JP6637839B2 - 故障診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載機器の診断を行う故障診断装置に関する。

以前より、エンジンの回転速度等に合わせて吸気弁の動作タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を備えた車両がある。可変バルブタイミング機構は、油圧制御弁による進角室と遅角室とへの油圧の振り分けによって、インテークカム軸に対するタイミングプーリの固定位置を回転方向に変化させる。これにより、エンジンの吸気弁の動作タイミングが変化する。

また、車載機器の診断を行う車載故障診断装置（ＯＢＤ：on-board diagnosis）を備えた車両も一般的である。車載故障診断装置の診断対象には、可変バルブタイミング機構の油圧制御弁が含まれる場合がある。診断対象を油圧制御弁とした場合、通常、車載故障診断装置は、クランク軸の回転角とインテークカム軸の回転角とから可変バルブタイミング機構の作動量を検出し、この検出値と目標値との偏差から油圧制御弁の故障診断を行う。

ところで、車載機器の中にはクリーニング機能を有するものがある。一般に、可変バルブタイミング機構の油圧制御弁は、クリーニング機能を有する車載機器に該当し、スプール弁を大きなストロークで動かしてスプール弁とハウジングとの間に混入した異物を排出する機能を備える。

また、従来、油圧制御弁のクリーニング技術について、幾つか提案されている。例えば特許文献１には、作動油の供給状態が低圧状態である場合にクリーニング処理を行うことが示されている。また、特許文献２には、油圧制御弁の所定開度以下に絞っている状態が所定時間以上継続したときにクリーニング条件を成立とすることが示されている。特許文献３には、油圧制御弁の制御デューティが設定範囲外となる継続時間が所定時間以上経過した場合にクリーニングモードで運転することが示されている。

特開２００９−２７０４８７号公報 特開２００５−２９９６７６号公報 特開２００３−２２２０３４号公報

上述した可変バルブタイミング機構の油圧制御弁のように、クリーニング機能を有する車載機器が、車載故障診断装置の診断対象となる場合がある。

しかしながら、従来の車載故障診断装置では、このような場合でも、車載機器のクリーニング機能と車載機器の診断とを連携させて行うことがなかった。クリーニング機能と診断機能との連携がないと、例えばクリーニングにより車載機器の異常から復旧できる場合でも、クリーニングが実施されないために故障と診断されてしまうという課題が生じる。

本発明は、クリーニング機能による復旧作用を活用して不要な故障の診断を少なくできる故障診断装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の故障診断装置は、
車載機器の診断と前記車載機器のクリーニングの制御とを行う制御部と、
前記車載機器の作用により変化する物理量の検出を行う検出部と、
を備え、
前記制御部は、前記検出部の検出値を用いて算出される診断パラメータと同じパラメータに基づいて前記クリーニングの要否を判定し、前記検出部の検出値を用いて算出される前記診断パラメータに基づいて前記車載機器の診断を行い、前記診断の結果から前記クリーニングが必要と判定した場合に、前記診断の周期以外で、車両の運転状態に基づいて前記クリーニングを実施し、実施後に前記クリーニングの実施回数を加算し、かつ、前記診断パラメータと前記クリーニングの実施回数とに基づいて前記車載機器の故障を判定することを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の故障診断装置において、
前記車載機器は、可変バルブタイミング機構を制御する油圧制御弁であり、
前記検出部はクランク軸とインテークカム軸との回転角の差を検出することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の故障診断装置において、
前記診断パラメータは、前記物理量の検出値と目標値との偏差に関するパラメータであることを特徴としている。

本発明によれば、クリーニング機能による復旧作用を活用して不要な故障の診断を少なくすることができる。

本発明の実施形態の可変バルブタイミング機構、油圧制御弁、および制御装置を示す構成図である。 ＥＣＵにより実行される制御処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の可変バルブタイミング機構、油圧制御弁、および制御装置を示す構成図である。図１において、制御装置３０は、本発明に係る故障診断装置の一例に相当し、油圧制御弁（ＯＣＶ：oil control valve）２０は、本発明に係る車載機器の一例に相当する。また、可変バルブタイミング機構１０は、油圧制御弁２０の作用によって駆動する機構である。続いて、これらの詳細について説明する。

可変バルブタイミング機構１０は、クランク軸の回転角とインテークカム軸３の回転角との差を連続的に変化させて、エンジンの吸気弁の動作タイミングを変化させる機構である。可変バルブタイミング機構１０は、油圧が加えられる進角室１３１および遅角室１３２を有し、これらの油圧の変化によってインテークカム軸３に対するタイミングプーリ２の固定位置を回転方向に変化させる。なお、クランク軸の回転角とインテークカム軸３の回転角との差とは、クランク軸とインテークカム軸３との回転位相差と言い換えてもよい。

図１の可変バルブタイミング機構１０は、詳細にはベーンロータ方式を採用した一例であり、ベーンロータ１４と、油圧室１３を有するハウジング１２とを備える。ベーンロータ１４は回動可能にハウジング１２に収容され、ベーンロータ１４のベーン１４１が油圧室１３に配置される。ベーン１４１で仕切られた油圧室１３の一方が進角室１３１となり、他方が遅角室１３２となる。ベーンロータ１４はインテークカム軸３と回転トルクを伝達可能に連結されている。ハウジング１２はタイミングプーリ２に固定されている。このような構成により、進角室１３１と遅角室１３２とに油圧が振り分けられることで、ベーンロータ１４がハウジング１２に対して相対的に回動し、これによりインテークカム軸３に対するタイミングプーリ２の固定位置が回転方向に変化する。

油圧制御弁２０は、油圧によって可変バルブタイミング機構１０を駆動する車載機器である。油圧制御弁２０は、ハウジング２１、スプール弁２２、および電磁アクチュエータ２３を備える。ハウジング２１には、オイルポンプ４０からオイルが供給される供給口２１１と、可変バルブタイミング機構１０へオイルを出力する２つの送出口２１２、２１３と、オイルを排出するドレン口２１４とが設けられている。２つの送出口２１２、２１３は、それぞれ油通路２６、２７を介して可変バルブタイミング機構１０の進角室１３１と遅角室１３２とに連通している。スプール弁２２は電磁アクチュエータ２３の動作によりハウジング２１内を移動して、２つの送出口２１２、２１３の開度を変化させる。これらの開度の変化により、油圧制御弁２０の油圧の振り分けが行われる。

制御装置３０は、制御部としてのＥＣＵ（electronic control unit）３１と、インテークカム軸の回転角を検出するカム位置センサ３２と、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ３３とを備えている。カム位置センサ３２とクランク角センサ３３とは本発明に係る検出部の一例に相当する。

ＥＣＵ３１は、油圧制御弁２０の駆動制御に加えて、油圧制御弁２０の診断と、油圧制御弁２０のクリーニング制御とを行う。ＥＣＵ３１には、他のＥＣＵから、エンジン回転速度、スロットルポジション、およびキースイッチの開閉状態などの運転状態情報が入力される。なお、ＥＣＵ３１はエンジンコントロールユニットであってもよい。また、運転状態情報はセンサ等からＥＣＵ３１へ直接に入力される構成としてもよい。

続いて、ＥＣＵ３１により実行される制御処理について説明する。図２は、ＥＣＵにより実行される制御処理の手順を示すフローチャートである。

この制御処理は、例えばエンジン稼動中に実行される。この制御処理が開始されると、ＥＣＵ３１は、先ず、油圧制御弁２０の駆動制御を行う（ステップＳ１）。ステップＳ１の処理は、図２の制御処理中、ループ処理により繰り返し実行され、この繰り返しの処理により油圧制御弁２０のデューティ制御が実現される。デューティ制御とは、エンジンの１サイクル毎或いは１単位時間毎に駆動信号のオン／オフの割合が調整され、エンジンの１サイクル毎或いは１単位時間毎に駆動信号を出力する制御を意味する。デューティ制御において、ＥＣＵ３１は、可変バルブタイミング機構１０の現在の作動量を表わす検出値と、可変バルブタイミング機構１０の次のサイクルの作動量を表わす目標値とに基づいて、駆動信号のデューティ比を決定する。可変バルブタイミング機構１０の作動量は、カム位置センサ３２およびクランク角センサ３３の両出力から算出される。デューティ比が決定されると、ＥＣＵ３１は、この駆動信号を油圧制御弁２０へ出力する。

１回の駆動制御が終わると、次に、ＥＣＵ３１は、現在のタイミングが診断周期であるか否かを判別し（ステップＳ２）、診断周期であればステップＳ８へ処理を移行し、診断周期でなければステップＳ３へ処理を移行する。

その結果、診断周期と判定された場合には、ＥＣＵ３１は、油圧制御弁２０の診断処理を行う（ステップＳ８）。診断処理では、ＥＣＵ３１は、診断周期内の各サイクルにおける可変バルブタイミング機構１０の作動量と目標値との偏差を算出する。さらに、ＥＣＵ３１は、これらの偏差から診断パラメータを算出し、この診断パラメータを閾値と比較して油圧制御弁２０の診断を行う。診断パラメータとしては、診断周期内の各サイクルの偏差、診断周期内で偏差が閾値を超過した時間、或いは、診断周期内の各サイクルの偏差の積算値等を採用できる。

診断処理を終えると、ＥＣＵ３１は、診断処理の結果が異常か正常か判定する（ステップＳ９）。その結果、正常であれば、ＥＣＵ３１は正常時の制御処理を行う（ステップＳ１０）。正常時の制御処理には、後述するクリーニング要求フラグがセットされていた場合に、これを解除する処理が含まれていてもよい。正常時の制御処理を行ったら、ＥＣＵ３１は、ステップＳ１へ処理を戻す。

ステップＳ９の判定処理で異常と判定された場合、ＥＣＵ３１はクリーニング実施回数を判定する（ステップＳ１１）。クリーニング実施回数は、後述するステップＳ７でＥＣＵ３１により計数される。計数されたクリーニング実施回数は、例えば車両のキースイッチがオフされてもリセットされずにＥＣＵ３１内に保持されるように構成されている。

なお、計数されたクリーニング実施回数は、例えば外部からＥＣＵ３１へのリセット操作によってリセットされる構成とし、油圧制御弁２０がメンテナンスされた際にこのようなリセット操作が行われるようにするとよい。または、車両のバッテリーが外された際に、計数されたクリーニング実施回数がリセットされるように構成されてもよい。

ステップＳ１１の判定の結果、クリーニング実施回数が閾値以上（例えば２回以上）であれば、ＥＣＵ３１は、油圧制御弁２０の故障と判定し、例えば油圧制御弁２０の故障の報知を行うなどの故障処理を行って（ステップＳ１２）、この制御処理を終了する。

つまり、ＥＣＵ３１は、診断パラメータに基づいて油圧制御弁２０の診断を行い（ステップＳ８）、診断結果が異常で、クリーニング実施回数が閾値以上である場合に、油圧制御弁２０が故障と判定している。

一方、ステップＳ１１の判定の結果、クリーニング実施回数が閾値未満であれば、ＥＣＵ３１は、油圧制御弁２０のクリーニングの要求を表わすクリーニング要求フラグをセットする（ステップＳ１３）。

つまり、ＥＣＵ３１は、診断パラメータに基づいて油圧制御弁２０の診断を行い（ステップＳ８）、診断結果が異常で、クリーニング実施回数が閾値未満である場合に、クリーニングが必要であると判断し、それ以外の場合にクリーニングが不要と判断している。言い換えれば、ＥＣＵ３１は、診断パラメータとクリーニング実施回数とに基づいてクリーニングの要否を判定している。

前述したステップＳ２の判別処理で診断周期でないと判別されると、次に、ＥＣＵ３１は、クリーニング要求フラグがセットされているか否かを判別する（ステップＳ３）。その結果、このフラグがセットされていなければ、ＥＣＵ３１は、処理をステップＳ１に戻す。

一方、クリーニング要求フラグがセットされていれば、ＥＣＵ３１は、運転状況情報から、クリーニングを実施できる運転条件を満たしているか否かを判定する（ステップＳ４）。ここでは、クリーニングを実施できる要件として、可変バルブタイミング機構１０のクリーニング動作がエンジンの燃焼に影響を与えない、或いはこの影響が少なくなる運転状態を採用すればよい。具体的には、減速時の燃料カット中、並びに、キースイッチがオフされてから電磁アクチュエータ２３の電源が停止されるまでのディレイ期間中などを、クリーニングの実施を許可する要件とすることができる。

ステップＳ４の判定の結果、クリーニングを実施できる運転条件でなければ（ステップＳ４の「ＮＧ」）、ＥＣＵ３１は処理をステップＳ１へ戻す。一方、クリーニングを実施できる運転条件であれば（ステップＳ４の「ＯＫ」）、ＥＣＵ３１は油圧制御弁２０のクリーニングを実施する（ステップＳ５）。クリーニングは、例えば、スプール弁２２を大きなストロークで動かすことで実施される。クリーニングは、オイルポンプ４０による油圧の供給が有っても無くても実施できる。

このように、ステップＳ９〜Ｓ１３の処理によりクリーニング要求フラグがセットされた場合には、ステップＳ３〜Ｓ５の処理により、クリーニングに適した運転状況で、油圧制御弁２０がクリーニングされるようになっている。

クリーニングを実施したら、続いて、ＥＣＵ３１は、クリーニング要求フラグを解除し（ステップＳ６）、クリーニング実施回数の計数を行って（ステップＳ７）、処理をステップＳ１へ戻す。

上記のような制御処理によって、互いに連携した油圧制御弁２０の診断処理とクリーニングの制御とが、油圧制御弁２０の駆動制御に加えて実現される。

以上のように、本実施形態に係る故障診断装置（制御装置３０）によれば、油圧制御弁２０のクリーニングの要否の判定と、油圧制御弁２０の診断とが、同じ診断パラメータに基づいて行われる。よって、油圧制御弁２０の故障診断とクリーニング制御の連携が図られ、クリーニングによる復旧作用を活用して不要な故障の診断を少なくすることができる。

また、本実施形態の故障診断装置（制御装置３０）によれば、油圧制御弁２０のクリーニングが必要と判定された後、車両の運転状態に基づいてクリーニングが実施される。従って、クリーニングの動作がエンジンの燃焼処理に弊害を与えてしまうような状況を回避することができる。

また、本実施形態においては、診断およびクリーニングの対象が可変バルブタイミング機構１０を制御する油圧制御弁２０であり、ＥＣＵ３１はクランク軸とインテークカム軸３との回転角の差を検出する。そして、これらの検出値を用いて診断パラメータが算出される。従って、ＥＣＵ３１は、この診断パラメータを用いることで、容易に油圧制御弁２０の診断を行うことができ、さらに、診断と連携して適正なクリーニングの要否の判定を行うことができる。

さらに、本実施形態の故障診断装置（制御装置３０）によれば、診断パラメータとして、上記回転角の差の検出値と目標値との偏差に関するパラメータを算出する。従って、ＥＣＵ３１は、より容易で正確な油圧制御弁の診断、並びに、より適正なクリーニングの要否の判定を行うことができる。

さらに、本実施形態の故障診断装置（制御装置３０）によれば、診断パラメータとクリーニングの実施回数とに基づいて油圧制御弁２０の故障の判定を行うので、故障の判定の前には所定回数のクリーニングが実施されることになる。よって、クリーニングによる復旧作用により不要な故障の診断をより少なくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、診断およびクリーニングを行う車載機器として、可変バルブタイミング機構１０を駆動する油圧制御弁２０を一例として示した。また、車載機器の作用により変化し、且つ、診断パラメータを算出するために検出される物理量として、クランク軸の回転角とインテークカム軸３の回転角との差（回転位相差）を一例として示した。しかし、診断およびクリーニングを行う車載機器と、車載機器の作用により変化し且つ診断パラメータを算出するために検出される物理量とは、これらに限られない。車載機器としては、例えば、可変容量式のオイルポンプに作用してオイルの吐出量を変化させる制御弁（例えばソレノイドバルブ）、ターボチャージャーの排気バイパス弁（waste gate valve）、エンジン冷却水の流量コントロール弁などを対象としてもよい。また、車載機器の作用により変化し且つ診断パラメータを算出するために検出される物理量としては、例えば対象が上記のオイルポンプの制御弁の場合には、オイルの吐出圧を採用できる。また、対象が上記の排気バイパス弁の場合には、検出される物理量として過給圧を採用できる。また、対象が上記の流量コントロール弁の場合には、検出される物理量としてエンジン冷却水の温度を採用できる。

さらに、上記の実施形態では、診断パラメータとして、現在の検出値と目標値との偏差、偏差が閾値を超過した時間、および、偏差の積算値を示したが、診断パラメータはこれらに限られない。診断パラメータとしては、偏差を用いて算出されたその他のパラメータを用いてもよいし、車載機器の診断ができれば偏差以外の値から算出されるパラメータを用いてもよい。

また、上記の実施形態では、クリーニングを実施する運転条件として、減速時の燃料カット中、および、キースイッチのオフから電源が停止されるまでのディレイ期間中を示した。しかし、クリーニングを実施する運転条件は、例えば、アイドリングストップによるエンジン停止中など、車載機器のクリーニング動作が車両の運転の支障となる要素が少なくなる条件が採用されればよい。

また、上記の実施形態では、１つのＥＣＵが、車載機器の駆動制御、診断およびクリーニング制御を行う構成を示したが、車載機器の駆動制御と、診断と、クリーニング制御とが、別個のＥＣＵにより行われる構成としてもよい。また、上記の実施形態では、可変バルブタイミング機構がエンジンの吸気弁の動作タイミングを変化させる機構と説明したが、排気弁の動作タイミングを変化させる機構としてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

２ タイミングプーリ
３ インテークカム軸
１０ 可変バルブタイミング機構
２０ 油圧制御弁
２１ ハウジング
２２ スプール弁
２３ 電磁アクチュエータ
３０ 制御装置（故障診断装置）
３１ ＥＣＵ（制御部）
３２ カム位置センサ（検出部）
３３ クランク角センサ（検出部）

Claims (3)

1. 車載機器の診断と前記車載機器のクリーニングの制御とを行う制御部と、
   前記車載機器の作用により変化する物理量の検出を行う検出部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記検出部の検出値を用いて算出される診断パラメータと同じパラメータに基づいて前記クリーニングの要否を判定し、前記検出部の検出値を用いて算出される前記診断パラメータに基づいて前記車載機器の診断を行い、前記診断の結果から前記クリーニングが必要と判定した場合に、前記診断の周期以外で、車両の運転状態に基づいて前記クリーニングを実施し、実施後に前記クリーニングの実施回数を加算し、かつ、前記診断パラメータと前記クリーニングの実施回数とに基づいて前記車載機器の故障を判定することを特徴とする故障診断装置。
2. 前記車載機器は、可変バルブタイミング機構を制御する油圧制御弁であり、
   前記検出部はクランク軸とインテークカム軸との回転角の差を検出することを特徴とする請求項１記載の故障診断装置。
3. 前記診断パラメータは、前記物理量の検出値と目標値との偏差に関するパラメータであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の故障診断装置。

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