JP4115663B2 - 可変バルブタイミング装置の診断装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの可変バルブタイミング装置における異常診断装置に関し、特に異常診断の実行条件を規定する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置が知られている(特開平10−153104号公報参照)。
【0003】
前記可変バルブタイミング装置においては、例えば、目標の回転位相(目標の遅延角)とエンジン回転速度とから電磁ブレーキの基本制御量を演算する一方、目標の回転位相と実際の回転位相との偏差からフィードバック制御量を演算し、前記基本制御量及びフィードバック制御量から最終的な制御量(例えばデューティ制御量)を求めて、該制御量で電磁ブレーキを構成する電磁コイルに流れる電流を制御するようにしていた。
【0004】
エンジンの可変バルブタイミング装置としては、上記の他油圧式のものが一般的である。
かかる可変バルブタイミング装置(VTC)の異常診断を行う条件として、従来、前記クランク軸に対するカム軸の回転位相の目標値(以下目標角度という)が、所定時間以上一定に維持されることを条件としていた(特開2000−54870号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記可変バルブタイミング装置(VTC)では、目標角度毎のエンジン運転領域が比較的大きく設定されていたため、前記異常診断条件が成立する機会を確保することができていたが、特に、前記電磁ブレーキ式の装置では、目標角度が小さい運転領域毎に細かく設定されていたため、診断条件が成立する機会を十分確保することが難しく、診断を完了することができなくなる可能性が高い。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、目標角度が細かく設定されている場合でも、異常診断条件が成立する機会を確保でき、診断を完了できるようにした可変バルブタイミング装置の診断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】
そのため請求項1記載の発明は、
クランク軸に対するカム軸の目標回転位相を設定し、設定した目標回転位相となるよう制御される可変バルブタイミング装置を備えるエンジンの可変バルブタイミング装置の診断装置において、
単位時間毎の前記目標回転位相の偏差の絶対値を算出し、
前記偏差の絶対値と所定のリミット値とを比較することで、該偏差の絶対値が前記リミット値以下の状態で前記目標回転位相が変化しているかどうかを判定し、
前記偏差の絶対値が前記リミット値以下の状態で該目標回転位相が変化していると判定した時は、その状態が所定時間以上継続しているかを判定し、
前記所定時間以上継続している時には前記可変バルブタイミング装置の異常診断の実行を許可し、
実行許可に基づいて前記異常診断を実施する一方、
前記偏差の絶対値が前記リミット値より大きい時、もしくは、前記偏差の絶対値が前記リミット値以下の状態が前記所定時間継続しない時は、前記可変バルブタイミング装置の異常診断の実行を不許可とすることを特徴とする。
【0008】
請求項1に係る発明によると、
前記回転位相の目標値(目標角度)が細かく設定されていて、運転状態がわずかに変化しただけで、目標値が変化した場合でも、単位時間あたり変化量がリミット以下である状態が、所定時間継続したことを条件として診断の実行が許可される。
【0009】
これにより、十分な診断機会を確保でき、診断を完了することができる。
また、請求項2に係る発明は、
前記所定のリミット値又は所定時間の少なくとも一方が、エンジン温度に応じて可変に設定されることを特徴とする。
請求項2に係る発明によると、
診断を精度よく行うことができる条件は、可変バルブタイミング装置の動作特性に影響を与えるエンジン温度によって変化するので、該エンジン温度に基づいて、診断許可条件を判定する所定のリミット値又は所定時間の少なくとも一方を可変に設定することにより、診断精度を高めることができる。
【0010】
また、請求項3に係る発明は、
前記所定のリミット値又は所定時間の少なくとも一方が、エンジン回転速度に応じて可変に設定されることを特徴とする。
請求項3に係る発明によると、
エンジン温度と同様、エンジン回転速度も可変バルブタイミング装置の動作特性に影響を与えるので、該エンジン回転速度に基づいて、診断許可条件を判定する所定のリミット値又は所定時間の少なくとも一方を可変に設定することにより、診断精度を高めることができる。
【0011】
また、請求項4に係る発明は、
前記異常診断に影響を及ぼすエンジン運転状態および環境状態のパラメータ値が、所定範囲内にあることを、前記可変バルブタイミング装置の異常診断条件として含むことを特徴とする。
請求項4に係る発明によると、エンジン回転速度、エンジン温度、バッテリ電圧など診断に影響を及ぼすエンジン運転状態および環境状態のパラメータ値が、所定範囲内にあることを、可変バルブタイミング装置の異常診断条件として含むことにより、診断精度を確保することができる。
【0012】
また、請求項5に係る発明は、
前記目標回転位相が、ストッパにより規制される基準値でないことを、前記可変バルブタイミング装置の異常診断条件として含むことを特徴とする。
請求項5に係る発明によると、
目標回転位相がストッパにより規制される基準値であるときは、実質的に通電や油圧などの制御が行われていない状態であるから、診断が行えないので、診断条件から除外することで診断精度を確保することができる。
【0013】
また、請求項6に係る発明は、
前記目標回転位相と実際の回転位相との偏差が所定範囲から外れた状態が所定時間以上継続したときに異常があると診断することを特徴とする。
請求項6に係る発明によると、
診断方式の1例として、上記偏差が所定範囲から外れた状態が所定時間以上継続したときは、目標回転位相への収束の遅れが大きいので異常と診断することができる。
【0014】
また、請求項7に係る発明は、
前記可変バルブタイミング装置は、電磁ブレーキによる摩擦制動により、クランク軸に対する回転位相を変化させる構成であることを特徴とする。
請求項7に係る発明によると、
本発明は目標回転位相が細かく設定されているものであれば、油圧式の可変バルブタイミング制御装置に適用しても効果が得られるが、特に電磁ブレーキ式のものは、現状でも目標回転位相が細かく設定されているので、有効である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、実施の形態における電磁ブレーキを用いる可変バルブタイミング装置の断面図であり、図2は、分解斜視図である。
図1及び図2に示す可変バルブタイミング装置1において、シリンダヘッド120に対して回転可能に支持されるカム軸110の端部111の軸周に回転可能にプーリ(又はスプロケット)2が支承される。プーリ2はカム軸110に対して相対回転可能に支承され、エンジンのクランク軸の回転に連動して回転する。
【0016】
カム軸110の端部111の延長線上には、軸周にギアが形成される伝達部材3がボルト31により固定され、プーリ2の回転が、以下に説明する伝達機構を介して伝達部材3に伝えられる。
カム軸110と同軸に、フランジを有する筒状のドラム41が設けられ、このドラム41とプーリ2との間には、ドラム41の回転位相を進ませる方向に付勢するコイルばね42が介装されている。即ち、プーリ2にはケース部材44が固定され、コイルばね42の外周側端部は、このケース部材44の内周面部分に固定され、コイルばね42の内周側端部は、ドラム41の外周面に固定されている。
【0017】
また、伝達部材3の軸周に形成されたギア32と、筒状のピストン部材43の内周に形成されたギア433とが、はすばギアによるヘリカル機構により噛み合っている。
ピストン部材43の外周面の対向する2箇所に、係合部431,431が突出形成されていて、プーリ2の回転中心部分からカム軸110の軸方向に延出している爪部材21,21の間に前記係合部431,431が係合している。この係合によりピストン部材43とプーリ2とは同位相で回転する。
【0018】
ピストン部材43の前記係合部431,431には、ピストン部材43の軸を中心とする雄ねじ432が各々形成され、ドラム41の内周面には雌ねじ411が形成されていて、この両者はねじ作用により噛み合っている。
ドラム軸受部材45は、伝達部材3の外周とドラム41の内周との間に介装され、この両者の相対回転を軸受する。このドラム軸受部材45とドラム41の内周面との間には、爪受部材7aが介装されている。
【0019】
この爪受部材7aはドラム41の内周面に支持され、爪部材21,21の先端部の外周面側に形成されている段部22,22に当接して、カム軸110の径方向に爪部材21,21を係止している。
被吸引部材46は、その回転中心部分に内歯の平ギヤ461が形成され、このギヤ461には、伝達部材3の先端部に形成されている平ギヤ33に噛み合っている。これにより、被吸引部材46は伝達部材3に対し、その軸方向に摺動可能に構成されると共に、被吸引部材46と伝達部材3とは同位相で回転する。
【0020】
ドラム41のフランジ部分412の側面にはギア413が形成され、被吸引部材46の一方の面462に形成されているギア463と対峙していて、この両ギアは噛み合うことで、ドラム41と被吸引部材46とが回転方向に係合するようにしてある。
第1の電磁ソレノイド5bと第2の電磁ソレノイド5aは、カム軸110の軸芯線を囲むように、カム軸110の端部111に固定されている伝達部材3や、この伝達部材3を固定しているボルト31の外周面を囲むように軸受部材6を介して配置されている。
【0021】
すなわち、スペーサ部材47が、ボルト31の頭部311と伝達部材3の先端部との間に嵌合固定されていて、このスペーサ部材47の外周側には、第2の電磁ソレノイド5aがスペーサ部材47との間に軸受部材6を介して配置されている。さらに第2の電磁ソレノイド5aと被吸引部材46の外周側には、電磁ブレーキを構成する第1の電磁ソレノイド5bが配置されている。第2の電磁ソレノイド5aはボルト51aにより、ケース8に固定されている。
【0022】
次に作用について説明する。
カム軸110の回転位相を進角側に変更するためには、第1の電磁ソレノイド5bが発生する磁界によりピストン部材43をカム軸110の軸方向に移動することにより行う。
すなわち、まず、第2の電磁ソレノイド5aの発生磁界により、被吸引部材46が吸引されて、被吸引部材46のギア463と、ドラム41のギア413とが離れ、ドラム41がプーリ2に対して相対的に回転できるようにする。
【0023】
そして、第1の電磁ソレノイド5bの発生磁界により、ドラム41を吸引することで、ドラム41を第1の電磁ソレノイド5bの端面に押し付けて、摩擦制動を作用させる。これにより、ドラム41はコイルばね42の付勢力に抗してプーリ2に対して回転遅れを生じて相対回転し、ねじ411とねじ432とで噛み合っているピストン部材43はカム軸110の軸方向に移動する。ピストン部材43と伝達部材3とは前記のヘリカル機構により噛み合っているので、ピストン部材43の移動により、伝達部材3引いてはカム軸110の回転位相がプーリ2に対して進角側に変わることになる。従って、第1の電磁ソレノイド5bへの電流値を増大させ、コイルばね42の付勢力に抗する制動力(滑り摩擦)を増大させるほど、カム軸110の回転位相が進角側に変更されることになる。
【0024】
上記のように、電磁ブレーキによる制動力に応じて決まるドラム41の回転遅れ量によってカム軸110の回転位相がプーリ2(クランク軸)に対して変わるものであり、前記電磁ブレーキによる制動力は、第1の電磁ソレノイド5bに供給される電流値をデューティ制御することで制御されるようになっており、前記デューティ比を変化させることで、回転位相の変化量(進角量)を連続的に制御できる。尚、電磁ブレーキの制御量に相当するデューティ値(%)の増大に応じて、前記第1の電磁ソレノイド5bに供給される電流値が増大するものとする。
【0025】
図3は、上記構成の可変バルブタイミング装置の制御系を示すブロック図であり、前記第1の電磁ソレノイド5b及び第2の電磁ソレノイド5aへの通電を制御する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511には、エンジンの吸入空気量を検出するエアフローメータ512、クランク回転を検出するクランク角センサ513、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ514、外気温度を検出する外気温度センサ515、カム回転を検出するカムセンサ516等からの検出信号が入力される。
【0026】
そして、前記コントロールユニット511は、第1の電磁ソレノイド5bの通電をデューティ制御してカム軸110の回転位相を変化させ、目標回転位相に一致すると、第2の電磁ソレノイド5aへの通電を遮断することで、被吸引部材46のギア463と、ドラム41のギア413とを噛み合わせ、ドラム41をプーリ2に対してそのときの位相状態で固定し、第1の電磁ソレノイド5bへの通電を遮断する。
【0027】
上記のように制御される可変バルブタイミング装置の異常診断が以下のように実行される。
図4、図5は、異常診断実行許可条件の成否を判別する本発明に係るルーチンのフローチャートである。
図において、ステップ1では、前記各センサにより検出される各種運転条件を読み込む。
【0028】
ステップ2では、エンジン回転速度Neが所定範囲にあるか(NeL≦Ne≦NeH)を判定し、所定範囲にあるときは、ステップ3へ進む。
ステップ3では、エンジン冷却水温度(水温)Twが所定範囲にあるか(TwL≦Tw≦TwH)を判定し、所定範囲にあるときは、ステップ4へ進む。
ステップ4では、バッテリ電圧VBが所定範囲にあるか(VBL≦VB≦VBH)を判定し、所定範囲にあるときは、ステップ5へ進む。
【0029】
ステップ5では、前記カムセンサ516の信号の断線、ショート診断における診断結果がOKであるかを判定し、OKのときはステップ6へ進む。
ステップ6では、目標角度VTCTRGが、ストッパによって規制される基準位置、具体的には0(最大遅角位置)でないか否かを判定し、基準位置でないときは、ステップ8へ進む。
【0030】
ステップ7では、前記目標角度VTCTRGの変化率TRGCHGを次式のように算出する。
TRGCHG=|VTCTRG−VTCTRGz|
VTCTRGz:10ms前の目標角度VTCTRG
ステップ8では、水温Twとエンジン回転速度Neとに基づいて、目標角度変化率TRGCHGの診断許可条件のしきい値となるリミット値VTRLIMを設定する。
【0031】
ステップ9では、前記ステップ7で算出された目標角度VTCTRGの変化率TRGCHGの絶対値が、前記リミット値VTRLIM以下であるかを判定し、リミット値VTRLIM以下のときは、ステップ10へ進んで、タイマをカウントアップする。
ステップ11では、前記タイマカウント値が、所定値CLERTIMに達したかを判定する。
【0032】
そして、タイマカウント値が、所定値CLERTIMに達するまでは、ステップ13で異常診断の実行を不許可とし、所定値CLERTIMに達したとき、つまり、所定時間以上目標角度VTCTRGの変化率TRGCHGの絶対値が、前記リミット値VTRLIM以下に維持されたときは、ステップ12へ進んで、異常診断の実行を許可する。
【0033】
このようにすれば、目標角度が細かく設定され、運転状態のわずかな変化で目標角度が変化した場合でも、目標角度の変化率が所定時間以上、所定値以下に維持されていれば、診断が許可され診断機会を確保できる。
上記診断許可条件が成立したときは、異常診断を実行する。
図6は、異常診断ルーチンのフローチャートである。
【0034】
図において、ステップ21では、エンジン回転速度Neと負荷の代表値である基本燃料噴射量Tpとに基づいて設定される目標角度VTCTRGを読み込む。ステップ22では、前記カムセンサ516の信号に基づいて、実角度(カム軸の実際の回転位相)VTCNOWを読み込む。
ステップ23では、目標角度VTCTGRと実角度VTCNOWとの偏差ERROR(エラー量)を次式のように算出する。
【0035】
VTCTGR−VTCNOW
ステップ24では、前記偏差ERRORが所定範囲内(OFAGB≦ERROR≦OFAGF)にあるか否かを判定する。
偏差ERRORが所定範囲内にあるときは、ステップ25で診断結果をOKとするが、所定範囲から外れたときはステップ26でタイマをカウントアップし、ステップ27で該カウント値が所定値CNGDLYに達したかを判定する。
【0036】
そして、カウント値が所定値CNGDLYに達したとき、つまり、偏差ERRORが所定範囲から外れた状態が、所定時間以上となったときは、ステップ28へ進んで診断結果をNG(異常あり)とする。
なお、電磁ブレーキ式の可変バルブタイミング制御装置として、上記のような第2の電磁ソレノイドによるロック機構を備えず、常時電磁ブレーキを通電してデューティ制御する構成のものもあり、本発明は、かかる構成のものにも適用できる。また、油圧式の可変バルブタイミング制御装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態における可変バルブタイミング装置の断面図。
【図2】実施の形態における可変バルブタイミング装置の分解斜視図。
【図3】実施の形態における可変バルブタイミング装置のブロック図。
【図4】実施の形態における異常診断実行許可条件の成否を判別する本発明に係るルーチンの前段を示すフローチャート。
【図5】実施の形態における異常診断実行許可条件の成否を判別する本発明に係るルーチンの後段を示すフローチャート。
【図6】実施の形態における異常診断ルーチンのフローチャート。
【符号の説明】
1…可変バルブタイミング装置
2…プーリ
3…伝達部材
5a…第2の電磁ソレノイド
5b…第1の電磁ソレノイド
41…ドラム
42…コイルバネ
43…ピストン部材
46…被吸引部材
110…カム軸
120…シリンダヘッド
511…コントロールユニット
512…エアフローメータ
513…クランク角センサ
514…水温センサ
516…カムセンサ

Claims (7)

  1. クランク軸に対するカム軸の目標回転位相を設定し、設定した目標回転位相となるよう制御される可変バルブタイミング装置を備えるエンジンの可変バルブタイミング装置の診断装置において、
    単位時間毎の前記目標回転位相の偏差の絶対値を算出し、
    前記偏差の絶対値と所定のリミット値とを比較することで、該偏差の絶対値が前記リミット値以下の状態で前記目標回転位相が変化しているかどうかを判定し、
    前記偏差の絶対値が前記リミット値以下の状態で該目標回転位相が変化していると判定した時は、その状態が所定時間以上継続しているかを判定し、
    前記所定時間以上継続している時には前記可変バルブタイミング装置の異常診断の実行を許可し、
    実行許可に基づいて前記異常診断を実施する一方、
    前記偏差の絶対値が前記リミット値より大きい時、もしくは、前記偏差の絶対値が前記リミット値以下の状態が前記所定時間継続しない時は、前記可変バルブタイミング装置の異常診断の実行を不許可とすることを特徴とする可変バルブタイミングの診断装置。
  2. 前記所定のリミット値又は所定時間の少なくとも一方が、エンジン温度に応じて可変に設定されることを特徴とする請求項1に記載の可変バルブタイミング装置の診断装置。
  3. 前記所定のリミット値又は所定時間の少なくとも一方が、エンジン回転速度に応じて可変に設定されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の可変バルブタイミング装置の診断装置。
  4. 前記異常診断に影響を及ぼすエンジン運転状態および環境状態のパラメータ値が、所定範囲内にあることを、前記可変バルブタイミング装置の異常診断条件として含むことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の可変バルブタイミング装置の診断装置。
  5. 前記目標回転位相が、ストッパにより規制される基準値でないことを、前記可変バルブタイミング装置の異常診断条件として含むことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の可変バルブタイミング装置の診断装置。
  6. 前記目標回転位相と実際の回転位相との偏差が所定範囲から外れた状態が所定時間以上継続したときに異常があると診断することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の可変バルブタイミング装置の診断装置。
  7. 前記可変バルブタイミング装置は、電磁ブレーキによる摩擦制動により、クランク軸に対する回転位相を変化させる構成であることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載の可変バルブタイミング装置の診断装置。
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