JPH06317118A - 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】水温Ｔｗ，回転Ｎｅ，負荷が所定の診断条件に
なっていて（Ｓ１〜Ｓ３）、然も、可変バルブタイミン
グコントロールソレノイドのオフ状態で（Ｓ４）、か
つ、高地走行状態でないことを判別する（Ｓ５）。そし
て、上記条件が成立しているときに、前記ソレノイドの
オフ状態での吸入空気量ＱＡをサンプリングする（Ｓ
６）。次いで、前記ソレノイドを強制的にオンさせ（Ｓ
７）、このときの吸入空気量ＱＡ１をサンプリングさせ
る（Ｓ８）。ここで、前記空気量ＱＡ１と前記空気量Ｑ
Ａとの偏差ΔＱ（Ｓ９）が所定以下であることが判定さ
れると（Ｓ10，Ｓ12）、システムの故障を判定する（Ｓ
13）。

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、機関運転条件
に応じて出力される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
から機関運転条件に応じて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、吸入空気量検出
手段は、機関の吸入空気量を検出する。

【０００８】また、バルブタイミング強制可変手段は、
前記制御信号を強制的に切り換えて自己診断用としてバ
ルブタイミングを強制的に変化させる。そして、空気量
変化演算手段と、バルブタイミング強制可変手段による
バルブタイミングの切り換えに伴う吸入空気の変化量を
前記吸入空気量検出手段の検出値に基づいて演算する。

【０００９】自己診断手段は、空気量変化演算手段で演
算された変化量に基づいて前記可変バルブタイミング制
御装置の故障診断を行う。

【００１０】

【作用】かかる構成によると、機関運転条件に応じて出
力される制御信号に基づいてバルブタイミングが可変制
御される可変バルブタイミング制御装置において、ま
ず、機関運転条件とは無関係に強制的にバルブタイミン
グの切り換え制御を行わせ、かかるバルブタイミングの
切り換えに伴って吸入空気量検出手段で検出される吸入
空気量がどの程度変化するかが求められる。

【００１１】バルブタイミングの切り換えが正常に行わ
れれば、充填効率の変化によって吸入空気量が変化する
はずであり、バルブタイミングを変化させても吸入空気
量が変化しない場合には、制御信号によってバルブタイ
ミングの切り換え制御を行っても実際にはバルブタイミ
ングが切り換わっていないものと推定できる。従って、
強制的なバルブタイミングの切り換えに伴う空気量の変
化が少ない場合には、可変バルブタイミング制御装置に
電気的故障及び機械的故障を含む何らかの故障が生じて
いるものと判断できる。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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、排気弁との
オーバーラップ量が増大するようになっている。

【００２１】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，エアフローメータ９（吸入空気量検出手段），
水温センサ10からの機関回転信号Ｎｅ，機関吸入空気量
信号Ｑ，冷却水温度信号Ｔｗが入力されるようになって
いる。

【００２２】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。

【００２３】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に設けてある。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、バルブタイミング強制可
変手段，空気量変化演算手段，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、ステップ
１（図中ではＳ１としてある。以下同様）〜ステップ５
では、自己診断を行う各種条件が成立しているか否か判
別する。まず、ステップ１では、冷却水温度Ｔｗが所定
温度（例えば60℃）以上であるか否かを判別する。

【００２５】そして、冷却水温度Ｔｗ所定温度以上であ
るときには、次のステップ２へ進み、機関回転速度Ｎｅ
が所定速度範囲（例えば1500〜2000ｒｐｍ程度の低回転
域）内であるか否かを判別する。回転速度Ｎｅが所定速
度範囲内であるときには、更に、ステップ３へ進み、機
関負荷が所定低負荷領域内であるか否かを判別する。
尚、前記機関負荷の代表値は、前記吸入空気量Ｑと機関
回転速度Ｎｅとから求められる。

【００２６】上記判定によって、冷却水温度Ｔｗが所定
温度以上、機関回転速度Ｎｅが所定速度範囲内、機関負
荷が所定範囲内であると判別された場合には、バルブタ
イミグを強制的に変化させても、排気性状に大きな影響
を与えないものと推定し、次のステップ４へ進む。本実
施例では、後述するように、自己診断のために強制的に
バルブタイミングを切り換えて、そのときに発生する吸
入空気量の変化に基づいて診断を行わせる構成である
が、かかる強制的なバルブタイミング切り換えに伴って
排気性状の悪化や運転性の急変が発生することを避けた
いので、なるべく影響の少ない運転条件を予め設定し、
かかる運転条件に適合するか否かをステップ１〜ステッ
プ３で判定させている。

【００２７】強制的なバルブタイミングの切り換え制御
を行っても影響が少ない運転条件であることがステップ
１〜ステップ３で判定されると、ステップ４へ進み、可
変バルブタイミングコントロールソレノイド４にＯＦＦ
の制御信号が出力されている状態、換言すれば、オーバ
ーラップ量の少ないバルブタイミングに制御されている
状態であるか否かを判別する。

【００２８】ステップ４で、制御信号がオフ状態である
と判別されると、ステップ５へ進み、高地走行状態であ
るか否かを判別する。かかる高地判定は、例えば大気圧
の検出値に基づいて判定させることができるが、種々の
公知の方法を用いることができる。高地走行状態である
と、低地のときに比べてバルブタイミングの切り換えに
伴う吸入空気量の変化が少なくなって診断精度を確保で
きなくなるので、高地走行状態でないこと（所定以下の
標高であること）を条件としてステップ６以降の診断ス
テップに進む。

【００２９】ステップ６では、エアフローメータ９で検
出された吸入空気量Ｑを、可変バルブタイミングコント
ロールソレノイド４のＯＦＦ制御状態に対応する空気量
としてＱＡにセットする。次のステップ７では、運転条
件からは本来ソレノイド４をオフさせるべき条件である
が、自己診断のためにソレノイド４に対して強制的にＯ
Ｎ制御信号を出力して、バルブタイミングを強制的にオ
ーバーラップ量が大きくなる方向（図５（ｂ）参照）に
制御する。

【００３０】そして、次のステップ８では、上記のよう
に強制的にソレノイド４をＯＮさせた直後にエアフロー
メータ９で検出された吸入空気量Ｑをサンプリングし、
これを制御信号オン状態に対応する空気量としてＱＡ１
にセットする。尚、ソレノイド４にＯＮ制御信号を出力
しても、瞬時にバルブタイミングが切り換わるものでは
なく、油圧制御の遅れによってタイムラグを生じるの
で、ＯＦＦ→ＯＮ切り換えから前記遅れ時間を経過した
時点でのエアフローメータ検出値をサンプリングさせる
ようにすると良い。

【００３１】ステップ９では、上記のようにして求めら
れたソレノイド４のオン制御状態における空気量ＱＡ１
と、オフ制御状態における空気量ＱＡとの偏差ΔＱ（←
ＱＡ１−ＱＡ）を演算する。即ち、前記偏差ΔＱは、ソ
レノイド４を強制的にオフ→オン切り換えさせてバルブ
タイミングを切り換えたことに伴う空気量の変化を示す
データである。

【００３２】前記偏差ΔＱを演算すると、次のステップ
10では、前記偏差ΔＱと所定値とを比較することで、前
記偏差ΔＱがバルブタイミングの切り換えに見合った量
となっているか否かを判別させる。本実施例では、図６
に示すように低・中速，低負荷領域でソレノイド４をＯ
ＦＦし、かかる領域ではオーバーラップ量を少なくして
吸入効率よりも排気性状の向上を図っており、また、前
記ステップ７における強制的なＯＮ制御はかかる領域で
行われるようになっている。

【００３３】従って、前記強制的なソレノイド４のＯＮ
制御によって、吸気バルブの閉時期が早まることで吸入
効率が向上し、該吸入効率の増大に応じて吸入空気量Ｑ
は所定以上の増大変化を示すはずである。しかしなが
ら、ソレノイド４に出力される制御信号に応じて実際に
バルブタイミングが切り換わらないような故障が生じて
いる場合には、吸入効率の変化が生じないので、制御信
号を切り換えても吸入空気量の変化が発生しなくなる。

【００３４】そこで、ステップ10で前記偏差ΔＱが所定
以下であると判別された場合には、制御信号に応じて実
際にバルブタイミングが切り換わっていないものと推定
でき、逆に、所期の空気量変化が得られている場合に
は、ソレノイド４に出力される制御信号に応じて正常に
バルブタイミングが切り換えられているものと推定でき
る。

【００３５】ここで、前記偏差ΔＱが所定以上であると
判別された場合には、ステップ11へ進んで、システムの
正常判定を行い、ソレノイド４に出力する制御信号を本
来の運転条件に応じたＯＦＦ状態に戻して本ルーチンを
終了させる。一方、前記偏差ΔＱが所定以下であると判
別された場合には、何らかの故障が発生しているものと
推定されるが、直ちに故障判定を行うのではなく、ステ
ップ12へ進んで、ソレノイド４の強制的なＯＮ・ＯＦＦ
制御による自己診断を２回実施したか否かを判別し、１
回だけの診断で故障と判別された場合には、再度確認す
べくステップ７へ戻り、もう一度診断を行わせる。

【００３６】そして、２回目において前記偏差ΔＱが所
定以下で故障であると判別された場合には、前記偏差Δ
Ｑに基づく診断結果が確かなものであると見做し、ステ
ップ13へ進んで、システムの故障を判定する。尚、上記
実施例では、作動角一定のまま吸気弁の開閉時期を可変
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。

【００３７】また、上記実施例では、ソレノイド４のＯ
ＦＦ条件のときに強制的にソレノイド４をオンさせて、
このときの空気量の変化を求めるようにしたが、逆に、
ソレノイド４のオン条件のときに強制的にソレノイド４
をオフさせる構成としても良い。但し、一般的に、ソレ
ノイド４をオンさせて吸気バルブの閉時期を早めている
ときに、強制的に吸気バルブ４の閉時期を遅くする制御
を行うと、運転性への影響が大きいものと予測されるの
で、上記実施例のように、ソレノイド４のＯＦＦ条件で
強制的にオンさせる構成の方が好ましい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、制
御ユニットから機関運転条件に応じて出力される制御信
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、バルブタイ
ミングの強制的な切り換えに応じて吸入空気量が変化す
ることを利用して、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】制御信号のオン・オフによる吸気弁の開閉時期
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 水温センサ 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】制御ユニットから機関運転条件に応じて出
   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、 機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、 前記制御信号を強制的に切り換えて自己診断用としてバ
   ルブタイミングを強制的に変化させるバルブタイミング
   強制可変手段と、 該バルブタイミング強制可変手段によるバルブタイミン
   グの切り換えに伴う吸入空気の変化量を前記吸入空気量
   検出手段の検出値に基づいて演算する空気量変化演算手
   段と、 該空気量変化演算手段で演算された変化量に基づいて前
   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。