JP2004116405A - バルブタイミング制御システムの異常診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バルブタイミング制御システムに対する異常診断の診断領域を拡大すると共に診断精度を向上する。
【解決手段】目標進角変化量ΔＶＴＴを積算した目標進角積算量ΣＶＴＴと、実進角補正係数ＫＨによって補正した実進角補正変化量ΔＶＴＨを積算した実進角積算量ΣＶＴとを所定時間サンプリングし、目標進角積算量ΣＶＴＴと実進角積算量ΣＶＴとの比を診断値ＤＩＡＧとして算出する（Ｓ１０１、Ｓ１０２〜Ｓ１１１）。そして、診断値ＤＩＡＧが判定値ＤＩＡＧｓｅｔ１を越えている場合、バルブタイミング制御システムが異常であると判定し（Ｓ１１２，Ｓ１１４）、現在の目標進角値ＶＴＴを最遅角とする制御指令を発する（Ｓ１１５）。これにより、加減速時等においても的確に異常を検出すると共に、目標進角に対して実進角の応答性が悪化した場合においても的確に異常を検出する。
【選択図】 図２
【解決手段】目標進角変化量ΔＶＴＴを積算した目標進角積算量ΣＶＴＴと、実進角補正係数ＫＨによって補正した実進角補正変化量ΔＶＴＨを積算した実進角積算量ΣＶＴとを所定時間サンプリングし、目標進角積算量ΣＶＴＴと実進角積算量ΣＶＴとの比を診断値ＤＩＡＧとして算出する（Ｓ１０１、Ｓ１０２〜Ｓ１１１）。そして、診断値ＤＩＡＧが判定値ＤＩＡＧｓｅｔ１を越えている場合、バルブタイミング制御システムが異常であると判定し（Ｓ１１２，Ｓ１１４）、現在の目標進角値ＶＴＴを最遅角とする制御指令を発する（Ｓ１１５）。これにより、加減速時等においても的確に異常を検出すると共に、目標進角に対して実進角の応答性が悪化した場合においても的確に異常を検出する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムの異常診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムを備えたエンジンが実用化されており、この種のバルブタイミング制御システムでは、エンジン運転状態に応じて可変バルブタイミング機構を制御し、吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方のバルブタイミングを連続的に変更する。
【０００３】
このようなバルブタイミング制御システムでは、万一の故障発生に備えて異常診断装置が必要であり、例えば、特公平６−２１５２６号公報には、実際のバルブタイミングが所定の時間をもって目標値に達しない場合、故障と判断する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−２１５２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バルブタイミングの目標値（クランク軸の回転角とカム軸の回転角との位相差の制御目標値である目標進角値）は、エンジン運転状態に応じて常に変化しており、先行技術のように、目標進角値と実際のバブタイミング（クランク軸の実際の回転角とカム軸の実際の回転角との位相差である実進角値）との偏差によって異常を判定する技術では、目標進角値と実進角値との間に大きな偏差が所定時間継続されない限り、異常を検出することはできない。
【０００６】
つまり、目標進角値と実進角値との偏差によって異常を検出できるのは、目標進角値の変化が小さい定常運転状態だけであり、加速や減速時等のように、目標進角値の進角側又は遅角側への変化が激しい運転状態では、バルブタイミング機構に異常があっても、目標進角値と実進角値との偏差が所定時間継続するとは限らず、診断領域が限定されてしまう。
【０００７】
また、従来の技術では、バルブタイミングのフィードバック制御における追従性やアクチュエータの作動遅れに起因する目標進角値に対する実進角値の追従性を考慮すると、誤診断を避けるために目標進角値と実進角値との偏差に対する異常判定の判定レベルをある程度下げざるを得ず、機構部の固着等のように明確な故障を除いて、エンジン制御に不都合を生じるような応答性の悪化を検出することは困難であり、診断領域が限定されるばかりでなく、異常検出精度の面からも改善を要する。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、バルブタイミング制御システムに対する異常診断の診断領域を拡大すると共に、診断精度を向上することのできるバルブタイミング制御システムの異常診断装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による第１の異常診断装置は、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムの異常診断装置であって、上記クランク軸の回転角と上記カム軸の回転角との位相差の制御目標値である目標進角値の変化量を積算して目標進角積算量を算出する手段と、上記クランク軸の実際の回転角と上記カム軸の実際の回転角との位相差である実進角値の変化量を積算して実進角積算量を算出する手段と、上記目標進角積算量と上記実進角積算量とに基づいて診断用パラメータを算出し、この診断用パラメータによって上記バルブタイミング制御システムの異常の有無を判定する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による第２の異常診断装置は、少なくとも２つのバンクを有するエンジンのバンク毎に備えられ、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムの異常診断装置であって、バンク毎に上記クランク軸の実際の回転角と上記カム軸の実際の回転角との位相差である実進角値の変化量を積算して実進角積算量を算出する手段と、上記バンク毎の実進角積算量の比較結果に基づいて診断用パラメータを算出し、この診断用パラメータによって上記バルブタイミング制御システムの異常の有無を判定する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
その際、診断用パラメータとしては、目標進角積算量と実進角積算量との比、或いは実進角積算量のバンク毎の差を用い、目標進角積算量或いは実進角積算量が一定値を越えたとき、診断用パラメータを算出することが望ましい。
【００１２】
また、実進角値の変化量は、バルブタイミング制御システムの作動オイル温度或いはエンジン水温に応じて補正することが望ましく、エンジン回転数が設定回転数未満の低回転数領域では、バルブタイミング制御システムの診断を中止することが望ましい。
【００１３】
更に、エンジン水温或いは排気温度が設定温度未満のときには、実進角値のバンク毎の差を算出し、この差が判定値を越えた状態が設定時間継続するとき、バルブタイミング制御システムが異常であると判定することが望ましく、バルブタイミング制御システムが異常であると判定したときには、制御指令により目標進角値を最遅角位置にすることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１及び図２は本発明の実施の第１形態に係わり、図１は可変バルブタイミング機構付きエンジンの全体構成図、図２は異常診断ルーチンのフローチャートである。
【００１５】
先ず、本発明が適用される可変バルブタイミング機構付きエンジンの全体構成について説明する。図１において、符号１は、可変バルブタイミング機構付きエンジン（以下、単に「エンジン」と略記する）であり、図においては、シリンダブロック１ａがクランク軸１ｂを中心として左右２つのバンク（図の右側が左バンク、左側が右バンク）に分割される水平対向型４気筒エンジンを示す。このエンジン１のシリンダブロック１ａの左右両バンクには、シリンダヘッド２がそれぞれ設けられ、各シリンダヘッド２に、吸気ポート２ａと排気ポート２ｂとが気筒毎に形成されている。
【００１６】
シリンダヘッド２の各吸気ポート２ａにはインテークマニホルド３が連通され、このインテークマニホルド３に各気筒の吸気通路が集合するエアチャンバ４を介して、アクセルペダルに連動するスロットル弁５ａが介装されたスロットルチャンバ５が連通されている。そして、このスロットルチャンバ５の上流に吸気管６を介してエアクリーナ７が取付けられ、このエアクリーナ７に接続されるエアインテーク通路にチャンバ８が連通されている。
【００１７】
また、吸気管６にはスロットル弁５ａをバイパスするバイパス通路９が接続されており、このバイパス通路９に、アイドル時にその弁開度によって該バイパス通路９を流れるバイパス空気量を調整することでアイドル回転数を制御するアイドル制御弁１０が介装されている。また、インテークマニホルド３の各気筒の吸気ポート２ａの直上流にインジェクタ１１が配設され、放電電極を燃焼室に露呈する点火プラグ１２がシリンダヘッド２の各気筒毎に配設されている。各点火プラグ１２は、イグナイタ内蔵のイグニッションコイル１３に接続されている。
【００１８】
更に、シリンダヘッド２の各排気ポート２ｂにエキゾーストマニホルド１４が連通され、このエキゾーストマニホルド１４の集合部に排気管１５が連通されている。この排気管１５には触媒コンバータ１６が介装され、マフラ１７に連通されている。
【００１９】
一方、左右バンクの各シリンダヘッド２内に、それぞれ吸気カム軸１９、排気カム軸２０が配設され、クランク軸１ｂの回転が、各吸気カム軸１９、各排気カム軸２０に、クランク軸１ｂに固設されたクランクプーリ２１、タイミングベルト２２、吸気カム軸１９に介装された吸気カムプーリ２３、排気カム軸２０に固設された排気カムプーリ２４等を介して伝達される。そして、吸気カム軸１９に設けられた吸気カム、及び排気カム軸２０に設けられた排気カムにより、それぞれクランク軸１ｂと２対１の回転角度に維持される各カム軸１９，２０の回転に基づいて、吸気バルブ２５、排気バルブ２６が開閉駆動される。
【００２０】
左右バンクの各吸気カム軸１９と吸気カムプーリ２３との間には、吸気カムプーリ２３と吸気カム軸１９とを相対回動してクランク軸１ｂに対する吸気カム軸１９の回転位相（変位角）を連続的に変更する周知の油圧駆動式可変バルブタイミング機構２７がそれぞれ配設されている。本形態においては、各バンクの可変バルブタイミング機構２７を吸気カム軸１９側にのみ設け、排気バルブ２６の開閉タイミングに対し、吸気バルブ２５の開閉タイミングをエンジン運転状態に応じて変更する。
【００２１】
各バンクの可変バルブタイミング機構２７には、それぞれ、オイルパン１ｃから図示しないオイルポンプを介して供給される作動油圧を調整するためのオイルフロー制御弁２８が備えられ、マイクロコンピュータ等からなる電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と略記する）５０によって制御される。オイルフロー制御弁２８は、例えばＥＣＵ５０によりデューティ制御されるスプール弁であり、通電電流に比例してオイルフロー制御弁２８のスプールが軸方向に移動し、可変バルブタイミング機構２７の進角室（進角作動の油圧室）、遅角室（遅角作動の油圧室）に連通する各ポートを切換えてオイルの流れ方向を切換えると共にパッセージの開度を調整し、可変バルブタイミング機構２７の進角室、遅角室に供給する油圧の大きさが調整される。尚、可変バルブタイミング機構２７の詳細な構成については、例えば、本出願人による特開２０００−９７０９６号公報に詳述されている。
【００２２】
次に、エンジン１に取付けられたセンサ類について説明する。吸気管６のエアクリーナ７の直下流には、ホットワイヤ或いはホットフィルム等を用いた吸入空気量センサ３０が介装され、スロットルチャンバ５に配設されたスロットル弁５ａに、スロットル開度センサ３１が連設されている。また、エンジン１のオイルパン１ｃに油温センサ３２が臨まされると共に、シリンダブロック１ａの左右両バンクを連通する冷却水通路３３に水温センサ３４が臨まされ、触媒コンバータ１６の上流側に、Ｏ２センサ等の空燃比センサ３５が配設されている。
【００２３】
更に、エンジン１のクランク軸１ｂに軸着するクランクロータ３６の外周に、クランク角センサ３７が対設され、クランク軸１ｂに対して１／２回転する一方のバンク（図においては、左バンク）の吸気カムプーリ２３の裏面に、気筒判別センサ３８が対設されている、各バンクの吸気カム軸１９の後端に固設されたカムロータ３９の外周には、カム位置検出用のカム位置センサ４０がそれぞれ対設されている。
【００２４】
以上の各センサ類の出力信号は、ＥＣＵ５０に入力されて処理され、エンジン運転状態が検出される。ＥＣＵ５０は、予め内部に格納されている制御プログラムに従って、各センサ類・スイッチ類等からの信号を処理し、前述のインジェクタ１１、イグニッションコイル１３に内蔵されるイグナイタ、アイドル制御弁１０、可変バルブタイミング機構２７のオイルフロー制御弁２８等に対する制御量を演算し、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転数制御、バルブタイミング制御等のエンジン制御を行う。
【００２５】
ここで、バルブタイミング制御においては、エンジン運転状態、例えばエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて、クランク軸１ｂの回転角と吸気カム軸１９の回転角との位相差の制御目標値である目標進角値を設定すると共に、クランク角センサ３７から出力されるクランク角を表すクランクパルスとカム位置センサ４０から出力されるカム位置を表すカム位置パルスとから、クランク軸１ｂの実際の回転角と吸気カム軸１９の実際の回転角との位相差である実進角値を算出する。そして、この実進角値が目標進角値に収束するよう、オイルフロー制御弁２８を介して可変バルブタイミング機構２７をフィードバック制御する。
【００２６】
同時に、ＥＣＵ５０は、可変バルブタイミング機構２７やオイルフロー制御弁２８に発生する異常、例えば、可変バルブタイミング機構２７へ供給されるオイル中の不純物や劣化による異物の堆積・沈殿等による摺動部の摺動性悪化、異物の噛み込みによる固着等の異常発生を検出するため、可変バルブタイミング機構２７及びオイルフロー制御弁２８を含むバルブタイミング制御システムの異常診断を定期的に実施している。
【００２７】
このバルブタイミング制御システムに対する異常診断は、本形態においては、目標進角値の変化量を積算した目標進角積算量と実進角値の変化量を積算した実進角積算量との比を診断用パラメータとして異常を判定しており、目標進角値の変化量を積算すると共に実進角値の変化量を積算することで、目標進角値の変化が小さい定常運転状態はもとより、加速や減速時等のように目標進角値の進角側又は遅角側への変化が激しい運転状態においても診断を可能としている。
【００２８】
すなわち、従来のように目標進角値と実進角値との偏差が所定時間継続することを判定条件とする診断では、加速や減速時等のように目標進角値が進角側又は遅角側に変化する運転状態では、異常が発生しても目標進角値と実進角値との偏差が所定時間継続するとは限らず、適正な診断が困難であったが、異常発生時には制御指令に対して目標進角値への実進角値の応答性が悪化していることから、目標進角値の変化分を積算した値に対し、実進角値の変動分を積算した値が小さくなり、加速時や減速時においても異常を検出することが可能となる。
【００２９】
更に、従来のように、目標進角値と実進角値との偏差に基づく診断では、目標進角値に対する実進角値の追従性を考慮して判定レベルの感度を下げざるを得ないことから、異常検出精度に限界があるが、目標進角値の変化量の積算値と実進角値の変化量の積算値とを用いることで、正常時の目標進角値に対する実進角値の追従性を反映させた判定レベルとすることができ、エンジン制御に不都合を生じるような応答性の悪化を検出することが可能となり、異常検出精度を向上することができる。
【００３０】
以下、ＥＣＵ５０による可変バルブタイミング機構２７の異常診断処理について、図２に示す異常診断ルーチンのフローチャートに従って説明する。
【００３１】
この異常診断は、左右両バンクに対して同一の処理が実行され、先ず、ステップＳ１０１で、現在のエンジン回転数Ｎｅが診断可能設定回転数Ｎｅｓｅｔより大きいか否かを調べる。そして、Ｎｅ≦Ｎｅｓｅｔの場合には、診断を実行せずにルーチンを抜け、Ｎｅ＞Ｎｅｓｅｔの場合、診断を実行すべくステップＳ１０２以降へ進む。
【００３２】
このエンジン回転数の条件は、低回転数領域では、オイルフロー制御弁２８を介して可変バルブタイミング機構２７に供給されるオイルの粘度が不安定であり、作動油圧が変動して応答性に遅れが生じる可能性があることから、この応答遅れによる誤診断を回避するための条件である。このため、エンジン回転数Ｎｅが、可変バルブタイミング機構２７やオイルフロー制御弁２８の特性を考慮して予めシミュレーション或いは実験等によって設定された診断可能設定回転数Ｎｅｓｅｔ未満の低回転数領域では、診断を禁止する。
【００３３】
次に、以上のエンジン回転数条件を満足してステップＳ１０２へ進むと、現在の目標進角値ＶＴＴｎと前回（前回ルーチン実行時）の目標進角値ＶＴＴｎ−１との差分（絶対値）を、今回（今回ルーチン実行時）の目標進角変化量ΔＶＴＴｎとして算出する（ΔＶＴＴｎ＝ ＶＴＴｎ−ＶＴＴｎ−１ ）。そして、ステップＳ１０３で、前回までの目標進角積算量ΣＶＴＴｎ−１に今回の目標進角変化量ΔＶＴＴｎを加算し、今回の目標進角積算量ΣＶＴＴｎを更新する（ΣＶＴＴｎ＝ΣＶＴＴｎ−１＋ΔＶＴＴｎ）。
【００３４】
続くステップＳ１０４では、現在の実進角値ＶＴｎと前回の実進角値ＶＴｎ−１との差分（絶対値）を、今回の実進角変化量ΔＶＴｎとして算出する（ΔＶＴ＝ ＶＴｎ−ＶＴｎ−１ ）。そして、ステップＳ１０５で、可変バルブタイミング機構２７の作動オイルの温度を知るべく、油温センサ３２からの信号に基づくオイル温度を読込み、ステップＳ１０６で、このオイル温度をパラメータとして実進角変化量補正テーブルを補間計算付で参照し、実進角補正係数ＫＨを算出する。
【００３５】
実進角補正係数ＫＨは、可変バルブタイミング機構２７の作動油圧が規定油圧であることを前提とした実進角値の変化量を、オイル温度に依存するオイル粘度の変化すなわち可変バルブタイミング機構２７の作動油圧の変化に対処して補正するものであり、規定油圧を基準とした補正係数を予めシミュレーション或いは実験等によって求めてテーブル化しておく。これにより、油圧変化の影響を排除して実進角値の変化量を的確に把握することができ、診断精度を高めると共に、、低温時等のオイルの粘度が高く可変バルブタイミング機構２７の油圧が規定油圧よりも高い状態においても、応答性悪化による誤診断を確実に回避することができる。尚、実進角補正係数ＫＨは、オイル温度に代えて水温センサ３４によるエンジン水温を用いて算出しても良く、油温センサを備えないエンジンにも適用できる。
【００３６】
ステップＳ１０６に続くステップＳ１０７では、先に算出した実進角変化量ΔＶＴに実進角補正係数ＫＨを乗算し、補正後の実進角補正変化量ΔＶＴＨを算出する（ΔＶＴＨ＝ΔＶＴ×ＫＨ）。そして、ステップＳ１０８で、前回までの実進角積算量ΣＶＴｎ−１に補正後の実進角補正変化量ΔＶＴＨｎを加算し、今回の実進角積算量ΣＶＴｎを更新する（ΣＶＴｎ＝ΣＶＴｎ−１＋ΔＶＴＨｎ）。
【００３７】
その後、ステップＳ１０９へ進んで判定許可カウンタＫをカウントアップし（Ｋ＝Ｋ＋１）、ステップＳ１１０で、判定許可カウンタＫが設定値Ｋｓｅｔ１に達したか否かを調べる。この設定値Ｋｓｅｔ１は、以下に説明するように、前回の診断（正常／異常の判定実施）から、目標進角積算量ΣＶＴＴｎと実進角積算量ΣＶＴｎとの比（診断値）が一定値を越えて適正な診断が可能となり、判定が許可されるまでのデータサンプリング時間を規定するものであり、運転状態によって異なるサンプリング時間の最長時間を与える固定値、或いは運転状態に応じて可変されるテーブル値等として適宜設定される。例えば、定常運転（アクセル開度が一定）状態では、目標進角値が略一定となって目標進角積算量ΣＶＴＴｎと実進角積算量ΣＶＴｎとの差が小さくなる。従って、このような運転状態でも適正な診断が可能となるよう、設定値Ｋｓｅｔ１が決定される。
【００３８】
そして、Ｋ≦Ｋｓｅｔ１であり、前回の診断から判定許可までのデータサンプリング時間が経過していない場合には、ステップＳ１１０からルーチンを抜け、Ｋ＞Ｋｓｅｔ１であり、前回の診断から判定許可までのデータサンプリング時間が経過した場合、ステップＳ１１０からステップＳ１１１へ進み、目標進角積算量ΣＶＴＴｎと実進角積算量ΣＶＴｎとの比を、診断値ＤＩＡＧとして算出する（ＤＩＡＧ＝ΣＶＴＴｎ／ΣＶＴｎ）。
【００３９】
尚、上述したように、判定許可までの適正なデータサンプリング時間は運転状態によって異なるため、このデータサンプリング時間を規定する設定値Ｋｓｅｔ１を運転状態に応じて可変することが望ましいが、設定値Ｋｓｅｔ１をテーブル参照等によって決定することは、処理時間や使用メモリ量の関係から必ずしも最適とは言えない場合がある。そこで、判定許可カウンタＫを使用せず、目標進角積算量ΣＶＴＴｎ（或いは実進角積算量ΣＶＴｎでも良い）がある一定値を越えたとき、診断値ＤＩＡＧを算出するようにしても良い。
【００４０】
そして、ステップＳ１１１で診断値ＤＩＡＧを算出した後、ステップＳ１１２へ進み、診断値ＤＩＡＧが判定値ＤＩＡＧｓｅｔ１を越えているか否かを調べる。この判定値ＤＩＡＧｓｅｔ１は、可変バルブタイミング機構２７やオイルフロー制御弁２８の特性を考慮して予めシミュレーション或いは実験等により求めた正常状態での目標進角値に対する実進角値の追従性を反映した判定レベルであり、いわば、正常状態での目標進角値と実進角値との関係をなまして若干の余裕を加えた判定レベルである。
【００４１】
その結果、ＤＩＡＧ≦ＤＩＡＧｓｅｔ１の場合には、ステップＳ１１２からステップＳ１１３へ進んで可変バルブタイミング機構２７及びオイルフロー制御弁２８を含むバルブタイミング制御システムは正常であると判定し、ルーチンを抜ける。また、ＤＩＡＧ＞ＤＩＡＧｓｅｔ１の場合には、ステップＳ１１２からステップＳ１１４へ進み、可変バルブタイミング機構２７及びオイルフロー制御弁２８を含むバルブタイミング制御システムが異常であると判定し、ステップＳ１１５で、現在の目標進角値ＶＴＴを最遅角とする制御指令を発してルーチンを抜ける。
【００４２】
このように本実施の形態では、目標進角値の変化量の積算値と実進角値の変化量の積算値との比によってバルブタイミング制御システムの異常を診断するため、加減速時等のように目標進角値が大きく変化する運転状態においても、的確に異常を検出することができ、診断領域を拡大することができると共に、摺動部の固着又は固着に近い状態は勿論のこと、目標進角に対して実進角の応答性が悪化した場合においても的確に異常を検出することができ、診断精度を向上することができる。
【００４３】
しかも、実進角値の変化量を積算するに当たって、オイル温度又はエンジン水温により実進角値の変化量を補正するため、実進角値の変化量を的確に把握することができ、油圧が規定よりも高く可変バルブタイミング機構２７に応答遅れが発生した場合であっても、誤診断を確実に回避することができる。更に、異常を検出した場合、実進角値を最遅角に制御することで、排ガスへの悪化を防止することができる。
【００４４】
次に、本発明の実施の第２形態について説明する。第２形態は、左バンクの実進角積算量と右バンクの実進角積算量との差によってバルブタイミング制御システムの異常を検出するものである。すなわち、左右バンクのどちらか一方の応答性が悪化していれば、実進角量の変化量に差が生じるため、これを積算し、左右バンクの差分を算出することで、異常を検出する。
【００４５】
第２形態の異常診断は、図３に示すルーチンによって実行される。このルーチンでは、先ず、ステップＳ２０１で、第１形態と同様、現在のエンジン回転数Ｎｅが診断可能設定回転数Ｎｅｓｅｔより大きいか否かを調べる。そして、Ｎｅ≦Ｎｅｓｅｔの場合には、診断を実行せずにルーチンを抜け、Ｎｅ＞Ｎｅｓｅｔの場合、ステップＳ２０２以降へ進む。
【００４６】
ステップＳ２０２では、右バンクの現在の実進角値ＶＴＲｎと前回の実進角値ＶＴＲｎ−１との差分（絶対値）から今回の実進角変化量ΔＶＴＲｎを算出し（ΔＶＴＲｎ＝ ＶＴＲｎ−ＶＴＲｎ−１ ）、更にステップＳ２０３で、左バンクの現在の実進角値ＶＴＬｎと前回の実進角値ＶＴＬｎ−１との差分（絶対値）から今回の実進角変化量ΔＶＴＬｎを算出する（ΔＶＴＬｎ＝ＶＴＬｎ−ＶＴＬｎ−１）。
【００４７】
次に、ステップＳ２０４，Ｓ２０５は、第１形態の異常診断ルーチンにおけるステップＳ１０５，Ｓ１０６と同様であり、ステップＳ２０４でオイル温度（又はエンジン水温でも良い）を読込み、ステップ２０５で、このオイル温度をパラメータとして実進角変化量補正テーブルを補間計算付で参照し、実進角補正係数ＫＨを算出する。そして、ステップＳ２０６で、右バンクの実進角変化量ΔＶＴＲｎに実進角補正係数ＫＨを乗算して補正後の実進角補正変化量ΔＶＴＲＨｎを算出し（ΔＶＴＲＨｎ＝ΔＶＴＲｎ×ＫＨ）、ステップＳ２０７で、左バンクの実進角変化量ΔＶＴＬｎに実進角補正係数ＫＨを乗算して補正後の実進角補正変化量ΔＶＴＬＨｎを算出する（ΔＶＴＬＨｎ＝ΔＶＴＬｎ×ＫＨ）。
【００４８】
続くステップＳ２０８では、右バンクの前回までの実進角積算量ΣＶＴＲｎ−１に実進角補正変化量ΔＶＴＲＨｎを加算して今回の実進角積算量ΣＶＴＲｎに更新し（ΣＶＴＲｎ＝ΣＶＴＲｎ−１＋ΔＶＴＲＨｎ）、ステップＳ２０９で、左バンクの前回までの実進角積算量ΣＶＴＬｎ−１に実進角補正変化量ΔＶＴＬＨｎを加算して今回の実進角積算量ΣＶＴＬｎに更新する（ΣＶＴＬｎ＝ΣＶＴＬｎ−１＋ΔＶＴＬＨｎ）。
【００４９】
以上により左右両バンクについて、それぞれ、実進角積算量ΣＶＴＬｎ，ΣＶＴＲｎを算出した後、ステップＳ２１０へ進み、判定許可カウンタＫをカウントアップし（Ｋ＝Ｋ＋１）、ステップＳ２１１で、判定許可カウンタＫが設定値Ｋｓｅｔ２に達したか否かを調べる。設定値Ｋｓｅｔ２は、判定許可までの時間を規定するものであり、本形態においては、右バンクの実進角積算量ΣＶＴＲｎ−１或いは左バンクの実進角積算量ΣＶＴＬｎ−１が一定値となるまでのデータサンプリング時間である。
【００５０】
そして、Ｋ≦Ｋｓｅｔ２の場合には、ステップＳ２１１からルーチンを抜け、Ｋ＞Ｋｓｅｔ２の場合、ステップＳ２１１からステップＳ２１２へ進んで右バンクの実進角積算量ΣＶＴＲｎと左バンクの実進角積算量ΣＶＴＬｎとの差の絶対値を、診断値ＤＩＡＧとして算出する（ＤＩＡＧ＝ ΣＶＴＲｎ−ΣＶＴＬｎ ）。尚、この場合においても、前述の第１形態と同様、判定許可カウンタＫを使用せず、右バンクの実進角積算量ΣＶＴＲｎ−１或いは左バンクの実進角積算量ΣＶＴＬｎ−１が一定値を越えたときに診断値ＤＩＡＧを算出するようにしても良い。
【００５１】
その後、ステップＳ２１３で診断値ＤＩＡＧが判定値ＤＩＡＧｓｅｔ２を越えているか否かを調べる。判定値ＤＩＡＧｓｅｔ２は、エンジン１の左右バンク毎の特性や、可変バルブタイミング機構２７及びオイルフロー制御弁２８の特性等を考慮し、予めシミュレーション或いは実験等により求めた正常状態での左右バンクの実進角値の変化量の差分を反映した判定レベルである。
【００５２】
その結果、ＤＩＡＧ≦ＤＩＡＧｓｅｔ２の場合には、ステップＳ２１３からステップＳ２１４へ進んでバルブタイミング制御システムは正常であると判定し、ルーチンを抜ける。また、ＤＩＡＧ＞ＤＩＡＧｓｅｔ２の場合には、ステップＳ２１３からステップＳ２１５へ進んでバルブタイミング制御システムが異常であると判定し、ステップＳ２１６で、現在の目標進角値ＶＴＴを最遅角とする制御指令を発してルーチンを抜ける。
【００５３】
第２形態の異常診断においても、第１形態と同様、加減速時にも的確な診断を可能として診断領域を拡大すると共に、実進角の応答性が悪化した場合においても的確に異常を検出して診断精度を向上することができる。この場合、左右バンクに対して同一の処理を行う第１形態の異常診断では、厳密には、判定値ＤＩＡＧｓｅｔ１にバンク毎の特性差を考慮した若干の余裕値を加える、又は判定値ＤＩＡＧｓｅｔ１をバンク毎に設定することが望ましいが、第２形態の異常診断では、予め左右バンクの特性差を加味した診断とすることができる。
【００５４】
図４は本発明の実施の第３形態に係わり、異常診断ルーチンのフローチャートである。第３形態は、エンジン暖機終了前に、左右バンクの実進角値の差分によって異常を診断するものである。すなわち、エンジン暖機終了前の触媒が活性化されていない状態でバルブタイミング制御システムが最進角側で固着する等の異常が発生すると、排気エミッションが大きく悪化する。このため、エンジン暖機終了前の左右バンクの実進角値の差分による診断を実施することで、速やかに異常を検出する。
【００５５】
第３形態の異常診断ルーチンは図４に示され、このルーチンでは、先ず、ステップＳ３０１で、エンジン水温ＴＷを読込み、このエンジン水温ＴＷがエンジン暖機終了後の水温に相当する設定水温ＴＷｓｅｔより低いか否かを調べる。そして、ＴＷ≧ＴＷｓｅｔの場合には、既にエンジン暖機が終了して触媒が活性化していると判断し、ステップＳ３０２で、前述の第１形態で説明した目標進角積算量と実進角積算量との比に基づく異常診断（診断Ａ）、又は第２形態で説明した左バンクの実進角積算量と右バンクの実進角積算量との差に基づく異常診断（診断Ｂ）を実施する。
【００５６】
一方、ステップＳ３０１において、ＴＷ＜ＴＷｓｅｔの場合には、未だエンジン暖機が完了しておらず、触媒が活性化していないと判断し、左右バンクの実進角値の差分による診断を実施すべく、ステップＳ３０３以降へ進む。尚、排気温センサを有するシステムでは、排気温度Ｔｅｘがエンジン暖機終了後の排気温度に相当する排気温度Ｔｅｘｓｅｔより低いか否かを調べることで、触媒活性化を判断する。
【００５７】
ステップＳ３０３では、右バンクの実進角値ＶＴＲと左バンクの実進角値ＶＴＬとの偏差量（左右バンク偏差量；絶対値）ΔＶＴＲＬを算出し（ΔＶＴＲＬ＝ＶＴＲ−ＶＴＬ ）、ステップＳ３０４で、左右バンク偏差量ΔＶＴＲＬが判定値ＶＴＲＬｓｅｔを越えているか否かを調べる。判定値ＶＴＲＬｓｅｔは、左右何れかのバンクの可変バルブタイミング機構２７の可動部或いはオイルフロー制御弁２８のスプール等が固着或いは固着に近い状態になり、油圧系に異常が発生しているか否かを判断するためのものであり、エンジン１の左右バンク毎の特性や、可変バルブタイミング機構２７及びオイルフロー制御弁２８の特性等を考慮し、予めシミュレーション或いは実験等により求めた正常状態での左右バンクの実進角値の偏差量を反映した判定レベルである。
【００５８】
その結果、ΔＶＴＲＬ≦ＶＴＲＬｓｅｔの場合には、ステップＳ３０４からルーチンを抜け、ΔＶＴＲＬ＞ＶＴＲＬｓｅｔの場合、ステップＳ３０４からステップＳ３０５へ進んで、ΔＶＴＲＬ＞ＶＴＲＬｓｅｔである状態の継続時間Ｔが設定時間Ｔｓｅｔに達したか否かを調べる。そして、Ｔ≦Ｔｓｅｔの場合には、左右バンクの実進角値の一時的な変動による誤診断を避けるため、ステップＳ３０５からルーチンを抜ける。このΔＶＴＲＬ≦ＶＴＲＬｓｅｔである状態、或いは、ΔＶＴＲＬ＞ＶＴＲＬｓｅｔであっても設定時間Ｔｓｅｔを越えて継続していない状態は、仮の正常判定を行った状態であり、エンジン水温ＴＷが設定水温ＴＷｓｅｔ以上に上昇して触媒が活性化したと判断されるまでは、ステップＳ３０３以降の処理を継続し、暖機完了後（ＴＷ≧ＴＷｓｅｔ）は、ステップＳ３０２での診断Ａ又は診断Ｂによる精密な診断を実施する。
【００５９】
一方、ステップＳ３０５において、Ｔ＞Ｔｓｅｔとなった場合、すなわち左右バンク偏差量ΔＶＴＲＬが判定値ＶＴＲＬｓｅｔを越えている状態が設定時間Ｔｓｅｔを越えて継続した場合には、ステップＳ３０５からステップＳ３０６へ進んで左右バンクの何れかのバルブタイミング制御システムが異常であると判定し、ステップＳ３０７で、現在の目標進角値ＶＴＴを最遅角とする制御指令を発してルーチンを抜ける。
【００６０】
第３形態では、エンジンの暖機終了前の異常を迅速に検出することができ、触媒が活性化される前に進角側で固着しても、直ちにバルブタイミングを最遅角位置として排気エミッションの悪化を防止することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、目標進角値の変化量の積算値と実進角値の変化量の積算値との双方、或いは実進角値の変化量の積算値に基づいてバルブタイミング制御システムの異常を診断するため、定常運転のみならず加減速時においても的確に異常を検出することができ、診断領域を拡大することができると共に、バルブタイミング制御システムの摺動部の固着又は固着に近い状態は勿論のこと、応答性が悪化した場合においても的確に異常を検出することができ、診断精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、可変バルブタイミング機構付きエンジンの全体構成図
【図２】同上、異常診断ルーチンのフローチャート
【図３】本発明の実施の第２形態に係わり、異常診断ルーチンのフローチャート
【図４】本発明の実施の第３形態に係わり、異常診断ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１ エンジン
１ｂ クランク軸
１９ 吸気カム軸
２０ 排気カム軸
２７ 可変バルブタイミング機構
２８ オイルフロー制御弁
５０ 電子制御装置
ＶＴ 実進角値
ＶＴＴ 目標進角値
ＫＨ 実進角補正係数
ΔＶＴ 実進角変化量
ΔＶＴＨ 実進角補正変化量
ΔＶＴＴ 目標進角変化量
ΣＶＴ 実進角積算量
ΣＶＴＴ 目標進角積算量
ＤＩＡＧ 診断値
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムの異常診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムを備えたエンジンが実用化されており、この種のバルブタイミング制御システムでは、エンジン運転状態に応じて可変バルブタイミング機構を制御し、吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方のバルブタイミングを連続的に変更する。
【０００３】
このようなバルブタイミング制御システムでは、万一の故障発生に備えて異常診断装置が必要であり、例えば、特公平６−２１５２６号公報には、実際のバルブタイミングが所定の時間をもって目標値に達しない場合、故障と判断する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−２１５２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バルブタイミングの目標値（クランク軸の回転角とカム軸の回転角との位相差の制御目標値である目標進角値）は、エンジン運転状態に応じて常に変化しており、先行技術のように、目標進角値と実際のバブタイミング（クランク軸の実際の回転角とカム軸の実際の回転角との位相差である実進角値）との偏差によって異常を判定する技術では、目標進角値と実進角値との間に大きな偏差が所定時間継続されない限り、異常を検出することはできない。
【０００６】
つまり、目標進角値と実進角値との偏差によって異常を検出できるのは、目標進角値の変化が小さい定常運転状態だけであり、加速や減速時等のように、目標進角値の進角側又は遅角側への変化が激しい運転状態では、バルブタイミング機構に異常があっても、目標進角値と実進角値との偏差が所定時間継続するとは限らず、診断領域が限定されてしまう。
【０００７】
また、従来の技術では、バルブタイミングのフィードバック制御における追従性やアクチュエータの作動遅れに起因する目標進角値に対する実進角値の追従性を考慮すると、誤診断を避けるために目標進角値と実進角値との偏差に対する異常判定の判定レベルをある程度下げざるを得ず、機構部の固着等のように明確な故障を除いて、エンジン制御に不都合を生じるような応答性の悪化を検出することは困難であり、診断領域が限定されるばかりでなく、異常検出精度の面からも改善を要する。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、バルブタイミング制御システムに対する異常診断の診断領域を拡大すると共に、診断精度を向上することのできるバルブタイミング制御システムの異常診断装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による第１の異常診断装置は、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムの異常診断装置であって、上記クランク軸の回転角と上記カム軸の回転角との位相差の制御目標値である目標進角値の変化量を積算して目標進角積算量を算出する手段と、上記クランク軸の実際の回転角と上記カム軸の実際の回転角との位相差である実進角値の変化量を積算して実進角積算量を算出する手段と、上記目標進角積算量と上記実進角積算量とに基づいて診断用パラメータを算出し、この診断用パラメータによって上記バルブタイミング制御システムの異常の有無を判定する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による第２の異常診断装置は、少なくとも２つのバンクを有するエンジンのバンク毎に備えられ、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムの異常診断装置であって、バンク毎に上記クランク軸の実際の回転角と上記カム軸の実際の回転角との位相差である実進角値の変化量を積算して実進角積算量を算出する手段と、上記バンク毎の実進角積算量の比較結果に基づいて診断用パラメータを算出し、この診断用パラメータによって上記バルブタイミング制御システムの異常の有無を判定する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
その際、診断用パラメータとしては、目標進角積算量と実進角積算量との比、或いは実進角積算量のバンク毎の差を用い、目標進角積算量或いは実進角積算量が一定値を越えたとき、診断用パラメータを算出することが望ましい。
【００１２】
また、実進角値の変化量は、バルブタイミング制御システムの作動オイル温度或いはエンジン水温に応じて補正することが望ましく、エンジン回転数が設定回転数未満の低回転数領域では、バルブタイミング制御システムの診断を中止することが望ましい。
【００１３】
更に、エンジン水温或いは排気温度が設定温度未満のときには、実進角値のバンク毎の差を算出し、この差が判定値を越えた状態が設定時間継続するとき、バルブタイミング制御システムが異常であると判定することが望ましく、バルブタイミング制御システムが異常であると判定したときには、制御指令により目標進角値を最遅角位置にすることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１及び図２は本発明の実施の第１形態に係わり、図１は可変バルブタイミング機構付きエンジンの全体構成図、図２は異常診断ルーチンのフローチャートである。
【００１５】
先ず、本発明が適用される可変バルブタイミング機構付きエンジンの全体構成について説明する。図１において、符号１は、可変バルブタイミング機構付きエンジン（以下、単に「エンジン」と略記する）であり、図においては、シリンダブロック１ａがクランク軸１ｂを中心として左右２つのバンク（図の右側が左バンク、左側が右バンク）に分割される水平対向型４気筒エンジンを示す。このエンジン１のシリンダブロック１ａの左右両バンクには、シリンダヘッド２がそれぞれ設けられ、各シリンダヘッド２に、吸気ポート２ａと排気ポート２ｂとが気筒毎に形成されている。
【００１６】
シリンダヘッド２の各吸気ポート２ａにはインテークマニホルド３が連通され、このインテークマニホルド３に各気筒の吸気通路が集合するエアチャンバ４を介して、アクセルペダルに連動するスロットル弁５ａが介装されたスロットルチャンバ５が連通されている。そして、このスロットルチャンバ５の上流に吸気管６を介してエアクリーナ７が取付けられ、このエアクリーナ７に接続されるエアインテーク通路にチャンバ８が連通されている。
【００１７】
また、吸気管６にはスロットル弁５ａをバイパスするバイパス通路９が接続されており、このバイパス通路９に、アイドル時にその弁開度によって該バイパス通路９を流れるバイパス空気量を調整することでアイドル回転数を制御するアイドル制御弁１０が介装されている。また、インテークマニホルド３の各気筒の吸気ポート２ａの直上流にインジェクタ１１が配設され、放電電極を燃焼室に露呈する点火プラグ１２がシリンダヘッド２の各気筒毎に配設されている。各点火プラグ１２は、イグナイタ内蔵のイグニッションコイル１３に接続されている。
【００１８】
更に、シリンダヘッド２の各排気ポート２ｂにエキゾーストマニホルド１４が連通され、このエキゾーストマニホルド１４の集合部に排気管１５が連通されている。この排気管１５には触媒コンバータ１６が介装され、マフラ１７に連通されている。
【００１９】
一方、左右バンクの各シリンダヘッド２内に、それぞれ吸気カム軸１９、排気カム軸２０が配設され、クランク軸１ｂの回転が、各吸気カム軸１９、各排気カム軸２０に、クランク軸１ｂに固設されたクランクプーリ２１、タイミングベルト２２、吸気カム軸１９に介装された吸気カムプーリ２３、排気カム軸２０に固設された排気カムプーリ２４等を介して伝達される。そして、吸気カム軸１９に設けられた吸気カム、及び排気カム軸２０に設けられた排気カムにより、それぞれクランク軸１ｂと２対１の回転角度に維持される各カム軸１９，２０の回転に基づいて、吸気バルブ２５、排気バルブ２６が開閉駆動される。
【００２０】
左右バンクの各吸気カム軸１９と吸気カムプーリ２３との間には、吸気カムプーリ２３と吸気カム軸１９とを相対回動してクランク軸１ｂに対する吸気カム軸１９の回転位相（変位角）を連続的に変更する周知の油圧駆動式可変バルブタイミング機構２７がそれぞれ配設されている。本形態においては、各バンクの可変バルブタイミング機構２７を吸気カム軸１９側にのみ設け、排気バルブ２６の開閉タイミングに対し、吸気バルブ２５の開閉タイミングをエンジン運転状態に応じて変更する。
【００２１】
各バンクの可変バルブタイミング機構２７には、それぞれ、オイルパン１ｃから図示しないオイルポンプを介して供給される作動油圧を調整するためのオイルフロー制御弁２８が備えられ、マイクロコンピュータ等からなる電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と略記する）５０によって制御される。オイルフロー制御弁２８は、例えばＥＣＵ５０によりデューティ制御されるスプール弁であり、通電電流に比例してオイルフロー制御弁２８のスプールが軸方向に移動し、可変バルブタイミング機構２７の進角室（進角作動の油圧室）、遅角室（遅角作動の油圧室）に連通する各ポートを切換えてオイルの流れ方向を切換えると共にパッセージの開度を調整し、可変バルブタイミング機構２７の進角室、遅角室に供給する油圧の大きさが調整される。尚、可変バルブタイミング機構２７の詳細な構成については、例えば、本出願人による特開２０００−９７０９６号公報に詳述されている。
【００２２】
次に、エンジン１に取付けられたセンサ類について説明する。吸気管６のエアクリーナ７の直下流には、ホットワイヤ或いはホットフィルム等を用いた吸入空気量センサ３０が介装され、スロットルチャンバ５に配設されたスロットル弁５ａに、スロットル開度センサ３１が連設されている。また、エンジン１のオイルパン１ｃに油温センサ３２が臨まされると共に、シリンダブロック１ａの左右両バンクを連通する冷却水通路３３に水温センサ３４が臨まされ、触媒コンバータ１６の上流側に、Ｏ２センサ等の空燃比センサ３５が配設されている。
【００２３】
更に、エンジン１のクランク軸１ｂに軸着するクランクロータ３６の外周に、クランク角センサ３７が対設され、クランク軸１ｂに対して１／２回転する一方のバンク（図においては、左バンク）の吸気カムプーリ２３の裏面に、気筒判別センサ３８が対設されている、各バンクの吸気カム軸１９の後端に固設されたカムロータ３９の外周には、カム位置検出用のカム位置センサ４０がそれぞれ対設されている。
【００２４】
以上の各センサ類の出力信号は、ＥＣＵ５０に入力されて処理され、エンジン運転状態が検出される。ＥＣＵ５０は、予め内部に格納されている制御プログラムに従って、各センサ類・スイッチ類等からの信号を処理し、前述のインジェクタ１１、イグニッションコイル１３に内蔵されるイグナイタ、アイドル制御弁１０、可変バルブタイミング機構２７のオイルフロー制御弁２８等に対する制御量を演算し、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転数制御、バルブタイミング制御等のエンジン制御を行う。
【００２５】
ここで、バルブタイミング制御においては、エンジン運転状態、例えばエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて、クランク軸１ｂの回転角と吸気カム軸１９の回転角との位相差の制御目標値である目標進角値を設定すると共に、クランク角センサ３７から出力されるクランク角を表すクランクパルスとカム位置センサ４０から出力されるカム位置を表すカム位置パルスとから、クランク軸１ｂの実際の回転角と吸気カム軸１９の実際の回転角との位相差である実進角値を算出する。そして、この実進角値が目標進角値に収束するよう、オイルフロー制御弁２８を介して可変バルブタイミング機構２７をフィードバック制御する。
【００２６】
同時に、ＥＣＵ５０は、可変バルブタイミング機構２７やオイルフロー制御弁２８に発生する異常、例えば、可変バルブタイミング機構２７へ供給されるオイル中の不純物や劣化による異物の堆積・沈殿等による摺動部の摺動性悪化、異物の噛み込みによる固着等の異常発生を検出するため、可変バルブタイミング機構２７及びオイルフロー制御弁２８を含むバルブタイミング制御システムの異常診断を定期的に実施している。
【００２７】
このバルブタイミング制御システムに対する異常診断は、本形態においては、目標進角値の変化量を積算した目標進角積算量と実進角値の変化量を積算した実進角積算量との比を診断用パラメータとして異常を判定しており、目標進角値の変化量を積算すると共に実進角値の変化量を積算することで、目標進角値の変化が小さい定常運転状態はもとより、加速や減速時等のように目標進角値の進角側又は遅角側への変化が激しい運転状態においても診断を可能としている。
【００２８】
すなわち、従来のように目標進角値と実進角値との偏差が所定時間継続することを判定条件とする診断では、加速や減速時等のように目標進角値が進角側又は遅角側に変化する運転状態では、異常が発生しても目標進角値と実進角値との偏差が所定時間継続するとは限らず、適正な診断が困難であったが、異常発生時には制御指令に対して目標進角値への実進角値の応答性が悪化していることから、目標進角値の変化分を積算した値に対し、実進角値の変動分を積算した値が小さくなり、加速時や減速時においても異常を検出することが可能となる。
【００２９】
更に、従来のように、目標進角値と実進角値との偏差に基づく診断では、目標進角値に対する実進角値の追従性を考慮して判定レベルの感度を下げざるを得ないことから、異常検出精度に限界があるが、目標進角値の変化量の積算値と実進角値の変化量の積算値とを用いることで、正常時の目標進角値に対する実進角値の追従性を反映させた判定レベルとすることができ、エンジン制御に不都合を生じるような応答性の悪化を検出することが可能となり、異常検出精度を向上することができる。
【００３０】
以下、ＥＣＵ５０による可変バルブタイミング機構２７の異常診断処理について、図２に示す異常診断ルーチンのフローチャートに従って説明する。
【００３１】
この異常診断は、左右両バンクに対して同一の処理が実行され、先ず、ステップＳ１０１で、現在のエンジン回転数Ｎｅが診断可能設定回転数Ｎｅｓｅｔより大きいか否かを調べる。そして、Ｎｅ≦Ｎｅｓｅｔの場合には、診断を実行せずにルーチンを抜け、Ｎｅ＞Ｎｅｓｅｔの場合、診断を実行すべくステップＳ１０２以降へ進む。
【００３２】
このエンジン回転数の条件は、低回転数領域では、オイルフロー制御弁２８を介して可変バルブタイミング機構２７に供給されるオイルの粘度が不安定であり、作動油圧が変動して応答性に遅れが生じる可能性があることから、この応答遅れによる誤診断を回避するための条件である。このため、エンジン回転数Ｎｅが、可変バルブタイミング機構２７やオイルフロー制御弁２８の特性を考慮して予めシミュレーション或いは実験等によって設定された診断可能設定回転数Ｎｅｓｅｔ未満の低回転数領域では、診断を禁止する。
【００３３】
次に、以上のエンジン回転数条件を満足してステップＳ１０２へ進むと、現在の目標進角値ＶＴＴｎと前回（前回ルーチン実行時）の目標進角値ＶＴＴｎ−１との差分（絶対値）を、今回（今回ルーチン実行時）の目標進角変化量ΔＶＴＴｎとして算出する（ΔＶＴＴｎ＝ ＶＴＴｎ−ＶＴＴｎ−１ ）。そして、ステップＳ１０３で、前回までの目標進角積算量ΣＶＴＴｎ−１に今回の目標進角変化量ΔＶＴＴｎを加算し、今回の目標進角積算量ΣＶＴＴｎを更新する（ΣＶＴＴｎ＝ΣＶＴＴｎ−１＋ΔＶＴＴｎ）。
【００３４】
続くステップＳ１０４では、現在の実進角値ＶＴｎと前回の実進角値ＶＴｎ−１との差分（絶対値）を、今回の実進角変化量ΔＶＴｎとして算出する（ΔＶＴ＝ ＶＴｎ−ＶＴｎ−１ ）。そして、ステップＳ１０５で、可変バルブタイミング機構２７の作動オイルの温度を知るべく、油温センサ３２からの信号に基づくオイル温度を読込み、ステップＳ１０６で、このオイル温度をパラメータとして実進角変化量補正テーブルを補間計算付で参照し、実進角補正係数ＫＨを算出する。
【００３５】
実進角補正係数ＫＨは、可変バルブタイミング機構２７の作動油圧が規定油圧であることを前提とした実進角値の変化量を、オイル温度に依存するオイル粘度の変化すなわち可変バルブタイミング機構２７の作動油圧の変化に対処して補正するものであり、規定油圧を基準とした補正係数を予めシミュレーション或いは実験等によって求めてテーブル化しておく。これにより、油圧変化の影響を排除して実進角値の変化量を的確に把握することができ、診断精度を高めると共に、、低温時等のオイルの粘度が高く可変バルブタイミング機構２７の油圧が規定油圧よりも高い状態においても、応答性悪化による誤診断を確実に回避することができる。尚、実進角補正係数ＫＨは、オイル温度に代えて水温センサ３４によるエンジン水温を用いて算出しても良く、油温センサを備えないエンジンにも適用できる。
【００３６】
ステップＳ１０６に続くステップＳ１０７では、先に算出した実進角変化量ΔＶＴに実進角補正係数ＫＨを乗算し、補正後の実進角補正変化量ΔＶＴＨを算出する（ΔＶＴＨ＝ΔＶＴ×ＫＨ）。そして、ステップＳ１０８で、前回までの実進角積算量ΣＶＴｎ−１に補正後の実進角補正変化量ΔＶＴＨｎを加算し、今回の実進角積算量ΣＶＴｎを更新する（ΣＶＴｎ＝ΣＶＴｎ−１＋ΔＶＴＨｎ）。
【００３７】
その後、ステップＳ１０９へ進んで判定許可カウンタＫをカウントアップし（Ｋ＝Ｋ＋１）、ステップＳ１１０で、判定許可カウンタＫが設定値Ｋｓｅｔ１に達したか否かを調べる。この設定値Ｋｓｅｔ１は、以下に説明するように、前回の診断（正常／異常の判定実施）から、目標進角積算量ΣＶＴＴｎと実進角積算量ΣＶＴｎとの比（診断値）が一定値を越えて適正な診断が可能となり、判定が許可されるまでのデータサンプリング時間を規定するものであり、運転状態によって異なるサンプリング時間の最長時間を与える固定値、或いは運転状態に応じて可変されるテーブル値等として適宜設定される。例えば、定常運転（アクセル開度が一定）状態では、目標進角値が略一定となって目標進角積算量ΣＶＴＴｎと実進角積算量ΣＶＴｎとの差が小さくなる。従って、このような運転状態でも適正な診断が可能となるよう、設定値Ｋｓｅｔ１が決定される。
【００３８】
そして、Ｋ≦Ｋｓｅｔ１であり、前回の診断から判定許可までのデータサンプリング時間が経過していない場合には、ステップＳ１１０からルーチンを抜け、Ｋ＞Ｋｓｅｔ１であり、前回の診断から判定許可までのデータサンプリング時間が経過した場合、ステップＳ１１０からステップＳ１１１へ進み、目標進角積算量ΣＶＴＴｎと実進角積算量ΣＶＴｎとの比を、診断値ＤＩＡＧとして算出する（ＤＩＡＧ＝ΣＶＴＴｎ／ΣＶＴｎ）。
【００３９】
尚、上述したように、判定許可までの適正なデータサンプリング時間は運転状態によって異なるため、このデータサンプリング時間を規定する設定値Ｋｓｅｔ１を運転状態に応じて可変することが望ましいが、設定値Ｋｓｅｔ１をテーブル参照等によって決定することは、処理時間や使用メモリ量の関係から必ずしも最適とは言えない場合がある。そこで、判定許可カウンタＫを使用せず、目標進角積算量ΣＶＴＴｎ（或いは実進角積算量ΣＶＴｎでも良い）がある一定値を越えたとき、診断値ＤＩＡＧを算出するようにしても良い。
【００４０】
そして、ステップＳ１１１で診断値ＤＩＡＧを算出した後、ステップＳ１１２へ進み、診断値ＤＩＡＧが判定値ＤＩＡＧｓｅｔ１を越えているか否かを調べる。この判定値ＤＩＡＧｓｅｔ１は、可変バルブタイミング機構２７やオイルフロー制御弁２８の特性を考慮して予めシミュレーション或いは実験等により求めた正常状態での目標進角値に対する実進角値の追従性を反映した判定レベルであり、いわば、正常状態での目標進角値と実進角値との関係をなまして若干の余裕を加えた判定レベルである。
【００４１】
その結果、ＤＩＡＧ≦ＤＩＡＧｓｅｔ１の場合には、ステップＳ１１２からステップＳ１１３へ進んで可変バルブタイミング機構２７及びオイルフロー制御弁２８を含むバルブタイミング制御システムは正常であると判定し、ルーチンを抜ける。また、ＤＩＡＧ＞ＤＩＡＧｓｅｔ１の場合には、ステップＳ１１２からステップＳ１１４へ進み、可変バルブタイミング機構２７及びオイルフロー制御弁２８を含むバルブタイミング制御システムが異常であると判定し、ステップＳ１１５で、現在の目標進角値ＶＴＴを最遅角とする制御指令を発してルーチンを抜ける。
【００４２】
このように本実施の形態では、目標進角値の変化量の積算値と実進角値の変化量の積算値との比によってバルブタイミング制御システムの異常を診断するため、加減速時等のように目標進角値が大きく変化する運転状態においても、的確に異常を検出することができ、診断領域を拡大することができると共に、摺動部の固着又は固着に近い状態は勿論のこと、目標進角に対して実進角の応答性が悪化した場合においても的確に異常を検出することができ、診断精度を向上することができる。
【００４３】
しかも、実進角値の変化量を積算するに当たって、オイル温度又はエンジン水温により実進角値の変化量を補正するため、実進角値の変化量を的確に把握することができ、油圧が規定よりも高く可変バルブタイミング機構２７に応答遅れが発生した場合であっても、誤診断を確実に回避することができる。更に、異常を検出した場合、実進角値を最遅角に制御することで、排ガスへの悪化を防止することができる。
【００４４】
次に、本発明の実施の第２形態について説明する。第２形態は、左バンクの実進角積算量と右バンクの実進角積算量との差によってバルブタイミング制御システムの異常を検出するものである。すなわち、左右バンクのどちらか一方の応答性が悪化していれば、実進角量の変化量に差が生じるため、これを積算し、左右バンクの差分を算出することで、異常を検出する。
【００４５】
第２形態の異常診断は、図３に示すルーチンによって実行される。このルーチンでは、先ず、ステップＳ２０１で、第１形態と同様、現在のエンジン回転数Ｎｅが診断可能設定回転数Ｎｅｓｅｔより大きいか否かを調べる。そして、Ｎｅ≦Ｎｅｓｅｔの場合には、診断を実行せずにルーチンを抜け、Ｎｅ＞Ｎｅｓｅｔの場合、ステップＳ２０２以降へ進む。
【００４６】
ステップＳ２０２では、右バンクの現在の実進角値ＶＴＲｎと前回の実進角値ＶＴＲｎ−１との差分（絶対値）から今回の実進角変化量ΔＶＴＲｎを算出し（ΔＶＴＲｎ＝ ＶＴＲｎ−ＶＴＲｎ−１ ）、更にステップＳ２０３で、左バンクの現在の実進角値ＶＴＬｎと前回の実進角値ＶＴＬｎ−１との差分（絶対値）から今回の実進角変化量ΔＶＴＬｎを算出する（ΔＶＴＬｎ＝ＶＴＬｎ−ＶＴＬｎ−１）。
【００４７】
次に、ステップＳ２０４，Ｓ２０５は、第１形態の異常診断ルーチンにおけるステップＳ１０５，Ｓ１０６と同様であり、ステップＳ２０４でオイル温度（又はエンジン水温でも良い）を読込み、ステップ２０５で、このオイル温度をパラメータとして実進角変化量補正テーブルを補間計算付で参照し、実進角補正係数ＫＨを算出する。そして、ステップＳ２０６で、右バンクの実進角変化量ΔＶＴＲｎに実進角補正係数ＫＨを乗算して補正後の実進角補正変化量ΔＶＴＲＨｎを算出し（ΔＶＴＲＨｎ＝ΔＶＴＲｎ×ＫＨ）、ステップＳ２０７で、左バンクの実進角変化量ΔＶＴＬｎに実進角補正係数ＫＨを乗算して補正後の実進角補正変化量ΔＶＴＬＨｎを算出する（ΔＶＴＬＨｎ＝ΔＶＴＬｎ×ＫＨ）。
【００４８】
続くステップＳ２０８では、右バンクの前回までの実進角積算量ΣＶＴＲｎ−１に実進角補正変化量ΔＶＴＲＨｎを加算して今回の実進角積算量ΣＶＴＲｎに更新し（ΣＶＴＲｎ＝ΣＶＴＲｎ−１＋ΔＶＴＲＨｎ）、ステップＳ２０９で、左バンクの前回までの実進角積算量ΣＶＴＬｎ−１に実進角補正変化量ΔＶＴＬＨｎを加算して今回の実進角積算量ΣＶＴＬｎに更新する（ΣＶＴＬｎ＝ΣＶＴＬｎ−１＋ΔＶＴＬＨｎ）。
【００４９】
以上により左右両バンクについて、それぞれ、実進角積算量ΣＶＴＬｎ，ΣＶＴＲｎを算出した後、ステップＳ２１０へ進み、判定許可カウンタＫをカウントアップし（Ｋ＝Ｋ＋１）、ステップＳ２１１で、判定許可カウンタＫが設定値Ｋｓｅｔ２に達したか否かを調べる。設定値Ｋｓｅｔ２は、判定許可までの時間を規定するものであり、本形態においては、右バンクの実進角積算量ΣＶＴＲｎ−１或いは左バンクの実進角積算量ΣＶＴＬｎ−１が一定値となるまでのデータサンプリング時間である。
【００５０】
そして、Ｋ≦Ｋｓｅｔ２の場合には、ステップＳ２１１からルーチンを抜け、Ｋ＞Ｋｓｅｔ２の場合、ステップＳ２１１からステップＳ２１２へ進んで右バンクの実進角積算量ΣＶＴＲｎと左バンクの実進角積算量ΣＶＴＬｎとの差の絶対値を、診断値ＤＩＡＧとして算出する（ＤＩＡＧ＝ ΣＶＴＲｎ−ΣＶＴＬｎ ）。尚、この場合においても、前述の第１形態と同様、判定許可カウンタＫを使用せず、右バンクの実進角積算量ΣＶＴＲｎ−１或いは左バンクの実進角積算量ΣＶＴＬｎ−１が一定値を越えたときに診断値ＤＩＡＧを算出するようにしても良い。
【００５１】
その後、ステップＳ２１３で診断値ＤＩＡＧが判定値ＤＩＡＧｓｅｔ２を越えているか否かを調べる。判定値ＤＩＡＧｓｅｔ２は、エンジン１の左右バンク毎の特性や、可変バルブタイミング機構２７及びオイルフロー制御弁２８の特性等を考慮し、予めシミュレーション或いは実験等により求めた正常状態での左右バンクの実進角値の変化量の差分を反映した判定レベルである。
【００５２】
その結果、ＤＩＡＧ≦ＤＩＡＧｓｅｔ２の場合には、ステップＳ２１３からステップＳ２１４へ進んでバルブタイミング制御システムは正常であると判定し、ルーチンを抜ける。また、ＤＩＡＧ＞ＤＩＡＧｓｅｔ２の場合には、ステップＳ２１３からステップＳ２１５へ進んでバルブタイミング制御システムが異常であると判定し、ステップＳ２１６で、現在の目標進角値ＶＴＴを最遅角とする制御指令を発してルーチンを抜ける。
【００５３】
第２形態の異常診断においても、第１形態と同様、加減速時にも的確な診断を可能として診断領域を拡大すると共に、実進角の応答性が悪化した場合においても的確に異常を検出して診断精度を向上することができる。この場合、左右バンクに対して同一の処理を行う第１形態の異常診断では、厳密には、判定値ＤＩＡＧｓｅｔ１にバンク毎の特性差を考慮した若干の余裕値を加える、又は判定値ＤＩＡＧｓｅｔ１をバンク毎に設定することが望ましいが、第２形態の異常診断では、予め左右バンクの特性差を加味した診断とすることができる。
【００５４】
図４は本発明の実施の第３形態に係わり、異常診断ルーチンのフローチャートである。第３形態は、エンジン暖機終了前に、左右バンクの実進角値の差分によって異常を診断するものである。すなわち、エンジン暖機終了前の触媒が活性化されていない状態でバルブタイミング制御システムが最進角側で固着する等の異常が発生すると、排気エミッションが大きく悪化する。このため、エンジン暖機終了前の左右バンクの実進角値の差分による診断を実施することで、速やかに異常を検出する。
【００５５】
第３形態の異常診断ルーチンは図４に示され、このルーチンでは、先ず、ステップＳ３０１で、エンジン水温ＴＷを読込み、このエンジン水温ＴＷがエンジン暖機終了後の水温に相当する設定水温ＴＷｓｅｔより低いか否かを調べる。そして、ＴＷ≧ＴＷｓｅｔの場合には、既にエンジン暖機が終了して触媒が活性化していると判断し、ステップＳ３０２で、前述の第１形態で説明した目標進角積算量と実進角積算量との比に基づく異常診断（診断Ａ）、又は第２形態で説明した左バンクの実進角積算量と右バンクの実進角積算量との差に基づく異常診断（診断Ｂ）を実施する。
【００５６】
一方、ステップＳ３０１において、ＴＷ＜ＴＷｓｅｔの場合には、未だエンジン暖機が完了しておらず、触媒が活性化していないと判断し、左右バンクの実進角値の差分による診断を実施すべく、ステップＳ３０３以降へ進む。尚、排気温センサを有するシステムでは、排気温度Ｔｅｘがエンジン暖機終了後の排気温度に相当する排気温度Ｔｅｘｓｅｔより低いか否かを調べることで、触媒活性化を判断する。
【００５７】
ステップＳ３０３では、右バンクの実進角値ＶＴＲと左バンクの実進角値ＶＴＬとの偏差量（左右バンク偏差量；絶対値）ΔＶＴＲＬを算出し（ΔＶＴＲＬ＝ＶＴＲ−ＶＴＬ ）、ステップＳ３０４で、左右バンク偏差量ΔＶＴＲＬが判定値ＶＴＲＬｓｅｔを越えているか否かを調べる。判定値ＶＴＲＬｓｅｔは、左右何れかのバンクの可変バルブタイミング機構２７の可動部或いはオイルフロー制御弁２８のスプール等が固着或いは固着に近い状態になり、油圧系に異常が発生しているか否かを判断するためのものであり、エンジン１の左右バンク毎の特性や、可変バルブタイミング機構２７及びオイルフロー制御弁２８の特性等を考慮し、予めシミュレーション或いは実験等により求めた正常状態での左右バンクの実進角値の偏差量を反映した判定レベルである。
【００５８】
その結果、ΔＶＴＲＬ≦ＶＴＲＬｓｅｔの場合には、ステップＳ３０４からルーチンを抜け、ΔＶＴＲＬ＞ＶＴＲＬｓｅｔの場合、ステップＳ３０４からステップＳ３０５へ進んで、ΔＶＴＲＬ＞ＶＴＲＬｓｅｔである状態の継続時間Ｔが設定時間Ｔｓｅｔに達したか否かを調べる。そして、Ｔ≦Ｔｓｅｔの場合には、左右バンクの実進角値の一時的な変動による誤診断を避けるため、ステップＳ３０５からルーチンを抜ける。このΔＶＴＲＬ≦ＶＴＲＬｓｅｔである状態、或いは、ΔＶＴＲＬ＞ＶＴＲＬｓｅｔであっても設定時間Ｔｓｅｔを越えて継続していない状態は、仮の正常判定を行った状態であり、エンジン水温ＴＷが設定水温ＴＷｓｅｔ以上に上昇して触媒が活性化したと判断されるまでは、ステップＳ３０３以降の処理を継続し、暖機完了後（ＴＷ≧ＴＷｓｅｔ）は、ステップＳ３０２での診断Ａ又は診断Ｂによる精密な診断を実施する。
【００５９】
一方、ステップＳ３０５において、Ｔ＞Ｔｓｅｔとなった場合、すなわち左右バンク偏差量ΔＶＴＲＬが判定値ＶＴＲＬｓｅｔを越えている状態が設定時間Ｔｓｅｔを越えて継続した場合には、ステップＳ３０５からステップＳ３０６へ進んで左右バンクの何れかのバルブタイミング制御システムが異常であると判定し、ステップＳ３０７で、現在の目標進角値ＶＴＴを最遅角とする制御指令を発してルーチンを抜ける。
【００６０】
第３形態では、エンジンの暖機終了前の異常を迅速に検出することができ、触媒が活性化される前に進角側で固着しても、直ちにバルブタイミングを最遅角位置として排気エミッションの悪化を防止することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、目標進角値の変化量の積算値と実進角値の変化量の積算値との双方、或いは実進角値の変化量の積算値に基づいてバルブタイミング制御システムの異常を診断するため、定常運転のみならず加減速時においても的確に異常を検出することができ、診断領域を拡大することができると共に、バルブタイミング制御システムの摺動部の固着又は固着に近い状態は勿論のこと、応答性が悪化した場合においても的確に異常を検出することができ、診断精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、可変バルブタイミング機構付きエンジンの全体構成図
【図２】同上、異常診断ルーチンのフローチャート
【図３】本発明の実施の第２形態に係わり、異常診断ルーチンのフローチャート
【図４】本発明の実施の第３形態に係わり、異常診断ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１ エンジン
１ｂ クランク軸
１９ 吸気カム軸
２０ 排気カム軸
２７ 可変バルブタイミング機構
２８ オイルフロー制御弁
５０ 電子制御装置
ＶＴ 実進角値
ＶＴＴ 目標進角値
ＫＨ 実進角補正係数
ΔＶＴ 実進角変化量
ΔＶＴＨ 実進角補正変化量
ΔＶＴＴ 目標進角変化量
ΣＶＴ 実進角積算量
ΣＶＴＴ 目標進角積算量
ＤＩＡＧ 診断値
Claims (9)
- エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムの異常診断装置であって、
上記クランク軸の回転角と上記カム軸の回転角との位相差の制御目標値である目標進角値の変化量を積算して目標進角積算量を算出する手段と、
上記クランク軸の実際の回転角と上記カム軸の実際の回転角との位相差である実進角値の変化量を積算して実進角積算量を算出する手段と、
上記目標進角積算量と上記実進角積算量とに基づいて診断用パラメータを算出し、この診断用パラメータによって上記バルブタイミング制御システムの異常の有無を判定する手段とを備えたことを特徴とするバルブタイミング制御システムの異常診断装置。 - 上記診断用パラメータとして上記目標進角積算量と上記実進角積算量との比を算出し、この比と判定値とを比較して上記バルブタイミング制御システムの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング制御システムの異常診断装置。
- 少なくとも２つのバンクを有するエンジンのバンク毎に備えられ、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムの異常診断装置であって、
バンク毎に上記クランク軸の実際の回転角と上記カム軸の実際の回転角との位相差である実進角値の変化量を積算して実進角積算量を算出する手段と、
上記バンク毎の実進角積算量の比較結果に基づいて診断用パラメータを算出し、この診断用パラメータによって上記バルブタイミング制御システムの異常の有無を判定する手段とを備えたことを特徴とするバルブタイミング制御システムの異常診断装置。 - 上記目標進角積算量或いは上記実進角積算量が一定値を越えたとき、上記診断用パラメータを算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブタイミング制御システムの異常診断装置。
- 上記実進角積算量が一定値を越えたとき、上記診断用パラメータを算出することを特徴とする請求項３記載のバルブタイミング制御システムの異常診断装置。
- 上記実進角値の変化量を、上記バルブタイミング制御システムの作動オイル温度或いはエンジン水温に応じて補正することを特徴とする請求項１又は３に記載のバルブタイミング制御システムの異常診断装置。
- エンジン回転数が設定回転数未満の低回転数領域では、上記バルブタイミング制御システムの診断を中止することを特徴とする請求項１又は３に記載のバルブタイミング制御システムの異常診断装置。
- エンジン水温或いは排気温度が設定温度未満のときには、エンジンのバンク毎の上記実進角値の差を算出し、この差が判定値を越えた状態が設定時間継続するとき、上記バルブタイミング制御システムが異常であると判定することを特徴とする請求項１又は３に記載のバルブタイミング制御システムの異常診断装置。
- 上記バルブタイミング制御システムが異常であると判定したとき、上記クランク軸の回転角と上記カム軸の回転角との位相差の制御目標値である目標進角値を最遅角位置にする制御指令を出力することを特徴とする請求項１又は３に記載のバルブタイミング制御システムの異常診断装置。
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2002
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