JPH04159426A - 可変バルブタイミングシステムの故障診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の吸排気弁のバルブタイミングを変更
する可変バルブタイミングシステムの故障を診断する故
障給断装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、エンジンの吸排気弁のバルブタイミングを、エ
ンジンの運転状態に応じて変えることが望ましい。

そこで、従来より様々な可変バルブタイミングシステム
が提案されており、エンジンの運転状態に応じて吸排気
弁のバルブタイミングを変更するようにしている。

ところが、このような可変バルブタイミングシステムが
設けられた機関の、可変バルブタイミング装置の故障時
において、吸排気弁のバルブタイミングが、あるバルブ
タイミングに固定されると、バルブタイミングが異なる
他の運転状態に悪い影響を与えるという不具合が生じる
０例えば、高負荷用のバルブタイミングから、低負荷用
のバルブタイミングへの切り換えが不能となった場合に
は、低負荷時においても高負荷用のバルブタイミングに
従って運転されることとなるので、オーバーランプ量が
大きすぎるためにガスの吹き抜は等が発生し、これに従
って燃焼室への空気の充填量が減少し燃焼性が悪化する
。特にアイドル時の場合、このようなエンジンにおいて
は通常、低負荷用バルブタイミングによって運転される
ようになっているため、高負荷用バルブタイミングで運
転されるとオーバーラツプ量が大きすぎて残留ガス量が
増大し、エンジンストールが発生する恐れがある。

そこで、吸排気弁のバルブタイミングを可変的に制御で
きる可変バルブタイミングシステムが設けられた機関に
おいて、可変バルブタイミング装置に故障が生じたとき
に、所定のバルブタイミングに強制的に戻し、一定の運
転性能を確保するようにした可変バルブタイミングシス
テムの故障診断装置が特開昭６０−１５９４０９号公報
によって提案されている。これによれば、可変バルブタ
イミング装置の移動部材に連係するポジションセンサが
設けられ、制御回路によって指示された移動部材の目標
位置とそのポジションセンサによって実測された移動部
材の位置とを比較し、実測の位置が指示された目標位置
でない状態が所定時間以上続けば故障と判定するように
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記のような可変バルブタイミングシステム
の場合、故障診断のために前記ポジションセンサ等、特
別な装置が必要となるため、コストの増大、製造性の悪
化、システムの複雑化等の問題があった。

従って本発明では、前記移動部材の位置をパラメータと
せず、その代用値として、各諸条件を固定としたとき、
バルブタイミングに対して、線形な関係となる他のパラ
メータのうち、従来より機関の制御に使用していたパラ
メータを用いて故障診断を行うことにより、故障診断装
置として特別な装置を設けることなく、上記問題を解決
することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明の構成が、第１図のクレーム
対応図に示される。すなわち本発明は、内燃機関Ａの吸
排気弁のバルブタイミングを可変とする可変バルブタイ
ミング装置Ｂと、該可変バルブタイミング装置Ｂを機関
の運転状態に応じて作動させる制御手段Ｃとを有する可
変バルブタイミングシステムＤの故障診断装置Ｅであっ
て、該故障診断装置Ｅは、前記制御手段Ｃによって指示
されたバルブタイミング及び機関Ａの運転状態に基づく
吸気管負圧を演算する吸気管負圧演算手段Ｆと、実際の
吸気管負圧を検出する実吸気管負圧検出手段Ｇと、前記
吸気管負圧演算手段Ｆによって求められた吸気管負圧と
前記実吸気管負圧検出手段Ｇによって検出された実測の
吸気管負圧とを比較し、その差が所定値以上のとき故障
と判定する故障判定手段Ｈとを有することを特徴とする
。

〔作　用〕

前記制御手段が、そのときの運転状態に応じたバルブタ
イミングとなるよう前記可変バルブタイミング装置に指
示すると、前記吸気管負圧演算手段により、そのとき前
記１１８手段が指示したバルブタイミングと、そのとき
の機関運転状態に基づき、吸気管負圧が推定演算される
。同時に、前記実吸気管負圧検出手段によりそのときの
実際の吸気管負圧が検出される。次に、前記故障判定手
段により、演算された吸気管負圧と実測の吸気管負圧と
が比較され、その差が所定値以上であれば故障と判定さ
れる。

従って、故障診断装置として、特別に新たな装置を必要
とせず、従来から機関に設けて使用されている吸気管圧
力センサを流用するため、コストの低減、システムの簡
素化が果たせる。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明による実施例を説明する。

第２図は本実施例による可変バルブタイミングシステム
の全体構成図を示す。

１は吸気弁、２は排気弁、３ば吸気用カムシャフト、４
は排気用カムシャフト、５は吸気管、６はピストン、７
は点火栓である。

この内燃機関は所謂ＤＯＨＣ型の内燃機関であり、吸気
用、排気用のカムシャフトそれぞれは、その軸端にタイ
ミングプーリ８．９が取り付けられ、タイミングベルト
（図示せず）によってクランク軸上のプーリ　（図示せ
ず）に巻き掛けられている。

これらカムシャフト８．９の回転中に、吸気弁１、排気
弁２が開弁することは周知の通りである０本実施例では
吸気用カムシャフト３に後述する可変バルブタイミング
装置１０が設けられ、吸気弁１のバルブタイミングを変
更できるようになっている。

吸気管には吸気圧力センサ１３が高度補正用の大気圧検
出手段として設けられており、イブニラシランスイッチ
ＯＮの直後、または低回転であってスロットル開度が全
開のとき、吸気管圧力は大気圧に等しいものとして吸気
管圧力センサからの信号を取り込み、大気圧の高低によ
り燃料噴射量を制御する０例えば、機関の回転数が所定
回転数以下でかつスロットル開度が全開であるとき、前
記吸気管圧力センサからの信号を取り込み、その信号が
ほぼ大気圧に等しいとして、検出された大気圧より吸入
空気量を算出し、その吸入空気量に応じた燃料噴射量と
なるよう燃料噴射量を補正制御する。

吸気管圧力センサ１３は、可変バルブタイミング装置１
００制御回路１１にもその検出信号を送っており、後述
する故障診断に実吸気管負圧信号として用いる。

１４は警告灯であり、システムの故障診断により故障が
判定されると点灯され、運転者に故障を知らせる。

尚、この発明は５ＯＨＣ型の内燃機関にも応用すること
ができるほか、可変バルブタイミング装置も公知の色々
なタイプのものが採用できる０例えば第３図のような構
成とすることができる。

第３図に示した本実施例に使用する可変バルブタイミン
グ装置について説明する。

吸気用カムシャフト３には、その軸端部周面に、インナ
スリーブ３１がノックピン３２および、ボルト３３によ
って、カムシャフト３と一体に取り付けられている。

そのインナスリーブ３１内周とカムシャフト３外周の間
にはタイミングプーリ８のボス部がカムシャフト３と相
対回動可能にかつ軸方向移動不能に挟持されている。

タイミングプーリ８には前記インナスリーブ３１外周側
を覆うようにカムシャフト３に同軸の筒状部３４が形成
されている。

前記インナスリーブ３１の外周面および、前記筒状部３
４の内周面には、それぞれその全周にわたりはす歯が形
成されており、インナスリーブ３１と前記筒状部３４の
間には内外周にはす歯を有するアウタスリーブ３５が前
記インナスリーブ３１外周の歯および前記タイミングブ
ー＋Ｊ　８の筒状部３４内周の歯に噛合するよう配設さ
れている。

アウタスリーブ３５はステップモータ３６の駆動部３７
に相対回動可能にベアリング３８を介して取り付けられ
ている。

ステップモータ３６の駆動部３７の外周面には外ネジが
形成されウオームギヤとして構成されており、前記ベア
リング３８の内周面には内ネジが形成され、前記ステッ
プモータ３６の駆動部３７と相対回動可能に噛合されて
いる。

また、前記ベアリング３８のステップモータ３６側は軸
方向に延長部３９が形成されており、該延長部３９の外
周面の一部には軸方向に溝４０が設けられ、ステップモ
ータ３６のハウジングに設けられた筒状のガイド部材４
１の内周面の一部に形成された突起部４２と係合し、前
記ベアリング３８の回転方向への移動を阻止すると共に
軸方向への相対移動を可能としている。

ステップモータ３６によりその駆動部３７が回転すると
その外周に噛合され回転方向への移動が阻止されている
ベアリング３８は軸方向へ移動し、更にはベアリング３
８に取り付けられたアウタスリーブ３５が軸方向に移動
する。

アウタスリーブ３５が軸方向に移動するとインナスリー
ブ３１とタイミングプーリ８の筒状部３４が相対回動し
、カムシャフト３とタイミングプーリ８との回転位相が
ずれることにより、バルブタイミングが変更される。

ここにおいて、前記ステップモータの駆動部３７が正転
すれば前記アウタスリーブ３５が第３図の右方に行きバ
ルブタイミングは進み側のタイミングとなり、駆動部３
７が逆転すればアウタスリーブ３５は左方に行きバルブ
タイミングは遅れ側になるとする。

バルブタイミングは、機関の運転状態、例えば機関回転
数Ｎｅ、負荷を代表するスロットル開度ＴＡ等で定まり
、例えば、機関回転数Ｎｅとスロットル開度ＴＡとにつ
いていえば第５図の如く等高Ｈｓ　ｖ　ｒ　。

Ｖ、、、、に従って変化する０本実施例では第５図の様
な等高線はテーブルとしてコンピュータのメモリに記憶
されており、機関の運転中に実測される回転数Ｎ（１％
スロットル開度ＴＡ等よりテーブル中の一点が目標バル
ブタイミング位置として計算設定され、可変バルブタイ
ミング装置１０に指示される。

可変バルブタイミング装置１０は、制御回路１１により
作動が制御されるが、制御回路１１はマイクロコンピュ
ータとしての機能を持つ、制御回路１１には種々の運転
状態検知センサ群からの信号が入力されている０回転数
センサ５２はクランク軸上に設けた検知片の位置に応じ
たパルス信号を発生する。

スロットル開度センサ５１はスロットル弁の全閉状態を
基準にスロットル弁の移動角度を検知する。

水温センサ５３はシリンダブロックのウォータジャケッ
ト内の冷却水に接触するように設けられ冷却水温ＴＩ−
を検知する。また吸気管圧力センサ５４は吸気管のスロ
ットル弁下流に設けられ、吸気管圧力Ｐ、を検知する。

制御回路１１はこれらのセンサ群からの信号を処理しス
テップモータの駆動信号を形成する。

第４図は制御回路１工の大略をブロック図として示すも
のである。入出力ボート５０はスロットル開度センサ５
１、回転数センサ５２、水温センサ５３、吸気管圧力セ
ンサ５４からの信号を受ける。出力ポートロ０は、ラッ
チ回路６１、ゲート６２を介してステップモータ３６の
ステータコイルに結線される。ステップモータ３６は、
複数の励磁コイルを持ち、磁化すべき励磁コイルを順次
選択することにより、所定方向に１ステツプ毎に回転す
る。ゲート６２は、そのような複数の励磁コイルのうち
の磁化すべき一部の励磁コイルを選択する役目を持つ、
また、ランチ回路６１は、ステップモータの回転すべき
方向および回転すべきステップ数をマイクロコンピュー
タより指令を受け、それを実行するようゲート６２の開
閉命令を所定シーケンスに従って出力する役目を負う、
尚、ステップモータ３６の詳細構造については、本発明
の特徴と無関係であるからここでは詳しい説明は省略す
る。

入出カポ−）５０及び出力ポートロ０はバス７０によっ
てマイクロコンピュータシステムの構成要素である、マ
イクロプロセシングユニット７１　（ＭＰＵ）、リード
オンリメモリ７２（ＲＯＭ）　、ランダムアクセスメモ
リ７３　（ＲＡＭ）に結線される。７４はクロック信号
発生器（ＣＬＯＣＫ）である、　ＲＯ？１７２には本実
施例のバルブタイミング切替制御および故障診断を実現
するルーチンがプログラムの形で格納されている。

？ｌＰＵ　７１はＲＯＭ　７２のかかる記憶内容に従っ
て、バルブタイミング制御を行う、このプログラムは第
７図にフローチャートとして示されており、以下このフ
ローチャートについて順を追って説明する。

第７図において１００はこのルーチンの開始を示し、所
定時間毎に実行される割込ルーチンである。

阿ＰＵ　７１にこの時間割込要求が入ると、この割込ル
ーチンが実行に移り、１０１では、現在の運転状態から
バルブタイミングの目標値Ｖ　５ｔｅｐの演算を行う、
即ち、ＭＰＵ　７１は、ＲＡＭ　７３の所定エリアに格
納されているスロットル開度センサ５１からのスロット
ル開度ＴＡのデータ及び回転数センサ５２からの回転数
Ｎｅのデータ、更には水温センサ５３からの冷却水温Ｔ
Ｈ−のデータを取り込む、　ＲＯＭ　７２には、第４図
の如き等高線データがテーブルとして記憶されておりＭ
ＰＵ　７１は実測したスロットル開度ＴＡ及び回転数Ｎ
ｅのデータよりそのときの目標バルブタイミングを例え
ばステップモータの、基準位置よりの回転角Ｖ　ｍｔａ
ｐとして計算する。そしてそのときの冷却水温ＴＨ１ｍ
に応じ必要な補正を行う。

次の１０２では、ＭＰＵ　７１はＲＡＭ　７３の所定エ
リアに格納されている現在のステップモータの回転角位
置Ｖ、。ｓｉｔを取り込み、上述の如く計算された目標
値Ｖ　５ｔｌｌ１１から減算する。この減算結果５ＴＥ
Ｐは目標値に対するバルブタイミングの偏差をステップ
モータの回転すべきステップ数として表したものである
。

１０３では、５ＴＥＰ＝０か否かの判定を行う。Ｙｅｓ
であればバルブタイミングが目標値からずれていないと
判断し、１２０へ進む。ＮＯであればバルブタイミング
が目標値からずれていると考えられ、１０４のステップ
に入る。

１０４では、５ＴＥＰ　＞　Ｏか否かを判定する。Ｙｅ
ｓであればステップモータ３６を正転させる方向に修正
すべきと判断し、１０５で回転方向標示フラグＤＩＲを
“０″とする。またＮＯであれば、ステップモータ３６
を逆転する方向に修正すべきと判断し、１０６で回転方
向標示フラグ旧Ｒを“１″とする。この場合、１０２で
計算されるステップモータの回転すべきステップ数５Ｔ
ＥＰは負となるから、１０７で絶対値をとり正符号に変
換する。

次の１０８のステップでは、ＤＩＲが１か否かの判定を
行う＊　Ｙｅｓであればステップモータ３６は逆転すべ
きであり１０９で逆転処理を行う。ＭＰＵ　７１は、前
回のステップ実行時のゲート６２のＯＮ、ＯＦＦから、
逆転すべきゲート６２のＯＮ、ＯＦＦ状態を計算し、出
力ポートロ０よりラフチロ１に書き込む。そのためステ
ップモータ３６は１ステツプ逆転する。もし、１０８で
Ｎｏの判定であればｌｌＯで同様にして正転処理が行わ
れる。次に１１１では、５ＴＥＰから１引いたものを５
ＴＥＰと置き換え、１１２では５ＴＥＰがＯか否かの判
定を行い、０となるまで１０８から１１１のステップを
繰り返す。その結果、ステップモータは、目標値と制御
値の偏差である１０２で計算されたステップ数だけ所定
方向に回転する。

１１２のステップでＹｅｓの判定であれば、１２０へ進
む。

１１２以降は可変パルプタイミング装置１０の故障診断
ルーチンである。

ステップ１００から１１２までにおいてバルブタイミン
グが目標値に設定完了すると、１２０で冷却水温ＴＯＷ
が７５℃以上であるか否かを判定する。ＮＯの判定であ
れば故障診断は行わす１２９へ進みルーチンを終了する
。　Ｙｅｓであれば１２１へ進み機関の回転数Ｎｅが９
００ｒｐ鋼から１ｌ１００ｒｐの範囲内にあるか否かを
判定する。Ｎｏの判定であれば故障診断は行わす１２９
へ進みルーチンを終了する。　Ｙｅｓであれば１２２へ
進みスロットル開度ＴＡが３０″未満であるか否かを判
定する。Ｎｏの判定であれば故障診断は行わす１２９へ
進みルーチンを終了する。　Ｙｅｓであれば１２３へ進
む。

１２３では、１０２で設定されたバルブタイミングと、
実測されたスロットル開度ＴＡとから、そのときの吸気
管負圧ｐｕｓの値を演算する。即ち、ＭＰＵ７１は、Ｒ
ＡＭ　７３の所定エリアに格納されているスロットル開
度センサ５１からのスロットル開度ＴＡのデータ及び回
転数センサ５２からの回転数Ｎｅのデータ、更には１０
１で設定されたバルブタイミングＶａｔ＠＃のデータを
取り込む、　ＲＯＭ　７２には、第６図の如き、回転数
ＮｅとバルブタイミングＶ　５ｔｅｐとスロットル開度
ＴＡと吸気管負圧ｐｕｓとが関連付けられたデータがテ
ーブルとして記憶されておりＭＰＵ　７１は実測したス
ロットル開度ＴＡ及び回転数Ｎｅのデータ及び１０１で
設定された目標位置Ｖ□０．から吸気管負圧Ｐ□が計算
される。

次の１２４では吸気管のスロットルバルブ下流側に設け
られた吸気管圧力センサ５４からの吸気管圧力のデータ
が現吸気管圧力Ｐ、として取り込まれる。

ステップ１２５では、既述した機関本体の制御手段１２
の燃料噴射系制御回路内に格納されている大気圧Ｐ０の
データを取り込み、１２４で取り込んだ現吸気管圧力Ｐ
、を減算する。この減算結果は実吸気管負圧Ｐ、である
。

ステップ１２６では、１２３にて計算された吸気管負圧
Ｐ０から１２５で得られた実吸気管負圧Ｐ、を減算し、
その絶対値が５　ＫＰａ以上であるか否かを判定する。

　Ｎｏの判定であれば正常であると判断し、１２９へ進
みルーチンを終了する。　Ｙｅｓであれば１２７へ進む
。

１２７では前回の時間カウンタＣｆａｉＬの値に１を加
算し、１２８へ進む。

１２８では時間カウンタＣｆａｉｌが所定値（例えば２
０）以上であるか否かを判定する。判定がＮｏであれば
そのまま１２９へ進みルーチンを終了する。

判定がＹｅｓであればここではじめて故障と判断され１
３０へ進み故障を運転者に知らせるよう警告灯１４を点
灯させる。

次の１３１では可変バルブタイミング装置を最遅側に戻
すため、バルブタイミングの目標値Ｖ　５ｔｅｐを０と
する。そして１３２でＶｌ、。ｓｉｔに２０を加えたも
のをＶ、。１□と入れ換える。

以下ステップ１０２に戻り再度１０２以降のルーチンの
実行により、アウタスリーブ３５は第２図の左方にスト
ッパに当たるところまで移動する。１３２で２０を加え
た意味は、確実にスト７バに当たるよう余裕値を加えた
ものである。かくして、故障が判定されたときにはバル
ブタイミングは最も遅れ側の値に戻される。

以上説明したように、本実施例ではバルブタイミングに
より計算される吸気管負圧と実測の吸気管負圧とを比較
することによって故障診断をする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、可変バルブタイ゛ミングシステムの故
障診断装置として、従来より高度補正用センサとして内
燃機関に備えられている吸気管圧力センサを流用するた
め、故障診断用センサとして特別なものを取り付ける必
要がなくコストの低減が果たせる。

また、吸気管圧力センサは可変バルブタイミング装置に
直接接触していないので可変バルブタイミング装置の作
動等によるセンサ部材の磨耗等の故障を防げる他、機関
に発注する高熱の影響を受けないため、熱によるセンサ
の劣化を防止できる等の効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の概要を表すブロック図を示す。 第２図は、本発明による可変バルブタイミングシステム
の全体構成図を示す。 第３図は、本実施例に使用する可変バルブタイミング装
置の構成図を示す。 第４図は、本実施例に使用する可変バルブタイミング装
置の制御回路の構成を示すブロック図である。 第５図は、機関回転数及びスロットル開度の組合せに対
するバルブタイミングの要求特性を示す線図、第６図は
、ある機関回転数（１０１０００ｒｐのときのスロット
ル開度と吸気管負圧との関係を種々のバルブタイミング
について表したグラフである。 第７図は、可変バルブタイミングシステムおよびその異
常診断の制御フローを示すフローチャートである。 符号の説明 ■・−吸気弁 ３−・吸気用カムシャフト ５−・吸気管 ８−・タイミングプーリ １０−・・可変バルブタイミング装置 １１−・制御回路 １３−・−眼気管圧カセンサ １４−・警告灯 Ｅ　故ｐ章Ｚ薯［ 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　内燃機関の吸排気弁のバルブタイミングを可変とする
   可変バルブタイミング装置と、 該可変バルブタイミング装置を機関の運転状態に応じて
   作動させる制御手段とを有する可変バルブタイミングシ
   ステムの故障診断装置であって、前記制御手段によって
   指示されたバルブタイミング及び機関の運転状態に基づ
   く吸気管負圧を演算する吸気管負圧演算手段と、 実際の吸気管負圧を検出する実吸気管負圧検出手段と、 前記吸気管負圧演算手段によって求められた吸気管負圧
   と前記実吸気管負圧検出手段によって検出された実測の
   吸気管負圧とを比較し、その差が所定値以上のとき故障
   と判定する故障判定手段とを有することを特徴とする可
   変バルブタイミングシステムの故障診断装置。