(57)【要約】【課題】可変動弁機構付き内燃機関において、バルブタイミング可変機構の作動不良に対応するフェールセーフを実行する場合に、内燃機関の機関特性が過剰に低下することを抑制する技術を提供する。【解決手段】内燃機関の機関バルブのバルブタイミングを可変とする油圧駆動式のバルブタイミング可変機構と、機関バルブのバルブ作用角を可変とする電気駆動式のバルブ作用角可変機構と、バルブタイミング可変機構の作動不良を判定する判定手段と、前記判定手段によってバルブタイミング可変機構が作動不良であると判定された場合、機関バルブのバルブタイミングが所定のフェールセーフ用の目標バルブタイミングとなるように、バルブ作用角可変機構によって機関バルブのバルブ作用角を可変制御する。失火等の燃焼不良を抑制でき、且つ、フェールセーフ動作中の内燃機関の機関性能が過剰に低下することを抑制できる。【選択図】図９
2009052493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の機関バルブのバルブタイミングを可変とする油圧駆動式のバルブタイミング可変機構と、
前記機関バルブのバルブ作用角を可変とする電気駆動式のバルブ作用角可変機構と、
前記バルブタイミング可変機構の作動不良を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記バルブタイミング可変機構が作動不良であると判定された場合、前記機関バルブのバルブタイミングが所定の目標バルブタイミングとなるように前記バルブ作用角可変機構によって前記機関バルブのバルブ作用角を可変制御するフェール時作用角制御を実行する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記バルブタイミング可変機構の作動不良により、正のバルブオーバーラップが存在する状態で前記機関バルブのバルブタイミングが固定された場合、
前記制御手段は、前記フェール時作用角制御において、前記内燃機関の吸気バルブの閉弁時期が下死点以後の所定の時期となるように吸気バルブのバルブ作用角を拡大することを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記内燃機関は各気筒につき複数の吸気バルブを備え、
該複数の吸気バルブのうちの一部の吸気バルブを吸気行程の途中で閉弁する片弁早閉制御を実行可能であり、
前記制御手段は、前記フェール時作用角制御において、前記片弁早閉制御を実行する場合、吸気行程の途中で閉弁される吸気バルブのバルブ作用角を、前記バルブタイミング可変機構が作動不良であると判定されない通常時に前記片弁早閉制御が実行される場合に吸気行程の途中で閉弁される吸気バルブのバルブ作用角と比較して、拡大することを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。
【請求項４】
請求項１において、
前記バルブタイミング可変機構の作動不良により、前記内燃機関の排気バルブの開弁時期が遅角側の位置で固定された場合、
前記制御手段は、前記フェール時作用角制御において、前記排気バルブのバルブ作用角を、前記バルブタイミング可変機構が作動不良であると判定されない通常時の前記排気バルブのバルブ作用角と比較して、内燃機関の運転状態が低負荷低回転の領域では略等しくし、高負荷高回転になるほど拡大することを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。
【請求項５】
請求項１において、
前記内燃機関は各気筒につき複数の吸気バルブを備え、
該複数の吸気バルブのうちの一部の吸気バルブを吸気行程の途中で閉弁する片弁早閉制御を実行可能であり、
前記バルブタイミング可変機構の作動不良により、前記内燃機関の吸気バルブの閉弁時期が遅角側の位置で固定された場合、
前記制御手段は、前記フェール時作用角制御において、前記片弁早閉制御を実行する場合、前記バルブタイミング可変機構が作動不良であると判定されない通常時に前記片弁早閉制御を実行する場合と比較して、吸気行程の途中で閉弁される吸気バルブのバルブ作用角を縮小することを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。
【請求項６】
請求項１において、
前記バルブタイミング可変機構の作動不良により、前記内燃機関の排気バルブの開弁時期が進角側の位置で固定された場合、
前記制御手段は、前記フェール時作用角制御において、前記排気バルブのバルブ作用角を、前記バルブタイミング可変機構が作動不良であると判定されない通常時の前記排気バルブのバルブ作用角と比較して縮小し、内燃機関の運転状態が低負荷低回転になるほどその縮小幅を拡大することを特徴とする内燃機関の可変動弁機構の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の可変動弁機構の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動弁系の動作特性を可変とする可変動弁機構が知られている。動弁系の動作特性とは、吸気バルブや排気バルブのバルブ作用角、バルブリフト量（開弁量）、バルブタイミングを意味する。可変動弁機構を備えた内燃機関では、バルブ作用角の大小、バルブリフト量の大小、バルブタイミングの進角や遅角を、内燃機関の運転状態に応じて最適な値に変更することによって、内燃機関の出力、燃費、排気エミッション、アイドル安定性等の機関諸特性を向上させることができる。
【０００３】
可変動弁機構に関する従来技術として、特許文献１には、吸気バルブタイミングを可変制御する吸気バルブタイミング可変機構と、排気バルブタイミングを可変制御する排気バルブタイミング可変機構と、吸気バルブ作用角を可変制御する吸気バルブ作用角可変機構と、を備えた内燃機関において、排気バルブタイミング可変機構が作動不良となった場合に、正のバルブオーバーラップを解消するように吸気バルブタイミング可変機構と吸気バルブ作用角可変機構との少なくとも一方を駆動することによって、過剰な内部ＥＧＲを抑制し、安定した燃焼を確保することを図るフェールセーフ技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１３３５９１号公報
【特許文献２】特開２００５−１３３５９２号公報
【特許文献３】特開２０００−２３４５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示された技術によれば、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングがフェールセーフ用の特定のバルブタイミングに固定されるため、失火等の最悪の事態を回避することはできるものの、内燃機関の運転性能、排気性能、燃費性能等の機関特性が極めて制限されることになる。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、可変動弁機構付き内燃機関において、バルブタイミング可変機構の作動不良に対応するフェールセーフを実行する場合に、内燃機関の機関特性が過剰に低下することを抑制する技術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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の可変動弁機構の制御システムは、
内燃機関の機関バルブのバルブタイミングを可変とする油圧駆動式のバルブタイミング可変機構と、
前記機関バルブのバルブ作用角を可変とする電気駆動式のバルブ作用角可変機構と、
前記バルブタイミング可変機構の作動不良を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記バルブタイミング可変機構が作動不良であると判定された場合、前記機関バルブのバルブタイミングが所定の目標バルブタイミングとなるように前記バルブ作用角可変機構によって前記機関バルブのバルブ作用角を可変制御するフェール時作用角制御を実行する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
バルブタイミング可変機構が作動不良であると判定される場合としては、例えば、バル
ブタイミング可変機構が故障した場合や、バルブタイミング可変機構を駆動する作動油の油温が非常に低く作動油の粘度がバルブタイミング可変機構が正常に作動可能な上限値を超えた場合等を挙げることができる。
【０００８】
バルブタイミング可変機構が作動不良である場合には、バルブ作用角の中心位相を変更することができなくなる。しかしながら、バルブ作用角可変機構によってバルブ作用角を変更することによりバルブタイミングを変更することが可能である。すなわち、バルブ作用角の中心位相が固定された状態でバルブ作用角を拡大すれば、バルブ開弁時期は進角側に移動し、バルブ閉弁時期は遅角側に移動する。一方、バルブ作用角の中心位相が固定された状態でバルブ作用角を縮小すれば、バルブ開弁時期は遅角側に移動し、バルブ閉弁時期は進角側に移動する。
【０００９】
そこで、本発明のシステムでは、バルブタイミング可変機構が作動不良となってバルブタイミング可変機構によるバルブタイミングの可変制御を行うことができなくなった場合には、バルブ作用角可変機構によってバルブ作用角を可変制御することによってバルブタイミングを可変制御するようにしている。バルブタイミング可変機構の作動不良時にバルブ作用角可変機構によって行われるこのバルブ作用角の可変制御をここでは「フェール時作用角制御」と称する。フェール時作用角制御はバルブタイミング可変機構の作動不良に対応するフェールセーフのために行われる制御であり、バルブタイミング可変機構が正常動作可能な通常時にバルブ作用角可変機構によって行われるバルブ作用角の可変制御とは異なる制御である。すなわち、フェール時作用角制御は、バルブタイミング可変機構の作動不良時において、バルブタイミング可変機構に代わって機関バルブのバルブタイミングを所定の目標バルブタイミングとすべく行われる、バルブ作用角の可変制御である。
【００１０】
ここで、フェール時作用角制御における「所定の目標バルブタイミング」とは、バルブタイミング可変機構が作動不良となっている状況下においても失火等の燃焼不安定化を抑制することが可能なバルブタイミングであり、且つ、バルブ作用角の中心位相を変更することができないという制約の下でバルブ作用角を可変とすることによって実現可能な範囲内のバルブタイミングであって、当該範囲内でできる限り内燃機関の運転性能（燃費、排気エミッション、ドライバビリティ等）が損なわれないように定められる。この目標バルブタイミングは、バルブ作用角可変機構によるバルブ作用角の可変制御によって実現可能なバルブタイミングの可変制御の目標値であるから、通常制御時においてバルブタイミング可変機構によって実現可能なバルブタイミングの目標値と同一である場合も考えられるし、通常制御時と等しい目標値を設定することは困難である場合も考えられる。
【００１１】
このように、本発明によれば、バルブタイミング可変機構の故障時や油圧が過剰に高くなる可能性のある極低温時等においてバルブタイミング可変機構が作動不良となった場合においても、バルブ作用角可変機構によってフェール時作用角制御が行われるので、失火等の燃焼不良を抑制するフェールセーフが可能となるとともに、フェールセーフ動作中の内燃機関の運転性能が過剰に低下してしまうことを抑制できる。
【００１２】
例えば、バルブタイミング可変機構の作動不良により、正のバルブオーバーラップが存在する状態で機関バルブのバルブタイミングが固定された場合、内燃機関の運転状態によらず正のバルブオーバーラップが存在することになるので、内燃機関の運転状態によっては内部ＥＧＲが過剰になり、筒内温度が過剰に高温になり、スモークの増大が懸念される。
【００１３】
このような場合には、フェール時作用角制御において、内燃機関の吸気バルブの閉弁時期が下死点以後の所定の時期となるように吸気バルブのバルブ作用角を拡大する。吸気バルブのバルブ作用角が拡大され、吸気バルブの閉弁時期が下死点より遅角側に移動すると
、有効圧縮比が低下するので、筒内温度を低下させることができる。従って、スモークの増大を抑制することができる。ここで、「下死点以後の所定の時期」とは、当該時期に吸気バルブの閉弁時期を設定することによって、好適にスモークの発生を抑制可能な時期であり、予め求められる。
【００１４】
なお、上記フェール時作用角制御によって有効圧縮比を低下させることに加えて、外部ＥＧＲクーラによる外部ＥＧＲガスの冷却効率を高めるようにしても良い。これにより、筒内温度の過剰な上昇をより確実に抑制することができる。
【００１５】
ところで、上記フェール時作用角制御において、吸気バルブの作用角を拡大して吸気バルブの閉弁時期を下死点以後に遅角させた場合、吸入空気の一部が筒内から吸気ポートに吹き返し、空気量が不足することがある。この場合、空燃比がリッチ側にずれて燃焼不良やスモークの増大が懸念される。
【００１６】
このような空気量不足に対する対策として、各気筒につき複数の吸気バルブを備えた内燃機関では、複数の吸気バルブのうちの一部の吸気バルブを吸気行程の途中で閉弁する片弁早閉制御を行うことが有効である。片弁早閉制御では、吸気行程の途中で閉弁される方の吸気バルブのバルブ作用角を縮小することによって、該吸気バルブの閉弁時期を下死点以前の時期まで進角させる。片弁早閉制御を実行することでスワールを強化することができ、筒内の燃料と空気とのミキシングが促進され、燃焼状態が改善するので、スモークを抑制することができる。吸気行程の途中で閉弁される吸気バルブを以下「早閉吸気バルブ」と称する。
【００１７】
上記フェール時作用角制御を実行中にこの片弁早閉制御を実行する場合には、通常時に実行される片弁早閉制御と比較して、早閉吸気バルブのバルブ作用角を大きくしても良い。換言すると、早閉吸気バルブのバルブ作用角の縮小の度合を、フェール時作用角制御実行時は通常制御時よりも小さくしても良い。こうすることで、より確実に空気量の不足を回避することができる。
【００１８】
なお、上記フェール時作用角制御において、吸気バルブの閉弁時期を遅角させた場合に、空気量が不足するときは、上記片弁早閉制御を実行することに加えて、外部ＥＧＲガス量の減量補正を行っても良い。これにより空燃比がリッチ側にずれることをより確実に抑制できる。また、上記フェール時作用角制御実行中の上記片弁早閉制御において、早閉吸気バルブのバルブ作用角を通常制御時の早閉吸気バルブのバルブ作用角より大きくした場合、当該片弁早閉制御によるスワール強化の効果が低下する場合が考えられる。この場合、燃焼騒音が増大する可能性がある。また、外部ＥＧＲガス量を減量した場合にも、同様に燃焼騒音の増大が懸念される。これに対し、パイロット噴射を実行することによって燃焼騒音の低減を図るようにしても良い。
【００１９】
次に、バルブタイミング可変機構の作動不良により、内燃機関の排気バルブの開弁時期が遅角側の位置で固定された場合に、本発明のフェール時作用角制御において実行される制御を説明する。ここで、「遅角側の位置」とは、バルブタイミング可変機構による排気バルブの開弁時期の可変範囲の略中間の時期より遅角側の位置を意味するものとする。排気バルブの開弁時期は、内燃機関の燃費性能に影響する。燃費を最適化する観点からは、排気バルブの開弁時期は、内燃機関が低負荷低回転の運転状態においては遅角側（例えば下死点近傍）とし、高負荷高回転になるほど進角させて下死点以前の時期とすることが好ましい。しかしながら、バルブタイミング可変機構の作動不良によって排気バルブの開弁時期が遅角側の位置で固定されると、内燃機関が低回転低負荷の運転状態では燃費最適の排気バルブの開弁時期とのずれはほとんどないが、内燃機関の運転状態が高負荷高回転になるほど、燃費最適の排気バルブの開弁時期からのずれが大きくなり、燃費が悪化する虞
がある。
【００２０】
そこで、本発明では、バルブタイミング可変機構の作動不良によって排気バルブの開弁時期が遅角側の位置で固定された場合には、フェール時作用角制御として、排気バルブのバルブ作用角を、バルブタイミング可変機構が正常動作している通常時の排気バルブのバルブ作用角と比較して、内燃機関の運転状態が低負荷低回転の領域では略等しくし、高負荷高回転になるほど大きくするようにしても良い。
【００２１】
こうすることで、内燃機関が高負荷高回転の運転状態になるほど、排気バルブのバルブ作用角が大きくなり、従って排気バルブの開弁時期が進角側に移動する。従って、バルブタイミング可変機構の作動不良によって排気バルブの開弁時期が遅角側の位置で固定された場合においても、内燃機関が高負荷高回転の運転状態になるほど、排気バルブの開弁時期を進角側に変化させることができる。つまり、内燃機関の運転状態に応じて、排気バルブの開弁時期が、燃費最適の排気バルブの開弁時期から大きくずれない開弁時期になるようにできるので、バルブタイミング可変機構の作動不良に対応するフェールセーフ動作中においても、内燃機関の燃費性能を良好に維持することが可能になる。なお、「排気バルブのバルブ作用角を内燃機関が高負荷高回転になるほど大きくする」ことには、排気バルブのバルブ作用角を徐々に（連続的に）大きくすることや、排気バルブのバルブ作用角を内燃機関の負荷及び／又は回転数の所定の変化幅毎に段階的に大きくすることが含まれても良い。
【００２２】
次に、バルブタイミング可変機構の作動不良により、内燃機関の吸気バルブの閉弁時期が遅角側の位置で固定された場合に、本発明のフェール時作用角制御において実行される制御を説明する。ここで、「遅角側の位置」とは、バルブタイミング可変機構による吸気バルブの閉弁時期の可変範囲の略中間の時期より遅角側の位置を意味するものとする。吸気バルブの閉弁時期が遅角側で固定された状態で上述した片弁早閉制御を実行する場合、早閉吸気バルブのバルブ作用角を小さくしても、早閉吸気バルブの閉弁時期が下死点より進角側の時期にならない可能性がある。その場合、片弁早閉制御によるスワール強化の効果が十分に得られない可能性がある。
【００２３】
そこで、本発明では、バルブタイミング可変機構の作動不良によって吸気バルブの閉弁時期が遅角側の位置で固定された状態で片弁早閉制御を実行する場合には、バルブタイミング可変機構が正常動作している通常制御時に片弁早閉制御を実行する場合と比較して、早閉吸気バルブのバルブ作用角を縮小するようにしても良い。すなわち、通常制御時に片弁早閉制御を実行する場合の早閉吸気バルブのバルブ作用角の縮小度合より、フェール時作用角制御において片弁早閉制御を実行する場合の早閉吸気バルブのバルブ作用角の縮小度合を、大きくする。
【００２４】
こうすることで、吸気バルブの閉弁時期を下死点以前の位置まで進角させれば、通常時と同等のスワール比を得ることができる。片弁早閉制御によるスワール強化の効果を十分に得ることでき、筒内の燃料と空気とのミキシングが良好に行われ、スモークの増大を抑制することが可能となる。
【００２５】
また、バルブタイミング可変機構の作動不良により、内燃機関の排気バルブの開弁時期が進角側の位置で固定された場合に、本発明のフェール時作用角制御において実行される制御を説明する。ここで、「進角側の位置」とは、バルブタイミング可変機構による排気バルブの開弁時期の可変範囲の略中間の時期より進角側の位置を意味するものとする。上述のように、排気バルブの開弁時期は、内燃機関の燃費性能に影響する。バルブタイミング可変機構の作動不良によって排気バルブの開弁時期が進角側の位置で固定されると、内燃機関が高負荷高回転の運転状態において燃費最適の排気バルブの開弁時期と比較して進
角側にずれることになり、そのずれは、内燃機関が低負荷低回転の運転状態になるほど拡大し、燃費の悪化が拡大する虞がある。
【００２６】
そこで、本発明では、バルブタイミング可変機構の作動不良によって排気バルブの開弁時期が進角側の位置で固定された場合には、フェール時作用角制御として、排気バルブのバルブ作用角を、バルブタイミング可変機構が正常動作している通常時の排気バルブのバルブ作用角と比較して縮小し、その縮小幅を、内燃機関の運転状態が低負荷低回転になるほど拡大するようにしても良い。
【００２７】
こうすることで、内燃機関が低負荷低回転の運転状態になるほど、排気バルブのバルブ作用角が小さくなり、従って排気バルブの開弁時期が遅角側に移動する。従って、バルブタイミング可変機構の作動不良によって排気バルブの開弁時期が進角側の位置で固定された場合においても、内燃機関が低負荷低回転では排気バルブを遅角側（例えば下死点近傍）とし、高負荷高回転になるほど下死点より進角側に変化させることができる。つまり、内燃機関の運転状態に応じて、排気バルブの開弁時期が、燃費最適の排気バルブの開弁時期から大きくずれない開弁時期になるようにできるので、バルブタイミング可変機構の作動不良に対応するフェールセーフ動作中においても、内燃機関の燃費性能を良好に維持することが可能になる。なお、「排気バルブのバルブ作用角の縮小幅を内燃機関が低負荷低回転になるほど拡大する」ことには、縮小幅を徐々に（連続的に）拡大することや、縮小幅を内燃機関の負荷及び／又は回転数の所定の変化幅毎に段階的に拡大させていくことが含まれてもよい。
【００２８】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【発明の効果】
【００２９】
本発明により、可変動弁機構付き内燃機関において、バルブタイミング可変機構の動作不良に対応するフェールセーフを実行する場合に、内燃機関の機関特性が過剰に低下することを抑制することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本実施例に係る内燃機関の制御システムの概略構成を示す概念図である。
【００３２】
図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を有するディーゼルエンジンである。気筒２内には、ピストン１５が摺動可能に挿入されている。気筒２内には、ピストン１５と気筒２の内壁とによって区画されて燃焼室２３が形成されている。気筒２の上部には、燃焼室２３内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁５が設けられている。燃料噴射弁５は１サイクルに複数回の燃料噴射を行うことができる。ピストン１５はコンロッド１６を介してクランクシャフト１７に接続されている。内燃機関１には、クランクシャフト１７の回転角度を測定する回転数センサ１８が設けられている。回転数センサ１８の出力は後述するＥＣＵ２０に入力され、回転数センサ１８の出力に基づいて内燃機関１のエンジン回転数が判定される。燃焼室２３は吸気ポート３を介して吸気通路３０と連通している。また、排気ポート４を介して排気通路４０と連通している。
【００３３】
排気通路４０と吸気通路３０とはＥＧＲ通路７０によって接続されている。ＥＧＲ通路７０を通って排気の一部が吸気通路３０に流入し、ＥＧＲガスとして燃焼室２３内に供給
される。ＥＧＲ通路７０を流れるＥＧＲガスの流量はＥＧＲ通路７０に設けられたＥＧＲ弁７８の開度を調節することによって調節される。ＥＧＲ通路７０の途中にはＥＧＲ通路７０を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラ７６が配置されている。ＥＧＲ通路７０のＥＧＲクーラ７６より上流側の箇所と下流側の箇所とはクーラバイパス通路７１によって接続されている。ＥＧＲ通路７０とクーラバイパス通路７１との接続部にはクーラバイパス弁７７が配置されている。クーラバイパス弁７７によって、ＥＧＲ通路７０を流れる排気の流通経路として、ＥＧＲクーラ７６を通過する経路及びクーラバイパス通路７１を通過する経路のいずれかが選択されるようになっている。クーラバイパス弁７７はＥＣＵ２０によって制御される。
【００３４】
吸気ポート３は吸気バルブ１０によって開閉される。吸気バルブ１０は吸気カムシャフト１２の回転によって駆動されて吸気ポート３を開閉する。また、排気ポート４は排気バルブ１１によって開閉される。排気バルブ１１は排気カムシャフト１３の回転によって駆動されて排気ポート４を開閉する。本実施例の内燃機関１には、吸気バルブ１０のバルブタイミングを可変とする吸気バルブタイミング可変機構７４と、吸気バルブ１０のバルブ作用角を可変とする吸気バルブ作用角可変機構７５と、排気バルブ１１のバルブタイミングを可変とする排気バルブタイミング可変機構７２と、排気バルブ１１のバルブ作用角を可変とする排気バルブ作用角可変機構７３と、が備えられている。吸気バルブタイミング可変機構７４及び排気バルブタイミング可変機構７２は油圧駆動式であり、吸気バルブ作用角可変機構７５及び排気バルブ作用角可変機構７３は電気駆動式である。
【００３５】
以上のように構成された内燃機関１には、内燃機関１の運転状態を制御するＥＣＵ２０が備えられている。ＥＣＵ２０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有して構成される電子制御コンピュータである。ＥＣＵ２０には上述した回転数センサ１８の他、内燃機関１の冷却水温を測定する水温センサ１９、アクセルペダル（不図示）の踏み込み量をアクセル開度として検出するアクセル開度センサ２２を含む各種のセンサの出力が入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２０には、上述した燃料噴射弁５、吸気バルブタイミング可変機構７４、吸気バルブ作用角可変機構７５、排気バルブタイミング可変機構７２、排気バルブ作用角可変機構７３、クーラバイパス弁７７、ＥＧＲ弁７８を含む各種の機器が接続され、ＥＣＵ２０から出力される制御信号によってこれらの機器の動作が制御される。
【００３６】
ＥＣＵ２０は、上記各センサから入力されるデータに基づいて内燃機関１の運転状態を取得し、該取得した運転状態に最適な吸気バルブ１０及び排気バルブ１１のバルブタイミング、吸気バルブ１０及び排気バルブ１１のバルブ作用角をバルブタイミング可変制御及びバルブ作用角可変制御の目標値として予め記憶されたマップ等から取得する。そして、吸気バルブ１０及び排気バルブ１１のバルブタイミング及びバルブ作用角が当該目標値になるように吸気バルブタイミング可変機構７４、吸気バルブ作用角可変機構７５、排気バルブタイミング可変機構７２、排気バルブ作用角可変機構７３の動作を制御する。
【００３７】
本実施例の内燃機関におけるバルブタイミング可変制御及びバルブ作用角可変制御によれば、バルブ動作特性を内燃機関１の運転状態に応じて最適なバルブ動作特性とすることにより、燃費、出力、排気エミッション、アイドル安定性等の種々の機関特性を向上させることができる。
【００３８】
しかしながら、吸気バルブタイミング可変機構７４及び排気バルブタイミング可変機構７２（以下、総称して単に「バルブタイミング可変機構」と言う場合もある）が作動不良となった場合には、これらバルブ動作特性の可変制御による種々のメリットを享受することは難しくなるばかりか、バルブタイミング可変機構の作動不良によって固定されたバルブ動作特性によっては、バルブ動作特性が内燃機関１の運転状態に対して不適切となり、最悪の場合失火等の燃焼不良が起こる虞がある。本実施例のバルブタイミング可変機構は
油圧駆動式であるので、バルブタイミング可変機構自体が故障した場合の他に、作動油の粘度が過剰に高くなる極低温下においてもバルブタイミング可変機構が作動不良となる虞がある。
【００３９】
バルブタイミング可変機構が作動不良となった場合には、バルブ作用角の中心位相を変更することはできなくなるが、吸気バルブ作用角可変機構７５や排気バルブ作用角可変機構７３（以下、総称して単に「バルブ作用角可変機構」と言う場合もある）が正常動作可能であれば、バルブ作用角可変機構を駆動してバルブ作用角を変更することによって、バルブタイミングを変更することは可能である。例えば、バルブ作用角の中心位相が固定された状態でバルブ作用角を拡大すれば、バルブ開弁時期は進角側に移動し、バルブ閉弁時期は遅角側に移動する。一方、バルブ作用角の中心位相が固定された状態でバルブ作用角を縮小すれば、バルブ開弁時期は遅角側に移動し、バルブ閉弁時期は進角側に移動する。
【００４０】
このような作用角の変更に伴うバルブタイミングの変化を利用して、本実施例のシステムでは、バルブタイミング可変機構が作動不良となってバルブタイミング可変機構によるバルブタイミングの可変制御を行うことができなくなった場合には、所望のバルブタイミングを実現すべくバルブ作用角可変機構によってバルブ作用角を可変制御するようにした。例えば、本実施例のシステムでは、バルブ作用角可変機構は電気駆動式であるから、バルブタイミング可変機構が作動不良となる極低温下においても、バルブ作用角可変機構を動作させることができる。バルブタイミング可変機構の作動不良時にバルブ作用角可変機構によって行われるこのバルブ作用角の可変制御を「フェール時作用角制御」と称する。フェール時作用角制御は、バルブタイミング可変機構の作動不良に対するフェールセーフのために行われる制御であり、バルブタイミング可変機構が正常動作可能な通常時にバルブ作用角可変機構によって行われるバルブ作用角の可変制御とは異なる制御態様で行われる制御である。
【００４１】
すなわち、フェール時作用角制御は、バルブタイミング可変機構が作動不良となっている状況下において、バルブ作用角可変機構によるバルブ作用角の可変制御によってバルブタイミングを所定のフェール時目標バルブタイミングとすべく行われる制御である。ここで、「フェール時目標バルブタイミング」とは、失火等の燃焼不良が起こることを抑制可能なバルブタイミングであり、且つ、バルブ作用角の中心位相を変更することができないという制約下でバルブ作用角を変化させることによって実現可能な範囲内のバルブタイミングであって、当該範囲内でできる限り内燃機関の機関特性（燃費、エミッション、ドライバビリティ等）が損なわれないように定められる。なお、フェール時目標バルブタイミングは、優先する機関特性に応じて異なる値となる場合も考えられる。例えば、燃費の悪化をできる限り抑制するように定められるフェール時目標バルブタイミングと、エミッションをできる限り抑制するように定められるフェール時目標バルブタイミングと、が異なっている場合、内燃機関１の運転状態や、要求される機関性能に応じて、複数の異なるフェール時目標バルブタイミングを切り替えるようにしても良い。
【００４２】
フェール時目標バルブタイミングは、バルブ作用角可変機構によるバルブ作用角の可変制御によって実現可能なバルブタイミングの可変制御の目標値であるから、バルブタイミング可変機構が正常動作可能な通常時においてバルブタイミング可変機構によって行われるバルブタイミングの可変制御の目標値と等しい場合も考えられるし、通常時と等しい目標値を設定することは困難である場合も考えられる。
【００４３】
いずれにしても、バルブタイミング可変機構の作動不良時にバルブ作用角可変機構によるフェール時作用角制御を実行することによって、バルブタイミング可変機構の作動不良に対するフェールセーフ動作中において燃焼不良が起こることを抑制できるとともに、内燃機関１の運転性能が過剰に低下することを抑制できる。
【００４４】
以下、フェール時作用角制御の例についていくつか具体的に説明する。
【００４５】
図２は、本実施例のバルブタイミング可変機構によって実現可能なバルブタイミングの例を示した図である。図２（Ａ）は、吸気バルブタイミングが進角される一方、排気バルブタイミングが遅角され、正のバルブオーバーラップが存在する場合を示している。図２（Ｂ）は、吸気バルブタイミング及び排気バルブタイミングがともにベースバルブタイミングとされた場合を示している。ここで、「ベースバルブタイミング」とは、図２（Ｂ）に示すように、排気バルブ１１の閉弁時期と吸気バルブ１０の開弁時期とが略一致し、バルブオーバーラップがほとんどないバルブタイミングであり、排気バルブ１１の開弁時期は下死点（ＢＤＣ）より進角側の時期、吸気バルブ１０の閉弁時期は下死点より遅角側の時期とされる。図２（Ｃ）は、ベースバルブタイミングよりも吸気バルブタイミングが遅角される一方、排気バルブタイミングが進角され、負のバルブオーバーラップが存在する場合を示している。
【００４６】
ここで、図２（Ａ）に示すような正のバルブオーバーラップが存在するバルブタイミングとなっている状態でバルブタイミング可変機構が作動不良となった場合に行われるフェール時作用角制御について説明する。この場合、内燃機関１の運転状態によらず正のオーバーラップが存在することになるので、内燃機関１の運転状態によっては内部ＥＧＲが過剰になり、筒内温度が過剰に高くなり、スモークが増大する虞がある。
【００４７】
そこで、このような場合、本実施例のシステムでは、フェール時作用角制御として、吸気バルブ１０の閉弁時期が下死点以後の所定の時期となるように、吸気バルブ作用角可変機構７３によって吸気バルブ１０のバルブ作用角を拡大するようにした。
【００４８】
図３に、本実施例のフェール時作用角制御を実行した時のバルブ動作特性の変化を示す。吸気バルブ１０の作用角が拡大されることによって、吸気バルブ１０のバルブ動作特性は、図３の曲線ＩＮ１で表されるバルブ動作特性から曲線ＩＮ４で表される動作特性に変化する。これにより、図３に示すように、吸気バルブ１０の閉弁時期が遅角側に移動し、下死点以後の時期となる。これにより、有効圧縮比が低下して、筒内温度が低下するので、スモークの増大を抑制することができる。
【００４９】
なお、スモークの増大をより確実に抑制するために、上記フェール時作用角制御に加えて更に、ＥＧＲガス量を内燃機関１の運転状態に応じて定められた基準ＥＧＲガス量より減量すべくＥＧＲ弁７８の開度を補正したり、ＥＧＲ通路７０を流れるＥＧＲガスの流通経路としてＥＧＲクーラ７６を通過する経路が選択されるようにクーラバイパス弁７７を制御したりすることを、必要に応じて実行しても良い。ＥＧＲガス量を減量した場合、空燃比が過剰にリッチになることが抑制されるので、スモークの増大を抑制することができる。また、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ７６を通過するようにした場合、冷却されたＥＧＲガスが燃焼室２３に供給されるようになるので、筒内温度の過剰な上昇が抑制され、スモークの増大を抑制することができる。
【００５０】
ここで、本実施例のフェール時作用角制御を実行するためのルーチンについて、図４を参照して説明する。図４は、この制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンはＥＣＵ２０によって内燃機関１の稼働中繰り返し実行される。
【００５１】
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は、バルブタイミング可変機構が作動不良となってバルブタイミングが例えば図２（Ａ）に示すような正のバルブオーバーラップが存在する状態で固定されたか否かを判定する。例えば、バルブタイミング可変機構の故障が判定された場合や、バルブタイミング可変機構を油圧駆動するための作動油の油温が
所定温度より低い場合に、バルブタイミング可変機構が作動不良であると判定される。ここで、「所定温度」とは、バルブタイミング可変機構を正常に油圧駆動することができないほど作動油温が極低温の状態であると判定可能なように定められた基準温度である。ステップＳ１０１で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０１で否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。
【００５２】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は、空燃比が所定の目標空燃比より小さいか否か（リッチか否か）を判定する。ここで、「所定の目標空燃比」とは、内燃機関１の運転状態に応じて予め定められた空燃比の目標値である。ステップＳ１０２で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０２で否定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０４に進む。
【００５３】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲガス量を減量する。例えば、ＥＧＲ弁７８の開度を内燃機関１の運転状態に応じて予め定められた基本ＥＧＲ弁開度より閉じ側の開度にする。これにより、混合気中の不活性ガスの割合が減少するので、空燃比がリーン側に変化してスモークの発生を抑制することができる。
【００５４】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、筒内温度が所定の目標温度より高いか否かを判定する。ここで、「所定の目標温度」とは、内燃機関１の運転状態に応じて予め定められた筒内温度の目標値である。ステップＳ１０４で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０４で否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。
【００５５】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲガスの流通経路としてクーラバイパス通路７１を通過する経路が選択されているか否かを判定する。ステップＳ１０５で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０５で否定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０８に進む。
【００５６】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、クーラバイパス弁７７を切り替えてＥＧＲガスの流通経路としてＥＧＲクーラ７６を通過する経路を選択する。これにより、冷却されたＥＧＲガスが燃焼室２３に供給されるようになり、筒内温度が低下するので、スモークの発生を抑制することができる。
【００５７】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２０は、筒内温度が前記目標温度より高い否かを判定する。ステップＳ１０７で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０７で否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。
【００５８】
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ２０は、フェール時作用角制御を実行する。すなわち、バルブ作用角可変機構７５を駆動して吸気バルブ１０のバルブ作用角を拡大する。これにより、吸気バルブ１０の閉弁時期が下死点より遅角側に移動して、有効圧縮比が小さくなり、筒内温度が低下するので、スモークの発生を抑制することができる。
【００５９】
本実施例においては、ステップＳ１０１を実行するＥＣＵ２０が本発明における判定手段に相当する。また、ステップＳ１０８を実行するＥＣＵ２０が本発明における制御手段に相当する。なお、上記ルーチンでは、スモークの発生をより確実に抑制するために、吸気バルブ作用角を拡大する制御の他にＥＧＲガス量の減量やクーラバイパス弁７７の切替を実行するようにしているが、これらの制御は本発明を実施するために必須ではない。
【００６０】
なお、本実施例のフェール時作用角制御によって吸気バルブ１０の作用角を拡大して吸気バルブ１０の閉弁時期を下死点より大幅に遅角させた場合、吸入空気の一部が燃焼室２
３内から吸気ポート３に吹き返し、空気量が不足する可能性がある。この場合、空燃比がリッチ側にずれて燃焼不良やスモークの増大を招く可能性がある。このような空気量不足に対する対策として、各気筒につき複数の吸気バルブを備えた内燃機関の場合には、複数の吸気バルブのうちの一部の吸気バルブを吸気行程の途中で閉弁する片弁早閉制御を行うことが有効である。片弁早閉制御では、吸気行程の途中で閉弁される方の吸気バルブのバルブ作用角を縮小することによって、該吸気バルブの閉弁時期を下死点以前の時期まで進角させる。片弁早閉制御を実行することでスワールを強化することができ、筒内の燃料と空気とのミキシングが促進され、燃焼状態が改善するので、スモークを抑制することができる。吸気行程の途中で閉弁される吸気バルブを以下「早閉吸気バルブ」と称する。
【００６１】
本実施例の内燃機関１が、各気筒２について吸気バルブ１０を２個ずつ備えた構成を有する場合には、空気量が不足するときにこの片弁早閉制御を実行しても良い。特に、本実施例のフェール時作用角制御を実行中に片弁早閉制御を実行する場合には、バルブタイミング可変機構が正常動作する通常時に実行される片弁早閉制御と比較して、早閉吸気バルブのバルブ作用角を大きくしても良い。つまり、早閉吸気バルブのバルブ作用角の縮小の度合を、フェール時作用角制御実行時には通常制御時よりも小さくしても良い。
【００６２】
図５に、本実施例のフェール時作用角制御を実行中に片弁早閉制御を実行する場合のバルブ動作特性の変化を示す。図５（Ａ）は吸気行程の途中で閉弁されない吸気バルブ（以下、「通常吸気バルブ」とも言う）のバルブ動作特性を示す図である。通常吸気バルブのバルブ動作特性（曲線ＩＮ４で表示）は片弁早閉制御の実行前後で当然変化しない。図５（Ｂ）は早閉吸気バルブのバルブ動作特性を示す図である。本実施例のフェール時作用角制御を実行していない通常制御時に片弁早閉制御を実行する場合に、早閉吸気バルブのバルブ動作特性を破線曲線ＩＮ６で表される動作特性に変化させるとすれば、本実施例のフェール時作用角制御を実行中に片弁早閉制御を実行する場合には、早閉吸気バルブのバルブ動作特性を曲線ＩＮ５で表されるような動作特性に変化させる。こうすることにより、フェール時作用角制御の実行中においても十分な吸入空気量を確保することができ、より確実にスモークの増大を抑制することができる。
【００６３】
なお、早閉吸気バルブのバルブ作用角を通常制御時より拡大することによって、片弁早閉制御によるスワール強化の効果が減少する可能性がある。この場合、燃焼騒音が増大する可能性がある。これに対し、例えばパイロット噴射を実行する等、燃料噴射適合を変更することによって燃焼騒音の増大を抑制するようにしても良い。また、フェール時作用角制御における空気量の不足をＥＧＲガス量の減量補正によって抑制するようにしても良い。
【００６４】
ここで、以上説明した片弁早閉制御をフェール時作用角制御中に実行する場合のルーチンについて、図６を参照して説明する。図６は、図４に示したフェール時作用角制御実行中に片弁早閉制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは図４のフローチャートにおけるステップＳ１０８の実行後に適宜実行される。
【００６５】
ステップＳ２０１において、ＥＣＵ２０は、新気量が目標新気量より少ないか否かを判定する。ステップＳ２０１で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０１で否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。
【００６６】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲガス量を減量する。例えば、ＥＧＲ弁７８の開度をステップＳ１０３で設定された開度よりさらに小さくする。
【００６７】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ２０は、片弁早閉制御を実行する。具体的には、２つの吸気バルブ１０のうち片方の吸気バルブ１０のバルブ作用角を図５（Ｂ）の曲線ＩＮ
４から曲線ＩＮ５で表されるバルブ作用角に変更する。これによりスワールが強化されることによって気筒内の燃料と空気とのミキシングが促進されるとともに、早閉吸気バルブのバルブ作用角の縮小度合いが通常制御時と比較して抑制されることによって吸入空気量が十分に確保されるようになる。
【００６８】
ステップＳ２０４において、ＥＣＵ２０は、燃焼騒音が所定の許容値を超えているか否かを判定する。「所定の許容値」とは、予め定められた許容騒音レベルの上限値である。ステップＳ２０４で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０４で否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。
【００６９】
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ２０は、噴射適合を変更する。例えば、パイロット噴射を行う。これにより燃焼騒音を低減することができる。
【実施例２】
【００７０】
次に、図２（Ａ）の排気バルブタイミングのように、排気バルブ１１の開弁時期が遅角側の位置でバルブタイミング可変機構が作動不良となった場合に行われるフェール時作用角制御について説明する。排気バルブ１１の開弁時期は、内燃機関の燃費性能に影響する。図７は、内燃機関の運転状態（エンジン回転数及び負荷）と、燃費を最適にするための排気バルブ１１の開弁時期との関係を示す図である。図７に示すように、燃費を最適にする観点からは、排気バルブ１１の開弁時期を、低回転低負荷の運転状態においては遅角側（例えば下死点近傍）とし、高負荷高回転になるほど進角させて下死点以前の時期とすることが好ましい。しかしながら、バルブタイミング可変機構の作動不良によって排気バルブ１１の開弁時期が図２（Ａ）のような遅角側の位置で固定されると、内燃機関１が低負荷低回転の運転状態では燃費最適の排気バルブ１１の開弁時期からのずれはほとんどないが、内燃機関１の運転状態が高負荷高回転になるほど、燃費最適の排気バルブ１１の開弁時期からのずれが大きくなり、燃費が悪化する虞がある。
【００７１】
そこで、本実施例では、バルブタイミング可変機構の作動不良によって排気バルブ１１の開弁時期が遅角側の位置で固定された場合、排気バルブ１１の開弁時期が燃費最適の開弁時期に対して遅角側にずれることになる運転領域において、排気バルブ１１のバルブ作用角を拡大するようにした。排気バルブ１１のバルブ作用角を拡大することによって、排気バルブ１１のバルブ動作特性は、図８に示すように、曲線ＥＸ１で表される動作特性から曲線ＥＸ４で表される動作特性に変化する。これにより、図８に示すように、排気バルブ１１の開弁時期が進角側に移動する。従って、内燃機関１の運転状態が高負荷高回転になるほど、排気バルブ１１の開弁時期を拡大するようにすれば、内燃機関１の運転状態に応じて、排気バルブ１１の開弁時期を、燃費最適となる開弁時期から大きくずれない開弁時期に制御することができる。
【００７２】
図９は、内燃機関１の運転状態と、本実施例のフェール時作用角制御によって制御される場合の排気バルブ１１のバルブ作用角と、の関係を示す図である。図９に示すように、内燃機関１が低負荷低回転の領域では、排気バルブ１１のバルブ作用角をベース排気作用角とする。ここで、「ベース排気作用角」とは、バルブタイミング可変機構が正常動作する通常時の排気バルブ１１のバルブ作用角の目標値である。そして、内燃機関１が高負荷高回転の運転状態になるほど、排気バルブ１１のバルブ作用角を拡大する。図９のマップに従ってバルブタイミング可変機構作動不良時に排気バルブ作用角可変機構７３によって排気バルブ１１のバルブ作用角を可変制御すれば、バルブタイミング可変機構作動不良に対するフェールセーフ動作中の内燃機関１の燃費性能を良好に維持することが可能になる。なお、「内燃機関１の運転状態が高負荷高回転になるほど排気バルブ１１のバルブ作用角を拡大する」ことには、内燃機関の負荷及び／又は回転数に応じて連続的に（徐々に）バルブ作用角を拡大させることや、所定の変化幅だけ負荷及び／又は回転数が変化する毎
にバルブ作用角を段階的に大きくすることや、負荷及び／又は回転数とそれに応じたバルブ作用角との複数の対応関係を予め求めてマップ化し、当該複数の対応関係を用いた補間計算によって任意の負荷及び／又は回転数に対応するバルブ作用角を算出すること等を含めることができる。
【００７３】
ここで、本実施例のフェール時作用角制御を実行するためのルーチンについて、図１０を参照して説明する。図１０は、この制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンはＥＣＵ２０によって内燃機関１の稼働中繰り返し実行される。
【００７４】
まず、ステップＳ３０１において、ＥＣＵ２０は、バルブタイミング可変機構が作動不良となってバルブタイミングが例えば図２（Ａ）に示すような排気バルブ１１の開弁時期が遅角側の位置となっている状態で固定されたか否かを判定する。バルブタイミング可変機構の作動不良を判定する具体的な方法については、図４のルーチンのステップＳ１０１で説明した方法と同様である。ステップＳ３０１で肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ３０２に進む。一方、ステップＳ３０１で否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。
【００７５】
ステップＳ３０２において、ＥＣＵ２０は、フェール時排気バルブ作用角制御を実行する。すなわち、図９に示したマップに従って排気バルブ１１のバルブ作用角を制御する。これにより、内燃機関１の運転状態に応じて、排気バルブ１１の開弁時期を、燃費最適となる開弁時期から大きくずれない開弁時期に制御することが可能となるので、バルブタイミング可変機構の作動不良に対応するフェールセーフ動作中の内燃機関１の燃費特性の過剰な低下を抑制することができる。
【００７６】
本実施例においては、ステップＳ３０１を実行するＥＣＵ２０が本発明における判定手段に相当する。また、ステップＳ３０２を実行するＥＣＵ２０が本発明における制御手段に相当する。
【実施例３】
【００７７】
次に、図２（Ｃ）の排気バルブタイミングのように、排気バルブ１１の開弁時期が進角側の位置でバルブタイミング可変機構が作動不良となった場合に行われるフェール時作用角制御について説明する。上述のように、排気バルブ１１の開弁時期は内燃機関１の燃費性能に影響する。バルブタイミング可変機構の作動不良によって排気バルブ１１の開弁時期が図２（Ｃ）のような進角側の位置で固定されると、内燃機関１が高負荷高回転の運転状態において燃費最適の排気バルブ１１の開弁時期と比較して進角側にずれることになり、そのずれは、内燃機関１が低負荷低回転の運転状態になるほど拡大し、従って燃費の悪化も拡大する虞がある。
【００７８】
そこで、本実施例では、バルブタイミング可変機構の作動不良によって排気バルブ１１の開弁時期が進角側の位置で固定された場合、排気バルブ１１のバルブ作用角を縮小するようにした。そして、その縮小幅を内燃機関１が低負荷低回転の運転状態になるほど拡大するようにした。排気バルブ１１のバルブ作用角を縮小することによって、排気バルブ１１のバルブ動作特性は、図１１に示すように、曲線ＥＸ３で表される動作特性から、内燃機関１が低負荷低回転の運転状態になるに従って、曲線ＥＸ５，ＥＸ６，ＥＸ７で表される動作特性に変化する。これにより、図１１に示すように、排気バルブ１１の開弁時期が遅角側に移動し、内燃機関１が低負荷低回転の運転状態になるほど排気バルブ１１の開弁時期はより遅角側に移動する。従って、内燃機関１の運転状態に応じて、排気バルブ１１の開弁時期を、図７に示した燃費最適となる開弁時期から大きくずれない開弁時期に制御することができる。
【００７９】
図１２は、内燃機関１の運転状態と、本実施例のフェール時作用角制御によって制御される場合の排気バルブ１１のバルブ作用角と、の関係を示す図である。図１２に示すように、内燃機関１が高負荷高回転の領域では、排気バルブ１１のバルブ作用角をベース排気作用角より縮小し、内燃機関１が低負荷低回転の運転状態になるほど、その縮小幅を拡大する。図１２のマップに従ってバルブタイミング可変機構作動不良時に排気バルブ作用角可変機構７３によって排気バルブ１１のバルブ作用角を可変制御すれば、バルブタイミング可変機構作動不良に対するフェールセーフ動作中の内燃機関１の燃費性能を良好に維持することが可能になる。なお、「内燃機関１の運転状態が低負荷低回転になるほど排気バルブ１１のバルブ作用角の縮小幅を拡大する」ことには、内燃機関１の負荷及び／又は回転数に応じて連続的に（徐々に）排気バルブ１１のバルブ作用角の縮小幅を拡大することや、所定の変化幅だけ負荷及び／又は回転数が変化する毎に排気バルブ１１のバルブ作用角の縮小幅を拡大することや、負荷及び／又は回転数とそれに応じた排気バルブ１１のバルブ作用角の縮小幅との複数の対応関係を予め求めてマップ化し、当該複数の対応関係を用いた補間計算によって任意の負荷及び／又は回転数に対応する排気バルブ１１のバルブ作用角の縮小幅を算出すること等を含めることができる。
【００８０】
本実施例のフェール時作用角制御を実行するためのルーチンは、図１０で説明した実施例２のフェール時作用角制御を実行するためのルーチンと同様である。本実施例の場合は、バルブタイミング可変機構が作動不良となってバルブタイミングが例えば図２（Ｃ）に示すような排気バルブ１１の開弁時期が進角側の位置となっている状態で固定された否かを判定し、肯定判定された場合に、図１２に示すマップに従って排気バルブ１１のバルブ作用角を制御する。
【実施例４】
【００８１】
次に、図２（Ｃ）の吸気バルブタイミングのように、吸気バルブ１０の閉弁時期が遅角側の位置でバルブタイミング可変機構が作動不良となった場合に行われるフェール時作用角制御について説明する。本実施例は、吸気バルブ１０の閉弁時期が遅角側の位置で固定された状態で片弁早閉制御を実行する場合の、早閉吸気弁の作用角制御に関するものである。上述したように、片弁早閉制御実行時には、早閉吸気バルブのバルブ作用角を縮小することによって早閉吸気バルブの閉弁時期を進角させて、早閉吸気バルブを吸気行程の途中で閉弁する。しかしながら、吸気バルブ１０の閉弁時期が遅角側の位置で固定された状態で片弁早閉制御を実行する場合には、早閉吸気バルブのバルブ作用角を縮小しても、早閉吸気バルブの閉弁時期が下死点より進角側の時期にならない可能性がある。その場合、片弁早閉制御によるスワール強化の効果が十分に得られない虞がある。
【００８２】
そこで、本実施例では、バルブタイミング可変機構の作動不良によって吸気バルブ１０の閉弁時期が遅角側の位置で固定された状態で片弁早閉制御を実行する場合には、バルブタイミング可変機構が正常動作する通常時に片弁早閉制御を実行する場合と比較して、早閉吸気バルブのバルブ作用角をさらに縮小するようにした。バルブタイミング可変機構が正常動作する通常時における片弁早閉制御実行時には、早閉吸気バルブのバルブ動作特性は、図１３の破線曲線ＩＮ２で表されるような動作特性から破線曲線ＩＮ８で表されるような動作特性に変化させられる。これに対し、バルブタイミング可変機構作動不良によって吸気バルブタイミングが遅角側で固定された場合の片弁早閉制御実行時には、早閉吸気バルブの動作特性は、図１３の曲線ＩＮ３で表される動作特性から、通常時よりも大幅にバルブ作用角が縮小されて、曲線ＩＮ７で表されるような動作特性に変更される。こうすることで、図１３に示すように、吸気バルブ１０のバルブ作用角の中心位相を変化させることができないという制約下においても、早閉吸気バルブの閉弁時期を下死点以前の位置まで進角させることができ、通常時と同等のスワール強化の効果を得ることができる。よって、筒内の燃料と空気とのミキシングが良好に行われ、スモークの増大を抑制することが可能になる。
【００８３】
上記各実施例において、バルブ作用角可変機構は電気駆動式であるので、フェール時作用各制御を速い応答性で実行することができる。
【００８４】
なお、以上述べた各実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。上記各実施例において、バルブタイミング可変機構として吸気バルブタイミング可変機構及び排気バルブタイミング可変機構、バルブ作用角可変機構として吸気バルブ作用角可変機構及び排気バルブ作用角可変機構が備えられた内燃機関を例示したが、バルブタイミング可変機構作動不良時に同時に作動不良にならないように構成されたバルブ作用角可変機構を少なくとも１系統備えた内燃機関一般に本発明を適用することができる。また、上記実施例でフェール時作用角制御とともに実行したＥＧＲガス量の減量、燃料噴射適合の変更、クーラバイパス弁の切り替え等の補助的な制御は本発明を実施するために必須ではない。また、実施例２及び実施例３では、バルブタイミング可変機構作動不良時に燃費最適のための排気バルブタイミングに近づけるべく排気バルブ作用角可変機構によって排気バルブ作用角を可変制御する例を示したが、異なる機関特性を最適化するためのバルブタイミングに近づけるべくバルブ作用角可変機構によってバルブ作用角を可変制御することも可能である。また、片弁早閉制御を実行しない構成では吸気バルブが各気筒毎に複数備えられている必要はない。また、バルブ作用角可変機構は電磁駆動式であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施例における内燃機関とその制御系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例におけるバルブタイミング可変機構及びバルブ作用角可変機構によって実現可能なバルブタイミングの例を示す図である。
【図３】実施例１におけるフェール時作用角制御実行時の吸気バルブのバルブ動作特性の変化を示す図である。
【図４】実施例１におけるフェール時作用角制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図５】実施例２における吸気バルブの片弁早閉制御実行時の吸気バルブのバルブ動作特性の変化を示す図である。
【図６】実施例２における吸気バルブの片弁早閉制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図７】実施例において燃費を最適とする排気バルブ開弁時期と内燃機関の運転状態との関係を示す図である。
【図８】実施例２におけるフェール時作用角制御実行時の排気バルブのバルブ動作特性の変化を示す図である。
【図９】実施例２におけるフェール時作用角制御で可変制御される排気バルブ作用角と内燃機関の運転状態との関係を示す図である。
【図１０】実施例２におけるフェール時作用角制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】実施例３におけるフェール時作用角制御実行時の排気バルブのバルブ動作特性の変化を示す図である。
【図１２】実施例３におけるフェール時作用角制御で可変制御される排気バルブ作用角と内燃機関の運転状態との関係を示す図である。
【図１３】実施例４におけるフェール時作用角制御実行時の吸気バルブのバルブ動作特性の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１     内燃機関
２     気筒
３     吸気ポート
４     排気ポート
５     燃料噴射弁
１０   吸気バルブ
１１   排気バルブ
１２   吸気カムシャフト
１３   排気カムシャフト
１５   ピストン
１６   コンロッド
１７   クランクシャフト
１８   回転数センサ
１９   水温センサ
２０   ＥＣＵ
２２   アクセル開度センサ
２３   燃焼室
３０   吸気通路
４０   排気通路
７０   ＥＧＲ通路
７１   クーラバイパス通路
７２   排気バルブタイミング可変機構
７３   排気バルブ作用角可変機構
７４   吸気バルブタイミング可変機構
７５   吸気バルブ作用角可変機構
７６   ＥＧＲクーラ
７７   クーラバイパス弁
７８   ＥＧＲ弁
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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