(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁駆動式吸気バルブ及び電磁駆動式排気バルブと、一次点火コイルと、該一次点火コイルの急激な通電断で誘導電圧が発生する二次点火コイルと、該二次点火コイルからの出力を受けて点火する点火プラグと、燃料を噴射するインジェクタと、を備えているエンジンシステムの制御装置において、
前記吸気バルブ及び前記排気バルブの動作異常を検知するバルブ異常検知手段と、
前記バルブ異常検知手段で、前記吸気バルブと前記排気バルブとのうち一方のバルブの動作異常が検知されると、他方のバルブを閉じさせる正常バルブ閉制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で異常が検知され、且つ異常検知の際に前記一次点火コイルへの通電が開始されていなければ、該一次点火コイルの通電を中止さる通電中止制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で異常が検知され、且つ異常検知の際に前記一次点火コイルへの通電が開始されていれば、該一次点火コイルの通電断を遅らせて燃焼室内の容量が大きくなっているときに点火させる点火遅延制御手段と、
を備えていることを特徴とするエンジンシステムの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンシステムの制御装置において、
前記バルブ異常検知手段で異常が検知されると、前記インジェクタによる燃料噴射を中止させる燃料噴射中止制御手段を備えている、
ことを特徴とするエンジンシステムの制御装置。
【請求項３】
電磁駆動式吸気バルブ及び電磁駆動式排気バルブと、一次点火コイルと、該一次点火コイルの急激な通電断で誘導電圧が発生する二次点火コイルと、該二次点火コイルからの出力を受けて点火する点火プラグと、燃料を噴射するインジェクタとを、複数の気筒毎に備えているエンジンシステムの制御装置において、
各気筒毎の前記吸気バルブ及び前記排気バルブの動作異常をそれぞれ検知するバルブ異常検知手段と、
前記バルブ異常検知手段で、特定気筒の前記吸気バルブと前記排気バルブとのうち一方のバルブの動作異常が検知されると、他方のバルブを閉じさせる正常バルブ閉制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、前記特定気筒の前記吸気バルブと前記排気バルブとのうち一方のバルブの動作異常が検知され、且つ異常検知の際に該特定気筒の前記一次点火コイルへの通電が開始されていなければ、該一次点火コイルの通電を中止さる通電中止制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、前記特定気筒の前記吸気バルブと前記排気バルブとのうち一方のバルブの動作異常が検知され、且つ異常検知の際に該特定気筒の前記一次点火コイルへの通電が開始されていれば、該一次点火コイルの通電断を遅らせて該特定気筒の燃焼室容積が大きくなっているときに点火させる点火遅延制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、前記特定気筒の前記吸気バルブと前記排気バルブとのうち一方のバルブの動作異常が検知されると、該特定気筒の前記インジェクタによる燃料噴射を中止させる燃料噴射中止制御手段と、
を備えていることを特徴とするエンジンシステムの制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンシステムの制御装置において、
少なくともアクセル踏量に応じて目標吸気量を求める目標吸気量演算手段と、
前記目標吸気量に応じて、前記吸気バルブの開閉タイミングを定める開閉タイミング演算手段と、
前記開閉タイミング演算手段で定められた開閉タイミングで、前記吸気バルブを開閉動作させる吸気バルブ制御手段と、
少なくとも検知された吸気量とエンジン回転数とに基づいて１気筒当りの基本燃料噴射量を求める基本燃料噴射量演算手段と、
前記基本燃料噴射量に基づく燃料分の燃料を噴射するよう前記インジェクタを制御するインジェクタ制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、いずれかの気筒のバルブ異常が検知されると、前記開閉タイミング演算手段に対して、バルブ異常のある気筒を除く気筒に前記目標吸気量が配分されるようバルブ開閉タイミングを定めさせる開閉タイミング変更指示手段と、
前記バルブ異常検知手段で、いずれかの気筒のバルブ異常が検知されると、前記検知された吸気量が、バルブ異常のある気筒を除く気筒に配分されるものとして、１気筒当りの前記基本燃料噴射量を求めるよう、前記基本燃料噴射量演算手段に対して指示する燃料噴射量変更指示手段と、
を備えていることを特徴とするエンジンシステムの制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載のエンジンシステムの制御装置において、
少なくともアクセル踏量に応じて目標吸気量を求める目標吸気量演算手段と、  前記目標吸気量に応じて、前記吸気バルブの開閉タイミングを定める開閉タイミング演算手段と、
前記開閉タイミング演算手段で定められた開閉タイミングで、前記吸気バルブを開閉動作させる吸気バルブ制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、いずれかの気筒のバルブ異常が検知されると、アイドリング時の前記目標吸気量を、アイドリング時のエンジン回転数が、初期設定されたアイドリング時の目標エンジン回転数より高まる値になるよう、前記目標吸入空気量演算手段に対して指示するアイドル時目標吸気量変更指示手段と、
を備えていることを特徴とするエンジンシステムの制御装置。
【請求項６】
請求項３に記載のエンジンシステムの制御装置において、
少なくとも検知された吸気量とエンジン回転数とに基づいて１気筒当りの基本燃料噴射量を求める基本燃料噴射量演算手段と、
排気ガス中の空燃比に基づいて前記基本燃料噴射量を補正して１気筒当りの燃料噴射量を求める噴射量補正手段と、
前記燃料噴射量分の燃料を噴射するよう前記インジェクタを制御するインジェクタ制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、いずれかの気筒の排気バルブ異常が検知されると、前記噴射量補正手段による前記基本燃料噴射量の補正を中止させる補正中止手段と、
を備えていることを特徴とするエンジンシステムの制御装置。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか一項に記載のエンジンシステムの制御装置において、
前記バルブ異常検知手段で、いずれかの気筒の吸気バルブ異常が検知されると、検知された吸気量を、加重平均処理する吸気量補正手段、
を備えていることを特徴とするエンジンシステムの制御装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のエンジンシステムの制御装置において、
前記バルブ異常検知手段で、バルブ異常が検知されると、該バルブに対して復帰動作をさせるバルブ復帰制御手段を、
備えていることを特徴とするエンジンシステムの制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載のエンジンシステムの制御装置において、
前記バルブ復帰制御手段は、前記バルブの復帰動作が実行可能な状態か否かを判断し、復帰動作が実行可能な状態であると判断したときに、該バルブに対して復帰動作をさせる、
ことを特徴とするエンジンシステムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動式吸気バルブ及び電磁駆動式排気バルブを備えたエンジンシステムで、これらのバルブが異常をきたした際に、適切に対応できる制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁駆動式の吸気バルブ及び電磁駆動式排気バルブを備えているエンジンシステムとしては、従来、特開平８−２００１３５号公報に記載されている技術がある。
【０００３】
この技術は、バルブの動作異常時の対処に関するもので、バルブの動作異常が検知されると、吸気バルブと排気バルブとのうち、少なくとも一方を閉じさせると共に、燃料噴射を停止させるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
４サイクルエンジンでは、図１０に示すように、吸気→圧縮→爆発→排気の一連の燃焼サイクルが繰り返し実行される。燃料噴射は、この一連の燃焼サイクルのうち、最初の吸気工程の初期段階に実行される。このため、従来技術では、バルブ動作異常の発生時点が、燃料噴射以降であると、通常通り、吸気→圧縮→爆発→排気が行われ、次の燃焼サイクルで、燃料噴射が停止される。従って、従来技術では、バルブ動作異常の発生時点が、燃料噴射以降であると、噴射された燃料により爆発が起こり、気筒の上流側にある部品や、気筒の下流側にある触媒等の部品を劣化させてしまう恐れがあるという問題点がある。
【０００５】
特に、燃料噴射は、前述したように、燃焼サイクルの最初に僅かの時間のうちに実行されるため、バルブ動作異常は燃料噴射以降に起こる確率が高い。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目し、電磁駆動式吸排気バルブに異常が生じても、エンジン回りの部品劣化を最小限に抑えることができるエンジンシステムの制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための第一のエンジンシステムの制御装置は、
電磁駆動式吸気バルブ及び電磁駆動式排気バルブの動作異常を検知するバルブ異常検知手段と、
前記バルブ異常検知手段で、前記吸気バルブと前記排気バルブとのうち一方のバルブの動作異常が検知されると、他方のバルブを閉じさせる正常バルブ閉制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で異常が検知され、且つ異常検知の際に一次点火コイルへの通電が開始されていなければ、該一次点火コイルの通電を中止さる通電中止制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で異常が検知され、且つ異常検知の際に前記一次点火コイルへの通電が開始されていれば、該一次点火コイルの通電断を遅らせて燃焼室内の容量が大きくなっているときに点火させる点火遅延制御手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
前記目的を達成するための第二のエンジンシステムの制御装置は、
前記第一のエンジンシステムの制御装置において、
前記バルブ異常検知手段で異常が検知されると、インジェクタによる燃料噴射を中止させる燃料噴射中止制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
前記目的を達成するためのエンジンシステムの制御装置は、
各気筒毎の電磁駆動式吸気バルブ及び電磁駆動式排気バルブの動作異常をそれぞれ検知するバルブ異常検知手段と、
前記バルブ異常検知手段で、特定気筒の前記吸気バルブと前記排気バルブとのうち一方のバルブの動作異常が検知されると、他方のバルブを閉じさせる正常バルブ閉制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、前記特定気筒の前記吸気バルブと前記排気バルブとのうち一方のバルブの動作異常が検知され、且つ異常検知の際に該特定気筒の一次点火コイルへの通電が開始されていなければ、該一次点火コイルの通電を中止さる通電中止制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、前記特定気筒の前記吸気バルブと前記排気バルブとのうち一方のバルブの動作異常が検知され、且つ異常検知の際に該特定気筒の前記一次点火コイルへの通電が開始されていれば、該一次点火コイルの通電断を遅らせて該特定気筒の燃焼室容積が大きくなっているときに点火させる点火遅延制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、前記特定気筒の前記吸気バルブと前記排気バルブとのうち一方のバルブの動作異常が検知されると、該特定気筒のインジェクタによる燃料噴射を中止させる燃料噴射中止制御手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
前記目的を達成するための第四のエンジンシステムの制御装置は、
前記第三のエンジンシステムの制御装置において、
少なくともアクセル踏量に応じて目標吸気量を求める目標吸気量演算手段と、
前記目標吸気量に応じて、前記吸気バルブの開閉タイミングを定める開閉タイミング演算手段と、
前記開閉タイミング演算手段で定められた開閉タイミングで、前記吸気バルブを開閉動作させる吸気バルブ制御手段と、
少なくとも検知された吸気量とエンジン回転数とに基づいて１気筒当りの基本燃料噴射量を求める基本燃料噴射量演算手段と、
前記基本燃料噴射量に基づく燃料分の燃料を噴射するよう前記インジェクタを制御するインジェクタ制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、いずれかの気筒のバルブ異常が検知されると、前記開閉タイミング演算手段に対して、バルブ異常のある気筒を除く気筒に前記目標吸気量が配分されるようバルブ開閉タイミングを定めさせる開閉タイミング変更指示手段と、
前記バルブ異常検知手段で、いずれかの気筒のバルブ異常が検知されると、前記検知された吸気量が、バルブ異常のある気筒を除く気筒に配分されるものとして、１気筒当りの前記基本燃料噴射量を求めるよう、前記基本燃料噴射量演算手段に対して指示する燃料噴射量変更指示手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
前記目的を達成するための第五のエンジンシステムの制御装置は、
前記第三のエンジンシステムの制御装置において、
少なくともアクセル踏量に応じて目標吸気量を求める目標吸気量演算手段と、
前記目標吸気量に応じて、前記吸気バルブの開閉タイミングを定める開閉タイミング演算手段と、
前記開閉タイミング演算手段で定められた開閉タイミングで、前記吸気バルブを開閉動作させる吸気バルブ制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、いずれかの気筒のバルブ異常が検知されると、アイドリング時の前記目標吸気量を、アイドリング時のエンジン回転数が、初期設定されたアイドリング時の目標エンジン回転数より高まる値になるよう、前記目標吸入空気量演算手段に対して指示するアイドル時目標吸気量変更指示手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
前記目的を達成するための第六のエンジンシステムの制御装置は、
前記第三のエンジンシステムの制御装置において、
少なくとも検知された吸気量とエンジン回転数とに基づいて１気筒当りの基本燃料噴射量を求める基本燃料噴射量演算手段と、
排気ガス中の空燃比に基づいて前記基本燃料噴射量を補正して１気筒当りの燃料噴射量を求める噴射量補正手段と、
前記燃料噴射量分の燃料を噴射するよう前記インジェクタを制御するインジェクタ制御手段と、
前記バルブ異常検知手段で、いずれかの気筒の排気バルブ異常が検知されると、前記噴射量補正手段による前記基本燃料噴射量の補正を中止させる補正中止手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
前記目的を達成するための第七のエンジンシステムの制御装置は、
前記第三から第六のいずれかのエンジンシステムの制御装置において、
前記バルブ異常検知手段で、いずれかの気筒の吸気バルブ異常が検知されると、検知された吸気量を、加重平均処理する吸気量補正手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
前記目的を達成するための第八のエンジンシステムの制御装置は、
前記第一から第七のいずれかのエンジンシステムの制御装置において、
前記バルブ異常検知手段で、バルブ異常が検知されると、該バルブに対して復帰動作をさせるバルブ復帰制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
前記目的を達成するための第九のエンジンシステムの制御装置は、
前記第八のエンジンシステムの制御装置において、
前記バルブ復帰制御手段は、前記バルブの復帰動作が実行可能な状態か否かを判断し、復帰動作が実行可能な状態であると判断したときに、該バルブに対して復帰動作をさせることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るエンジンシステムの実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１７】
まず、図１を用いて、本実施形態におけるエンジンシステムの概略について、簡単に説明する。
４気筒４サイクルエンジン１に吸入される空気は、エアクリーナ５の入口部６から取り入れられ、吸入空気量Ｑａを計測するエアフローメータ７、及び電子制御式スロットル弁４を通り、コレクタ８に入る。このコレクタ８に入った空気は、エンジン１の４つの各シリンダ９内に接続された各吸気管１０に分配され、シリンダ９の燃焼室内に導かれる。一方、燃料は、燃料タンク１１から燃料ポンプ１２により吸引加圧され、インジェクタ１３が配管されている燃料系に供給される。加圧された燃料は、燃圧レギュレータ１４により一定の圧力（例えば３ｋｇ／ｃｍ２ ）に調圧され、それぞれのシリンダ９に設けられているインジェクタ１３から吸気管１０の中に噴射される。噴射された燃料は、点火プラグ１６により、シリンダ９の燃焼室内で着火される。シリンダ９の燃焼室内の排気ガスは、排気管２０中に設けられた触媒２１を通って、大気放出される。
【００１８】
前述したエアフローメータ７、シリンダ９に設けられている温度センサ２３、排気管２０に設けられている空燃比センサ２２、クランクシャフト１９の回転速度を検出するクランク角センサ１８、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル踏量センサ１７からの信号は、エンジンシステムを制御するためのコントロールユニット４０に入力される。
【００１９】
シリンダ９の吸気孔及び排気孔を開閉するための吸気バルブ２、排気バルブ３は、いずれの電磁駆動式である。
【００２０】
これらの吸気バルブ２及び排気バルブ３は、図２に示すように、いずれも、弁本体３０と、弁本体３０を開方向に移動させる開側電磁コイル３２と、弁本体３０を閉方向に移動させる閉側電磁コイル３１と、二つの電磁コイル３１，３２に吸引される可動子３３と、この可動子３３を中立位置に付勢するコイルスプリング３５と、を有している。
【００２１】
可動子３３は、弁本体３０の弁棒部３０ａに固定されている。二つの電磁コイル３１，３２は、いずれも、弁棒部３０ａを貫通している。コイルスプリング３５は、開側電磁コイル３２と可動子３３との間、及び閉側電磁コイル３１と可動子３３との間に配されている。
吸気バルブ２及び排気バルブ３には、弁本体３０のリフト量Ｌを検出するためのリフト量センサ３４が設けられている。
【００２２】
エンジン停止時には、電磁コイル３１及び電磁コイル３２が共に駆動しないために、可動子３３は、図２の1点鎖線で示す中立位置に位置している。弁本体３０は、弁開時、開側電磁コイル３２の駆動により最大リフトの状態にされ、弁閉時、閉側電磁コイ３１の駆動により全閉の状態にされる。リフト量センサ３４は、前述した中立位置、弁開時の最大リフト位置、弁閉時の全閉位置を検出することができる。
【００２３】
エンジン停止中の状態では、バルブ２，３は、前述したように中立位置に位置している。この状態からエンジンを始動するときに、短時間で少ない電力消費でバルブを閉位置とするために、図９に示すような動作を行う。まず、開側電磁コイル３２、閉側電磁コイル３１とも通電していない状態から、片方のコイル、この図では開側電磁コイル３２のみを所定時間ＯＮにする。次に、最初の通電と反対方向に力を及ぼすコイル３１に同じく所定時間通電する。本図では、閉側電磁コイル３１への通電となる。次は、再びその逆の動作となる。ここで、前述の所定時間を弁本体３０の固有振動数周期となるように選定すると、コイル３１，３２の加振力により振動が励起され、ついには全開、全閉のストローク間を振動することになる。そして、閉側コイル３１をＯＮのままとすると、バルブを全閉位置に保持することができる。以上説明した間のコイルの消費電力は、振動を励起するために消費されるのみなので小さな値で事足りる。本動作を初期化と呼ぶ。
【００２４】
コントロールユニット４０は、図３に示すように、各種プログラム等を実行するＣＰＵ４０ａと、各種プログラムやデータ等が記憶されているＲＯＭ４０ｂと、各種プログラムやデータ等が一時的に記憶されるＲＡＭ４０ｃと、各種センサからの信号が入力する入力インタフェース４０ｄと、各種駆動回路へ制御信号を出力する出力インタフェース４０ｅと、を有している。
【００２５】
このコントロールユニット４０は、機能的には、図１に示すように、エンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑａとから基本燃料噴射パルス幅、言い換えると基本燃料噴射量Ｔａを求める基本燃料噴射量演算部４１と、空燃比Ａ／Ｆから基本燃料噴射量Ｔａの補正係数αを求める補正係数演算部４２と、基本燃料噴射量Ｔａに補正係数αを掛けて燃料噴射量Ｔを求める燃料噴射量補正部４３と、気筒毎に設けられているインジェクタ駆動回路８５に燃料噴射量Ｔをそれぞれ指示する燃料噴射量気筒分配部４４と、アクセル踏量θａに応じたエンジン出力を得るための空気量、及び補機等の駆動のためのエンジン出力を得るために必要な空気量から目標吸気量Ｑｔを求める目標吸気量演算部４５と、目標吸気量Ｑｔからスロットル弁４の弁開度θｔｈを求めて、この弁開度θｔｈの値をスロットル弁駆動回路８６に指示するスロットル弁開度演算部４６と、目標吸気量Ｑｔ及びエンジン回転数Ｎ等から吸気バルブ２の開閉タイミングを演算する開閉タイミング演算部４７と、吸気バルブ２の応答特性に応じてバルブ開閉タイミングを補正する応答補正部４８と、気筒毎に設けられている吸気バルブ駆動回路８７に開閉タイミングをそれぞれ指示する開閉タイミング気筒分配部４９と、エンジン状態に応じて排気バルブ３の開閉タイミングを求める開閉タイミング演算部５７と、排気バルブ３の応答特性に応じてバルブ開閉タイミングを補正する応答補正部５８と、気筒毎に設けられている排気バルブ駆動回路８８に開閉タイミングをそれぞれ指示する開閉タイミング気筒分配部５９と、エンジン状態に応じて点火タイミングを求める点火タイミング演算部５１と、気筒毎に設けられている点火プラグ駆動回路８０に点火タイミングをそれぞれ指示する点火タイミング気筒分配部５２と、を有している。
【００２６】
基本燃料噴射量演算部４１は、エアフローメータ７で検出された吸気量Ｑａをクランク角センサ１８で検出されたエンジン回転数Ｎで割ると共に、気筒数（この実施形態では、４つ）で割って、空燃比がストイキ（Ａ／Ｆ＝14.7）となるような係数ｋを乗じて、一気筒当りの基本燃料噴射量Ｔａを求める。補正係数演算部４２及び燃料噴射量演算部４３は、空燃比センサ２２で得られた排気ガス中の実際の空燃比Ａ／Ｆに基づいて、所望の空燃比が得られるよう、基本燃料噴射量Ｔａを補正して、空燃比のフィードバック制御を行う。
【００２７】
目標吸気量演算部４５は、図５に示すように、アクセル踏量センサ１７で検出されたアクセル踏量θａに応じたエンジン出力を得るための要求空気量Ｑｔｈを求めるアクセル分目標吸気量演算部４５ａと、補機等の駆動のために必要な空気量Ｑｉを求める補機分目標吸気量演算部４５ｂと、アクセル踏量θａに応じたエンジン出力を得るための必要空気量Ｑｔｈと補機等の駆動のために必要な空気量Ｑｉとを加算して総合目標吸気量Ｑｔを求める総合目標吸気量演算部４５ｃとを有している。アクセル分目標吸気量演算部４５ａは、図７に示すように、アクセル踏量θａと要求空気量Ｑｔｈとの関係を記憶しており、この関係から、アクセル踏量センサ１７で検知されたアクセル踏量θａに応じた要求空気量Ｑｔｈを求める。補機分目標吸気量演算部４５ｂは、具体的には、アイドル状態でエンジンの摩擦トルクに打ち勝ってエンジン回転数を目標回転数に維持するために必要なアイドル維持分の要求吸気量、エンジンから動力を得るエアコンや発電機やパワーステアリングのオイルポンプ等の補機駆動分の要求吸気量、定速度走行装置からの要求吸気量、トラクションコントロールからの負の要求吸気量等を求める。
【００２８】
エンジン１に供給される吸気量は、基本的に吸気バルブ２の開閉タイミングで調整され、スロットル弁４は、吸気量を補助的に制御するためのものである。このため、吸気バルブ開閉タイミング演算部４７は、エンジンの吸気効率を決定する慣性過給効果や、内部ＥＧＲの付加を意図して、エンジンの目標運転状態に応じて吸気バルブ開タイミングを決定する。そして、目標吸気量演算部４５で求められた目標吸気量Ｑｔがエンジン１に供給されるための吸気バルブ開時間を求めて、先に定めた開タイミングと開時間とから閉タイミングを定める。
【００２９】
応答補正部４８，５８は、吸気バルブ２や排気バルブ３の応答特性に応じてバルブ開閉タイミングを補正する。吸気バルブ２や排気バルブ３には、図８に示すような応答特性がある。すなわち、これらのバルブ２，３は、開閉のコイル指令に対し、むだ時間及び遅れ時間が存在する。また、このバルブ応答特性は、バルブの環境状態によっても変化する。応答補正部４８，５８は、これらを予測推定して、実効の開閉タイミングが要求値通りとなるように開側、閉側のコイル指令の出力タイミングを決める。
【００３０】
排気バルブ開閉タイミング演算部５７は、エンジン回転数Ｎや吸気量θａ等によって表されるエンジン状態に基づき、排気バルブ３の開閉タイミングを定める。また、点火タイミング演算部５１も、エンジン回転数Ｎや吸気量θａ等によって表されるエンジン状態に基づき、点火プラグ１６の点火タイミングを定める。
【００３１】
点火プラグ駆動回路８０は、図６に示すように、バッテリからの電流が流れる一次点火コイル８２と、一次点火コイル８２への通電を制御するパワートランジスタ８４と、一次点火コイル８２の通電変化で誘導電圧を発生する二次点火コイル８３とを有している。コントロールユニット４０からは、パワートランジスタ８４に制御信号が送られる。二次コイル８３は、一次コイル８２の通電が断たれた瞬間に、誘導電圧が発生し、点火プラグ１６に対して電力を供給する。
【００３２】
この点火プラグ駆動回路８０及び点火コイル１６は、エンジン１の４つの気筒毎に設けられている。点火タイミング気筒配分部５２は、４つの点火プラグ駆動回路８０，８０，…のうちの目標の気筒の点火プラグ駆動回路８０に対して、適切なタイミングで点火制御信号を出力する。また、インジェクタ駆動回路８５及びインジェクタ１３、吸気バルブ駆動回路８７及び吸気バルブ２、排気バルブ駆動回路８８及び排気バルブ３も、点火プラグ駆動回路８０と同様に、４つの気筒毎に設けらえている。燃料噴射量気筒分配部４４、吸気バルブ開閉タイミング気筒分配部４９、排気バルブ開閉タイミング気筒分配部５９も、点火タイミング気筒配分器部２と同様、対応する４つの駆動回路のうちの目標の気筒の駆動回路に対して、適切なタイミングで制御信号を出力する。
【００３３】
以上は、コントロールユニット４０の基本的な機能構成で、本実施形態のコントロールユニット４０は、さらに、バルブのリフト量Ｌに応じてバルブが正常か否かを判断するバルブ異常検知部６１と、バルブ異常が検知されると正常なバルブに対してバルブ閉指示を出力する正常バルブ閉指示部６２，７２と、異常バルブに対して復帰動作をさせるバルブ復帰動作指示部６３，７３と、いずれかの気筒のバルブ異常が検知されると吸気バルブ開閉タイミング演算部４７に対してバルブ異常のある気筒を除く気筒に目標吸気量Ｑｔが配分されようバルブ開閉タイミングを定めさせる開閉タイミング変更指示部６４と、バルブ異常が検知されると燃料噴射を中止させる燃料噴射中止指示部６５と、いずれかの排気バルブ３の異常が検知されると燃料噴射量補正部４３に対して基本燃料噴射量Ｔａの補正を中止させる燃料補正中止指示部６６と、バルブ異常が検知されると基本燃料噴射量演算部４１に対して全ての吸気がバルブ異常のある気筒を除く気筒に配分されるものとして１気筒当りの基本燃料噴射量を求めさせる基本燃料噴射量変更指示部６７と、吸気バルブ異常が検知されるとエアーフローメータ７で検知された吸気量を補正する吸気量補正部６８と、バルブ異常が検知されると一次点火コイル８２の通電を中止さる通電中止指示部７５と、バルブ異常が検知され且つ一次側点火コイル８２への通電が開始されていれば、点火時期を遅らせる点火遅延指示部７６と、を有している。
【００３４】
なお、本願の各請求項に記載された各種手段のうち、バルブ異常検知手段はリフト量センサ３４とバルブ異常検知部６１とを有して構成され、正常バルブ閉制御手段は正常バルブ閉指示部６２，７２と気筒分配部４９，５９とを有して構成され、通電中止制御手段は通電中止指示部７５と点火タイミング気筒分配部５２とを有して構成され、点火遅延制御手段は点火遅延指示部７６と点火タイミング気筒分配部５２とを有して構成され、燃料噴射中止制御手段は燃料噴射中止指示部６５と燃料噴射量気筒分配部４４とを有して構成され、吸気バルブ制御手段は吸気バルブ開閉タイミング気筒分配部４９を有して構成され、インジェクタ制御手段は燃料噴射量気筒分配部４４を有して構成されている。
また、本願の各請求項に記載されたその他の各種手段は、コントロールユニット４０内の各部のうち、手段の名称と同一の名称の部と対応している。
【００３５】
次に、本実施形態のエンジンシステムの動作について説明する。
図１を用いて、各バルブを含めエンジンシステムが正常な状態での動作について説明する。
【００３６】
前述したように、４サイクルエンジン１では、吸気→圧縮→爆発→排気の一連の工程が繰り返し実行される。吸気バルブ２の操作、排気バルブ３の操作、インジェクタ１３の操作、点火コイル１６の操作は、以上の燃焼行程に従って実行される。吸気バルブ２は、排気行程後半から吸気行程前半にかけて開動作し、吸気行程中から圧縮行程の前半にかけてのいずれかのタイミングで閉動作する。排気バルブ３は、爆発行程後半から排気行程にかけて開動作し、排気行程後半から吸気行程前半にかけて閉動作する。インジェクタ１３は、吸気行程より手前の排気行程中に所定時間ＯＮとなり、１燃焼サイクル分の燃料を供給する。点火コイル８１の一次コイル８２には、吸気工程中に通電が開始され、圧縮工程の終わりに通電が断たれる。一次コイル８２の通電が断たれると、二次コイル８３に誘導電圧が発生して、点火プラグ１６が点火される。
【００３７】
電磁駆動式吸排気バルブ２，３は、電磁コイル３１，３２が断線した場合や、電磁コイル３１，３２へ供給する電力が不十分であった場合には、バルブ動作が不全となり中立位置に停止してしまう。特に、閉弁から開弁、あるいは開弁から閉弁へ遷移する動作の際は、コイル３１，３２の切替動作とコイルスプリング３５のたわみ力の力関係によっては、また、他の外力によっては遷移が意図通り行われず、中立位置へと陥りやすい。このような異常状態において、何ら措置を講じないで、エンジンの運転を続けると以下のような事態を生じる。
【００３８】
まず、図１５を用いて、吸気バルブ２に異常が生じ、且つこの異常に対して何ら処置を講じない場合について説明する。なお、同図及び図１６〜図１８において、黒の矢印はガスの移動方向、白の矢印はピストンの移動方向を示している。
【００３９】
吸気バルブ２に異常が生じて、中立位置に停止している状態では、吸入行程においては、ピストンの下降に従って吸気管１０からシリンダ９内に空気と共に燃料が流入する。しかし、吸気バルブ２のリフト量は、正常のときに比べ小さいため、正常のときよりも吸気量が少なくなる。
【００４０】
圧縮行程では、吸入行程で吸入した空気と燃料がピストンの上昇に伴って吸気管１０へ逆流する。圧縮行程後半で通常通り点火を行うと、シリンダ９内の燃料に着火し、さらに吸気ポートに存在する燃料に火炎が伝播し、吸気管１０内でも燃焼が発生する。本現象をバックファイヤと称し、燃焼の規模が大きいときは、吸気管圧力が大きくなるため部品の劣化を招くことがある。
【００４１】
爆発行程では、圧縮行程が正常に動作しなかったため、ピストンを押し下げる力はあまり発生しないが、エンジンの慣性でピストンは下降方向へ動作する。これに従い吸気ポートのガスが再吸入される。
【００４２】
排気行程では、ピストンが上昇するに従い吸気ポートと排気ポートとにガスが移動する。ここで、シリンダ９から流出するガスには、正常に燃焼が行われなかったため、酸素と燃料が含まれており、その一部は排気ポートから排気管２０へと流出する。この酸素と燃料は、触媒２１（図１に示す）まで至り、触媒の作用によって反応する。この反応に伴い熱が発生するため、触媒２１は熱劣化することがある。
【００４３】
次に、図１６を用いて、排気バルブ３に異常が発生し、且つこの異常に対して何ら処置を講じない場合について説明する。
吸気行程では、排気バルブ３が完全閉でないため、吸気ポートと排気ポートの両方からガスがシリンダ９に吸入する。ここで、少なくとも吸気ポートからのガスには噴射した燃料が含まれている。
【００４４】
圧縮行程では、吸気行程で吸入したガスを排気ポートへピストンが押し出す。圧縮行程の後半で点火を行うと、シリンダ９内の燃料に着火し、さらに排気ポートに存在する燃料に火炎が伝播し、排気管２０内でも燃焼が発生する。本現象をアフターバーンと称する。アフターバーンもバックファイアと同様に、燃焼の規模が大きいときは、排気管圧力が大きくなるため、部品に何らかの不具合を招くことがある。
【００４５】
爆発行程では、ピストンの下降に伴い、排気ポートからシリンダ９内にガスが流入する。
排気行程では、ピストンが上昇するに従い排気ポートにガスが流出する。ここで、図１５の場合と同様に、酸素と燃料を含むガスが排気管２０へと流出し、触媒２１を熱劣化させてしまうことがある。
【００４６】
以上の説明では、簡単のため弁位置が中間リフト位置での異常状態における現象を説明したが、閉弁状態を意図したときに閉弁でない異常状態のときは、定性的に同様の現象となる。
【００４７】
次に、吸排気バルブ２，３に異常が発生した場合の本実施形態のエンジンシステムの動作について、図１１〜図１３、図１７及び図１８を用いて説明する。
【００４８】
まず、図１１及び図１７を用いて、吸気バルブ２が閉弁から開弁に遷移するときに異常が生じた場合について説明する。
【００４９】
特定気筒の吸気バルブ２に異常が生じると、バルブ異常検知部６１は、特定気筒の吸気バルブ２のリフト量センサ３４からの出力値Ｌが異常値を示すため、この吸気バルブ２の異常を検知する。バルブ異常検知部６１は、直ちに、燃料噴射中止指示部６５、正常バルブ閉指示部６２，７２、通電中止指示部７５、点火遅延指示部７６へ、特定気筒の吸気バルブ２が異常になった旨を知らせる。燃料噴射中止指示部６５は、燃料噴射量気筒分配部４４を介して、特定気筒のインジェクタ１３の燃料噴射を中止させる。正常バルブ閉指示部６２，７２のうち、吸気バルブ２に対する正常バルブ閉指示部６２は、異常を起したバルブが吸気バルブ２であるため、何ら動作を行わない。一方、排気バルブ３に対する正常バルブ閉指示部７２は、特定気筒の正常なバルブである排気バルブ３を閉じさせる。また、通電中止指示部７５は、特定気筒の一次点火コイル８２への通電を中止させ、点火遅延指示部７６は、未だ一次点火コイル８２への通電が開始されていないので、何ら動作を行わない。
【００５０】
すなわち、以上をまとめると、図１１に示すように、特定気筒の吸気バルブ２が閉弁から開弁に遷移するときに異常が生じた場合、燃料噴射中のインジェクタ１３による特定気筒への燃料噴射が中止されると共に、吸気工程における一次点火コイル８２への通電が中止され、さらに、爆発工程の後半に開き始めるべき特定気筒の排気バルブ３の開動作が中止される。
【００５１】
この結果、図１７に示すように、排気工程の後半に、特定気筒の吸気バルブ２が閉弁から開弁に遷移するときに異常が生じた場合、排気ガスの一部が半開状態の吸気バルブ２を介して吸気管１０に逆流する。そして、吸気工程になると、当初予定の量よりも少ない燃料と共に、吸気管１０に逆流した排気ガス及び吸気がシリンダ９内に流れ込む。圧縮工程になると、ピストンが上昇して、シリンダ９内に流れ込んだ燃料、吸気及び排気ガスが、半開状態の吸気バルブ２を介して、吸気管１０へ流出する。圧縮工程の終わりで、点火プラグ１６には点火されないため、シリンダ９及び吸気管１０内に燃料が存在するものの、これが燃焼することなく、爆発工程に移る。爆発工程では、慣性でピストンが下降し、再び、燃料、吸気及び排気ガスがシリンダ９内に流入する。排気工程では、排気バルブ３が開かないために、半開状態の吸気バルブ２を介して、再び、燃料、吸気及び排気ガスが吸気管１０へ逆流する。以降、ピストンの上下動に伴って、燃料、吸気及び排気ガスがシリンダ９内と吸気管１０内とを往復移動する。
【００５２】
このように、特定気筒の吸気バルブ２が閉弁から開弁に遷移するときに異常が生じても、圧縮工程の後半で点火が行われないので、バックファイヤが発生することはなく、しかも、排気バルブ３が閉じられるので、排気管３にガスが流出して触媒を熱劣化させることもない。
【００５３】
次に、図１２及び図１７を用いて、圧縮工程の前半に、吸気バルブ２が開弁から閉弁に遷移するときに異常が生じた場合について説明する。
【００５４】
特定気筒の吸気バルブ２に異常が生じるとと、バルブ異常検知部６１は、前述の場合と同様に、このバルブ２の異常を検知し、直ちに、燃料噴射中止指示部６５、正常バルブ閉指示部６２，７２、通電中止指示部７５、点火遅延指示部７６へ、特定気筒の吸気バルブ２が異常になった旨を知らせる。燃料噴射中止指示部６５は、燃料噴射量気筒分配部４４を介して、特定気筒のインジェクタ１３の燃料噴射を中止させる。排気バルブ３に対する正常バルブ閉指示部７２は、特定気筒の正常なバルブである排気バルブ３を開けさせない。また、通電中止指示部７５は、既に、特定気筒の一次点火コイル８２への通電が開始されているので、直ちに通電中止せず、次の燃焼サイクルにおいて通電を中止させる。点火遅延指示部７６は、点火一次コイル８２への通電が開始されているので、通電時間を延長し、爆発工程の後半で通電を断ち、この爆発工程の後半に点火させる。
【００５５】
すなわち、以上をまとめると、図１２に示すように、既に、シリンダ９内への燃料噴射が終了し且つ点火一次コイル８２への通電が開始され始めている圧縮工程の前半に、特定気筒の吸気バルブ２が閉弁から開弁に遷移するときに異常が生じた場合、次の燃焼サイクルにおけるインジェクタ１３による特定気筒への燃料噴射が中止されると共に、爆発工程の後半に開き始めるべき特定気筒の排気バルブ３の開動作が中止され、さらに、現在通電中の一次点火コイル８２への通電が延長され、爆発工程の後半で通電が断たれる。
【００５６】
この結果、図１７に示すように、圧縮工程の前半に特定気筒の吸気バルブ２が閉弁から開弁に遷移するときに異常が生じた場合、シリンダ９内に流れ込んだ吸気及び燃料が、半開状態の吸気バルブ２を介して吸気管１０に逆流する。この圧縮工程の後半では、通常行われる点火が行われずに、爆発工程に移る。爆発工程では、慣性でピストンが下降し、吸気管１０内の燃料及び吸気がシリンダ９内に流入する。爆発工程の後半、つまり、ピストンが下降して燃焼室内が大きくなっているときに、一次点火コイル８２への通電を断ち、点火プラグ１６を点火させる。このとき、燃焼室の容量が大きくなっているので、燃焼室内の燃料密度が低く、爆発のような激しい燃料が行われない。このため、バックファイヤが生じ難く、生じても非常に規模の小さいものとなる。
【００５７】
基本的に、既に燃料がシリンダ９内に噴射されている段階で、バルブ２に異常が生じた場合、シリンダ９内での点火は避ける方が好ましい。しかしながら、既に、一次点火コイル８２への通電が開始されている場合、一次点火コイル８２の点火を避けるために一次点火コイル８２への通電を持続させておくことは、一次点火コイル８２を含む駆動回路８０の発熱、さらには熱劣化を招く恐れがある。このために、一旦、一次点火コイル８２への通電が開始されると、基本的に必ず、いずれかのタイミングで、一次点火コイル８２への通電を断ち、点火プラグ１６を点火させなければならない。そこで、本実施形態では、燃料密度の最も小さくなる爆発工程に後半に、点火プラグ１６を点火させて、点火によるダメージを最小限に抑えるようにしている。
【００５８】
排気工程では、排気バルブ３が開かないために、ピストンの上昇に伴い、半開状態の吸気バルブ２を介して、シリンダ９内の排気ガスが吸気管１０へ逆流する。この排気工程の後半に噴射される燃料は、噴射されずに、吸気工程に移る。吸気工程では、吸気管１０内の排気ガスと共に吸気がシリンダ９内に流入する。この吸気工程以降の吸気工程では、一次点火コイル８２への通電は行われない。以降、ピストンの上下動に伴って、吸気及び排気ガスがシリンダ９内と吸気管１０内とを往復移動する。
【００５９】
このように、既に、シリンダ９内への燃料噴射が終了し且つ点火一次コイル８２への通電が開始され始めている圧縮工程の前半に、特定気筒の吸気バルブ２が閉弁から開弁に遷移するときに異常が生じても、シリンダ９内の燃料密度が最も小さい爆発工程の後半に、点火プラグ１６を点火させているので、バックファイヤが起こり難く、例え、バックファイヤが発生しても、非常に小規模に抑えることができる。しかも、排気バルブ３が閉じられるので、排気管３にガスが流出して触媒を熱劣化させることもない。
【００６０】
次に、図１３及び図１８を用いて、吸気工程の最初で排気バルブ３が開弁から閉弁に遷移するときに異常が生じた場合について説明する。
【００６１】
特定気筒の排気バルブ３に異常が生じると、バルブ異常検知部６１は、特定気筒の排気バルブ３のリフト量センサ３４からの出力値Ｌが異常値を示すため、このバルブ３の異常を検知する。バルブ異常検知部６１は、直ちに、燃料噴射中止指示部６５、正常バルブ閉指示部６２，７２、通電中止指示部７５、点火遅延指示部７６へ、特定気筒の排気バルブ２が異常になった旨を知らせる。燃料噴射中止指示部６５は、燃料噴射量気筒分配部４４を介して、特定気筒のインジェクタ１３の燃料噴射を中止させる。正常バルブ閉指示部６２，７２のうち、排気バルブ３に対する正常バルブ閉指示部７２は、異常を起したバルブが吸気バルブ２であるため、何ら動作を行わない。一方、吸気バルブ２に対する正常バルブ閉指示部６２は、特定気筒の正常なバルブである吸気バルブ２を閉じさせる。また、通電中止指示部７５は、特定気筒の一次点火コイル８２への通電を中止させ、点火遅延指示部７６は、未だ一次点火コイル８２への通電が開始されていないので、何ら動作を行わない。
【００６２】
すなわち、以上をまとめると、図１３に示すように、特定気筒の排気バルブ３が開弁から閉弁へ遷移するときに異常が生じた場合、噴射中のインジェクタ１３による燃料噴射が中止されると共に、開いている吸気バルブ２が閉じられる。さらに、吸気工程における一次点火コイル８２への通電が中止される。
【００６３】
この結果、図１８に示すように、吸気工程の最初に、特定気筒の排気バルブ３が開弁から閉弁に遷移するときに異常が生じた場合、前の燃焼サイクルの排気工程の最後に噴射された燃料及び吸気が、吸気バルブ２を介して、シリンダ９内に流入するものの、開いた吸気バルブ２が直ちに閉じられるので、その量は、非常に僅かになる。一方、この吸気工程では、排気バルブ３が半開状態なので、排気ガスの一部が半開状態の排気バルブ３を介してシリンダ９内に流入する。すなわち、この吸気工程では、排気ガスと、僅かな燃料及び吸気とがシリンダ９内に流入する。吸気工程において、吸気バルブ２が閉じられることで、シリンダ９内に流入できず、吸気ポートに溜まった燃料は、徐々に拡散して、他の気筒に流入して、そこで燃焼する。圧縮工程では、排気ガスと、ほんの僅かな燃料及び吸気とが排気管２０へ流出する。この圧縮工程の後半では、点火プラグ１６の点火は行われない。爆発工程では、排気管２０内のガスがシリンダ９内に逆流し、以降、ピストンの上下動に伴って、排気ガスを主とするガスがシリンダ９内と排気管２０内とを往復移動する。
【００６４】
このように、吸気工程の最初に、特定気筒の排気バルブ３が開弁から閉弁に遷移するときに異常が生じても、シリンダ９内に燃料がほとんど流入せず、しかも、点火プラグ１６が点火しないので、たとえ、排気バルブ３が半開状態であっても、アフターバーンは発生しない。
【００６５】
次に、図１４及び図１８を用いて、爆発工程の最後に、排気バルブ３が閉弁から開弁へ遷移するときに異常が生じた場合について説明する。
【００６６】
特定気筒の排気バルブ３に異常が生じると、バルブ異常検知部６１は、前述の場合と同様に、このバルブ３の異常を検知し、直ちに、燃料噴射中止指示部６５、正常バルブ閉指示部６２，７２、通電中止指示部７５、点火遅延指示部７６へ、特定気筒の排気バルブ３が異常になった旨を知らせる。燃料噴射中止指示部６５は、燃料噴射量気筒分配部４４を介して、特定気筒のインジェクタ１３の燃料噴射を中止させる。吸気バルブ２に対する正常バルブ閉指示部６２は、特定気筒の正常なバルブである吸気バルブ２を開けさせない。また、通電中止指示部７５は、未だ特定気筒の一次点火コイル８２への通電が開始されていないので、この一次点火コイル８２への通電を中止させる。
【００６７】
この結果、図１８に示すように、排気工程では、半開状態の排気バルブ３を介して、シリンダ９内の排気ガスが排気管２０へ流出する。この排気工程の後半から次の燃焼サイクルの吸気工程にかけて、燃料が噴射されず、しかも吸気バルブ２が開かない。このため、シリンダ９内へは、燃料が流入することがなく、替りに、半開状態の排気バルブ３を介して、排気ガスが逆流する。以降、ピストンの上下動に伴い、シリンダ９内と排気管２０内との間で、排気ガスが往復移動するだけで、この気筒内へは燃料も噴射されず、この気筒の点火プラグ１６も点火しない。
【００６８】
このように、爆発工程の最後に、排気バルブ３が閉弁から開弁へ遷移するときに異常が生じた場合でも、以降、燃料噴射が中止され、点火プラグ１６の点火が中止され、さらに、吸気バルブ２が閉じられるので、排気管２０側も吸気管１０側もダメージを受けることはない。
【００６９】
以上のように、本実施形態では、吸気バルブ２又は排気バルブ３が遷移過程で、異常が生じても、一次点火コイル８２への通電が開始されていなければ、点火プラグ１６が点火されないので、バックファイヤやアフターファイヤ等で、吸気管１０側の部品又は排気管２０側の触媒等の部品が劣化してしまうのを防ぐことができる。また、吸気バルブ２又は排気バルブ３が遷移過程で、且つ一次点火コイル８２への通電が開始されていても、燃料密度の最も小さいときに、点火プラグ１６を点火させているので、ダメージを最小限に抑えることができる。
【００７０】
ところで、以上では、吸気バルブ２又は排気バルブ３の遷移過程での異常について説明したが、吸気バルブ２又は排気バルブ３が開弁状態又は閉弁状態で異常になっても、先に説明したいずれかの状態と同じ結果に至ることになる。すなわち、吸気バルブ２又は排気バルブ３が開弁状態又は閉弁状態で異常になっても、吸気管１０側の部品又は排気管２０側の触媒等の部品劣化を防ぐことができる。
【００７１】
また、以上では、バルブ２，３の異常状態が半開状態であるが、これが完全開状態であっても、例えば、吸気バルブ２が閉弁から開弁に遷移するときに異常が生じた場合と、シリンダ９内と吸気管１０との間でガスが往復移動する際の量が多くなるだけで、基本的に、以上で説明した場合と同様である。また、バルブ２，３の異常状態が、完全閉状態であっても、例えば、吸気バルブ２が閉弁から開弁に遷移するときに異常が生じた場合と、シリンダ９内と吸気管１０との間でガスが往復移動しなくなるだけで、基本的、以上で説明した場合と同様である。すなわち、バルブ２，３の異常状態が、完全閉状態であろうが、半開状態であろうが、完全開状態であろうが、本実施例では、バルブ２，３の異常に対して、吸気管１０側の部品又は排気管２０側の触媒等の部品劣化を防ぐことができる。
【００７２】
次に、図１９及び図２０を用いて、シリンダ内のガス挙動について説明する。まず、異常無しのときのシリンダ内のガス挙動について、図１９に基づいて説明する。
【００７３】
吸気行程では、吸気管内の圧力は大気より真空側となっており、吸気バルブ開の間、シリンダ内圧力は吸気管圧に近い値を示し、吸気バルブ閉のタイミングから、従来吸気行程の特性に向け推移する。続いて圧縮行程に移行すると、吸入空気が圧縮されるためシリンダ内圧力は上昇し、所定のタイミングで点火プラグでシリンダ内混合気に点火を行う。ここで、燃焼による熱発生で燃焼ガスが膨張を始め、シリンダ内圧力はさらに高くなる。その過程で、行程は膨張行程に移行し、高い圧力はピストンを押し下げる仕事を行いつつ低下する。次の排気行程では、排気弁が開となりシリンダ内圧力は排気管圧力に近い値となりつつ燃焼ガスが排出される。
【００７４】
ここで、エンジンが外に向け行う仕事を考えると、仕事量は圧力特性を積分した値となり、吸気、圧縮行程において、エンジンが行う負の仕事は、従来カム軸式エンジン（図１９中、吸気工程での圧力特性曲線を破線で示す）が、電磁式吸排気弁式エンジンに比べ大きい事がわかる。すなわち、電磁駆動式バルブの操作で、吸気バルブの閉タイミングの適切化を図ることにより、ポンピングロスが小さくなり、従来吸気行程より燃費が良くなる。このことが、電磁駆動式吸気バルブを用いて制御を行う利点の一つである。
【００７５】
ところで、バルブ２，３の異常時のシリンダ内圧力の挙動は、図２０に示されているようになる。すなわち、吸気バルブ異常時は、吸気ポートとシリンダの間でガスのやり取りを繰り返し、排気バルブ異常時は、排気管とシリンダの間でガスのやり取りを繰り返し、その結果、シリンダ内圧力は、弁の開口している雰囲気の圧力を中心に、弁の通気抵抗によるヒステリシスを持って往復する動作を繰り返す。したがって、巨視的に見て吸気管および排気管では、異常が発生している気筒による定常的なガスの流入、流出はなく、微視的なサイクル間の出入りのみである。つまり、異常が発生した気筒はエンジン全体のガスの吸入、排出から見て存在しないことと同等である。このため、異常が発生していない気筒に対して、いずれの気筒も異常なし時と同じ制御を実行すると不都合が生じることがある。
【００７６】
本実施形態では、４気筒のうち、１気筒のバルブに異常が発生して、この気筒が実質的に存在しないことになった場合でも、異常発生前と同等のエンジン出力を得ることができるようにしている。
【００７７】
具体的には、図４に示すように、いずれかの気筒のバルブ異常が検知されると、基本燃料噴射量変更指示部６７が、基本燃料噴射量演算部４１に対して全ての吸気が正常な気筒に配分されるものとして、１気筒当りの基本燃料噴射量を求めさせる。つまり、１気筒に異常が生じた場合には、全ての吸気が全て残りの３気筒に配分されるものとして、エアフローメータ７で検出された吸入空気量Ｑａをエンジン回転数Ｎ及び正常な気筒数である３で割って、１気筒当りの基本燃料噴射量を求めさせる。
【００７８】
また、これとほぼ同時に、開閉タイミング変更指示部６４が、吸気バルブ開閉タイミング演算部４７に対してバルブ異常のある気筒を除く気筒に目標吸気量Ｑｔが配分されようバルブ閉タイミングを定めさせる。つまり、バルブ閉タイミングを遅くして、１気筒当りの吸気量を４／３倍にする。
【００７９】
以上の処理により、実質的に３気筒になってしまっても、運転者が、異常発生前と同程度アクセルを踏みこめば、ほぼ同じエンジン出力を得ることができる。この場合、運転者が、１気筒が実質的に存在しなくなったことを実感できないので、特定気筒のバルブに異常が発生した旨を表示することが好ましい。
【００８０】
また、運転者が、１気筒が実質的に存在しなくなったことを実感できるようにするために、バルブ異常があっても、基本燃料噴射量変更指示部６７での処理及び開閉タイミング変更指示部６４での処理を実行させず、１気筒当りの吸気量及び燃料量を変えず、エンジン出力を３／４に低下させるようにしてもよい。
【００８１】
この場合、アイドリング時に当初設定の目標エンジン回転数でエンジンを駆動させると、エンジン出力が低下しているため、エンジン回転数が安定せず、エンストを起す恐れがある。そこで、アイドル時目標吸気量変更部７９（図４に示す）により、アイドリング時の目標吸気量を、アイドリング時のエンジン回転数が高まる値になるよう、目標吸入空気量演算部４５に対して指示させるとよい。
【００８２】
また、例えば、自動トランスミッション制御装置や車輌姿勢制御装置、さらにはハイブリット式自動車の駆動用電動モータを備える駆動システム等では、エンジンの出力、あるいはそれに類する例えばスロットル開度などのパラメータを必要とする場合がある。かかる構成において前述のような異常状態にあるとき、エンジン出力は異常の発生している気筒の出力分低下しているのであるから、エンジンコントロールユニットが出力するエンジン出力値あるいはそれに類する値は、正常時に対し異常が発生している気筒分の出力を減じて出力する必要がある。
【００８３】
次に、吸気バルブ２の異常時における本実施形態における更なる処理について説明する。
【００８４】
吸気バルブ２の異常時には、前述したように、微視的には異常気筒から吸気管１０へのガスの流入、流出が繰り返されているため、エアフローメータ７が計量する吸気量には、図２１に示すように、正常時には発生しない脈動が重なることとなる。脈動波の形態は、エンジン回転数や、吸気管形状による反射や共鳴を伴う複雑な波動現象によりさまざまに異なる。かかる状態において吸気量を計測するには、前述した異常気筒分の燃料噴射量演算に加え、正常時とは異なるエアフローメータ出力信号の処理が必要である。そこで、本実施形態では、吸気バルブ２の異常時にバルブ異常検知部６１からの指示で動作する吸気量補正部６８（図４に示す）を設けている。この吸気量補正部６８は、例えば、エアフローメータ７からの所定時間の出力信号を、比較的大きな時定数で加重平均処理等を行う。この時定数は、予め特定気筒の吸気バルブ２に異常が発生したときのエアーフローメータ７の出力特定を試験により把握しておき、この出力特性から定めるようにしてもよいし、エアフローメータの空気量測定原理や応答性、吸気管の形状を考慮して、理論的に定めてもよい。
【００８５】
吸気バルブ２の異常時には、エアフローメータ出力と同様に、吸気管圧力も脈動を生じている。かかる状態のとき、吸気管圧力に依存する制御を行っている操作、例えば、キャニスタパージ制御などは異常時の吸気管圧力の挙動に応じた制御を行うとよい。具体的には、チャコールキャニスタをパージするための目標のパージガス量を実現するためのパージバルブ開口面積を、異常時の吸気管圧力に応じて求めるようにすれば、目標のパージガス量を確保することができる。より詳細には、キャニスタパージシステム全体の構成により適宜設定すればよいが、例えば、吸気バルブ異常時には、吸気管圧力推定値を異常時の実状態に応じて推定する、異常時にはキャニスタパージを行わない、などが考えられる。
【００８６】
また、燃料噴射量演算で、インジェクタ１３の燃料上下流圧力差による補正を行うような場合には、やはり異常時の吸気管圧力に応じて求めるようにすれば所望の燃料噴射量を実現することができる。より詳細には、例えば、吸気バルブ異常時には、吸気管圧力推定値を異常時の実状態に応じて推定する、などが考えられる。
【００８７】
次に、排気バルブ３の異常時における本実施形態における更なる処理について説明する。
【００８８】
排気バルブ３の異常時にも、前述したように、微視的には異常気筒から排気管２０へのガスの流入、流出が繰り返されているため、排気管２０内には正常時とは異なるガス流動が発生している。本実施形態では、図１に示すように、Ａ／Ｆセンサ２２は、各気筒の排気ポートの集合部に設置され、各気筒の排気行程の位相ズレにより、正常時には各気筒からの排気ガスを順に受けるようになっている。すなわち、Ａ／Ｆセンサ２２の出力をクランク軸の角度に同期してサンプリングし、意図する気筒の排気ガスを検出するようにしている。かかる構成のＡ／Ｆセンサ２２の出力処理において、排気バルブ異常時には前述のように正常時とは異なるガス流動が発生しているため、正常時と同じ出力処理を行うと、意図する気筒の排気ガスを検出できない。したがって、排気バルブ異常時には、Ａ／Ｆセンサ２２の出力を行わない、またはＡ／Ｆセンサ２２の出力値による制御を行わないのがよい。具体的には、本実施形態において、排気バルブ３の異常時にバルブ異常検知部６１からの指示で動作する燃料補正中止指示部６６（図４に示す）を設け、排気バルブ異常時には、この燃料補正中止指示部６６により、燃料噴射量補正部４３による基本燃料噴射量Ｔａの補正を中止させる、つまり空燃比フィードバック制御を中止させている。
【００８９】
以上では、吸排気バルブ２，３に異常が発生したことを検知したときの処理について説明したが、バルブ２，３が異常状態から復帰し得る状態のときには復帰させる操作を行い、正常な状態に回帰させるのがよいことは言うまでもない。ここで、復帰させる操作とは、図９で説明した初期化の操作である。例えば、吸排気バルブの機械的故障あるいは電気的な永久断線であれば、バルブは初期化操作によっても復帰しない。しかし、一時的な電力低下や開側コイルと閉側コイルのスイッチングタイミングの不一致であれば、初期化の操作を行うことにより吸排気バルブを異常状態から復帰させることができる。そこで、本実施形態では、この復帰動作をさせる復帰制御部６３，７３（図４に示す）を設けている。
【００９０】
この復帰制御部６３，７３の動作、つまり、以上の初期化動作を行うための処理について、図２２及び図２３に示すフローチャートに従って説明する。なお、以下の処理は、所定時間間隔で、その機能を果たすに十分な頻度で実行される。
【００９１】
まず、ステップ１０１で、バルブ異常検知部６１から、バルブ異常信号を受信したか否かを判断する。バルブ異常信号を受信していない場合は、ステップ１０５までの処理をバイパスして、ステップ１０６へ進む。バルブ異常信号を受信した場合は、ステップ１０２〜１０５の処理を行い、実際に初期化操作が実行可能かを判定していく。ステップ１０２およびステップ１０３では、そのときのクランク角位置が、吸気または爆発行程のＴＤＣから所定の範囲でないかを判定し、所定の範囲にあるときはステップ１０９へと進み、初期化実行の要求フラグをリセットし、初期化の要求を取り下げる。これは、吸排気バルブとピストンとの接触を回避するために、ピストンがバルブに近い位置にあるときに、バルブが全開状態になることがある初期化動作を避けるための処理である。クランク角が所定の範囲にないときは、ステップ１０４に進み、エンジン回転数が所定値より大きいかを判定し、大きいときはステップ１０９へと進み、前述と同じ処理を行う。これは、所定の処理時間を必要とする初期化動作を実行中に前述のピストンとバルブとの接触が発生し得るような高いエンジン回転数であるときには初期化処理を行わないようにするためのものである。このエンジン回転数の判定において、予め定めたエンジン回転数より高い場合には、バルブ異常気筒に対する燃料供給を停止し、積極的にエンジンが所定回転数以上とならないように制御してもよい。
【００９２】
なお、以上のステップ１０２，１０３，１０４の処理は、幾何学的にバルブとピストンが接触し得る設定である場合の例であり、他にも弁機構の構成や特性から適宜判定に必要な条件を加えたり、除いてもよい。
【００９３】
以上、ステップ１０２、１０３、１０４で判定した条件が全て該当しないときは、初期化処理を実行可能と判断し、ステップ１０５に進み、初期化実行を要求するフラグをセットする。このフラグは、図２３に示す初期化実行処理ルーチンに引き渡され、ステップ１１１で、図９を用いて説明した一連の初期化手順を実行し、この初期化手順が終了した時点で、ステップ１１２により、初期化終了時フラグをセットする。この初期化処理により、前述したような異常である場合は、バルブは、異常から復帰することになる。
【００９４】
バルブ異常が前述したような例えば機械的故障であった場合には、初期化処理によってもバルブは復帰しない。そこで、初期化実行フラグセット処理（ステップ１０５）により、初期化手順実行処理（ステップ１１１，１１２）が実行された後、初期化終了時フラグ（ステップ１１２）がセットされた回数をステップ１０６でカウントする。ここで、一時的な異常であれば、１回の初期化処理終了で、異常バルブが復帰するため、初期化実行回数は１回のままとなる。一方、機械的故障等の一時的でない異常の場合は、初期化処理を終了してもバルブ異常が回復しないため、再び異常判定から初期化処理を実行することとなり、これを繰り返すことになる。そこで、初期化処理実行の回数をカウントし（ステップ６）、ステップ７で、予め定めた実行回数以上か否かを判断して、予め定めた実行回数以上であれば、ステップ１０８で、このバルブは、一時的な異常ではなく、本質的な異常であると判断して、その旨を表示等して、初期化実行処理を再度実行しないようにする。また、初期化実行の回数が予め定めた実行回数未満である場合には、以上の処理を終了し、再び、ステップ１０１から繰り返すことになる。なお、判定のしきい値としての実行回数は、異常から復帰できる頻度を考慮して、適宜選定するとよい。
【００９５】
次に、吸排気バルブに一時的な異常が発生して、この異常バルブに対して初期化処理を実行し、その結果、異常バルブが復帰する際の挙動について、図２４を用いて説明する。なお、ここでは、吸気バルブが一時的異常になったものとして、説明する。
【００９６】
吸気バルブに異常が発生すると、燃料噴射中止、異常バルブでない正常なバルブの閉動作、点火中止等の一連の処理が行われる。このため、初期化処理の実行時には、異常バルブを有する気筒では、燃料噴射及び点火が中止され、異常バルブでない正常なバルブが閉となっている。また、吸気バルブは、半開状態になっている。
【００９７】
初期化処理は、吸気行程から圧縮行程にかけてのピストンがＴＤＣから離れている状態にあるときに実行される。この初期化処理で、弁振動が励磁された後、ここでは、閉状態に保持される。この初期化処理で、吸気バルブが閉状態になり、復帰すると、異常なしの判定が成立して、以降、通常の吸気バルブ操作、排気バルブ操作、燃料噴射、点火等が開始される。
【００９８】
なお、以上の実施形態では、吸排気バルブの異常を、バルブの変位を測定するリフト量センサ３４を用いて検知する方法を示したが、異常検出の方法はこれに限るものではなく、例えば、バルブ動作による振動により異常を検出する方法、コイルの電気的特性により検出する方法など、バルブ動作の異常が検出できる方法であれば、いずれも適用することができる。
【００９９】
以上、本発明の電磁駆動式吸気バルブを備えたエンジンシステムの制御装置に関する実施形態について詳述したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、吸排気バルブに異常が発生しても、一次点火コイルへの通電が開始されていなければ、点火プラグが点火されないので、燃焼室内、吸気管内、排気管内での燃焼を回避でき、バックファイヤやアフターファイヤ等で、触媒等のエンジン回りの部品の劣化を防ぐことができる。また、吸排気バルブに異常が発生した際、一次点火コイルへの通電が開始されていても、燃料密度の最も小さいときに、点火プラグを点火させているので、燃焼室内における激しい燃焼が抑えられ、ダメージを最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態におけるエンジンシステムの構成図である。
【図２】本発明に係る一実施形態における吸排気バルブの断面図である。
【図３】本発明に係る一実施形態におけるエンジンコントロールユニットの回路ブロック図である。
【図４】本発明に係る一実施形態におけるエンジンコントロールユニットの機能ブロック図である。
【図５】本発明に係る第一の実施形態におけるエンジンコントロールユニットの目標吸気量演算部の詳細機能ブロック図である。
【図６】本発明に係る一実施形態における点火プラグ駆動回路の回路図である。
【図７】アクセル踏量と要求吸気量との関係を示すグラフである。
【図８】バルブ応答特性を示すための説明図である。
【図９】バルブの初期化動作を説明するための説明図である。
【図１０】本発明に係る一実施形態における、バルブが正常なときの各工程での各部動作を示す説明図である。
【図１１】本発明に係る一実施形態における、吸気バルブが閉状態から開状態へ遷移する際に異常が発生した場合の各工程での各部動作を示す説明図である。
【図１２】本発明に係る第一の実施形態における、吸気バルブが開状態から閉状態へ遷移する際に異常が発生した場合の各工程での各部動作を示す説明図である。
【図１３】本発明に係る一実施形態における、排気バルブが開状態から閉状態へ遷移する際に異常が発生した場合の各工程での各部動作を示す説明図である。
【図１４】本発明に係る一実施形態における、排気バルブが閉状態から開状態へへ遷移する際に異常が発生した場合の各工程での各部動作を示す説明図である。
【図１５】吸気バルブに異常が生じても何ら処理を施さない場合の各工程でのエンジン状態を示す説明図である。
【図１６】排気バルブに異常が生じても何ら処理を施さない場合の各工程でのエンジン状態を示す説明図である。
【図１７】本発明に係る一実施形態における、吸気バルブに異常が発生した際の各工程でのエンジン状態を示す説明図である。
【図１８】本発明に係る一実施形態における、排気バルブに異常が発生した際の各工程でのエンジン状態を示す説明図である。
【図１９】４サイクルエンジンのシリンダ内圧力変化を示すグラフである。
【図２０】吸排気バルブに異常が発生した際のシリンダ内圧力変化を示すグラフである。
【図２１】吸気バルブが正常なとき及び異常が発生したときの、エアーフローメータの出力特性を示すグラフである。
【図２２】本発明に係る一実施形態における、初期化実行判断処理の手順を示すフローチャートである。
【図２３】本発明に係る一実施形態における、初期化実行処理の手順を示すフローチャートである。
【図２４】本発明に係る一実施形態における、吸気バルブの異常に対して初期化処理を実行した際の各部の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１…４気筒４サイクルエンジン、２…電磁駆動式吸気バルブ、３…電磁駆動式排気バルブ、４…電子制御式スロットル弁、７…エアーフローメータ、９…シリンダ、１０…吸気管、１３…インジェクタ、１６…点火プラグ、１７…アクセル踏量センサ、１８…クランク角センサ、２０…排気管、２１…触媒、２２…空燃比（Ａ／Ｆ）センサ、３０…弁本体、３１…閉側電磁コイル、３２…開側電磁コイル、３４…リフト量センサ、４０…エンジンコントロールユニット、４０ａ…ＣＰＵ、４０ｂ…ＲＯＭ、４０ｃ…ＲＡＭ、４１…基本燃料噴射量演算部、４２…補正係数演算部、４３…燃料噴射量補正部、４４…燃料噴射量気筒分配器、４５…目標吸気量演算部、４６…スロットル弁開度演算部、４７…吸気バルブ開閉タイミング演算部、４８…吸気バルブ応答補正部、４９…吸気バルブ開閉タイミング気筒分配部、５１…点火タイミング演算部、５２…点火タイミング気筒分配部、５７…排気バルブ開閉タイミング演算部、５８…排気バルブ応答補正部、５９…排気バルブ開閉タイミング気筒分配部、６１…バルブ異常検知部、６２，７２…正常バルブ閉指示部、６３，７３…バルブ復帰動作指示部、６４…開閉タイミング変更指示部、６５…燃料噴射中止指示部、６６…燃料補正中止指示部、６７…基本燃料噴射量変更指示部、６８…吸気量補正部、７５…通電中止指示部、７６…点火遅延指示部、７９…アイドル時目標吸気量変更部、８０…点火プラグ駆動回路、８１…点火コイル、８２…一次点火コイル、８３…二次点火コイル、
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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