JP4835672B2

JP4835672B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置

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Publication number: JP4835672B2
Application number: JP2008251771A
Authority: JP
Inventors: 真也近藤; 裕靖小山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2008309166A

Description

本発明は、内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置に関し、特に、内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構（以下、適宜ＶＶＴと記す）の前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータを駆動する作動油の油温が低く油圧が高くＶＶＴのアクチュエータの応答が悪いときに、ＶＶＴ異常の誤判定をなくす内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置に関する。

内燃機関（以下、エンジンと記す）の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）は、吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング（開閉弁時期）、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる機構である。エンジンのシリンダブロックの下部に備えられたオイルパン内には潤滑油が貯留されている。この潤滑油は、エンジンの回転により駆動されるオイルポンプにより汲み出され、エンジンの各部位、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ：Oil Control Valve）、ＶＶＴ等に供給される。ＶＶＴのアクチュエータはオイルポンプにより発生する潤滑油（以下、適宜作動油と記す）の油圧によって駆動されるので、エンジン回転数の低いときには作動油の油圧が低くなり、ＶＶＴのアクチュエータの駆動力は低下し作動遅れ時間が増加する。

第１の従来技術による内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置は、上記ＶＶＴの作動遅れ時間を検出し、検出された作動遅れ時間が基準値より大となったとき、ＶＶＴ異常と判定した。しかしながら、第１の従来技術によれば、エンジン回転数は低いがＶＶＴは正常である場合にＶＶＴの異常判定を禁止しないとＶＶＴ異常と誤判定してしまう虞があった。

この問題を解決するため、第２の従来技術による特開平７−１２７４０７号公報に記載の内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置は、油圧に基づきＶＶＴの異常判定の実行または禁止を決定する。すなわち、作動油の、油圧が高いときにＶＶＴの異常判定を実行し、油圧が低いときにＶＶＴの異常判定を禁止した。ここで、ＶＶＴの異常判定は、エンジンの運転状態に応じて決定される目標バルブタイミングとエンジンの運転中に測定される実バルブタイミングとの偏差が所定値以上ずれている場合にＶＶＴ異常と判定する。しかしながら、第２の従来技術によれば、作動油の、油圧が高いときでも油温が低温のときには、作動油の粘度が高くなり［油量が低下し］、油圧が低いとき同様ＶＶＴの作動応答性が悪化し、作動遅れ時間が増加する。このため、作動油の油圧が高く油温が低いがＶＶＴは正常である場合にＶＶＴの異常判定を禁止しないとＶＶＴ異常と誤判定してしまう虞があった。

この問題を解決するため、第３の従来技術による特開２０００−７３７９４号公報に記載の内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置は、油温に基づきＶＶＴの異常を判定する。すなわち、作動油の、油温が高いときにＶＶＴの異常判定を実行し、油温が低いときにＶＶＴの異常判定を禁止した。しかしながら、第３の従来技術によれば、作動油の、油温が高いときで油圧が低下しているときに、油温が低いとき同様ＶＶＴの作動応答性が悪化し、作動遅れ時間が増加する。それにも関わらず、作動油の油温が高く油圧が低いときにＶＶＴは正常であると誤判定してしまう虞がある。

それゆえ、本発明は、ＶＶＴの異常を誤ることなく判定すると共にＶＶＴ自体の異常を分けて正常判定を行う内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明による内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置は、内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の異常を判定する判定手段と、前記可変バルブタイミング機構の前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータと、を備える内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置において、前記判定手段が、前記可変バルブタイミング機構の応答速度を算出する第１算出手段と、前記アクチュエータを駆動する作動油の油温の増分（ΔＯＴ）に対する前記第１算出手段により算出された前記可変バルブタイミング機構の応答速度の増分（ΔＲＶ）の変化率（ΔＲＶ／ΔＯＴ）を算出する第２算出手段と、前記変化率（ΔＲＶ／ΔＯＴ）が前記油温の増加にともない減少する時の油温を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された油温が所定温度より低く、かつ前記第１算出手段により算出された応答速度が所定応答速度より高いとき、前記可変バルブタイミング機構は正常であると判定する正常判定手段と、を備えたことを特徴とする。

上記内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置において、前記検出手段により検出された油温が所定温度より高く、かつ前記第１算出手段により算出された応答速度が所定応答速度より高いとき、前記可変バルブタイミング機構のオイルが劣化していると判定する。

前記第１算出手段により算出された応答速度が所定応答速度より低いとき、前記可変バルブタイミング機構は異常であると判定する。

以下、添付図面を参照して本発明の詳細を説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置の概略構成図である。図１に示すエンジン１１は、ＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカムシャフト）型４気筒エンジンであり、クランク軸１２の回転動力をタイミングチェーン（図示せず）を介して互いに独立した吸気カム軸１３と排気カム軸１４に伝達し、吸気カム軸１３によって吸気弁１５を排気カム軸１４によって排気弁１６をそれぞれ開閉駆動する構造になっている。吸気カム軸１３にはクランク軸１２に対する吸気カム軸１３の進角量を調整する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）１７が設けられている。本実施形態では吸気カム軸１３にＶＶＴ１７を設ける例を示したが、これに代えてあるいは加えて排気カム軸１４に同様なＶＶＴを設けた形態でも本発明は適用できる。

このＶＶＴ１７は、作動油としてエンジン１１の潤滑油を利用している。エンジン１１に連動してオイルポンプ１８が駆動され、エンジン１１のシリンダブロック１１ａ下部に接続され潤滑油を貯留するオイルパン１９から潤滑油がオイルポンプ１８で汲み上げられ、作動油として油路２０を介してＶＶＴ１７に供給され、油路２０の途中に設けられたオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２１によって油圧をデューティ制御することでその油圧に応じて吸気カム軸１３の進角量が制御される。オイルパン１９には潤滑油（以下、作動油と記す）の温度を検出する油温センサ２２が配設されている。なお、油温センサ２２は、油路２０やＶＶＴ１７内に配設してもよい。また、オイルパン１９は外気に熱を放散して潤滑油を冷却する役目も果たしている。

また、吸気カム軸１３の近傍にはカム軸センサ２３が設置され、クランク軸１２の近傍にはクランク軸センサ２４が設置されている。クランク軸センサ２４は、クランク軸１２の１回転当たりＮ個のクランク軸位相検出パルス信号を発生するのに対し、カム軸センサ２３は、吸気カム軸１３の１回転当たり２Ｎ個のカム軸位相検出パルス信号を発生する。また、吸気カム軸１３の最大進角量をθmax°ＣＡとした場合、Ｎ＜３６０／θmaxとなるようにクランク軸位相検出パルス信号数Ｎが設定されている。これにより、クランク軸センサ２４からのクランク軸位相検出パルス信号と、これに続いて発生する吸気カム軸１３のカム軸センサ２３からのカム軸位相検出パルス信号との間の相対回転角により吸気弁１５の実バルブタイミング（吸気カム軸１３の実進角量）が算出される。

エンジン１１のシリンダブロック１１ａには、ウォータジャケット１１ｂ内を流れる冷却水の温度（以下、水温と記す）を検出する水温センサ２５が取付けられ、シリンダヘッド１１ｃには、点火プラグ２６が気筒毎に取付けられている。

一方、吸気管２７の最上流部には、エアークリーナ２８が設けられ、その下流には、吸気温を検出する吸気温センサ２９が設けられている。吸気温センサ２９の下流には、スロットルバルブ３０が設けられ、スロットルバルブ３０の開度がスロットルセンサ３１によって検出される。スロットルバルブ３０の下流には、吸気管内の圧力を検出する吸気圧センサ３２が設けられている。また、各気筒の吸気ポート３３の近傍には、燃料噴射弁３４が取付けられている。また、エンジン１１を搭載した車両には車速センサ３５が配設されている。また、油路２０のＶＶＴ１７近傍には、ＶＶＴ１７へ流入する作動油の油圧を検出する油圧センサ３６が配設されている。上述した各種センサおよび後述する位置センサ（図２の２０６）等は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４０の入力ポートに接続されており、一方、ＯＣＶ２１、点火プラグ２６、燃料噴射弁３４等は、ＥＣＵ４０の出力ポートに接続されている。

次に、図１に示す実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置に装備されたエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４０について説明する。ＥＣＵ４０は、一般的なディジタルコンピュータからなり、図示しない双方向性バスを介して相互に接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力ポートおよび出力ポート、ならびに入力ポートに接続されたＡＤ変換器および出力ポートに接続された駆動回路を具備する。入力ポートには、ＥＣＵ４０を搭載する車両の各部に設置された上述した各種センサからのアナログ電圧出力がＡＤ変換器を介して入力されるか、あるいは各種センサからのディジタル信号が直接入力される。出力ポートから駆動回路へのＥＣＵ４０による制御信号に応じて、図示しないバッテリまたはオルタネータからＯＣＶ２１、点火プラグ２６、燃料噴射弁３４、等の電気的負荷に電力が供給される。

図２は図１に示す可変バルブタイミング機構の動弁機構の動作説明図である。図２の上部に示す動弁機構２００は、下部に示すオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２１により、ＶＶＴ１７の吸気弁１５のバルブタイミングを変化させるためのＶＶＴ１７の機構であり、次のように動作する。

動弁機構２００は一つの気筒用に設けられた吸気弁１５を開閉弁するためのカム２０１を有する。カム２０１の外形は、カム２０１の回転軸線方向における吸気弁１５に対するカム２０１の相対位置（以下、カム２０１の相対位置と称す）が変わると吸気弁１５の開閉弁特性（例えば、開弁時期、開弁期間、リフト量等）が変更されるような形状となっている。カム２０１はカム２０１の回転軸線がカムシャフト２０２の回転軸線と同軸になるように一つのカムシャフト２０２に固定される。

このようにカム２０１はカムシャフト２０２に固定さているため、カムシャフト２０２がその軸線方向に移動するとカム２０１もその回転軸線方向に移動し、これによりカム２０１の相対位置が変わり、吸気弁１５の開閉弁特性が変更される。したがって、カムシャフト２０１をその軸線方向に移動させることによって吸気弁１５の開閉弁特性を変更することができる。カム２０１の相対位置が目標相対位置となるようにカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させることによって吸気弁１５の開閉弁特性をその目標開閉弁特性に制御できる。

また、カムシャフト２０２の一方の端部にはカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させるための油圧式カムシャフト駆動装置２０３が設けられ、この油圧式カムシャフト駆動装置２０３は吸気弁１５の開閉弁特性を変更するための変更手段として機能する。油圧式カムシャフト駆動装置２０３は油圧シリンダ２０４とＯＣＶ２１とを具備する。油圧シリンダ２０４は図２に示すように、カムシャフト２０２の一方の端部に取付けられたピストン２０５を収容し、このピストン２０５を油圧シリンダ２０４内で摺動させることによってカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させる。

この油圧シリンダ２０４内でのピストン２０５の位置は位置センサ２０６によって検出され、この位置センサ２０６の出力はＥＣＵ４０対応するＡ／Ｄ変換器を介して入力ポートに入力される。この位置センサ２０６の出力に基づいてカムシャフト２０２の位置、すなわちカム２０１相対位置が検出される。一方、油圧シリンダ２０４内でのピストン２０５の作動、すなわちカムシャフト２０２の軸線方向の移動は、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のオン／オフデューティ比（信号がオンになっている時間とオフになっている時間との合計に占める信号オン時間の割合）を変化させることにより制御される。

すなわち、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のデューティ比を基準デューティ比よりも大きくすると、カムシャフト２０２がその軸線方向において一方の方向に移動してカム２０１の相対位置が一方の方向に移動する。これにより吸気弁１５の開閉弁特性が或る方向に変化する。なお、吸気弁１５の開閉弁特性が或る方向に変化するとは、例えば開弁時期が早くなったり、開弁期間が長くなったり、リフト量が大きくなったりすることを意味する。

逆に、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のデューティ比を基準デューティ比よりも小さくすると、カムシャフト２０２がその軸線方向おいて上記一方の方向とは反対方向に移動してカム２０１の相対位置が上記一方の方向とは反対方向に移動する。これにより吸気弁１５の開閉弁特性が上記或る方向とは反対方向に変化する。なお、吸気弁１５の開閉弁特性が上記或る方向とは反対方向に変化するとは、例えば開弁時期が遅くなったり、開弁期間が短くなったり、リフト量が小さくなったりすることを意味する。

また、デューティ比を基準デューティ比との偏差が大きくなるようにすればするほど、単位時間当たりにカム２０１の相対位置が移動する距離が大きくなり、よって単位時間当たりに吸気弁１５の開閉弁特性が変化する程度も大きくなる。ここで、基準デューティ比とは、油圧シリンダ２０４のピストン２０５を作動させることのないデューティ比であり、すなわちカム２０１の相対位置が変化せずに吸気弁１５の開閉弁特性が変化しないデューティ比である。この基準デューティ比は作動油の油圧や油温に応じて油圧式カムシャフト駆動装置２０３毎に定まるデューティ比である。

次に、オイルパン１９からＯＣＶ２１を介してＶＶＴ１７の動弁機構２００へ供給されＯＣＶ２１を介してオイルパン１９に戻る作動油の流れについて以下に説明する。吸気弁１５のバルブタイミングを早くしたいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００のピストン２０５を第１方向２１１に動作させ、油路２０から圧送された作動油をＯＣＶ２１および油路２１２を経由して動弁機構２００に設けられた油圧シリンダ２０４の２つの油圧室の内の第１油圧室（押出戻油圧室）２１３に送り、油圧シリンダ２０４の第２油圧室（押出油圧室）２１４の作動油を油路２１５、ＯＣＶ２１および油路２１６を経由してオイルパン１９に戻す。

一方、吸気弁１５のバルブタイミングを遅くしたいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００のピストン２０５を第１方向２１１とは逆の第２方向２１７に動作させ、油路２０から圧送される作動油をＯＣＶ２１および油路２１５を経由してＶＶＴ１７の油圧シリンダ２０４の第２油圧室２１４に送り、油圧シリンダ２０４の第１油圧室２１３の作動油を油路２１２、ＯＣＶ２１および油路２１８を経由してオイルパン１９に戻す。吸気弁１５のバルブタイミングを現在の位置に固定したいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００を作動してＯＣＶ２１のシリンダ２２０内のスプール２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃがシリンダ２２０内を中立の位置になるように移動し、ＯＣＶ２１と動弁機構２００との間の油路２１５、２１２のシリンダ２２０のポート２２２ａ、２２２ｂをスプール２２１ａ、２２１ｂで閉じる。なお、排気カム軸１４に同様なＶＶＴが設けられた他の実施形態の場合も同様な動弁機構が設けられる。

本発明によるＶＶＴの異常検出装置は、エンジンの運転状態に応じて決定される目標バルブ作動特性値と運転中に測定される実バルブ作動特性値との偏差が所定値以上ずれていることでＶＶＴ１７は異常であると判定する判定手段（ＥＣＵ４０による下記の処理の実行）とＶＶＴ１７のバルブ作動特性を変更するアクチュエータ、すなわち図２に示す動弁機構２００とを備える。ここで、本実施形態では、バルブ作動特性とはバルブタイミングのことを意味する。これより、エンジン制御ユニットＥＣＵ４０の制御について詳細に説明する。以下に記すルーチンは所定の周期、例えば０．1秒毎に実行される。

図３は本発明によるＶＶＴ異常検出装置の第１制御ルーチンの流れ図である。
まず、ステップＳ１では、クランク軸センサ２４で検出した信号を読取りエンジン回転数ＮＥを算出する。

ステップＳ２では、吸気圧センサ３２により検出された吸気管圧力ＰＭ、油温センサ２２により検出された油温ＯＴおよび油圧センサ３６により検出された油圧ＯＰを読取る。なお、油温ＯＴは、油温センサ２２により検出する代わりに、水温センサ２５により検出した水温、エンジン回転数ＮＥ、吸気温センサ２９により検出された吸気温、エアーフローメータ（図示せず）により検出されたエンジン気筒への吸入空気量、あるいはＥＣＵ４０による燃料噴射制御で算出された燃料噴射量に基づき推定した油温推定値を用いてもよい。

ステップＳ３では、ステップＳ１で算出したエンジン回転数ＮＥとステップＳ２で検出した吸気管圧力（負荷）ＰＭに基づきマップ（図示せず）を参照して現在のエンジンの運転状態に応じた吸気弁１５の目標バルブタイミング（吸気カムシャフト２０２の目標進角量）を算出する。

ステップＳ４では、クランク軸センサ２４からのクランク軸位相検出パルス信号と吸気カム軸１３のカム軸センサ２３からのカム軸位相検出パルス信号とを読取る。

ステップＳ５では、ステップＳ４で読取ったクランク軸位相検出パルス信号とカム軸位相検出パルス信号との間の相対回転角により吸気弁１５の実バルブタイミング（吸気カム軸１３の実進角量）を算出する。

ステップＳ６では、ステップＳ５で算出した吸気弁１５の実バルブタイミングがステップＳ３で算出した目標バルブタイミングとなるようにＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７のデューティ制御を行ない、吸気弁１５のバルブタイミングを調整する。ここで、油流量を算出するマップについて以下に説明する。

図４は油温と油圧から油流量を算出するマップを示す図であり、（Ａ）は油温と油圧との関係を実験的に求めて作成したマップを示す図であり、（Ｂ）は油温と油流量との関係を理論的に求めて作成したマップを示す図であり、（Ｃ）は油圧と油流量との関係のマップを示す図である。これらのマップはＥＣＵ４０のＲＡＭに格納される。図４の（Ａ）に示すように、油温が高くなると油圧が下がり、ＶＶＴのアクチュエータを駆動する作動応答性が低下し、もはやＶＶＴの正常な制御が不可能となるので、ＶＶＴ異常と判定する。図４の（Ｂ）に示すマップは、ベルヌーイの定理を用いてステップＳ２で読取った油温ＯＴおよび油圧ＯＰから油流量を算出し、その算出結果から油温と油流量との関係を示すマップを作成した図である。ベルヌーイの定理によれば、流体の流れに対するエネルギー保存則を表す式が、理想流体に対して下式で与えられる。

ｖ²／２＋ｐ／ρ＋ｇｚ＝ｃ（一定）…（１）
ここで、ｖは作動油の速度（流量）、ｐは油圧、ρは流体（作動油）の密度（粘性）、ｇは重力加速度、ｚは基準面からの高さ、ｃは定数である。ρ、すなわち作動油の密度は、油温から求めることができるので、油圧が判れば上式（１）より油流量を求めることができる。または、オイルポンプ特性を表す図４の（Ｃ）に示すマップをＥＣＵ４０に格納しておき、読取った油圧から油流量を算出する。

ステップＳ７では、図４の（Ａ）に示すマップを参照してステップＳ２で読取った油温ＯＴに対応する油圧ＯＰを算出し、油圧ＯＰと所定値と比較し、油圧＞所定値のときは、ＶＶＴ異常判定を実行するためステップＳ８に進み、油圧≦所定値のときは、処理を終了する。

ステップＳ８では、図４の（Ｂ）に示すマップを参照してステップＳ２で読取った油温ＯＴから油流量を算出する。

ステップＳ９では、ステップＳ８で算出した油流量と所定値と比較し、油流量＞所定値のときは、ＶＶＴ正常と判定しステップＳ１０に進み、油流量≦所定値のときは、ＶＶＴ異常判定処理を実行せずに本ルーチンを終了する。

ステップＳ１０では、下式（２）を算出する。

ＶＶＴ偏差＝
ＶＶＴ目標バルブタイミング−ＶＶＴ実バルブタイミング…（２）
ステップＳ１１では、ステップＳ１０で算出したＶＶＴ偏差と偏差判定値（固定値）と比較し、ＶＶＴ偏差＞偏差判定値のときは、ＶＶＴ異常判定条件が成立と判定しステップＳ１２に進み、ＶＶＴ偏差≦偏差判定値のときは、ＶＶＴ異常判定処理を実行せず、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１でＶＶＴ偏差＞偏差判定値と判定された後の経過時間が所定時間（ｔ秒）経過したか否か判定し、経過時間≧ｔのときはステップＳ１３に進み、経過時間＜ｔのときは本ルーチンを終了する。

ステップＳ１３では、ＶＶＴの異常判定フラグを立て、車両に装着されている表示パネル上に表示して運転者にＶＶＴの異常を知らせる。

以上のように、本発明の第１制御ルーチンで実行する判定手段は、動弁機構２００を駆動する作動油の流量を算出する算出手段(ステップＳ８）と、算出手段により算出された作動油の流量が所定値に満たないとき、あるいは作動油の流量が所定値以上であってもＶＶＴ偏差が偏差判定値を越えない、または越える時間が所定時間（ｔ秒）未満のときには判定手段（ステップＳ９〜Ｓ１３）による判定を中断する中断手段（ステップＳ９）と、を備え、上述したように、これらの手段は、それぞれのステップの実行により達成される。

また、第１制御によれば、油温が高く油圧が低いときにはステップＳ７によりＶＶＴ異常判定せず、油温が低く油圧が高いときにはステップＳ９によりＶＶＴ異常判定しないので、ＶＶＴ異常の誤判定を防止できる。

図５は本発明によるＶＶＴ異常検出装置の第２制御ルーチンの流れ図である。本発明の第２制御ルーチンにおけるステップＳ１〜Ｓ６およびステップＳ１０〜Ｓ１３は、第１制御ルーチンにおける同一ステップ番号と同一処理を実行するのでその説明は省略する。ステップＳ７〜Ｓ９について図６〜図８を参照して以下に説明する。

図６は油温から油粘度を算出するマップを示す図であり、図７は油粘度から基準ＶＶＴ応答速度（判定時間）を算出するマップを示す図であり、図８は油温から基準ＶＶＴ応答速度（判定時間）を算出するマップを示す図である。これらのマップはＥＣＵ４０のＲＡＭに格納される。

図６に示すマップは、油温と油粘度の関係を与えるWalther-ASTMの下式（３）を用いて作成したものである。

ｌｏｇｌｏｇ（ν＋ａ）＝Ａ−ＢｌｏｇＴ…（３）
ここで、νはＣＧＳ単位系のｃＳｔ（センチストークス）で表した動粘度、ａ、Ａおよびは油の種類によって定まる定数（ｋはボルツマス定数）、Ｔは絶対温度である。式（３）からも判るように温度が高くなると動粘度νは低くなる。

図７に示すマップは、実験結果から次のように作成する。すなわち、エンジン回転数ＮＥを一定にした状態で、作動油の油温を変化させて粘度を変更し、変更した粘度の作動油で動弁機構２００を所定時間（例えば１秒間）駆動し、その間に変化したバルブタイミングの変化量（°ＣＡ）を測定し、所定時間当たりのバルブタイミングの変化量から基準ＶＶＴ応答速度（°ＣＡ／秒）を算出し、その算出結果から油粘度とＶＶＴ応答速度の関係を示すマップを作成する。一方、油粘度と判定時間ｔの関係を示すマップは、下式（４）を用いて上記のように算出した基準ＶＶＴ応答速度と偏差判定値（固定値）から作成する。

判定時間ｔ＝偏差判定値／基準ＶＶＴ応答速度…（４）
図８に示すマップは、図６のマップを参照して油粘度から油温を算出し、図７を参照して油温と基準ＶＶＴ応答速度の関係および油温と判定時間の関係を求めて作成する。

ステップＳ７では、図６に示すマップを参照してステップＳ２で読取った油温ＯＴに対応する油粘度を算出する。

ステップＳ８では、図７に示すマップを参照してステップＳ７で算出した油粘度に対応する基準ＶＶＴ応答速度を算出する。

ステップＳ９では、図８に示すマップを参照してステップＳ２で読取った油温ＯＴに対応する判定時間ｔを式（４）を用いて算出する。

以上のように、本発明の第２制御ルーチンで実行する判定手段は、動弁機構２００を駆動する作動油の粘度を算出する第１算出手段（ステップＳ７）と、第１算出手段により算出された粘度に対するＶＶＴの基準応答速度を算出する第２算出手段（ステップＳ８）と、偏差が基準応答速度より大となる継続時間が所定時間ｔを経過したとき、ＶＶＴは異常であると判定する異常判定手段（ステップＳ１０〜１３）とを備え、上述したように、これらの手段は、それぞれのステップの実行により達成される。

また、第２制御によれば、作動油の油温が高いときに、油圧に基づかずＶＶＴ異常判定できるので、ＶＶＴ異常の誤判定を防止できる。

図９は本発明によるＶＶＴ異常検出装置の第３制御ルーチンの流れ図であり、図１０は図９に示す流れ図のステップＳ２とＳ３を他の処理に置換えた例を示す図であり、図１１の（Ａ）はＶＶＴの正常状態、オイル劣化状態およびＶＶＴ異常の異常状態における油温とＶＶＴ応答速度の各関係を示す図であり、図１１の（Ｂ）はＶＶＴの正常状態、オイル劣化状態およびＶＶＴ異常の異常状態に対する仮判定と本判定の結果のテーブルを示す図である。

まず、ステップＳ１では、油温センサ２２から油温を読取る。なお、油温ＯＴは先に第１制御ルーチンのステップＳ２で説明したように、推定値を用いてもよい。

ステップＳ２では、図６に示すマップを参照してステップＳ１で読取った油温ＯＴに対応する油粘度を算出する。

ステップＳ３では、図７に示すマップを参照してステップＳ２で算出した油粘度に対応するＶＶＴ応答速度を算出する。

または、ステップＳ２とＳ３の代わりに、図１０に示す以下に記す処理を実行してもよい。

ステップＳ１０１でＶＶＴ偏差を算出し、ステップＳ１０２でＶＶＴ偏差が所定値より大きいか否かを判定し、ＶＶＴ偏差＞所定値ならばステップＳ１０３に進み、初回にＶＶＴ偏差を記憶し、次いでステップＳ１０４で条件成立中の時間（ｔ）をカウントする。ステップＳ１０２でＶＶＴ偏差≦所定値となったとき、ステップＳ１０５に進み、偏差記憶値（ＶＴ）と所定値との差をカウントした時間（ｔ）で割算した値をＶＶＴ応答速度とする。

ステップＳ４では、油温ＯＴが第１の範囲（Ｔ１より高くＴ２（＞Ｔ１）より低い温度：仮判定区間）にあるか否かを判定するため、Ｔ１＜ＯＴのときはステップＳ５に進み、ＯＴ≦Ｔ１のときは本ルーチンを終了する。

ステップＳ５では、油温ＯＴが第２の範囲（Ｔ２より高い温度：本判定区間）にあるか否かを判定するため、ＯＴ＜Ｔ２のときは現在の油温は仮判定区間にあるとみなしステップＳ６に進み、ＯＴ≧Ｔ２のときは現在の油温は本判定区間にあるとみなしステップＳ７に進む。

ステップＳ６では、ステップＳ３で算出したＶＶＴ応答速度が異常判定値より低いか否かを判定し、ＶＶＴ応答速度＜異常判定値のときはステップＳ８に進み、ＶＶＴ応答速度≧異常判定値のときは本ルーチンを終了する。

ステップＳ７では、ステップＳ６同様に、ステップＳ３で算出したＶＶＴ応答速度が異常判定値より低いか否かを判定し、ＶＶＴ応答速度＜異常判定値のときはステップＳ９に進み、ＶＶＴ応答速度≧異常判定値のときはステップＳ１０に進む。

ステップＳ８では、仮判定フラグを立てる。

ステップＳ９では、ＶＶＴの異常判定フラグを立て、車両に装着されている表示パネル上に表示して運転者にＶＶＴの異常を知らせ、部品の点検を促す。

ステップＳ１０では、仮判定フラグが立っているか否かを判定し、仮判定フラグ＝１（ＯＮ）のときはステップＳ１１に進み、仮判定フラグ＝０（ＯＦＦ）のときはステップＳ１２に進む。

ステップＳ１１では、車両に装着されている表示パネル上に表示して運転者に作動油（オイル）が劣化し作動油の交換を促す。

ステップＳ１２では、ＶＶＴは正常と判定し、ＶＶＴの異常判定フラグを０にする。

以上のように、本発明の第３制御ルーチンで実行する判定手段は、動弁機構２００を駆動する作動油の油温が第１の範囲にあるときにＶＶＴ１７の第１応答速度を算出する第１算出手段（ステップＳ２、Ｓ３）と、第１算出手段により算出された第１応答速度が異常判定値より小さいとき第１異常判定フラグを立てる第１判定手段（ステップＳ４〜Ｓ６、Ｓ８）と、動弁機構２００を駆動する作動油の油温が第１より高い第２の範囲にあるときＶＶＴ１７の第２応答速度を算出する第２算出手段（ステップＳ２、Ｓ３）と、第２算出手段により算出された第２応答速度が異常判定値より小さいとき第２異常判定フラグを立てる第２判定手段（ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９）と、第１異常判定フラグと第２異常判定フラグが共に立っていないとき、ＶＶＴ１７が正常であると判定する正常判定手段（ステップＳ４〜Ｓ８、Ｓ１０、Ｓ１２）と、を備え、上述したように、これらの手段は、それぞれのステップの実行により達成される。

また、第３制御によれば、作動油の油温が高いときに、油圧に基づかずＶＶＴ異常判定できるので、ＶＶＴ異常の誤判定を防止できる。

図１２は本発明によるＶＶＴ異常検出装置の第４制御ルーチンの流れ図であり、図１３はＶＶＴの正常状態、オイル劣化状態および異常状態における基準ＶＶＴ応答速度の変化が一定になる油温を示す図である。

まず、ステップＳ１では、本ルーチンは初回か否かを判定し、その判定結果がＹＥＳのときはステップＳ２に進み、その判定結果がＮＯのときはステップＳ３に進む。

ステップＳ２では、前回ＶＶＴ応答速度（以下、前回ＶＶＴ速度と記す）を０°ＣＡ／秒に、前回ＶＶＴ速度の判定時の油温（以下、前回油温と記す）を０℃に初期化する。

ステップＳ３では、油温センサ２２から油温を読取る。なお、油温ＯＴは先に第１制御ルーチンのステップＳ２で説明したように、推定値を用いてもよい。

ステップＳ４では、油温差＝前回油温−今回油温、を算出する。この今回油温は、今回ＶＶＴ応答速度判定時の油温を意味し、ステップＳ３で読取った油温である。

ステップＳ５では、ステップＳ４で算出した油温差が所定温度、例えば５℃以上か否かを判定し、油温差≧所定温度のときはステップＳ６に進み、油温差＜所定温度のときは本ルーチンを終了する。

ステップＳ６では、図６に示すマップを参照してステップＳ３で読取った油温に対応する油粘度を算出する。

ステップＳ７では、図７に示すマップを参照してステップＳ６で算出した油粘度に対応する今回ＶＶＴ速度を算出する。

または、ステップＳ６とＳ７の代わりに、図１０に示す前述した処理を実行してもよい。

ステップＳ８では、ＶＶＴ速度差＝前回ＶＶＴ速度−今回ＶＶＴ速度を算出する。

ステップＳ９では、ステップＳ８で算出したＶＶＴ速度差が判定値より小か否かを判定し、ＶＶＴ速度差＜判定値のときはステップＳ１０に進み、ＶＶＴ速度差≧判定値のときは本ルーチンを終了する。このステップＳ９における判定は、動弁機構２００を駆動する作動油の油温の増分（ΔＯＴ）、ここでは上記所定温度（５℃）、に対するステップＳ６、Ｓ７により算出されたＶＶＴ１７の応答速度の増分（ΔＲＶ）が、０に近づき傾斜がなくなりＶＶＴ速度が一定になる油温を求めるために行なう。ここで、上記所定温度に対する応答速度の増分とは、ステップＳ８で算出したＶＶＴ速度差の変化率（ΔＲＶ／ΔＯＴ）のことである。図１３に示すように、ＶＶＴ正常状態ライン１３０１、オイル劣化状態ライン１３０２およびＶＶＴ異常状態ライン１３０３において、ＶＶＴ速度が一定になる油温は、ＶＶＴ正常状態ライン１３０１では１３１１近傍であり、オイル劣化状態ライン１３０２では１３１２近傍である。

ステップＳ１０では、ＶＶＴ速度が異常判定値より小か否かを判定し、ＶＶＴ速度＜異常判定値のときはＶＶＴの応答性が悪くＶＶＴ異常とみなしステップＳ１１に進み、ＶＶＴ速度≧異常判定値のときはＶＶＴの応答性が許容範囲にありＶＶＴ正常とみなしステップＳ１２に進む。

ステップＳ１１では、ＶＶＴの異常判定フラグを立て、車両に装着されている表示パネル上に表示して運転者にＶＶＴの異常を知らせ、部品の点検を促す。

ステップＳ１２では、油温が判定温度より大か否かを判定し、油温＞判定温度のときはオイル劣化とみなしステップＳ１３に進み、油温≦判定温度のときはＶＶＴ正常かつオイル正常とみなしステップＳ１４に進む。

ステップＳ１３では、車両に装着されている表示パネル上に表示して運転者に作動油（オイル）が劣化し作動油の交換時期が近いことを知らせる。

ステップＳ１４では、ＶＶＴは正常と判定し、ＶＶＴの異常判定フラグを０にする。

以上のように、本発明の第４制御ルーチンで実行する判定手段は、ＶＶＴ１７の応答速度を算出する第１算出手段（ステップＳ６、Ｓ７）と、動弁機構２００を駆動する作動油の油温の増分（ΔＯＴ）に対する第１算出手段により算出されたＶＶＴ１７の応答速度の増分（ΔＲＶ）の変化率（ΔＲＶ／ΔＯＴ）を算出する第２算出手段（ステップＳ８）と、変化率（ΔＲＶ／ΔＯＴ）が油温の増加にともない減少する時の油温を検出する検出手段（ステップＳ９）と、検出手段により検出された油温が所定温度より低く、かつ第１算出手段により算出された応答速度が所定応答速度より高いとき、ＶＶＴ１７は正常であると判定する正常判定手段（ステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ１４）と、を備え、上述したように、これらの手段は、それぞれのステップの実行により達成される。

また、第４制御によれば、作動油の油温が高いときに、油圧に基づかずＶＶＴ異常判定できるので、ＶＶＴ異常の誤判定を防止できる。

図１４は本発明によるＶＶＴ異常検出装置の第５制御ルーチンの流れ図であり、図１５はＶＶＴ偏差の正規分布を示す図である。

まず、ステップＳ１では、クランク軸センサ２４で検出した信号を読取りエンジン回転数ＮＥを算出する。

ステップＳ２では、吸気圧センサ３２により検出された吸気管圧力ＰＭ、油温センサ２２により検出された油温ＯＴおよび油圧センサ３６により検出された油圧ＯＰを読取る。なお、油温ＯＴは先に第１制御ルーチンのステップＳ２で説明したように、推定値を用いてもよい。

ステップＳ６では、ステップＳ５で算出した吸気弁１５の実バルブタイミングがステップＳ３で算出した目標バルブタイミングとなるようにＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７のデューティ制御を行ない、吸気弁１５のバルブタイミングを調整する。

ステップＳ７では、下式（２）を算出する。

ＶＶＴ偏差＝
ＶＶＴ目標バルブタイミング−ＶＶＴ実バルブタイミング…（２）
ステップＳ８では、ステップＳ２で読取った油温から油温ＯＴが第１の範囲（Ｔ１より高くＴ２（＞Ｔ１）より低い温度：仮判定区間）にあるか否かを判定するため、Ｔ１＜ＯＴのときはステップＳ９に進み、ＯＴ≦Ｔ１のときは本ルーチンを終了する。

ステップＳ９では、油温ＯＴが第２の範囲（Ｔ２より高い温度：本判定区間）にあるか否かを判定するため、ＯＴ＜Ｔ２のときは現在の油温は仮判定区間にあるとみなしステップＳ１０に進み、ＯＴ≧Ｔ２のときは現在の油温は本判定区間にあるとみなしステップＳ１１に進む。

ステップＳ１０では、ステップＳ７で算出したＶＶＴ偏差から油温の仮判定区間における第１標準偏差σ₁を求める。

ステップＳ１１では、ステップＳ７で算出したＶＶＴ偏差から油温の本判定区間における第２標準偏差σ₂を求める。

ここで、ＶＶＴ偏差から標準偏差σ（第１標準偏差σ₁、第２標準偏差σ₂）を求める方法について簡単に説明する。まず、ステップＳ７で算出したＶＶＴ偏差に基づき、図１５に示すようなＶＶＴ偏差の正規分布１５０１、１５０２を作成する。これらの正規分布を作成するには、多くのＶＶＴ偏差のデータをサンプリングすることが必要なため、エンジン運転後、約数１０分位を要する。サンプリングしたＶＶＴ偏差が、０〜５°ＣＡ、５〜１０°ＣＡ、…の何れの範囲のものか識別し、各範囲に識別されたＶＶＴ偏差の度数（出現回数）を全サンプリング数で割算して頻度（出現回数／全サンプリング数）を求め、図１５に示すような、横軸に偏差（°ＣＡ）、縦軸に偏差の頻度をとった正規分布を作成する。このように作成した正規分布から一般的な統計手法を用いて標準偏差σを求める。

ステップＳ１２では、ステップＳ１０で算出した第１標準偏差σ₁に係数ｋ１を乗じた値が異常判定値より低いか否かを判定し、第１標準偏差σ₁＊ｋ１＞異常判定値のときはステップＳ１３に進み、第１標準偏差σ₁＊ｋ１≦異常判定値のときは本ルーチンを終了する。ここで、ｋ１は第１標準偏差からの偏差の許容値を決定するために設定する係数である。

ステップＳ１３では、仮判定フラグを立てる。

ステップＳ１４では、ステップＳ１２同様に、ステップＳ１１で算出した第２標準偏差σ₂に係数ｋ２を乗じた値が異常判定値より低いか否かを判定し、第２標準偏差σ₂＊ｋ２＞異常判定値のときはステップＳ１５に進み、第２標準偏差σ₂＊ｋ２≦異常判定値のときはステップＳ１６に進む。ここで、ｋ２は第２標準偏差からの偏差の許容値を決定するために設定する係数である。

ステップＳ１５では、ＶＶＴの異常判定フラグを立て、車両に装着されている表示パネル上に表示して運転者にＶＶＴの異常を知らせ、作動油の交換を促す。

ステップＳ１６では、仮判定フラグが立っているか否かを判定し、仮判定フラグ＝１（ＯＮ）のときはステップＳ１７に進み、仮判定フラグ＝０（ＯＦＦ）のときはステップＳ１８に進む。

ステップＳ１７では、車両に装着されている表示パネル上に表示して運転者に作動油（オイル）が劣化し作動油の交換時期が近いことを知らせる。

ステップＳ１８では、ＶＶＴは正常と判定し、ＶＶＴの異常判定フラグを０にする。

以上のように、本発明の第５制御ルーチンで実行する判定手段は、目標バルブ作動特性値と実バルブ作動特性値との偏差のバラツキから正規分布を算出する第１算出手段（ステップＳ１０、Ｓ１１）と、正規分布から偏差の標準偏差値を算出する第２算出手段（ステップＳ１０、Ｓ１１）と、動弁機構２００を駆動する作動油の油温が所定温度より高く、かつ標準偏差値が所定の範囲を超えているとき、ＶＶＴ１７は異常であると判定する異常判定手段（ステップＳ１４）と、を備え、上述したように、これらの手段は、それぞれのステップの実行により達成される。

また、第５制御によれば、作動油の油温が高いときに、油圧に基づかずＶＶＴ異常判定できるので、ＶＶＴ異常の誤判定を防止できる。

以上説明したように、第一発明による内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置によれば、作動油の油温が高温で油圧が低くＶＶＴの応答が悪いとき、または油温が低温で油圧が高くＶＶＴの応答が悪いときに、ＶＶＴの異常を誤ることなく判定する内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置を提供することができる。

また、第二発明による内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置によれば、作動油の油温が高温でＶＶＴの応答が悪いときに、油圧に基づかずＶＶＴの異常を誤ることなく判定する内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置の概略構成図である。図１に示す可変バルブタイミング機構の動弁機構の動作説明図である。本発明によるＶＶＴ異常検出装置の第１制御ルーチンの流れ図である。油温と油圧から油流量を算出するマップを示す図であり、（Ａ）は油温と油圧との関係を実験的に求めて作成したマップを示す図であり、（Ｂ）は油温と油流量との関係を理論的に求めて作成したマップを示す図であり、（Ｃ）は油圧と油流量との関係のマップを示す図である。本発明によるＶＶＴ異常検出装置の第２制御ルーチンの流れ図である。油温から油粘度を算出するマップを示す図である。油粘度から基準ＶＶＴ応答速度と判定時間を算出するマップを示す図である。油温から基準ＶＶＴ応答速度と判定時間を算出するマップを示す図である。本発明によるＶＶＴ異常検出装置の第３制御ルーチンの流れ図である。図９に示す流れ図のステップＳ２とＳ３を他の処理に置換えた例を示す図である。（Ａ）はＶＶＴの正常状態、オイル劣化状態およびＶＶＴの異常状態における油温と基準ＶＶＴ応答速度の各関係を示す図であり、（Ｂ）はＶＶＴの正常状態、オイル劣化状態およびＶＶＴの異常状態に対する仮判定と本判定の結果のテーブルを示す図である。本発明によるＶＶＴ異常検出装置の第４制御ルーチンの流れ図である。ＶＶＴの正常状態、オイル劣化状態および異常状態における基準ＶＶＴ応答速度の変化が一定になる油温を示す図である。本発明によるＶＶＴ異常検出装置の第５制御ルーチンの流れ図である。ＶＶＴ偏差の正規分布を示す図である。

符号の説明

１１エンジン
１２クランク軸
１３吸気カム軸
１４排気カム軸
１５吸気弁
１６排気弁
１７可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）
１８オイルポンプ
２１オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
２２油温センサ
２３カム軸センサ
２４クランク軸センサ
２５水温センサ
２９吸気温センサ
３２吸気圧センサ
３６油圧センサ
４０エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims

内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の異常を判定する判定手段と、前記可変バルブタイミング機構の前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータと、を備える内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置において、
前記判定手段が、
前記可変バルブタイミング機構の応答速度を算出する第１算出手段と、
前記アクチュエータを駆動する作動油の油温の増分（ΔＯＴ）に対する前記第１算出手段により算出された前記可変バルブタイミング機構の応答速度の増分（ΔＲＶ）の変化率（ΔＲＶ／ΔＯＴ）を算出する第２算出手段と、
前記変化率（ΔＲＶ／ΔＯＴ）が前記油温の増加にともない減少する時の油温を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された油温が所定温度より低く、かつ前記第１算出手段により算出された応答速度が所定応答速度より高いとき、前記可変バルブタイミング機構は正常であると判定する正常判定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置。
前記検出手段により検出された油温が所定温度より高く、かつ前記第１算出手段により算出された応答速度が所定応答速度より高いとき、前記可変バルブタイミング機構のオイルが劣化していると判定する、
請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置。
前記第１算出手段により算出された応答速度が所定応答速度より低いとき、前記可変バルブタイミング機構は異常であると判定する、
請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング機構の異常検出装置。