JPH06317114A - 可変バルブタイミング制御装置の自己診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】可変バルブタイミング制御装置において、電気
的な故障の他、機械的な故障も含めて故障診断が行える
ようにする。 【構成】スロットル弁開度ＴＶＯと回転速度Ｎｅとか
ら、吸入空気量の予測値ＱＨφを演算する（Ｓ２）。そ
して、エアフローメータで検出された空気量ＱＡ（Ｓ
１）と前記予測量ＱＨφとの偏差ＤＬＴＱを演算する
（Ｓ３）。ここで、可変バルブタイミングコントロール
ソレノイドがＯＮされて、吸気バルブの閉時期が早くオ
ーバーラップ量が大きいタイミングに制御されている場
合には（Ｓ５）、前記偏差ＤＬＴＱが所定値Ａ以下であ
るときに（Ｓ６）、システム故障を判定する（Ｓ８）。
一方、前記ソレノイドのＯＦＦ制御状態では、前記偏差
ＤＬＴＱが所定値Ｂ以上であるときに（Ｓ７）、システ
ム故障を判定する（Ｓ８）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可変バルブタイミング制
御装置の自己診断装置に関し、詳しくは、制御信号に応
じて内燃機関のバルブタイミングを可変制御する可変バ
ルブタイミング制御装置の故障を診断する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、機関の吸気バルブの開閉時期
を切り換えるバルブタイミング可変機構を機関運転条件
に応じて動作させる可変バルブタイミング制御装置を設
け、機関の高回転，高負荷時には吸気バルブと排気バル
ブの開状態のオーバーラップ量を大きくして、吸気慣性
力を利用して充填効率を高めることが行われている
（「新型車解説書（ＦＧＹ３２−１）」編集発行：日産
自動車株式会社 発行年月：１９９１年８月 等参
照）。

【０００３】上記のような可変バルブタイミング制御装
置では、例えば回転信号，吸入空気量信号などを入力す
る制御ユニットから出力される制御信号により、可変バ
ルブタイミングコントロールソレノイドをＯＮ・ＯＦＦ
させることで、バルブタイミング可変機構を動作させる
油圧を制御して、吸気バルブの開閉時期を切り換え制御
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な可変バルブタイミング制御装置の故障を診断する方法
としては、前記可変バルブタイミングコントロールソレ
ノイドに対して所期の制御信号が伝わっているか否か
を、可変バルブタイミングコントロールソレノイドの近
傍における信号ラインから制御信号を制御ユニット内に
取り込むことで確認する方法があった。

【０００５】しかしながら、かかる方法によると、例え
ばＯＮの制御信号が出力されているにも関わらず、実際
には可変バルブタイミングコントロールソレノイドがＯ
Ｎ制御に見合った動作状態に切り換わらずにＯＦＦ状態
のままである場合や、ソレノイドは正常に動作している
が油圧回路やバルブタイミング可変機構に異常があって
所期の切り換え制御が行われないような機械的な故障を
診断することができず、実際にはバルブタイミングが所
期状態に切り換わっていないのに、正常であると誤診断
してしまうことがあった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、機関の可変バルブタイミング制御装置において、
機械的な故障も含めた診断が行える自己診断装置を提供
し、診断性能を向上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、制御ユニット
から出力される制御信号に基づいて内燃機関のバルブタ
イミングを可変制御する可変バルブタイミング制御装置
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、開口面積検出手段は、可変制御され
る機関吸気系の有効開口面積を検出し、機関回転速度検
出手段は機関の回転速度を検出する。

【０００８】そして、予測空気量演算手段は、前記各検
出手段で検出される開口面積及び機関回転速度とに基づ
いて所定バルブタイミングにおける吸入空気量の予測値
を演算する。また、吸入空気量検出手段は、機関の吸入
空気量を検出する。ここで、自己診断手段は、吸入空気
量検出手段で検出される吸入空気量と前記予測空気量演
算手段で演算された吸入空気量の予測値との偏差を前記
制御信号に応じて判別することにより前記可変バルブタ
イミング制御装置の故障診断を行う。

【０００９】

【作用】かかる構成によると、吸気系の有効開口面積及
び機関回転速度によって所定バルブタイミングにおける
機関の吸入空気量が予測され、かかる予測空気量と、吸
入空気量検出手段で検出される実際の吸入空気量とが比
較される。前記バルブタイミングの切り換えは吸入効率
の変化を来し、例えば吸入効率が比較的低いバルブタイ
ミングに適合させて吸入空気量を予測演算させる場合に
は、バルブタイミングが吸入効率の高い側に切り換えら
れていれば、実際の吸入空気量は前記予測量よりも大き
くなり、また、バルブタイミングが吸入空気量の予測演
算を適合させたタイミングと同じ場合には、予測量と略
同等の空気量が検出されるはずである。

【００１０】従って、予測した吸入空気量と実測量との
偏差が、制御信号に応じたバルブタイミングに見合った
値になっているか否かをよって、制御信号に応じたバル
ブタイミングに実際に切り換えられているか否かを判別
できるものである。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図２は本
発明にかかる可変バルブタイミング制御装置の構成例を
示す図であり、かかる可変バルブタイミング制御装置が
適用される内燃機関は、吸気側カムシャフトと排気側カ
ムシャフトとをそれぞれ独立に備えたものである。

【００１２】この図２に示す可変バルブタイミング制御
装置は、吸気側カムスプロケット１に付設され、クラン
クシャフト（図示省略）と吸気側カムシャフト２との位
相を可変制御するバルブタイミング可変機構３と、該バ
ルブタイミング可変機構３の動作させるための油圧の供
給を制御する可変バルブタイミングコントロールソレノ
イド４と、該可変バルブタイミングコントロールソレノ
イド４にオン・オフの制御信号を機関の運転条件に応じ
て出力する制御ユニット５とによって構成される。

【００１３】前記可変バルブタイミングコントロールソ
レノイド４は、図３及び図４に示すように、基端側（図
３及び図４で上方側）に設けられたソレノイドのオフ
（非通電）状態では前記ロッド11はソレノイド側に退
き、ソレノイドのオン（通電）状態では、前記ロッド11
はソレノイドから離れる方向に伸びる。一方、前記ロッ
ド11を囲むように支持されたハウジング12の先端部に
は、該ハウジング12の内周面に案内されて軸方向に移動
する筒状の弁体13が内設されており、この弁体13は前記
ハウジング12先端部との間に介装されたコイルスプリン
グ14によってロッド11側に付勢されており、該付勢力に
よって弁体13はロッド11先端面に当接するようになって
おり、これにより、弁体13はロッド11の進退に連動して
軸方向に移動するようになっている。

【００１４】また、前記ハウジング12の先端側周壁に
は、図示しない油圧源から圧送される作動油をハウジン
グ12内周と弁体13内側とによって囲まれる空間内に導入
するための導入孔15が開口されている。また、弁体13に
は、導入孔15を介して導入した作動油を弁体13外側のハ
ウジング12内周とロッド11外周とによって囲まれる空間
に排出するための連通孔16が開口されている。更に、ハ
ウジング12内周とロッド11外周とによって囲まれる空間
に臨むドレーン孔17がハウジング12の周壁に開口されて
いる。

【００１５】ここで、可変バルブタイミングコントロー
ルソレノイド４のオフ（非通電）状態では、ロッド11が
ソレノイド側に退くことによって、弁体13がハウジング
12先端から離れ、この状態では弁体13の周壁と前記導入
孔15とが干渉せず、作動油は前記導入孔15を対してハウ
ジング12内に導入され、ハウジング12内で連通孔16を介
して移動し、ドレーン孔17から排出される。

【００１６】一方、可変バルブタイミングコントロール
ソレノイド４のオン（通電）状態では、ロッド11が弁体
13側に伸びることによって、弁体13がハウジング12先端
に向けて下降し、弁体13の周壁が前記導入孔15を内側か
ら閉塞することになるため、作動油はドレーン孔17を介
して排出されない状態となる。前記導入孔15に連通する
作動油通路18は、その上流側でバルブタイミング可変機
構３の作動油通路に連通しており、ソレノイド４のオフ
状態では、作動油が前記ドレーン孔17を介して排出され
ることによって、油圧がバルブタイミング可変機構３に
作用せず、ソレノイド４がオンされてドレーン孔17が閉
じられると、油圧がバルブタイミング可変機構３に作用
する。

【００１７】前記作動油通路18は、前記ソレノイド４に
至る前にカムシャフト２に設けられた作動油通路19に連
通しており、ソレノイド４がオン状態でソレノイド４側
から作動油が排出されない状態では、前記作動油通路19
に供給された作動油が、カムスプロケット１に設けられ
た作動油通路20を経由してカムスプロケット１内蔵のプ
ランジャー21の前面に達する。そして、プランジャー21
の前面に達した作動油は、その油圧によってプランジャ
ー21をカムシャフト２側に押し付けるように作用する。

【００１８】前記プランジャー21は、ヘリカルギヤ22で
カムスプロケット１及びカムシャフト２と噛み合ってい
るため、前記油圧によって押し付けられると、回転しな
がらストッパ位置まで軸方向に移動し、このときカムス
プロケット１は図示しないタイミングチェーンによって
固定されているから、カムシャフト２側がプランジャー
21と共に回転し、カムスプロケット１とカムシャフト２
との周方向の相対位置が変化する。

【００１９】一方、コントロールソレノイド４がオフさ
れると、ソレノイド４のドレーン孔17を介して作動油が
排出されることによって、前記プランジャー21をカムシ
ャフト２側に押し付ける力が無くなり、前記プランジャ
ー21はリターンスプリング23の付勢力よってカムシャフ
ト２側から離れた元の位置に戻ることになる。このよう
にして、本実施例の可変バルブタイミング制御装置で
は、吸気側カムシャフト２のクランクシャフトに対する
位相を変化させることで、作動角一定のまま吸気側カム
の位相を変化させるものであり、本実施例では、図５
（ａ），（ｂ）に示すように、ソレノイド４のオフ状態
では吸気バルブの開時期が遅れ、逆に、ソレノイド４の
オン状態では吸気バルブの開時期が早まり、排気バルブ
とのオーバーラップ量が増大するようになっている。

【００２０】前記ソレノド４のオン・オフは、制御ユニ
ット５からの制御信号によって制御されるようになって
おり、機関運転条件に応じて前記ソレノイド４をオン・
オフさせ、吸気バルブの開閉時期を運転条件に適合して
変化させるために、制御ユニット５には、クランク角セ
ンサ８（機関回転速度検出手段），エアフローメータ９
（吸入空気量検出手段）からの機関回転信号Ｎｅ，機関
吸入空気量信号Ｑが入力されるようになっている。

【００２１】そして、マイクロコンピュータを内蔵する
制御ユニット５は、前記吸入空気量信号Ｑと回転信号Ｎ
ｅとから機関負荷相当値を演算し、予め機関負荷と回転
とをパラメータとして設定されているバルブタイミング
制御マップ（図６参照）を参照して、ソレノイド４のオ
ン・オフを決定し、該決定に応じたオン・オフ制御信号
をソレノイド４に出力する。

【００２２】更に、本実施例では、上記構成の可変バル
ブタイミング制御装置の自己診断を行う機能を制御ユニ
ット５に設けてあり、前記自己診断を行うために、制御
ユニット５には、機関のスロットル弁（図示省略）の開
度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ10からの検出信号
が入力されるようになっている。尚、前記開度ＴＶＯ
が、本実施例において機関吸気系の有効開口面積を代表
する値であり、前記スロットルセンサ10が開口面積検出
手段に相当する。

【００２３】以下に、制御ユニット５における自己診断
の様子を、図７のフローチャートに従って説明する。
尚、本実施例において、予測空気量演算手段，自己診断
手段としての機能は、前記図７のフローチャートに示す
ように制御ユニット５がソフトウェア的に備えている。

【００２４】図７のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、
エアフローメータ９で検出された吸入空気量ＱＡを読み
込む。次のステップ２では、制御信号がＯＦＦでバルブ
タイミングとして図５（ａ）に示すように吸気バルブの
閉時期が遅く、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラ
ップ量が小さいバルブタイミングに固定されたときに得
られると予測される空気量ＱＨφを、機関回転速度Ｎｅ
とスロットル弁開度ＴＶＯとに基づいて演算する。

【００２５】次のステップ３では、前記予測空気量ＱＨ
φから実際の計測量ＱＡを減算して求められる空気量偏
差をＤＬＴＱにセットする。ステップ４では、車両が高
地走行状態であるか否かを、例えば大気圧センサの検出
データ等に基づいて判別する。尚、高地判定の方法は、
前記大気圧センサを用いるものに限定されるものではな
く、種々の公知の方法を用いることができる。

【００２６】高地走行状態であるときには、後述する空
気量の判定精度が悪化するので、診断を行うことなく、
そのまま本ルーチンを終了させる。高地走行状態でない
場合には、ステップ５へ進んで、ソレノイド４にＯＮ制
御信号が出力される運転条件であるか否かを判別する。
そして、ソレノイド４にＯＮ制御信号が出力される条件
のときには、ステップ６へ進み、前記偏差ＤＬＴＱと所
定値Ａとを比較する。

【００２７】ここで、前記予測空気量ＱＨφは、ソレノ
イド４がＯＦＦで吸気バルブの閉時期が遅くオーバーラ
ップ量の小さいバルブタイミングに適合されて予測され
たものであるから、実際にソレノイド４のＯＮ制御に対
応して、吸気バルブの閉時期が早くオーバーラップ量の
大きなバルブタイミグに切り換えられているときには、
吸入効率の増大によって、前記予測空気量ＱＨφよりも
多い空気量が得られるはずであり、正常動作時には、前
記偏差ＤＬＴＱは所定値Ａよりも大きいと判別される。

【００２８】一方、ソレノイド４にＯＮ制御信号を出力
しているにも関わらず、実際には、ソレノイド４のＯＦ
Ｆ制御状態に対応するバルブタイミングのままになって
いるような故障が生じた場合には、バルブタイミングの
切り換えに応じて吸入効率の向上効果が得られないか
ら、前記偏差ＤＬＴＱは所定値Ａよりも小さくなる。従
って、前記ステップ６で前記偏差ＤＬＴＱが所定値Ａよ
りも小さいと判別された場合には、少なくともバルブタ
イミングがＯＮ制御に見合ったタイミングになっていな
いと推定でき、この場合には、ステップ８へ進んで、可
変バルブタイミング制御システムの故障を判定する。

【００２９】また、ステップ５でソレノイド４にＯＦＦ
制御信号が出力される状態であると判別されたときに
は、ステップ７へ進み、前記偏差ＤＬＴＱが所定値Ｂ
（＜所定値Ａ）以上であるか否かを判別する。ソレノイ
ド４にＯＦＦ制御信号が出力されている状態は、スロッ
トル弁開度ＴＶＯと機関回転速度Ｎｅとに基づいて空気
量ＱＨφを予測するときの条件と同じバルブタイミング
になっているはずであるから、正常であれば、予測空気
量ＱＨφと実測量ＱＡとの偏差ＤＬＴＱは、誤差範囲内
の僅かな量となるはずである。しかしながら、ＯＦＦ制
御信号に対応してバルブタイミングが切り換わらずに、
ＯＮ制御状態に対応するバルブタイミングになっている
場合には、予測量ＱＨφを越える空気量が実測され、前
記偏差ＤＬＴＱは所定値Ｂを越える値を示すことにな
る。

【００３０】従って、ステップ７では、前記偏差ＤＬＴ
Ｑが所定値Ｂを越える場合には、何らかの故障が発生し
ているものと推定し、ステップ８へ進んで、システム故
障を判定する。このように、本実施例では、可変バルブ
タイミング制御装置の故障を、バルブタイミングの切り
換え状態に見合った空気量が得られているか否かによっ
て診断する構成であるから、制御信号の伝達系の電気的
故障のみならず、可変機構の機械的な故障も診断するこ
とができ、信頼性の高い診断結果を提供できることにな
る。

【００３１】尚、上記実施例では、スロットル弁開度Ｔ
ＶＯと機関回転速度Ｎｅとに基づいて空気量を予測演算
するときに、一定のバルブタイミングを前提とし、予測
空気量と実測量との偏差を判定するに当たってそのとき
の制御信号を考慮するようにしたが、そのときの制御信
号のＯＮ・ＯＦＦに応じてスロットル弁開度ＴＶＯと機
関回転速度Ｎｅとから異なる予測空気量ＱＨφを演算さ
せ、かかる予測空気量ＱＨφと実測量ＱＡとの偏差が所
定範囲内であることを正常判定条件としても良い。

【００３２】また、上記実施例では、作動角一定のまま
吸気バルブの開閉時期を可変としたが、開閉時期と共に
作動角（リフト量）を変化させる構成の可変バルブタイ
ミング制御装置であっても良く、また、作動角一定のま
まバルブタイミングを変える場合であっても、上記の可
変機構に限定されるものではないことは明らかである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、制
御ユニットから出力される制御信号に基づいて内燃機関
のバルブタイミングを可変制御する可変バルブタイミン
グ制御装置において、運転条件から予測演算される空気
量と実測量との偏差を、そのときの制御信号に応じて判
別することで、実際にバルブタイミングが制御信号に応
じて切り換えられているか否かを診断するようにしたの
で、制御信号出力系の電気的な故障の他、バルブタイミ
ング制御機構の機械的な故障についても診断することが
でき、信頼性の高い診断結果を提供できるようになると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】制御信号のオン状態における油圧制御の状態を
示す図。

【図４】制御信号のオフ状態における油圧制御の状態を
示す図。

【図５】制御信号による吸気バルブの開閉時期の変化を
示す図。

【図６】制御信号のオン・オフ制御領域を示す線図。

【図７】実施例の自己診断制御を示すフローチャート。

【符号の説明】

１ カムスプロケット ２ カムシャフト ３ バルブタイミング可変機構 ４ 可変バルブタイミングコントロールソレノイド ５ 制御ユニット ８ クランク角センサ ９ エアフローメータ 10 スロットルセンサ 18〜20 作動油通路 21 プランジャー 22 ヘリカルギヤ 23 リターンスプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｍ 15/00 Ｚ 7324−2Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御ユニットから出力される制御信号に基
   づいて内燃機関のバルブタイミングを可変制御する可変
   バルブタイミング制御装置の自己診断装置であって、 可変制御される機関吸気系の有効開口面積を検出する開
   口面積検出手段と、 機関の回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、 前記各検出手段で検出される開口面積及び機関回転速度
   とに基づいて所定バルブタイミングにおける吸入空気量
   の予測値を演算する予測空気量演算手段と、 機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、 該吸入空気量検出手段で検出される吸入空気量と前記予
   測空気量演算手段で演算された吸入空気量の予測値との
   偏差を前記制御信号に応じて判別することにより前記可
   変バルブタイミング制御装置の故障診断を行う自己診断
   手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする可変バルブタイミ
   ング制御装置の自己診断装置。