JP2005299677A - 内燃機関用可変バルブタイミング機構の自己診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを変化させる油圧式の可変バルブタイミング機構において、応答性の異常を診断する。
【解決手段】 回転位相の目標値がステップ的に変化したときに、目標値のステップ変化量，電源電圧，油温に応じて、応答劣化の診断タイミングを決定する時間ｔｄを設定する（Ｓ２〜Ｓ６）。そして、目標値のステップ変化から前記時間ｔｄが経過した時点で（Ｓ７）、実際の回転位相と目標値とを比較し（Ｓ８）、目標値と実際の回転位相との間に所定値以上の偏差があるときには応答異常を判定する（Ｓ９）。また、前記時間ｔｄが経過してから実際の回転位相が安定した状態で（Ｓ11）、実際の回転位相と目標値との間に所定値以上の偏差があるときには（Ｓ12）定常偏差の異常を判定する（Ｓ13）。
【選択図】 図３

Description

本発明は内燃機関用可変バルブタイミング機構の自己診断装置に関し、詳しくは、カム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構の異常を診断するための装置に関する。

従来から、カム軸の回転位相を変化させることで、バルブの開閉タイミングを早めたり遅らせたりする内燃機関用の可変バルブタイミング機構が知られている。
また、前記カム軸の回転位相が安定しているときに、実際に検出された回転位相に基づいて回転位相の異常を検出することが行われていた（特許文献１等参照）。
特開平０８−２４６８２０号公報

しかし、上記異常の診断は、定常的な回転位相の異常を診断するものであり、目標のステップ的な変化に対する応答性の劣化を診断できる構成ではなかった。
前記応答性の劣化が生じると、運転条件から要求されるバルブタイミング（回転位相）に到達するまでに時間がかかるため、この応答遅れの間に最適なバルブタイミングで吸・排気バルブを開閉駆動することができず、運転性を悪化させる可能性があり、前記応答性の劣化を診断する必要があったものである。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、可変バルブタイミング機構の応答性の劣化を診断できる診断装置を提供することを目的とする。

そのため、請求項１記載の発明は、カム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを変化させる内燃機関用可変バルブタイミング機構の自己診断装置であって、図１に示すように構成される。
図１において、回転位相検出手段は前記カム軸の回転位相を検出する。応答異常診断手段は、前記カム軸の回転位相の目標値がステップ変化してから所定時間が経過した時点において前記回転位相検出手段で検出された回転位相と前記ステップ変化後の目標値との偏差が所定値以上であるときに、前記可変バルブタイミング機構の応答異常を判定する。

かかる構成によると、回転位相の目標値がステップ的に変化し、かかる目標値のステップ変化に追従して実際の回転位相が変化するときに、所定時間が経過した時点で目標近傍にまで変化していない場合には、応答異常として診断されることになる。
従って、目標値がステップ変化してから所定時間が経過した時点の実際の回転位相と目標値とを比較することで、目標値のステップ変化に対して実際の回転位相の変化が遅れる応答性劣化を診断できるという効果がある。

請求項２記載の発明では、前記応答異常診断手段が、前記所定時間と前記所定値との少なくとも一方を、前記目標値のステップ変化量に応じて変更する構成とした。
かかる構成によると、ステップ変化量が大きいときにはステップ変化量が小さいときに比べて、応答性が正常であっても目標値に追いつくまでにより長い時間を要することになり、同じ経過時間で比較すると、目標に対する偏差がより大きくなる。そこで、実際の回転位相と目標値とを比較させる時点をステップ変化量に応じて変化させ、及び／又は、実際の回転位相と目標値との偏差に基づき異常診断させるときの判定レベルをステップ変化量に応じて変化させる構成とした。

従って、ステップ変化量に応じて目標に追い付くまでの時間が変化することに対応して、応答異常を精度良く診断できるという効果がある。
請求項３記載の発明では、前記可変バルブタイミング機構が油圧によってカム軸の回転位相を変化させる構成であって、前記応答異常診断手段が、前記可変バルブタイミング機構の作動油の温度が所定温度以上であるときにのみ、応答異常の診断を行う構成とした。

かかる構成によると、前記作動油の温度が低いと応答速度が低下し、見掛け上は応答性の劣化が生じているように判断されることになってしまうので、作動油の温度が充分に高くなっているときに診断を行わせ、油温以外の要因での応答劣化の発生を診断させる。
従って、作動油の温度が低いことによる応答性の低下を、応答異常として誤診断することを回避できるという効果がある。

請求項４記載の発明では、前記可変バルブタイミング機構が油圧によってカム軸の回転位相を変化させる構成であって、前記応答異常診断手段が、前記所定時間と前記所定値との少なくとも一方を、前記可変バルブタイミング機構の作動油の温度に応じて変更する構成とした。
かかる構成によると、前述のように作動油の温度で応答速度が変化するので、実際の回転位相と目標値とを比較させる時点を油温に応じて変化させ、及び／又は、実際の回転位相と目標値との偏差に基づき異常診断させるときの判定レベルを油温に応じて変化させる構成とした。

従って、作動油の温度に応じて目標に追い付くまでの時間が変化することに対応して、応答異常を精度良く診断できるという効果がある。
請求項５記載の発明では、前記可変バルブタイミング機構が油圧によってカム軸の回転位相を変化させる構成であって、油圧をリニアソレノイドバルブで制御する構成であり、前記応答異常診断手段が、前記所定時間と前記所定値との少なくとも一方を、前記リニアソレノイドバルブの電源電圧に応じて変更する構成とした。

かかる構成によると、前記リニアソレノイドバルブの電源電圧が変化すると、ステップ変化量や油温などの条件が同じでも応答速度が変化するので、実際の回転位相と目標値とを比較させる時点を電源電圧に応じて変化させ、及び／又は、実際の回転位相と目標値との偏差に基づき異常診断させるときの判定レベルを電源電圧に応じて変化させる構成とした。

従って、油圧を制御するリニアソレノイドバルブの電源電圧に応じて目標に追い付くまでの時間が変化することに対応して、応答異常を精度良く診断できるという効果がある。
請求項６記載の発明では、前記カム軸の回転位相の目標値がステップ変化してから前記所定時間が経過した後であって、前記回転位相検出手段で検出される回転位相が略一定しているときに、前記回転位相検出手段で検出された回転位相とそのときの回転位相の目標値との偏差が所定値以上であるときに、前記可変バルブタイミング機構の定常偏差異常を判定する定常偏差異常診断手段を設ける構成とした。

かかる構成によると、目標値のステップ変化に追従して実際の回転位相が略一定となった時点で、目標と実際の回転位相とを比較し、偏差が所定値以上であるときには、定常的なオフセットが発生しているものと診断する。
従って、目標回転位相のステップ変化に追従して実際の回転位相が安定した段階での実際の回転位相から、定常的な目標値と実際値との異常偏差の発生を診断できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図２は、実施の形態における内燃機関のシステム構成を示す図である。
この図２において、内燃機関１には、スロットルバルブ２で計量された空気が吸気バルブ３を介してシリンダ内に供給され、燃焼排気は、排気バルブ４を介して排出される。
前記吸気バルブ３，排気バルブ４は、吸気側カム軸，排気側カム軸にそれぞれ設けられたカムによって開閉駆動される。

前記吸気側カム軸５には、カム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ３の開閉タイミングを連続的に早めたり遅くしたりする可変バルブタイミング機構６が備えられている。
前記可変バルブタイミング機構６は、油圧によって前記回転位相を連続的に変化させる構成であり、油圧を調整するリニアソレノイドバルブ（図示省略）に対する通電量をコントロールユニット７から出力される通電制御信号のデューティ（ＯＮデューティ）に応じて制御することで、カム軸の回転位相が制御される構成である。

また、回転位相の最遅角側と最進角側とがそれぞれストッパで制限される構成となっており、前記デューティを増大させていくと、１００％に達する前に最進角側のストッパに当接し、また、前記デューティを減少させていくと、０％に達する前に最遅角側のストッパに当接するように構成されている。
尚、本実施の形態では、可変バルブタイミング機構６が、吸気バルブ３の開閉タイミングを変化させる構成としたが、吸気バルブ３に代えて排気バルブ４の開閉タイミングを変化させる構成であっても良いし、吸気バルブ３と排気バルブ４との両方の開閉タイミングを変化させる構成であっても良い。

マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット７には、クランク軸の回転信号を出力するクランク角センサ８、吸気側カム軸５の回転信号を出力するカム角センサ９、機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ10等からの検出信号が入力される。
そして、コントロールユニット７は、機関負荷，機関回転速度などの運転条件に基づいて前記可変バルブタイミング機構６の目標バルブタイミング（カム軸の回転位相の目標値）を設定し、該目標値になるように前記通電制御信号のデューティ（ＯＮデューティ）を決定し、リニアソレノイドバルブに出力する。

一方、コントロールユニット７は、図３のフローチャートに示すようにして前記可変バルブタイミング機構６の異常診断を行う。
尚、応答異常診断手段及び定常偏差異常診断手段としての機能は、前記図３のフローチャートに示すように、コントロールユニット７がソフトウェア的に備えている。
図３のフローチャートにおいて、ステップ１（図中にはＳ１と記してある。以下同様）では、診断条件が成立しているか否かを判別する。

ここで、実際の回転位相を検出する回転位相検出手段を構成するクランク角センサ８，カム角センサ９の異常診断がなされてなく、かつ、前記可変バルブタイミング機構６の作動油の温度が所定温度以上であることを診断実行の条件とすることが好ましい。
診断条件が成立しているときには、ステップ２へ進み、カム軸の回転位相の目標値がステップ変化したか否かを判別する。

そして、目標値がステップ変化したときには、ステップ３へ進み、ステップ変化前後の目標値の差をステップ変化量として演算し、ステップ４では、前記ステップ変化量に応じて、目標値のステップ変化時から応答診断を実行させるまでの時間ｔｄを設定する（図４参照）。
そして、ステップ５，ステップ６では、前記時間ｔｄを、前記リニアソレノイドバルブの電源電圧、前記可変バルブタイミング機構６の作動油の温度に応じて補正設定して、前記時間ｔｄを最終的に決定する。

前記ステップ変化量が大きいときほど前記時間ｔｄは長く設定され、また、電源電圧が低いときほど、作動油の温度が低いときほど前記時間ｔｄはより長く補正される。
ステップ７では、目標値のステップ変化があった時点から前記時間ｔｄだけ経過したか否かを判別する。
目標値のステップ変化時から時間ｔｄが経過した時点でステップ８へ進み、そのときの目標値と、前記クランク角センサ８，カム角センサ９の検出信号に基づいて検出される実際の回転位相との偏差の絶対値が、所定値以上であるか否かを判別し、前記偏差の絶対値が所定値以上であるときには、ステップ９へ進んで、応答異常を判定する。

即ち、前記偏差の絶対値が所定値以上であるときには、ステップ変化量，電源電圧，油温の条件を考慮して設定された時間ｔｄが経過しても、実際の回転位相が目標値に追い付いていないことになり、可変バルブタイミング機構６における応答性劣化の発生が推定されることになる（図４参照）。
応答異常がステップ９で判定されると、ステップ14へ進み、前記通電制御信号のデューティ（ＯＮデューティ）を最遅角側である０％に固定するようにする。

尚、上記では、前記時間ｔｄをステップ変化量，電源電圧，油温に応じて変化させることで、これらの条件による応答性の違いを考慮して応答異常の診断が精度良く行えるようにしたが、前記時間ｔｄに代えて又は前記時間ｔｄと共に、前記ステップ８における所定値を、ステップ変化量，電源電圧，油温に応じて変化させる構成としても良い。
即ち、ステップ変化量が大きく、電源電圧，油温が低いときには、比較的大きな偏差が生じても、応答異常と診断されないように、前記所定値を大きく変更する構成とすれば良い。

一方、ステップ７で目標値のステップ変化から時間ｔｄが経過した時点でないと判断されると、ステップ10へ進み、目標値のステップ変化から時間ｔｄを越える時間が経過しているか否かを判断し、時間ｔｄを越える時間が経過しているときにはステップ11へ進む。
ステップ11では、前記クランク角センサ８，カム角センサ９の検出信号に基づいて検出される実際の回転位相の変化が所定値以下であって、略安定している状態であるか否かを判別する。

そして、実際の回転位相が安定している状態であるときには、ステップ12へ進み、目標値とそのときの実際の回転位相との偏差の絶対値が、所定値以上であるか否かを判別する。
前記偏差の絶対値が所定値以上であるときには、ステップ13へ進んで、定常偏差異常を判定し（図４参照）、ステップ14へ進む。

尚、前記ステップ12で所定値と比較する目標値とそのときの実際の回転位相との偏差に基づいて、制御目標を学習補正するなどの制御を実行させるようにしても良い。

請求項１記載の発明の基本構成を示すブロック図。 実施の形態における内燃機関のシステム構成図。 前記実施の形態における自己診断制御の様子を示すフローチャート。 可変バルブタイミング機構の応答特性を示すタイムチャート。

符号の説明

１…内燃機関、２…スロットルバルブ、３…吸気バルブ、４…排気バルブ、５…吸気側カム軸、６…可変バルブタイミング機構、７…コントロールユニット、８…クランク角センサ、９…カム角センサ、１０…エアフローメータ

Claims (6)

1. カム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを変化させる内燃機関用可変バルブタイミング機構の自己診断装置であって、前記カム軸の回転位相を検出する回転位相検出手段と、前記カム軸の回転位相の目標値がステップ変化してから所定時間が経過した時点において前記回転位相検出手段で検出された回転位相と前記ステップ変化後の目標値との偏差が所定値以上であるときに、前記可変バルブタイミング機構の応答異常を判定する応答異常診断手段と、を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関用可変バルブタイミング機構の自己診断装置。
2. 前記応答異常診断手段が、前記所定時間と前記所定値との少なくとも一方を、前記目標値のステップ変化量に応じて変更することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用可変バルブタイミング機構の自己診断装置。
3. 前記可変バルブタイミング機構が油圧によってカム軸の回転位相を変化させる構成であって、前記応答異常診断手段が、前記可変バルブタイミング機構の作動油の温度が所定温度以上であるときにのみ、応答異常の診断を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用可変バルブタイミング機構の自己診断装置。
4. 前記可変バルブタイミング機構が油圧によってカム軸の回転位相を変化させる構成であって、前記応答異常診断手段が、前記所定時間と前記所定値との少なくとも一方を、前記可変バルブタイミング機構の作動油の温度に応じて変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用可変バルブタイミング機構の自己診断装置。
5. 前記可変バルブタイミング機構が油圧によってカム軸の回転位相を変化させる構成であって、油圧をリニアソレノイドバルブで制御する構成であり、前記応答異常診断手段が、前記所定時間と前記所定値との少なくとも一方を、前記リニアソレノイドバルブの電源電圧に応じて変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関用可変バルブタイミング機構の自己診断装置。
6. 前記カム軸の回転位相の目標値がステップ変化してから前記所定時間が経過した後であって、前記回転位相検出手段で検出される回転位相が略一定しているときに、前記回転位相検出手段で検出された回転位相とそのときの回転位相の目標値との偏差が所定値以上であるときに、前記可変バルブタイミング機構の定常偏差異常を判定する定常偏差異常診断手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関用可変バルブタイミング機構の自己診断装置。

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