクチュエータや駆動回路の発熱による２次故障が発生する前に故障の発生を判定させつつ、通常の制御で通電操作量が一時的に大きくなっても、故障の発生が誤診断されることがない、可変動弁機構の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのため、本願発明では、電動アクチュエータを用いて内燃機関の機関弁の開弁特性を変更する可変動弁機構の制御装置であって、前記開弁特性の目標値と実際の開弁特性とに基づいて前記電動アクチュエータの通電操作量を設定し、前記通電操作量が閾値以上の状態が判定期間以上に継続したときに、前記可変動弁機構における故障の発生を判定し、前記判定期間を、前記電動アクチュエータの電源電圧が高いほど短く設定するようにし、更に、可変動弁機構における故障の発生が判定された場合に、スロットルバルブの開度を制御して吸入空気量を絞り、前記内燃機関の出力を制限するようにした。
【００１１】
上記発明によると、電動アクチュエータの電源電圧が高いと、通電操作量が閾値以上の状態での電動アクチュエータにおける発熱が多くなり、逆に、電動アクチュエータの電源電圧が低いと、通電操作量が閾値以上の状態での電動アクチュエータにおける発熱が少なくなるので、前記電源電圧が高いほど判定期間を短くすることで、電動アクチュエータの耐熱限界を超えることを抑制する。また、可変動弁機構が故障した場合に、スロットルバルブの開度を制御して吸入空気量を絞り、前記内燃機関の出力を制限する。
【００１４】
また、本願発明では、電動アクチュエータを用いて内燃機関の機関弁の開弁特性を変更する可変動弁機構の制御装置であって、前記開弁特性の目標値と実際の開弁特性とに基づいて前記電動アクチュエータの通電操作量を設定し、前記通電操作量が閾値以上の状態が判定期間以上に継続したときに、前記可変動弁機構における故障の発生を判定し、前記判定期間を、前記電動アクチュエータの温度又は雰囲気温度が高いほど短く設定するようにし、更に、可変動弁機構における故障の発生が判定された場合に、スロットルバルブの開度を制御して吸入空気量を絞り、前記内燃機関の出力を制限するようにした。
【００１５】
上記発明によると、電動アクチュエータの温度又は雰囲気温度が高い条件では、発熱によって到達する温度が高くなり、逆に、前記電動アクチュエータの温度又は雰囲気温度が低い条件では、発熱によって到達する温度が低くなるため、前記電動アクチュエータの温度又は雰囲気温度が高いほど判定期間を短くすることで、電動アクチュエータの耐熱限界を超えることを抑制する。また、可変動弁機構が故障した場合に、スロットルバルブの開度を制御して吸入空気量を絞り、前記内燃機関の出力を制限する。
【００１６】
更に、本願発明では、電動アクチュエータを用いて内燃機関の機関弁の開弁特性を変更する可変動弁機構の制御装置であって、前記開弁特性の目標値と実際の開弁特性とに基づいて前記電動アクチュエータの通電操作量を設定し、前記通電操作量が閾値以上の状態が判定期間以上に継続したときに、前記可変動弁機構における故障の発生を判定し、前記判定期間を、前記内燃機関の始動後に比べて始動中により長く設定するようにし、更に、可変動弁機構における故障の発生が判定された場合に、スロットルバルブの開度を制御して吸入空気量を絞り、前記内燃機関の出力を制限するようにした。
【００１７】
上記発明によると、スタータモータの電源と前記電動アクチュエータの電源とが共通のバッテリである場合、内燃機関の始動中であって前記スタータモータを駆動する場合には、電動アクチュエータの電源電圧が低下することになり、電動アクチュエータの電源電圧が低いと、通電操作量が閾値以上の状態での電動アクチュエータにおける発熱が少なくなるから、判定期間を、内燃機関の始動後に比べて始動中により長く設定することで、電動アクチュエータの耐熱限界を超えることを抑制する。また、可変動弁機構が故障した場合に、スロットルバルブの開度を制御して吸入空気量を絞り、前記内燃機関の出力を制限する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１において、内燃機関１０１は、左右２つのバンク（気筒グループ）からなるＶ型機関である。
但し、内燃機関１０１をＶ型に限定するものではなく、直列機関、水平対向機関であっても良い。
【００３６】
前記内燃機関１０１は、図示省略した車両に搭載されて車両の動力源となるものであり、内燃機関１０１の出力は、図示省略した変速機を介して車両の駆動輪に伝達される。
前記内燃機関１０１の吸気管１０２には、電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４を通過した空気は、各バンクに分配された後、更に、各気筒に分配される。
【００３７】
各気筒では、吸気バルブ１０５を介して燃焼室１０６内に空気が吸入される。
燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出された後、バンク毎に排気が集合され、バンク毎に設けられるフロント触媒コンバータ１０８ａ，１０８ｂ及びリア触媒コンバータ１０９ａ，１０９ｂで浄化される。
前記リア触媒コンバータ１０９ａ，１０９ｂで浄化された後のバンク毎の排気は、合流してマフラーに１０３に流入し、その後大気中に放出される。
【００３８】
前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に設けられたカムによって、一定のバルブリフト量，作動角及びバルブタイミング（作動角の中心位相）を保って開閉駆動される。
一方、吸気バルブ（機関弁）１０５のバルブリフト量（開弁特性）を作動角と共に連続的に可変とする可変バルブリフト機構１１２ａ，１１２ｂがバンク毎に設けられる。
【００３９】
更に、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に可変とする可変バルブタイミング機構１１３ａ，１１３ｂがバンク毎に設けられる。
前記可変バルブタイミング機構１１３ａ，１１３ｂは、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸（吸気側カムシャフト）の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に可変とする。
【００４０】
マイクロコンピュータを内蔵する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１４は、アクセル開度などに対応する目標吸入空気量が得られるように、前記電子制御スロットル１０４，可変バルブリフト機構１１２ａ，１１２ｂ及び可変バルブタイミング機構１１３ａ，１１３ｂを制御する。
前記電子制御ユニット１１４には、内燃機関１０１の吸入空気流量を検出するエアフローセンサ１１５（流量計）、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ１１６、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ１１７、電子制御スロットル１０４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、内燃機関１０１の潤滑油温度を検出する温度センサ１１９、各バンクの空燃比を検出する空燃比センサ１１１ａ，１１１ｂ等からの検出信号が入力される。
【００４１】
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート部には、燃料噴射弁１３１が設けられる。尚、燃料噴射弁１３１が燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式機関であってもよい。
前記燃料噴射弁１３１には、燃料タンク１３２内の燃料が燃料ポンプ１３３により圧送され、該燃料噴射弁１３１が、前記電子制御ユニット１１４からの噴射パルス信号（空燃比制御信号）によって開弁駆動されると、噴射パルス幅（開弁時間）に比例する量の燃料が内燃機関１０１に噴射される。
【００４２】
次に、前記可変バルブリフト機構１１２ａ，１１２ｂ及び可変バルブタイミング機構１１３ａ，１１３ｂの構造を、図２〜図４に基づいて説明する。
本実施形態の内燃機関１０１は、各気筒に一対の吸気バルブ１０５，１０５が設けられており、これら吸気バルブ１０５，１０５の上方に、クランク軸によって回転駆動される吸気バルブ駆動軸３が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。
【００４３】
前記吸気バルブ駆動軸３には、吸気バルブ１０５のバルブリフタ２ａに当接して吸気バルブ１０５を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。
前記吸気バルブ駆動軸３と揺動カム４との間には、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更する可変バルブリフト機構（可変動弁機構）１１２ａ，１１２ｂが設けられている。
【００４４】
また、前記吸気バルブ駆動軸３の一端部には、クランク軸に対する前記吸気バルブ駆動軸３の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に変更する可変バルブタイミング機構１１３ａ，１１３ｂが配設されている。
前記可変バルブリフト機構１１２ａ，１１２ｂは、図２及び図３に示すように、吸気バルブ駆動軸３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気バルブ駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。
【００４５】
前記制御軸１３は、モータ（電動アクチュエータ）１７によりギア列１８を介して所定の制御角度範囲内で回転駆動される。
尚、前記モータとしては、例えばＤＣモータが用いられる。
上記の構成により、クランク軸に連動して吸気バルブ駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気バルブ１０５が開閉駆動される。
【００４６】
また、前記制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。
これにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を略一定としたままで、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量が連続的に増減変化する。
但し、可変バルブリフト機構１１２ａ，１１２ｂの構造は、図２，３に示したものに限定されない。
【００４７】
図４は、前記可変バルブタイミング機構１１３ａ，１１３ｂを示している。
前記可変バルブタイミング機構１１３ａ，１１３ｂは、クランク軸と同期して回転するスプロケット２５に固定され、このスプロケット２５と一体的に回転する第１回転体２１と、ボルト２２ａにより前記吸気バルブ駆動軸３の一端に固定され、吸気バルブ駆動軸３と一体的に回転する第２回転体２２と、ヘリカルスプライン２６により第１回転体２１の内周面と第２回転体２２の外周面とに噛合する筒状の中間ギア２３と、を有している。
【００４８】
前記中間ギア２３は、ネジ２８を介してドラム２７が連結されており、このドラム２７と中間ギア２３との間にねじりスプリング２９が介装されている。
前記中間ギア２３は、ねじりスプリング２９によって遅角方向（図４の左方向）へ付勢されており、電磁リターダ２４に電圧を印加して磁力を発生すると、ドラム２７及びネジ２８を介して進角方向（図４の右方向）へ動かされる。
【００４９】
この中間ギア２３の軸方向位置に応じて、回転体２１，２２の相対位相が変化して、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸３の位相が変化し、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が連続的に変化する。
前記モータ１７及び電磁リターダ２４は、前記電子制御ユニット１１４からの制御信号により駆動制御される。
【００５０】
尚、前記可変バルブタイミング機構１１３ａ，１１３ｂの構造を、上記のものに限定するものではなく、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸３（吸気側カム軸）の回転位相を可変とする公知の機構を適用でき、例えば、特開２００７−２２４７８０号公報に開示されるように、モータによってクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる機構であってもよく、更に、油圧を用いて前記回転位相を変化させる機構であってもよい。
【００５１】
前記電子制御ユニット１１４は、前記制御軸１３の目標角度（目標バルブリフト量）を機関運転状態に応じて算出し、角度センサ３２で検出される実際の角度が前記目標角度に近づくように、前記モータ１７の通電操作量を、前記目標角度と実角度との偏差に基づく比例・積分・微分動作によって決定するフィードバック制御を行う。
本実施形態では、モータ１７への電源供給のオン・オフ比率であるデューティ（オン時間割合）を制御して、モータ１７への平均印加電圧を調整するようになっており、前記デューティがモータ１７の通電操作量に相当する。
【００５２】
尚、モータ１７の通電操作量はデューティに限定されず、モータ１７（電動アクチュエータ）の電圧・電流を制御するための操作量であれば良い。
前記電子制御ユニット１１４には、バッテリ１４１の電圧ＶＢが供給されるモータ駆動回路が内蔵され、該モータ駆動回路はデューティ制御信号に応じて前記モータ１７へのバッテリ電源の供給をオン・オフする。
【００５３】
また、前記電子制御ユニット１１４は、前記吸気バルブ駆動軸３の所定角度位置で検出信号を出力する駆動軸センサ３１からの信号と、前記クランク角センサ１１７からの検出信号とから、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸３の回転位相を検出し、この検出結果が目標の回転位相に近づくように、前記電磁リターダ２４の通電操作量を、目標角度と実角度との偏差に基づく比例・積分・微分動作によって決定するフィードバック制御を行う。
【００５４】
尚、フィードバック制御を比例・積分・微分動作に限定するものではなく、比例・積分動作や、スライディングモード制御を用いることができる。
更に、前記電子制御ユニット１１４は、前記可変バルブリフト機構（可変動弁機構）１１２ａ，１１２ｂの故障診断機能をソフトウエアとして備えており、以下では、前記故障診断を詳細に説明する。
【００５５】
尚、内燃機関１０１の燃料噴射や点火を制御する第１電子制御ユニットと、前記可変バルブリフト機構（可変動弁機構）１１２ａ，１１２ｂを駆動制御する第２電子制御ユニットとを個別に設けるようにし、第１制御ユニットで目標バルブリフト量を演算してその結果を第２制御ユニットに送信し、目標バルブリフト量を受信した第２電子制御ユニットで前記デューティを演算してモータ１７を制御する構成とすることができ、この場合、後述する故障診断は、第１又は第２電子制御ユニットのいずれでも行わせることが可能である。
【００５６】
図５のフローチャートは、前記故障診断の第１実施形態を示し、このフローチャートに示すルーチンは、微小時間（例えば１０ms）毎に実行されるものとし、また、可変バルブリフト機構１１２ａ，１１２ｂ毎（バンク毎）に同じ処理が並行して実行されるものとする。
まず、ステップＳ１０１では、前記フィードバック制御によって決定された、前記モータ１７の通電を制御するデューティを読み込む。
【００５７】
ステップＳ１０２では、前記ステップＳ１０１で読み込んだデューティが最大値である１００％（閾値）になっているか否かを判断する。
デューティが１００％の状態は、最大電圧がモータ１７に印加される状態であり、通常は、一時的にデューティが１００％になることがあっても、目標角度と実角度との偏差が漸減することでデューティが減少補正されるため、デューティ＝１００％の状態が長く継続することはない。
【００５８】
これに対し、可変バルブリフト機構１１２ａ，１１２ｂの可動部分に異物が噛み込んだり、可動部分に変形が生じたりすると、モータ１７のトルクで制御軸１３を回転させることができなくなったり、制御軸１３の回転速度が遅くなったりして、制御偏差が大きいままに保持される。
そして、制御偏差が減らないと、積分動作によってデューティが逐次増大されて、最終的には、１００％に張り付く状態になるから、デューティ＝１００％の状態が長くなった場合には、可動部分における異物の噛み込みや変形のような故障の発生を推定できる。
【００５９】
そこで、本実施形態では、デューティが１００％に張り付いている期間の長さによって、可変バルブリフト機構１１２ａ，１１２ｂにおける故障の有無を診断するようにしてある。
尚、デューティの最大値が、１００％未満に制限されている場合には、制限範囲内の最大値を閾値とし、この閾値に一致しているか否かを判断させることになり、また、最大値近傍の値（最大値が１００％である場合、例えば９０％）を閾値とし、この閾値以上であるか否かを判断させることができる。
【００６０】
また、最大値に一致しているか否かを判断させる場合に、最大値以上であるか否かを判断させることとしても実質的に同じである。
ステップＳ１０３で、デューティが１００％であると判断されると、ステップＳ１０３へ進み、デューティが１００％を保持している継続時間を計測する。
次のステップＳ１０４では、デューティが１００％を保持している間におけるバッテリ１４１の平均電圧（平均電源電圧）を算出する。
【００６１】
前記平均電圧は、デューティが１００％になってから検出されたバッテリ電圧の積算値をサンプル数で除算した単純平均値であっても良いし、前回までの平均値と最新の検出値とに重み付けを行って算出する加重平均値であっても良いし、デジタル又はアナログのローパスフィルタ処理が施された値であっても良い。
ステップＳ１０５では、前記平均電圧に基づいて、デューティが１００％を保持している継続時間から、故障の有無を判定するための判定時間（判定期間）を設定する。
【００６２】
即ち、前記判定時間は、前記継続時間が故障の発生が推定されるほどに長いか否かを判別させるための時間であり、後述するように、前記継続時間が判定時間以上になると、故障の発生を判定する。
平均電圧に基づいて前記判定時間を設定させることで、電源電圧が変動することがあっても、モータ１７等の発生熱量に見合った判定時間を設定させることが可能となる。
【００６３】
前記平均電圧に基づく判定時間の設定は、例えば、図６に示すようにして行われる。
図６に示す例は、予め設定された２値の判定時間のうちのいずれを選択するかを、前記平均電圧の大きさに応じて決定するものであり、平均電圧が高い領域では、短い方の判定時間を選択し、平均電圧が低い領域では、長い方の判定時間を選択するものであり、判定時間の設定処理を簡便に行える。
【００６４】
ここで、デューティが１００％に張り付いている間は、前記平均電圧が逐次更新演算されて変動するので、判定時間がハンチングすることがないように、長い方の判定時間から短い方の判定時間に切り換える平均電圧よりも、短い方の判定時間から長い方の判定時間に切り換える平均電圧を低く設定することで、ヒステリシス特性を備えるようにし、前記ハンチングの発生を防止している。
【００６５】
電圧をモータ１７に印加し続けると、モータ１７やモータ１７の駆動回路の発熱が、印加電圧（電源電圧）が高いほど多くなり、モータ１７や駆動回路の耐熱限界を超え易くなり、判定時間が長く１００％デューティの状態が長く許容されると、正常であったモータ１７や駆動回路を損傷させてしまう２次故障を生じさせてしまうことになる。
また、モータ１７の印加電圧が高いほど、モータ１７の回転力（トルク）は大きく、回転力が大きければ、制御軸１３の動き出しが早まるはずであり、低電圧のときよりも、デューティが１００％に張り付いている時間が短い状態で故障の発生が推定される。
【００６６】
そこで、モータ１７の電源電圧（平均電圧）が高い場合には判定時間を短くして、早期に故障判定を行わせ、故障判定に基づくフェイルセーフ処理の実行によって、１００％デューティによる通電制御状態がキャセルされるようにし、モータ１７やモータ１７の駆動回路の発熱による２次故障の発生を回避しつつ、異物の噛み込みなどの故障状態の診断精度を維持できるようにする。
【００６７】
一方、電源電圧が低ければ、同じデューティ１００％でもモータ１７の発熱量が少なく、それだけ耐熱限界を超え難くなる一方で、電源電圧が低いことでモータ１７の回転力が低下するので、判定時間を長くすることで故障診断の精度を確保できるようにする。
従って、前記平均電圧に応じた判定時間は、発熱による２次故障の発生を回避できる範囲内の最大時間付近に設定してある。
【００６８】
前記判定時間は、平均電圧（電源電圧）が高いほど短くなる特性であればよく、図７に示すように、平均電圧に対して判定時間を予め記憶したテーブルから、そのときの平均電圧に見合う判定時間を検索させることができる。
上記のように、テーブルから判定時間を求める構成であれば、平均電圧（電源電圧）の変化に対してより細かく判定時間を変化させることができ、かつ、平均電圧と判定時間との相関が簡易な式で近似できない場合であっても対応でき、２次故障の回避と診断精度とを高い次元で両立させることができる。
【００６９】
また、平均電圧に基づく判定時間の設定は、平均電圧に一定の係数（ゲイン）を乗算する演算によっても行わせることができる。
平均電圧に対して判定時間を略比例的に変化させる場合であれば、上記のように係数の乗算によって判定時間を求めるようにすれば、判定時間の設定を簡易に行える。
尚、上記では、デューティが１００％の状態での平均電圧に基づいて判定時間を設定させたが、簡易には、そのときのバッテリ電圧（電源電圧）に応じて判定時間を逐次設定させたり、デューティが１００％に到達した時点でのバッテリ電圧（電源電圧）を記憶しておいて、該記憶値に基づいて判定時間を設定させたりすることができる。これは、電源電圧を用いて判定時間を設定する後述する他の実施形態においても同様である。
【００７０】
ステップＳ１０５で判定時間を平均電圧に基づいて設定すると、次のステップＳ１０６では、ステップＳ１０３で計測した、デューティが１００％に張り付いている継続時間（継続期間）が、ステップＳ１０５で設定した判定時間（判定期間）以上であるか否かを判別する。
前記継続時間が判定時間未満であれば、可変バルブリフト機構１１２ａ，１１２ｂは正常であるものの、制御偏差が大きいために一時的にデューティが１００％になっている可能性があるので、故障判定を行うことなくそのまま本ルーチンを終了させる。
【００７１】
一方、前記継続時間が判定時間以上になっている場合には、モータ１７又はモータ１７で駆動される可動部になんらかの故障が発生していて、制御軸１３がモータ１７によって回転しない若しくは回転が遅いことで制御偏差が小さくならず、デューティが１００％に張り付いているものと推定し、ステップＳ１０７で、前記可変バルブリフト機構（可変動弁機構）１１２ａ，１１２ｂの故障の発生を判定する。
【００７２】
故障の発生を判定すると、次のステップＳ１０８では、前記デューティを強制的に０％にして、モータ１７への電源供給を遮断して、モータ１７及び駆動回路の発熱を停止させることで、耐熱限界を超えることがないようにする。
尚、前記デューティを強制的に０％にして、モータ１７への電源供給を遮断するのではなく、そのときの電源電圧で耐熱限界を超えることのないデューティ以下に制限して、モータ１７への電圧印加を継続させることができる。
【００７３】
また、デューティを制限して電圧印加を継続させる場合、目標バルブリフト量を本来の目標としても良いが、最小バルブリフト量若しくは最小バルブリフト量近傍の予め決められた値を目標とすることが好ましい。
最小バルブリフト量若しくは最小バルブリフト量近傍の予め決められた値を目標としてモータ１７への電源供給を続けることで、時間を要するものの目標にまで変化させることができる場合、吸気バルブ１０５のバルブリフト量を小さい値に変化させて、吸入空気量を絞ることで、機関１０１の出力が制限され、フェイルセーフを図ることができる。
【００７４】
ステップＳ１０８でデューティを制限する処理を行うと、次のステップＳ１０９では、故障判定した履歴をメモリに記憶させ、また、故障判定を行ったことを運転者に警告するためにランプ等の警告手段を作動させる。
更に、ステップＳ１１０では、スロットル開度、燃料噴射量、点火時期の固定又は制限によって機関出力を制限する。
【００７５】
特に、バルブリフト量を可変できずにバルブリフト量が高い側で制御軸１３が動かなくなった場合には、スロットルバルブの開度を絞ったり、燃料噴射量を減らしたり、点火時期を遅角することで、基準の出力以下に制限させることが好ましい。
また、バルブリフト量が中程度以下の位置で制御軸１３が動かなくなった場合には、スロットル開度の制御で機関１０１の吸入空気量を制御させることが可能である。
【００７６】
尚、本実施形態のようなＶ型機関では、一方のバンク（気筒グループ）の可変バルブリフト機構（可変動弁機構）１１２ａ，１１２ｂが故障した場合には、他方の正常なバンク（気筒グループ）の可変バルブリフト機構（可変動弁機構）１１２ａ，１１２ｂによるバルブリフト量を、故障した方のバリブリフト量に合わせるように制御すれば、バンク間の発生トルクに大きな差が生じることを回避できる。
【００７７】
また、可変バルブリフト機構（可変動弁機構）１１２ａ，１１２ｂに故障が発生したバンクにおけるバルブリフト量が小さい場合には、この故障が発生した側のバンク（気筒グループ）におけるバルブリフト量に正常な側のバンク（気筒グループ）のバルブリフト量を合わせてしまうと、機関全体での発生トルクが不足する場合がある。
そこで、このような場合には、バンク間に過剰な発生トルクの差が生じない範囲で、正常なバンクにおけるバルブリフト量を故障したバンクにおけるバルブリフト量よりも大きくして、トルク不足の抑制を図ることができる。
【００７８】
図８のフローチャートは、前記故障診断の第２実施形態を示し、前記第１実施形態に対して、判定時間（判定期間）の設定処理のみが異なるので、同じ処理を行うステップについては簡略に説明する。
ステップＳ２０１では、デューティを読み込み、ステップＳ２０２では、前記デューティが１００％であるか否かを判断する。
【００７９】
前記デューティが１００％であれば、ステップＳ２０３へ進み、デューティが１００％を保持している継続時間を計測する。
次のステップＳ２０４では、温度センサ１１９で検出された内燃機関１０１の潤滑油温度を読み込む。
尚、温度センサ１１９によって内燃機関１０１の冷却水温度を検出させ、潤滑油温度に代えて冷却水温度をステップＳ２０５で読み込ませることができる。
【００８０】
ステップＳ２０５では、前記潤滑油温度（又は冷却水温度）に基づいて前記判定時間を設定する。
前記潤滑油温度（又は冷却水温度）は機関温度を代表するものであって、かつ、モータ１７の雰囲気温度に相関する温度であり、前記潤滑油温度（又は冷却水温度）が高いほど前記判定時間を短く設定する。
【００８１】
尚、モータ１７の雰囲気温度に相関する温度としては、この他、シリンダブロック温度やエンジンルーム内温度などを用いることもできる。  モータ１７に電圧を印加し続けると、モータ１７やモータ１７の駆動回路が発熱するが、モータ１７の雰囲気温度が高いほど、モータ１７・駆動回路の温度が高くなり易く、モータ１７や駆動回路の耐熱限界を超え易くなり、正常であったモータ１７や駆動回路を損傷させてしまう２次故障を生じさせてしまうことになる。
【００８２】
そこで、潤滑油温度（又は冷却水温度）が高くモータ１７の雰囲気温度が高い場合には、判定時間を短くして、モータ１７やモータ１７の駆動回路の発熱による２次故障の発生を回避する。
潤滑油温度（又は冷却水温度）に基づく判定時間の設定処理として、図９に示すように、判定時間を前記潤滑油温度（又は冷却水温度）に基づいて２値のうちのいずれかを選択させることができ、潤滑油温度（又は冷却水温度）が高い領域では、短い方の判定時間を選択し、潤滑油温度（又は冷却水温度）が低い領域では、長い方の判定時間を選択する。
【００８３】
ここで、前記潤滑油温度（又は冷却水温度）が、デューティが１００％に張り付いている間で変動しても、２値の選択状態がハンチングすることがないように、長い方の判定時間から短い方の判定時間に切り換える温度よりも、短い方の判定時間から長い方の判定時間に切り換える温度を低く設定することで、ヒステリシス特性を備えるようにし、前記ハンチングの発生を防止している。
【００８４】
また、図１０に示すように、潤滑油温度（又は冷却水温度）に対して判定時間を予め記憶したテーブルから、そのときの潤滑油温度（又は冷却水温度）に見合う判定時間を検索させることができる。
上記のように、テーブルから判定時間を求める構成であれば、潤滑油温度（又は冷却水温度）の変化に対してより細かく判定時間を変化させることができ、かつ、潤滑油温度（又は冷却水温度）と判定時間との相関が簡易な式で近似できない場合であっても対応できる。
【００８５】
また、潤滑油温度（又は冷却水温度）に基づく判定時間の設定は、潤滑油温度（又は冷却水温度）に一定の係数（ゲイン）を乗算する演算によって行わせることができる。
潤滑油温度（又は冷却水温度）に対して判定時間を略比例的に変化させる場合であれば、上記のように係数の乗算によって判定時間を求めるようにすれば、判定時間の設定を簡易に行える。
【００８６】
尚、潤滑油温度（又は冷却水温度）に基づき判定時間を設定する場合に、デューティが１００％を保持している間の温度平均値を求め、該平均値に基づいて判定時間を設定させることができ、潤滑油温度（又は冷却水温度）に基づき判定時間を設定する後述する他の実施形態でも同様である。
ステップＳ２０６では、デューティが１００％を保持している継続時間が、潤滑油温度（又は冷却水温度）に基づき設定した判定時間以上であるか否かを判別し、前記継続時間が判定時間以上であれば、ステップＳ２０７へ進んで故障判定を行う。
【００８７】
ステップＳ２０８〜ステップＳ２１０では、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１０と同様なフェイルセーフ処理を実行する。
図１１のフローチャートは、前記故障診断の第３実施形態を示し、モータ１７の電源電圧と、モータ１７の雰囲気温度に相関する潤滑油温度（又は冷却水温度）とから、判定時間（判定期間）を設定することを特徴とするもので、図５のフローチャートに示した第１実施形態と同じ処理を行うステップについては簡略に説明する。
【００８８】
ステップＳ３０１では、デューティを読み込み、ステップＳ３０２では、前記デューティが１００％であるか否かを判断する。
前記デューティが１００％であれば、ステップＳ３０３へ進み、デューティが１００％を保持している継続時間を計測する。
ステップＳ３０４では、前記ステップＳ１０４と同様に、デューティが１００％を保持している間におけるバッテリ１４１の平均電圧（平均電源電圧）を算出する。
【００８９】
ステップＳ３０５では、温度センサ１１９で検出された内燃機関１０１の潤滑油温度を読み込む。
尚、温度センサ１１９によって内燃機関１０１の冷却水温度を検出させ、潤滑油温度に代えて冷却水温度をステップＳ３０５で読み込ませることができる。
ステップＳ３０６では、平均電圧及び潤滑油温度（又は冷却水温度）に基づいて判定時間を設定する。
【００９０】
前述のように、モータ１７に電圧を印加し続けると、モータ１７やモータ１７の駆動回路の発熱が、電圧が高いほど多くなり、かつ、モータ１７の雰囲気温度が高いほど温度が高くなり易く、モータ１７や駆動回路の耐熱限界を超え易くなるため、判定時間が長いと、正常であったモータ１７や駆動回路を損傷させてしまう２次故障を生じさせてしまうことになる。
【００９１】
そこで、平均電圧が高いほど、また、潤滑油温度（又は冷却水温度）が高いほど、判定時間を短くする。
平均電圧及び潤滑油温度（又は冷却水温度）に基づく判定時間の設定処理として、図１２に示すように、平均電圧と潤滑油温度（又は冷却水温度）とで規定される２次元領域を、短い判定時間を選択する領域と、長い判定時間を選択する領域とに区分し、そのときの平均電圧及び潤滑油温度（又は冷却水温度）がいずれの領域に該当するかで、２つの判定時間のうちの一方を選択させることができる。
【００９２】
前記領域区分においては、平均電圧が高くかつ潤滑油温度（又は冷却水温度）が高い領域と、平均電圧が低くかつ潤滑油温度（又は冷却水温度）が低い領域とに分け、かつ、平均電圧や潤滑油温度（又は冷却水温度）が、デューティが１００％に張り付いている間で変動しても、判定時間の２値の選択状態がハンチングすることがないように、長い方の判定時間から短い方の判定時間に切り換える電圧・温度よりも、短い方の判定時間から長い方の判定時間に切り換える電圧・温度を低く設定することで、ヒステリシス特性を備えるようにし、前記ハンチングの発生を防止している。
【００９３】
また、図１３に示すように、平均電圧及び潤滑油温度（又は冷却水温度）を変数として判定時間を記憶する３次元マップを備えるようにし、該マップからそのときの平均電圧及び潤滑油温度（又は冷却水温度）に対応する判定時間を検索させることができる。
ここでも、基本的には、平均電圧が高いほど、また、潤滑油温度（又は冷却水温度）が高いほど、判定時間が短くなるように、マップデータが設定される。
【００９４】
上記３次元マップを備える場合には、平均電圧及び潤滑油温度（又は冷却水温度）の変化に対してより細かく判定時間を変化させることができ、かつ、平均電圧及び潤滑油温度（又は冷却水温度）と判定時間との相関が簡易な式で近似できない場合であっても対応できる。
更に、図１４に示すように、潤滑油温度（又は冷却水温度）が高いほど係数を小さく設定し、前記係数を平均電圧に乗算した結果を判定時間とすることで、平均電圧が高いほど、また、潤滑油温度（又は冷却水温度）が高いほど、短い判定時間を設定させることができる。
【００９５】
潤滑油温度（又は冷却水温度）毎に、平均電圧に対して判定時間を略比例的に変化させる場合であれば、上記のように係数の乗算によって判定時間を求めるようにすれば、判定時間の設定を簡易に行える。
ステップＳ３０６で、判定時間を平均電圧及び潤滑油温度（又は冷却水温度）に基づいて設定すると、ステップＳ３０７では、デューティが１００％に保持されている継続時間が、ステップＳ３０６で設定した判定時間以上であるか否かを判断する。
【００９６】
前記継続時間が判定時間以上であれば、ステップＳ３０８へ進んで故障判定を行う。
ステップＳ３０９〜ステップＳ３１１では、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１０と同様なフェイルセーフ処理を実行する。
図１５のフローチャートは、前記故障診断の第４実施形態を示し、内燃機関１０１が始動状態であるか否かに基づいて判定時間（判定期間）を設定することを特徴とするもので、図５のフローチャートの第１実施形態と同じ処理を行うステップについては簡略に説明する。
【００９７】
ステップＳ４０１では、デューティを読み込み、ステップＳ４０２では、前記デューティが１００％であるか否かを判断する。
前記デューティが１００％であれば、ステップＳ４０３へ進み、デューティが１００％を保持している継続時間を計測する。
次のステップＳ４０４では、内燃機関１０１の始動状態の判定を行う。
【００９８】
具体的には、スタートスイッチのオン状態（スタータモータのオン状態）を始動状態であると判定し、スタートスイッチがオフ（スタータモータがオフ）であれば、非始動状態（始動後）であると判定する。
また、機関回転速度や機関回転速度の加速度などから、内燃機関１０１の完爆判定（自発運転の開始）を行い、完爆判定前を始動状態であると判定し、完爆判定後を非始動状態と判定することができる。
【００９９】
更に、始動開始（スタートスイッチのオン）からの経過時間が、始動完了予測時間に達するまでを始動状態であると判定し、前記始動完了予測時間を越えた以降を非始動状態と判定することができる。
ステップＳ４０５では、前記ステップＳ４０４における始動状態の判定結果に基づいて、判定時間の設定を行う。
【０１００】
具体的には、図１６に示すように、始動状態であれば、判定時間を長くし、非始動状態（始動後）であれば、判定時間を短くする。
始動中は、機関で駆動されるオルタネータの発電量が少ない上に、スタータモータによる電力消費が大きく、バッテリ１４１の電圧は始動後よりも低くなるため、デューティが１００％に張り付く状態でのモータ１７の発熱量が低く、更に、始動状態ではモータ１７の温度及びモータ１７の雰囲気温度は始動後よりも低いので、判定時間を長くしても、モータ１７の耐熱限界を超えることを回避できる。
【０１０１】
一方、始動後は、オルタネータによる発電が行われ、スタータモータが停止されることで、バッテリ電圧が復活し、同じデューティ１００％の状態であってもモータ１７の印加電圧が高くなって、モータ１７の発熱量が多くなり、しかも、機関温度が上昇することで、モータ１７の温度及びモータ１７の雰囲気温度は始動時よりも高くなるので、始動時よりも短い時間でモータ１７の耐熱限界を超えてしまう可能性がある。
【０１０２】
そこで、始動時には、判定時間を長くして、故障が誤判定されることを回避する一方、始動後は、判定時間をより短くして、耐熱限界を超えることによる２次故障の発生を回避しつつ、故障診断の信頼性が確保されるようにする。
ステップＳ４０６では、デューティが１００％を保持している継続時間が、始動状態の判定に基づき設定した判定時間以上であるか否かを判別し、前記継続時間が判定時間以上であれば、ステップＳ４０７へ進んで故障判定を行う。
【０１０３】
ステップＳ４０８〜ステップＳ４１０では、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１０と同様なフェイルセーフ処理を実行する。
図１７のフローチャートは、前記故障診断の第５実施形態を示し、モータ１７の温度を検出する温度センサ１４２（図２参照）を設け、該温度センサ１４２で検出されるモータ１７の温度に基づいて判定時間（判定期間）を設定することを特徴とするもので、図５のフローチャートの第１実施形態と同じ処理を行うステップについては簡略に説明する。
【０１０４】
ステップＳ５０１では、デューティを読み込み、ステップＳ５０２では、前記デューティが１００％であるか否かを判断する。
前記デューティが１００％であれば、ステップＳ５０３へ進み、デューティが１００％を保持している継続時間を計測する。
次のステップＳ５０４では、温度センサ１４２で検出されたモータ１７の温度を読み込む。
【０１０５】
ステップＳ５０５では、ステップＳ５０４で読み込んだモータ１７の温度に基づいて判定時間を設定する。
モータ１７に電圧を印加し続けると、モータ１７やモータ１７の駆動回路が発熱するが、モータ１７の温度が高いほど、モータ１７・駆動回路の温度が高くなり易く、モータ１７や駆動回路の耐熱限界を超え易くなり、正常であったモータ１７や駆動回路を損傷させてしまう２次故障を生じさせてしまうことになる。
【０１０６】
そこで、モータ１７の温度が高い場合には、判定時間を短くして、モータ１７やモータ１７の駆動回路の発熱による２次故障の発生を回避する。
モータ１７の温度に基づく判定時間の設定処理として、図１８に示すように、前記モータ温度に基づいて２値の判定時間うちのいずれかを選択させることができ、モータ温度が高い領域では、短い方の判定時間を選択し、モータ温度が低い領域では、長い方の判定時間を選択する。
【０１０７】
ここで、前記モータ温度が、デューティが１００％に張り付いている間で変動しても、２値の選択状態がハンチングすることがないように、長い方の判定時間から短い方の判定時間に切り換えるモータ温度よりも、短い方の判定時間から長い方の判定時間に切り換えるモータ温度を低く設定することで、ヒステリシス特性を備えるようにし、前記ハンチングの発生を防止している。
【０１０８】
また、図１９に示すように、モータ温度に対して判定時間を予め記憶したテーブルから、そのときのモータ温度に見合う判定時間を検索させることができる。
上記のように、テーブルから判定時間を求める構成であれば、モータ温度の変化に対してより細かく判定時間を変化させることができ、かつ、モータ温度と判定時間との相関が簡易な式で近似できない場合であっても対応できる。
【０１０９】
また、モータ温度に基づく判定時間の設定は、モータ温度に係数（ゲイン）を乗算する演算によって行わせることができる。
モータ温度に対して判定時間を略比例的に変化させる場合であれば、上記のように係数の乗算によって判定時間を求めるようにすれば、判定時間の設定を簡易に行える。
尚、モータ温度に基づき判定時間を設定する場合に、デューティが１００％を保持している間の温度平均値を求め、該平均値に基づいて判定時間を設定させることができる。
【０１１０】
ステップＳ５０６では、デューティが１００％を保持している継続時間が、モータ温度に基づき設定した判定時間以上であるか否かを判別し、前記継続時間が判定時間以上であれば、ステップＳ５０７へ進んで故障判定を行う。
ステップＳ５０８〜ステップＳ５１０では、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１０と同様なフェイルセーフ処理を実行する。
【０１１１】
尚、上記第１〜第５実施形態で示した例以外に、前記モータ温度、潤滑油温度（又は冷却水温度）、電源電圧、始動状態のうちから、２つ以上を組み合わせて判定時間（判定期間）を設定させることができる。
また、上記実施形態では、電動アクチュエータを用いて内燃機関の機関弁の開弁特性を変更する可変動弁機構として、吸気バルブのバルブリフト量及び作動角を、モータを用いて可変とする可変バルブリフト機構を示したが、機関弁は排気バルブであっても良く、また、機関弁の作動角の中心位相を、電動アクチュエータを用いて可変とする可変バルブタイミング機構や、カムの切り替えを電動アクチュエータによって行う可変動弁機構であっても良く、電動アクチュエータには、モータの他、ソレノイドや電磁リターダなど公知の電動アクチュエータが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施形態における内燃機関の構成図。
【図２】上記実施形態における可変バルブリフト機構の構造を示す斜視図。
【図３】前記バルブリフト機構の側面図。
【図４】上記実施形態における可変バルブタイミング機構を示す断面図。
【図５】故障診断の第１実施形態を示すフローチャート。
【図６】前記第１実施形態における判定時間の設定処理を示すブロック図。
【図７】前記第１実施形態における判定時間の設定処理の他の例を示すブロック図。
【図８】故障診断の第２実施形態を示すフローチャート。
【図９】前記第２実施形態における判定時間の設定処理を示すブロック図。
【図１０】前記第２実施形態における判定時間の設定処理の他の例を示すブロック図。
【図１１】故障診断の第３実施形態を示すフローチャート。
【図１２】前記第３実施形態における判定時間の設定処理を示すブロック図。
【図１３】前記第３実施形態における判定時間の設定処理の他の例を示すブロック図。
【図１４】前記第３実施形態における判定時間の設定処理の他の例を示すブロック図。
【図１５】故障診断の第４実施形態を示すフローチャート。
【図１６】前記第４実施形態における判定時間の設定処理を示すブロック図。
【図１７】故障診断の第５実施形態を示すフローチャート。
【図１８】前記第５実施形態における判定時間の設定処理を示すブロック図。
【図１９】前記第５実施形態における判定時間の設定処理の他の例を示すブロック図。
【符号の説明】
【０１１３】
１７…モータ（電動アクチュエータ）、３２…角度センサ、１０１…内燃機関、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１０７…排気バルブ、１１２ａ，１１２ｂ…可変バルブリフト機構（可変動弁機構）、１１３ａ，１１３ｂ…可変バルブタイミング機構、１１４…電子制御ユニット、１１９，１４２…温度センサ、１４１…バッテリ
【図１】
0005096096.tif 000002
【図２】
0005096096.tif 000003
【図３】
0005096096.tif 000004
【図４】
0005096096.tif 000005
【図５】
0005096096.tif 000006
【図６】
0005096096.tif 000007
【図７】
0005096096.tif 000008
【図８】
0005096096.tif 000009
【図９】
0005096096.tif 000010
【図１０】
0005096096.tif 000011
【図１１】
0005096096.tif 000012
【図１２】
0005096096.tif 000013
【図１３】
0005096096.tif 000014
【図１４】
0005096096.tif 000015
【図１５】
0005096096.tif 000016
【図１６】
0005096096.tif 000017
【図１７】
0005096096.tif 000018
【図１８】
0005096096.tif 000019
【図１９】
0005096096.tif 000020