(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気及び排気バルブの少なくとも一方の作動タイミングを制御するバルブタイミング制御装置の診断装置であって、
エンジンの燃焼室内に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
エンジンの吸気通路がスロットル弁により絞られ、燃焼室への吸気充填効率が相対的に低くなる特定の運転状態において、前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流値に基づいて、前記バルブタイミング制御装置によるバルブ作動タイミングの変更状態を判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段は、前記エンジンの減速運転状態で検出されたイオン電流値に基づいて、前記バルブ作動タイミングの変更状態を判定するものであることを特徴とするバルブタイミング制御装置の診断装置。
【請求項２】
火花点火式のエンジンの吸気及び排気バルブの少なくとも一方の作動タイミングを制御するバルブタイミング制御装置の診断装置であって、
エンジンの燃焼室内に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
エンジンの吸気通路がスロットル弁により絞られ、燃焼室への吸気充填効率が相対的に低くなる特定の運転状態において、前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流値に基づいて、前記バルブタイミング制御装置によるバルブ作動タイミングの変更状態を判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段は、少なくとも前記イオン電流値と点火時期とに基づいて、前記バルブ作動タイミングを推定するように構成されていることを特徴とするバルブタイミング制御装置の診断装置。
【請求項３】
判定手段は、少なくともイオン電流値と点火時期とエンジン回転数とに基づいて、バルブ作動タイミングを推定するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の診断装置。
【請求項４】
判定手段により推定されたバルブ作動タイミングとバルブタイミング制御装置におけるバルブ作動タイミングの目標値とを対比して、該バルブタイミング制御装置に関する故障を診断し、これを報知する故障報知手段を備えることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の診断装置。
【請求項５】
判定手段により推定されたバルブ作動タイミングに基づいて、バルブタイミング制御装置によるバルブ作動タイミングの制御を補正するバルブタイミング補正手段を備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の診断装置。
【請求項６】
判定手段により推定されたバルブ作動タイミングに基づいて、エンジンの点火時期を補正する点火時期補正手段を備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸気及び排気バルブの少なくとも一方の作動タイミングを変更するバルブタイミング制御装置の診断に係り、特に、イオン電流からエンジンの燃焼状態を求めて、これによりバルブの作動タイミングを推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば特許文献１に開示されるように、吸気乃至排気バルブの作動状態を低速側と高速側とで切換えるようにしたエンジンにおいて、混合気への点火後に燃焼室に発生するイオン電流を検出し、その波形を予め記憶してある低速側又は高速側のイオン電流波形と比較することにより、実際のバルブタイミングが低速側、高速側のいずれにあるか判別するようにしたものは知られている。
【０００３】
すなわち、一般に、イオン電流は、燃焼に伴い発生するイオンが媒体となって発生するものと考えられており、その発生の仕方は燃焼状態によって変化するから、イオン電流の波形は、バルブタイミングの低速側、高速側の切換えに伴い変化することになる。
【０００４】
そこで、前記文献に記載のものは、予め低速側及び高速側バルブタイミングのそれぞれについてイオン電流波形を計測し、記憶しておいて、これをエンジンの運転中に検出したイオン電流の波形と比較することにより、実際のバルブタイミングが低速側、高速側のいずれにあるか判別するようにしている。この判別結果により、バルブタイミング制御装置の誤作動や故障を検出することができる。
【特許文献１】特開平０８−２１２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、エンジンの運転領域全般について吸気充填効率を高めるために、その運転状態の変化に応じてバルブタイミングを連続的に変更するようにした位相可変式のバルブタイミング制御装置が普及しつつあり、このようなものを備えたエンジンではバルブタイミングの進角度合いや遅角度合い、即ちバルブタイミングの変更状態を判定したいという要求がある。
【０００６】
しかしながら、前記従来例の診断装置は、検出したイオン電流波形を予め記憶してある低速側、高速側のものと比較して、そのいずれに一致するかを判別するのみであり、バルブタイミングの進角度合いや遅角度合いを判定できるものではない。これは、従来例のものが、バルブタイミングを低速側又は高速側のいずれかに切換えるようにした２段切換式のエンジンを対象としており、それ以上の判定が不要なためである。
【０００７】
この点について本願の発明者は、イオン電流波形とバルブタイミングとの相関について鋭意、研究した結果、エンジンが特定の運転状態にあるときに、バルブタイミングの変化とイオン電流波形の変化とに高い相関が現れることに気付いて、本願発明を完成したものである。
【０００８】
すなわち、一般に、バルブタイミングを変更すると、これに伴い吸排気のバルブオーバーラップ期間が変化するため、燃焼室に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲ）の量も変化することになり、これにより燃焼が活発になったり、緩慢になったりする。例えば内部ＥＧＲ量が少なければ燃焼は全体として活発になるから、イオン電流波形は相対的に高く急峻なものとなる一方、内部ＥＧＲ量が増大すれば燃焼は全体として緩慢になるから、イオン電流波形は相対的に低くなだらかなものになる。
【０００９】
そして、前記のようなバルブオーバーラップの変化に対して、内部ＥＧＲ量の変化が大きく、イオン電流波形に顕著な変化が現れるような運転状態であれば、そのイオン電流波形の変化に基づいて、バルブタイミングの変更状態を従来よりもきめ細かく判定することができると考えられる。
【００１０】
斯かる点に鑑み、本発明の目的は、バルブタイミングの変更状態の判定を行う際の条件に工夫を凝らして、イオン電流の検出値に基づくバルブタイミングの判定を従来よりもきめ細かく正確に行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、エンジンの吸気通路がスロットル弁により絞られ、燃焼室への吸気充填効率が相対的に低い特定の運転状態において検出したイオン電流値に基づいて、バルブ作動タイミングの変更状態を判定するようにした。
【００１２】
具体的に、請求項１の発明は、エンジンの吸気及び排気バルブの少なくとも一方の作動タイミングを制御するバルブタイミング制御装置の診断装置であって、エンジンの燃焼室内に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、エンジンの吸気通路がスロットル弁により絞られ、燃焼室への吸気充填効率が相対的に低くなる所定の運転状態において、前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流値に基づいて、前記バルブタイミング制御装置によるバルブ作動タイミングの変更状態を判定する判定手段と、を備え、前記判定手段は、前記エンジンの減速運転状態で検出されたイオン電流値に基づいて、前記バルブ作動タイミングの変更状態を判定するものであるとする。
【００１３】
前記の構成により、エンジンの運転中に、その吸気通路がスロットル弁により絞られ、燃焼室への吸気充填効率が相対的に低くなる特定の運転状態にあるとき、当該燃焼室において発生するイオン電流がイオン電流検出手段により検出され、これに基づいてバルブ作動タイミングの変更状態が判定手段により判定される。
【００１４】
すなわち、スロットル弁により絞られて吸気通路の負圧が大きくなっているときには、吸排気のバルブオーバーラップ期間において排気通路から吸い戻される排気ガスの流量が多くなるので、この状態ではバルブ作動タイミングが変更されたときの内部ＥＧＲ量の変化の割合が大きくなり、これによるイオン電流値の変化も大きくなる。
【００１５】
また、一般的に、燃焼室への吸気の充填効率が高いときには、燃焼が非常に活発になることから、内部ＥＧＲ量が変化してもそれによる燃焼状態の変化は現れ難い一方、充填効率が相対的に低くなって燃焼が比較的緩慢になれば、内部ＥＧＲ量の変化による燃焼状態の変化が現れやすくなり、これによるイオン電流の変化も相対的に大きくなる。
【００１６】
よって、前記構成のように吸気通路がスロットル弁により絞られ、燃焼室への吸気充填効率が相対的に低い特定の運転状態では、バルブ作動タイミングの変更に起因するイオン電流値の変化が顕著なものになり、そのイオン電流の検出値に基づいてバルブ作動タイミングの変更状態を従来よりもきめ細かく正確に判定することができる。
【００１７】
そして、減速運転状態ではスロットル弁により吸気通路が概略、閉じられる一方、エンジン回転数は比較的高くなるから、吸気充填効率が非常に低くなるとともに、吸排気の差圧はかなり大きくなって、判定には特に好ましい状況となる。
【００１８】
また、請求項２の発明は、火花点火式のエンジンの吸気及び排気バルブの少なくとも一方の作動タイミングを制御するバルブタイミング制御装置の診断装置であって、エンジンの燃焼室内に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、エンジンの吸気通路がスロットル弁により絞られ、燃焼室への吸気充填効率が相対的に低くなる特定の運転状態において、前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流値に基づいて、前記バルブタイミング制御装置によるバルブ作動タイミングの変更状態を判定する判定手段と、を備え、前記判定手段は、少なくとも前記イオン電流値と点火時期とに基づいて、前記バルブ作動タイミングを推定するように構成されているものとする。
【００１９】
この構成により、請求項１の発明と同様の作用効果が得られるとともに、例えば点火からイオン電流がピークとなるまでの間隔に基づいて、燃焼の全体的な速度を判定することができ、これと相関のある内部ＥＧＲ量、ひいてはバルブ作動タイミングを推定することが可能になる。
【００２０】
但し、エンジン回転数が異なる場合には、前記の点火からイオン電流がピークとなるまでの時間間隔が同じでも、その間のクランク角の変化は異なるものとなるので、少なくともイオン電流値と点火時期とエンジン回転数とに基づいて、バルブ作動タイミングを推定することが好ましい（請求項３の発明）。
【００２１】
尚、一般に、エンジンの燃焼状態には、内部ＥＧＲ以外に所謂外部ＥＧＲや新気と合わせた吸気の充填量、燃焼室内の流動強さ、さらには燃焼室の温度等も影響するから、前記のようにバルブ作動タイミングを推定するのであれば、さらにエンジン負荷を加味することが好ましいが、前記減速やアイドル等、エンジンの特定運転状態に限れば、いずれもエンジン負荷は非常に低いと考えられるので、負荷の変化は無視してもよいと考えられる。
【００２２】
そうしてバルブ作動タイミングを推定できるようになれば、これをバルブタイミング制御装置におけるバルブ作動タイミングの目標値と対比して、該バルブタイミング制御装置に関する故障を診断し、これを報知する故障報知手段を備えることもできる（請求項４の発明）。こうすれば、バルブタイミング制御装置の故障を正確に診断し、早期に報知することができる。
【００２３】
また、好ましいのは、前記のように推定されたバルブ作動タイミングに基づいて、それが目標値に近づくようにバルブタイミング制御装置による制御を補正するバルブタイミング補正手段を備えることである（請求項５の発明）。こうすれば、補正によってバルブ作動タイミングの適正化が図られる。
【００２４】
より好ましいのは、前記のように推定されたバルブ作動タイミングに基づいて、それが例えば吸排気バルブのオーバーラップが大きくなる側にずれていれば進角側へ、反対にずれていれば遅角側へというように、エンジンの点火時期を補正する点火時期補正手段を備えることである（請求項６の発明）。こうすれば、実際の内部ＥＧＲ量に対応してこれに相応しい点火時期に補正することで、バルブタイミング制御装置の故障に対応するのみならず、サイクル変動による内部ＥＧＲ量の変化の影響も軽減して、エンジンの運転効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上、説明したように、本発明に係るバルブタイミング制御装置の診断装置によると、エンジンの吸気通路がスロットル弁により絞られ、燃焼室への吸気充填効率が低くなる運転状態において、吸排気のバルブオーバーラップの変化に対する内部ＥＧＲ量の変化が大きくなり、これによりイオン電流値に顕著な変化が現れるようになることに着目し、このときに検出したイオン電流値に基づいて、バルブ作動タイミングの変更状態を従来よりもきめ細かく正確に判定することができる。そして、減速運転状態ではスロットル弁により吸気通路が概略、閉じられる一方、エンジン回転数は比較的高くなるから、吸気充填効率が非常に低くなるとともに、吸排気の差圧はかなり大きくなって、判定には特に好ましい状況となる。
【００２６】
また、前記イオン電流値と点火時期とに基づき、バルブ作動タイミングを推定することで、その推定したバルブ作動タイミングに基づいて、バルブタイミング制御装置の故障を正確に診断し、早期に報知することができる。
【００２７】
また、前記のように推定したバルブ作動タイミングに応じて、バルブタイミング制御装置による制御を補正したり、或いはエンジンの点火時期を補正することもでき、こうすれば、エンジンの運転効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２９】
（エンジンの概略構成）
図１は、本発明に係る診断装置を備えた実施形態のエンジン１を模式的に示し、この例ではエンジン１は、複数のシリンダ２，２，…（図には１つのみ示す）が直列に配置された火花点火式エンジンである。図示の如く、シリンダ２の上端はシリンダブロック３の上端面に開口し、そこに載置されたシリンダヘッド４の下面により閉塞されている。シリンダ２内にはピストン５が往復動可能に嵌挿されていて、このピストン５の上面とシリンダヘッド４の下面との間に燃焼室６が区画される。一方、ピストン５の下方のクランクケース内には、図示しないがクランク軸が配設され、コネクティングロッドによってピストン５と連結されている。
【００３０】
前記シリンダヘッド４には各シリンダ２毎に点火プラグ７が配設され、その先端の電極が燃焼室６に臨む一方、該点火プラグ７の基端部は点火回路８に接続されている。この点火回路８には、図２(a)にのみ示すが、パワートランジスタからなるイグナイタ８ａとイグニッションコイル８ｂとが含まれており、後述のＰＣＭ３０からの制御信号を受けて各シリンダ２毎に所定のタイミング（点火時期）で点火プラグ７に通電するようになっている。この例では点火回路８にイオン電流検出回路３３が接続されていて、同図(b)のようにイオン電流を検出できるようになっているが、これについては後述する。
【００３１】
また、シリンダヘッド４には、各シリンダ２毎の燃焼室６に臨んで開口するように吸気ポート９及び排気ポート１０がそれぞれ形成され、その各ポート開口部にはそれぞれカム軸により開閉されるように吸気及び排気弁１１，１２（吸排気バルブ）が配設されている。同図には示さないが、カム軸は、吸気側及び排気側に１本ずつ設けられていて、共通のカムチェーンによりクランク軸に駆動連結されており、このクランク軸の回転に同期して吸気側及び排気側のカム軸がそれぞれ回転されることにより、吸気及び排気弁１１，１２がそれぞれ所定のタイミングで開閉されるようになっている（図３を参照）。
【００３２】
また、この例では前記吸気側のカム軸に、クランク軸の回転に対する位相を所定の角度範囲（例えば４０〜６０°ＣＡ）内で連続的に変更可能な位相可変機構１３（Variable Valve Timing 以下、ＶＶＴともいう）が取り付けられており、このＶＶＴ１３によって、図３(a)に模式的に示すように吸気弁１１のリフトカーブＩｎが進角側、遅角側に変更されるようになっている。これに伴い図示の如く排気弁１２のリフトカーブＥｘとのオーバーラップ期間が変化し、これにより、燃焼室６に残留する既燃ガス（以下、内部ＥＧＲ）の量も変化するようになる。
【００３３】
詳しくは、同図(b)に一例を示すように、ＶＶＴ１３は、吸気側カム軸の前端部に組み付けられたロータ１３ａと、このロータ１３ａを覆うように配置されて、カムチェーンの巻き掛けられるスプロケット１３ｂに固定されたケーシング１３ｃとからなる。前記ロータ１３ａの外周には外方に向かって放射状に突出する４つのベーンが設けられ、一方、ケーシング１３ｃの内周には内方に向かって延びる４つの区画壁が設けられていて、それらのベーンと区画壁とのの間に複数の油圧作動室１３ｄ，１３ｅ，…が形成されている。
【００３４】
そして、図示しないカムチェーンからスプロケット１３ｂに入力する回転入力がケーシング１３ｃ、油圧作動室１３ｄ，１３ｅ及びロータ１３ａを介して吸気カム軸に伝達される。その際、前記油圧作動室１３ｄ，１３ｅ，…に供給されるエンジンオイルの油圧がオイルコントロールバルブ１３ｆ（以下、ＯＣＶという）によって調整されることで、前記ロータ１３ａ及びケーシング１３ｃ、即ちカム軸及びスプロケット１３ａの相対的な回転位置が変更されて、該カム軸のクランク軸に対する回転位相（以下、ＶＶＴ位相）が変更される。
【００３５】
すなわち、前記ＶＶＴ１３のロータ１３ａ及びケーシング１３ｃの間には、進角側の油圧作動室１３ｄ，１３ｄ，…と遅角側の油圧作動室１３ｅ，１３ｅ，…とが周方向に交互に配置されており、ＯＣＶ１３ｆによる油圧制御によって進角側作動室１３ｄ，１３ｄ，…の油圧力が増大すると、ロータ１３ａはケーシング１３ｃに対しカム軸の回転する向き（図に矢印で示す）に回動され、これによりＶＶＴ位相が進角側に変更されて、吸気弁１１の開弁時期及び閉弁時期が相対的に進角側に変化する。
【００３６】
反対に、前記ＯＣＶ１３ｆによる油圧制御によって遅角側作動室１３ｅ，１３ｅ，…の油圧力が増大すると、ロータ１３ａはケーシング１３ｃに対しカム軸の回転する向きとは反対に回動され、これによりＶＶＴ位相が遅角側に変更されて、吸気弁１１の開弁時期及び閉弁時期が遅角側に変化するのである。
【００３７】
図１に戻って、前記シリンダヘッド４の一側（同図の左側）には、下流端が吸気ポート９に連通するように吸気通路１５が配設されている。この吸気通路１５の上流端は外部から導入される新気を濾過するためのエアクリーナ１６に接続されており、そこから下流側に向かって順に、吸気流量を検出するエアフローセンサ１７と、電動モータ１８ａにより駆動されて吸気通路１５を絞るスロットル弁１８と、各シリンダ２毎に燃料を噴射供給するインジェクタ１９，１９，…（図には１つのみ示す）とが配設されている。
【００３８】
一方、シリンダヘッド４の反対側（図１の右側）には、排気ポート１０に連通して各シリンダ２内の燃焼室６から既燃ガス（排気ガス）を排出するように、排気通路２０が配設されている。この排気通路２０には上流側から順に、排気ガス中の酸素濃度を基に混合気の空燃比を検出するための酸素濃度センサ（以下、Ｏ2センサ）２１と、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ２２とが配設されている。
【００３９】
また、前記Ｏ2センサ２１よりも上流側の排気通路２０には、排気ガスの一部を吸気通路１５に還流するための排気還流通路２４（以下、ＥＧＲ通路）が分岐接続されていて、このＥＧＲ通路２４の下流端が前記スロットル弁１８よりも下流側の吸気通路１５に連通している。このＥＧＲ通路２４の下流端寄りには開度調節可能な電気式の流量制御弁２５（以下、ＥＧＲ弁）が配設されていて、ＥＧＲ通路２４を還流される排気ガス（以下、外部ＥＧＲ）の流量を調節するようになっている。
【００４０】
さらにまた、エンジン１のシリンダブロック３下部のクランクケース内には、クランク軸の回転角（クランク角）を検出する電磁ピックアップ等からなるクランク角センサ２６が設けられている。このクランク角センサ２６は、クランク軸の端部に一体に回転するように取り付けられたロータ２７の回転に伴い、その外周部に設けられた凸部の通過に対応して信号を出力する電磁ピックアップコイル２６からなる。また、シリンダブロック３のウォータジャケット（図示せず）には、冷却水の温度状態を検出する水温センサ２８が臨設されている。
【００４１】
前記エアフローセンサ１７、Ｏ2センサ２１、クランク角センサ２６、水温センサ２８等からの出力信号は、それぞれＰＣＭ（Power-train Control Module）３０に入力されるようになっている。このＰＣＭ３０は、周知の如くＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、前記各センサ以外に、少なくとも、吸気側カム軸の回転角（回転位置）を検出するカム角センサ３１と、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ３２と、からそれぞれ出力される信号を受け入れる。
【００４２】
そして、ＰＣＭ３０は、前記各センサ等から入力した信号に基づいてエンジン１の運転状態を判定し、これに応じてエンジン１の運転制御を行うようになっている。すなわち、ＰＣＭ３０は、点火回路８に対し各シリンダ２毎の点火時期の制御信号を出力し、スロットル弁１８に対し吸気流量を制御するための信号を出力するとともに、各シリンダ２毎のインジェクタ１９，１９，…に対し燃料噴射量及び噴射タイミングを制御するためのパルス信号を出力し、さらに、ＥＧＲ通路２４によって吸気系に環流する排気ガス（外部ＥＧＲ）の量を制御するため信号をＥＧＲ弁２５に対し出力する。
【００４３】
また、ＰＣＭ３０は、エンジン１の運転状態に応じて、吸気弁１１の作動タイミング（バルブタイミング）を変更するための信号をＶＶＴ１３（ＯＣＶ１３ｆ）に対し出力する。このバルブタイミングの制御は、予め実験等によりエンジン１の運転状態に対応して、吸気充填効率ｃｅの高くなるようなバルブタイミングを求め、制御マップを作成しておき、この制御マップからエンジン運転状態に対応するバルブタイミングの制御目標値を読み込むとともに、クランク角センサ２６及びカム角センサ３１からの信号をフィードバックして、ＶＶＴ１３の位相制御を行うものである。
【００４４】
言い換えると、ＰＣＭ３０は、メモリに記憶されている制御プログラムによって機能的に、ＯＣＶ１３ｆの作動によりＶＶＴ位相を制御して、吸気バルブタイミングを変更するＶＶＴ制御部３０ａ（制御手段）を備えており、このＶＶＴ制御部３０ａとＶＶＴ１３とによって、バルブタイミング制御装置が構成されている。
【００４５】
ところで、そのようにクランク角センサ２６及びカム角センサ３１からの信号をフィードバックしながら、バルブタイミングを制御するようにしていても、この実施形態のようにＶＶＴ１３のロータ１３ａをカム軸に組み付けている場合、その組み付けの誤差に起因して僅かに吸気弁１１の作動タイミングがずれることがあり、それが大きいときにはエンジン１の燃焼性が低下する虞れがある。
【００４６】
また、油圧回路の目詰まり等によってＶＶＴ１３の作動が規制されたり、或いはクランク角センサ２６又はカム角センサ３１のいずれかに異常が発生することもあり、そうなれば、誤制御によってバルブタイミングが制御目標値から大きくずれてしまい、燃焼性の大幅な低下を招くことになる。
【００４７】
さらに、吸気バルブタイミングが変化すれば、排気側とのオーバーラップ期間も変化して、内部ＥＧＲの量も変化することになるが、この内部ＥＧＲには一旦、排気された後にシリンダ２に吸い戻される排気ガスも含まれており、その量は仮にバルブオーバーラップが同じであっても一定ではない。すなわち、内部ＥＧＲ量は、エンジン１の定常運転中であっても周期的な変動（所謂サイクル変動）を生じており、これが燃焼性等に悪い影響を及ぼす虞れがある。
【００４８】
これらの点に鑑み、この実施形態のエンジン１では、上述の如く点火回路８に接続したイオン電流検出回路３３によって、点火後に燃焼室６に発生するイオン電流を検出し、これにより混合気の燃焼状態の変化、ひいては内部ＥＧＲ率の変化を推定して、この推定結果に基づきＶＶＴ１３の故障を診断したり、或いは点火時期の補正制御を行うようにしたものである。
【００４９】
（イオン電流によるＶＶＴ位相の推定）
まず、検出したイオン電流値から内部ＥＧＲ率と相関の高い評価値Ｉｐ（以下、イオンパラメータという）を求める考え方について説明する。イオン電流は、従来より、燃焼に伴い発生するイオンが媒体となって発生するものと考えられており、この実施形態では、前記図２(a)に示すように、エンジン１の点火回路８にイオン電流検出回路３３が接続されている。
【００５０】
図の例ではイオン電流検出回路３３は、イグニッションコイル８ｂの２次側が接地される点火プラグ７とは反対側の端部に直列に接続された電源コンデンサ３３ａと、検出回路３３ｂとからなり、イグナイタ８ａの作動によって点火プラグ７に通電される際（点火）に電源コンデンサ３３ａに蓄えられた電荷と、その後、燃焼室６において発生したイオンとで回路が構成されて電流が流れ、この電流を検出回路３３ｂが検出するようになっている。検出回路３３ｂからの信号はＰＣＭ３０へ出力される。
【００５１】
そうして検出されるイオン電流の値は、同図(b)に模式的に示すように点火後のクランク角の進行に伴い変化し、その波形には通常、前半及び後半の２つの山が現れる。前半の山に表されるイオン電流は、混合気が着火した後に、火炎核の成長に伴い拡大する火炎面に存在するイオン（ラジカル）を媒体とするものと考えられ、これは、特に初期燃焼の速度や燃焼室の流動強さの影響を強く受ける。すなわち、前半の山は、初期燃焼が活発であるほど急峻になり、そのピークが進角する。
【００５２】
一方、後半の山に表されるイオン電流は、前記のように燃焼反応そのものによって発生するイオン（ラジカル）の他に、燃焼室の温度上昇に伴い既燃ガス中に存在するＮＯｘが熱電離して発生するイオンをも媒体とするものと考えられ、そのピークは、燃焼室の温度が最高になるクランク角位置に現れて、全体として燃焼が活発であるほど高くなり、それが緩慢なほど低くなる。
【００５３】
そうすると、前記の如くバルブタイミングの変化に伴い、吸排気のオーバーラップ期間が変化して、内部ＥＧＲ量が例えば増えたときには、燃焼が全体として緩慢になるから、イオン電流波形は全体として低くなだらかなものになるが、既燃ガスである内部ＥＧＲはかなり温度が高いので、点火直後の混合気の燃焼（初期燃焼）はむしろ促進されることになり、この初期燃焼の状態が反映されるイオン電流波形の前半の山にはあまり変化が現れない。
【００５４】
これに対し、イオン電流波形の後半の山には前記のような初期燃焼の状態は反映されず、燃焼が全体として活発なほど高く急峻になる一方、燃焼が緩慢になれば低くなだらかになる。このことから、内部ＥＧＲの状態を判定するのであれば、これとは相関の低い前半の山の情報を排除して、イオン電流波形の後半部分に含まれる情報に基づき判定するのがよいと考えられる。
【００５５】
そこで、この実施形態では、図４に模式的に示すように、イオン電流波形の後半部分、即ち圧縮上死点（ＴＤＣ）からその遅角側の特定の期間（図の例では排気弁１２の開弁時期ＥＶＯまで）に検出されたイオン電流値を積算し、その総積算値（図に斜線を入れて示す範囲の面積に相当する）の所定割合（１０〜９０％の範囲に設定すればよい）までが積算されたクランク角位置を、燃焼全体の活発さ、緩慢さを表す評価値、即ちイオンパラメータＩｐとして用いるようにしている。
【００５６】
図５(a)は、前記特定の期間におけるイオン電流の総積算値に対して、その５０％までが積算されたクランク角位置をイオンパラメータＩｐとして、点火時期及びＶＶＴ位相（吸気側バルブタイミング）の変化に対応するイオンパラメータＩｐの変化を示したものである。図示の実線のグラフは点火時期が相対的に進角側にある場合を、破線のグラフは相対的に遅角側にある場合を、それぞれ示し、さらに一点鎖線のグラフは両者の中間的な点火時期にある場合を示している。
【００５７】
同図によると、点火時期が同じであれば、ＶＶＴ位相が進角側にあって、吸排気のオーバーラップが大きいときほど、イオンパラメータＩｐが遅角側に移動しており、内部ＥＧＲ量の増大によって燃焼が全体的に緩慢になっていることが分かる。すなわち、点火時期からイオンパラメータＩｐに相当するクランク角位置までの間隔は、燃焼の全体的な速さを表すと考えられ、このことから、点火時期とイオンパラメータＩｐとに基づいて、これと相関のある内部ＥＧＲ量、ひいてはＶＶＴ位相を推定することができるのである。
【００５８】
その際、前記の点火時期からイオンパラメータＩｐまでのクランク角期間は同じであっても、エンジン回転数が異なれば両者間の時間間隔は異なるものとなるから、前記のように点火時期とイオンパラメータＩｐとに基づいて内部ＥＧＲ量、ひいてはＶＶＴ位相を推定する場合、少なくともエンジン回転数を加味することが好ましい。
【００５９】
また、一般に、エンジン１の燃焼状態には、内部ＥＧＲの他にも燃焼室６内の流動強さや温度状態等の要因が影響を及ぼすと考えられるから、それらの要因との相関が高い吸気の充填効率（即ちエンジン負荷）についても加味することが好ましいと言える。尚、内部ＥＧＲと同様に燃焼状態に大きな影響を及ぼす外部ＥＧＲについては一定とするのが好ましく、可能であれば停止させるのがより好ましい。
【００６０】
ここで、前記図５(a)に示すような点火時期、ＶＶＴ位相及びイオンパラメータＩｐの相関関係は、エンジンの低負荷域で得られたものであり、同図(b)に破線のグラフで示すように、エンジン負荷の増大に伴い、ＶＶＴ位相の変化に対するイオンパラメータＩｐの変化の割合は小さくなる（即ちＩｐの感度が低下する）から、このイオンパラメータＩｐに基づいてＶＶＴ位相を特定するのが難しくなる。これは、エンジン負荷の増大に伴いシリンダ２への吸気の充填効率が高くなると、燃焼が全体として活発になり、内部ＥＧＲ量が変化しても、そのことによる燃焼状態の変化が現れ難くなるためと考えられる。
【００６１】
以上のような考察に基づき、この実施形態では、図６(a)に一例を示すように、エンジン１の負荷（図の例では充填効率ｃｅ）と回転数ｎｅとによって規定されるエンジン運転領域のうち、アイドル時や減速運転時、或いは車両のクルーズ時等、低負荷の特定運転状態に対応する範囲において、適当な間隔を空けて複数の格子点（ｘ，ｙ）を設定する。そして、この各格子点毎に対応するエンジン運転状態において、前記図５のようにイオンパラメータＩｐ、点火時期及びＶＶＴ位相の相関を表すデータを実験により求める。
【００６２】
そうして求めた実験データを整理して、図６(b)のようにイオンパラメータＩｐ（Ip-1，Ip-2，…，Ip-b）と点火時期（Igt-1，Igt-2，…，Igt-a）とからＶＶＴ位相を求めるための演算マップを作成し、ＰＣＭ３０のメモリに電子的に格納する。こうすれば、エンジン１の所定の低負荷運転時に検出したイオン電流値から前記イオンパラメータＩｐを算出し、このイオンパラメータＩｐと点火時期とに基づき、そのときの運転状態に対応する演算マップを参照して、ＶＶＴ位相を定量的に求めることができる。
【００６３】
尚、前記図６(a)における格子点（ｘ，ｙ）の間に相当するエンジン運転状態についてはデータ補間により対応すればよく、さらに、例えば外気温、エンジン水温、大気圧、空燃比、ＶＶＴ１３の作動状態等に応じて、イオンパラメータＩｐやこれにより求めたＶＶＴ位相を補正するようにしてもよい。また、例えばエンジン１の減速運転時に前記のような演算を行うのであれば、点火時期は一定に制御することもあり、この場合には図６(b)の演算マップに代えて、イオンパラメータＩｐからＶＶＴ位相を求める演算テーブルを用いればよい。
【００６４】
−イオンパラメータの計算−
図７は、上述したようにイオン電流の検出値からイオンパラメータＩｐを求める手順を具体的に示すフローチャート図である。このフローは、例えばエンジン暖機後にＰＣＭ３０のＶＶＴ制御部３０ａによってＶＶＴ１３の制御が実行されているときに（ＶＶＴ実行フラグオン）、各シリンダ２の燃焼サイクル毎に実行される。
【００６５】
図示のスタート後のステップＳＡ１では、点火後、少なくともクランク角センサ２６、カム角センサ３１及びイオン電流検出回路３３からの信号を入力して、点火ノイズがなくなったかどうか、即ち点火終了かどうか判定するとともに、圧縮上死点（ＴＤＣ）に達したかどうか判定し、いずれか一方の判定がＮＯであればリターンする一方、両方の判定がＹＥＳで点火終了且つＴＤＣに達すればステップＳＡ２に進み、検出したイオン電流値をクランク角と対応付けてメモリに記憶した後、ステップＳＡ３に進む。
【００６６】
ステップＳＡ３では排気弁１２の開弁時期ＥＶＯに達したかどうか判定し、これに達するまではステップＳＡ２に戻って、所定時間間隔（例えば０．１ミリ秒）毎にクランク角位置とイオン電流値とを対応付けてメモリに記憶する一方、ＥＶＯに達すればステップＳＡ４に進んで、イオンパラメータＩｐの計算を行う。すなわち、それまでに記憶したイオン電流の総積算値を求めて、その５０％までが積算されたクランク角位置をイオンパラメータＩｐとして特定する。
【００６７】
そして、ステップＳＡ５に進み、ＶＶＴ制御の実行中でフラグオンであれば、ステップＳＡ１に戻って前記の手順を継続する（処理を継続）一方、ＶＶＴ制御の実行フラグがオフであれば、処理を継続しないＮＯと判定して制御終了となる（エンド）。
【００６８】
−ＶＶＴ位相の推定−
次に、前記のように計算したイオンパラメータＩｐを用いて、現在のＶＶＴ位相を推定する手順を図８のフローチャート図の前半に示す。図示の如くスタート後のステップＳＢ１では、ＶＶＴ１３の診断を行う所定の条件が成立したかどうか判定して、診断条件が成立するまで待機する（判定がＮＯでリターン）。この判定は、例えば診断の要否（既に診断が終わっていれば診断不要）の他に、まず、クランク角センサ２６やカム角センサ３１からの信号に基づいて計算されるＶＶＴ位相制御のモニタ値avtaが、その制御目標値と略一致していること、即ちそれらセンサを含めたＶＶＴ１３の制御系が正常であることと、エンジン水温が所定値以上であること、即ちエンジン１の燃焼状態が十分に良好であることとを前提とする。
【００６９】
さらに、前記ＶＶＴ１３の診断のために、この実施形態では、車速が所定以上であり且つエンジン１が減速運転中であることと、その際、減速時の燃料カット制御が行われていないこと、或いは本来、減速燃料カットを行うような状況であっても、ＶＶＴ１３の診断のために燃料カット制御を行わず、適切な空燃比となるように燃料噴射制御を行っていることと、を条件とする。
【００７０】
そして、そのような種々の条件が全て成立していて、診断条件が成立（ＹＥＳ）と判定すれば、ステップＳＢ２に進み、ＶＶＴ１３の診断を実行する。すなわち、まず、エンジン１の運転状態に関係なく強制的に、ＶＶＴ１３をその位相が相対的に進角側となるように作動させる。これにより吸排気のバルブオーバーラップが大きくなり、その変化に対する内部ＥＧＲ量の変化が大きくなって、前記図５に示されているように、ＶＶＴ位相の変化に対するイオンパラメータＩｐの変化が大きくなるから、このイオンパラメータＩｐに基づくＶＶＴ位相の判定精度が高くなる。ステップＳＢ２では、同時にＶＶＴ診断を行っていることを示すＶＶＴ診断フラグをオンにする。
【００７１】
続いて、ステップＳＢ３において、前記図７のフローのように計算したイオンパラメータＩｐと、エンジン運転状態（ｃｅ、ｎｅ）と点火時期とに基づいて、上述したように図６の演算マップを参照等して、現在のＶＶＴ位相を推定する演算を行う（実ＶＶＴ位相VPの推定）。また、クランク角センサ２６及びカム角センサ３１からの信号に基づいて、ＰＣＭ３０のＶＶＴ制御部３０ａにより計算されるＶＶＴ位相のモニタ値avtaを、メモリから読み込む。
【００７２】
続くステップＳＢ４では、前記ステップＳＢ３において推定演算したＶＶＴ位相の推定値VPとメモリから読み込んだモニタ値avtaとの偏差、すなわちＶＶＴ位相ずれΔVPを計算し、これをメモリに記憶する。続くステップＳＢ５では、前記ステップＳＢ１と同様にしてＶＶＴ１３の診断を継続する条件が成立しているかどうか判定し、この判定がＹＥＳであれば前記ステップＳＢ３に戻って該ステップＳＢ３，ＳＢ４の手順を繰り返す一方、例えば車速が診断を終了する所定値Ｖ２以下にまで低下していて、診断を継続する条件が成立しない（ＮＯ）のであれば、ステップＳＢ６に進む。
【００７３】
このステップＳＢ６では、前記ステップＳＢ４にて記憶したＶＶＴ位相ずれΔVPのデータがＶＶＴ１３の診断に必要な所定数以上になったかどうか判定し、所定数未満でＮＯであれば前記ステップＳＢ１に戻る一方、必要なデータが所定数以上、記憶されていれば、ＹＥＳと判定して後述のステップＳＢ７以降に進み、ＶＶＴ１３の故障診断を行う。
【００７４】
すなわち、図９に模式的に示すように、車両の走行中に車速やスロットル開度の変化に応じてＶＶＴ位相が制御されているとき、車速がＶＶＴ１３の診断開始条件に対応する所定値Ｖ１以上になった後（時刻ｔ１）、スロットル弁１８が閉じられて、エンジン１が減速運転状態になれば（時刻ｔ２）、それがシフトチェンジ等に伴うものである可能性も考慮して、少しだけ待ってから（ディレィ）、ＶＶＴ１３の診断条件成立が判定されて（時刻ｔ３）ＶＶＴ診断フラグがオンになる。
【００７５】
つまり、吸気通路１５がスロットル弁１８により略全閉とされて、シリンダ２内の燃焼室６へ吸入される吸気の充填効率ｃｅが相対的に低くなるエンジン減速運転状態において、ＶＶＴ診断フラグがオンになる。そうすると、ＶＶＴ位相が診断に好適な進角側に変更され（時刻ｔ３で進角側に変化）、前記フローにて説明したように、イオン電流検出回路３３により検出されたイオン電流値に基づいてイオンパラメータＩｐが計算され、これに基づいてＶＶＴ位相の推定が行われて、そのずれΔVPのデータが繰り返し採取される。その後、車速が診断を終了する所定値Ｖ２以下にまで低下すれば（時刻ｔ４）、以下のようにＶＶＴ１３の故障を診断するのである。
【００７６】
−ＶＶＴの故障診断−
前記のようにして得られたＶＶＴ位相ずれΔVPの所定数のデータに基づいて、図８のステップＳＢ７では、まず、その位相ずれΔVPの平均値を計算する。続くステップＳＢ８では、前記ＶＶＴ位相ずれΔVPの平均値の絶対値が所定の故障判定値：判定ΔVP以下かどうか判定して、ＹＥＳであればステップＳＢ９に進み、故障なしと判定して制御終了となる（エンド）一方、位相ずれΔVPの平均値の絶対値が故障判定値よりも大きければ（ＮＯ）、ステップＳＢ１０に進んでＶＶＴ１３の組付ずれと判定し、続くステップＳＢ１１で車両の乗員に故障を報知するか、或いはＶＶＴ位相制御の補正を行って、制御終了となる（エンド）。
【００７７】
すなわち、例えばＶＶＴ１３のロータ１３ａがカム軸に対してその回転方向にずれて組み付けられており、このことに起因して吸気弁１１の作動タイミングが進角側又は遅角側のいずれかにずれているときには、イオンパラメータＩｐによるＶＶＴ位相の推定値VPがモニタ値avtaに対してある程度以上、大きく（即ち前記故障判定値：判定ΔVPよりも大きく）、進角側又は遅角側にずれることになる。
【００７８】
そこで、前記のように求めたＶＶＴ位相ずれΔVPの平均値を前記故障判定値と比較して、位相ずれΔVPの平均値が故障判定値よりも大きければ、組み付けずれによる故障を診断し、これを報知することで、これに応じて適切な対応を行うことが可能になる。例えば、ＶＶＴ１３の機械的な組付ずれは、そのロータ１３ａのカム軸への締結ボルトを緩めて、ずれがなくなるように位置を調整した上で、締め付け直せばよい。
【００７９】
或いは、前記フローのステップＳＢ１１において、報知を行う代わりに、又はそれに加えて、組付ずれに起因するＶＶＴ位相ずれΔVPの平均値に基づき、ＰＣＭ３０のＶＶＴ制御部３０ａによって行われるＶＶＴ位相制御の目標値（位相制御値）に補正をかけること、即ちその分、進角側又は遅角側に制御目標値をシフトさせることもできる。こうすれば、組付ずれの影響がなくなるようにＶＶＴ位相制御が補正されて、吸気のバルブタイミングがより適正なものとなり、エンジン１の運転効率が向上する。
【００８０】
前記図７のフローと図８のフローの前半の手順とによって、エンジン１が減速運転等の特定の運転状態にあるときに検出されたイオン電流値に基づいて、実際のＶＶＴ位相、即ち吸気のバルブタイミングを推定する判定手段３０ｂが構成されており、この実施形態では、判定手段３０ｂは、エンジン１の燃焼室６においてＴＤＣ以降に検出されたイオン電流値を積算し、その総積算値の所定割合までが積算されたクランク角位置（イオンパラメータＩｐ）を特定して、このイオンパラメータＩｐと点火時期とに基づき、さらにエンジン回転数等を加味してＶＶＴ位相を推定するようになっている。
【００８１】
特に同フローのステップＳＢ２は、吸気弁１１の作動タイミングをエンジン１の運転状態によらず強制的にバルブオーバーラップが大きくなるように変更するバルブタイミング変更手段３０ｃを構成する。
【００８２】
また、図８のフローの後半の手順によって、ＰＣＭ３０の判定手段３０ｂにより推定されたＶＶＴ位相（推定値VP）とそのモニタ値avta（ＶＶＴ位相制御の目標値に対応）とを対比して、ＶＶＴ制御に関する故障を診断し、これを報知する故障報知手段３０ｄが構成されている。
【００８３】
特に同フローのステップＳＢ１１において位相ずれΔVPの平均値に基づきＶＶＴ位相制御の目標値を補正する場合には、このステップＳＢ１１により、ＶＶＴ位相の推定値VPとそのモニタ値avtaとのずれΔVPに応じて、ＶＶＴ位相制御を、即ち吸気のバルブタイミングの制御を補正するバルブタイミング補正手段３０ｅが構成される。
【００８４】
（点火時期の補正制御）
次に、前記のように推定したＶＶＴ位相（推定値VP）に基づいて行う点火時期の補正について説明する。すなわち、一般に、点火時期は、ノッキング等を回避しつつエンジンの運転効率が最も高くなるように設定され、このときにはシリンダ内圧のピークは圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）１５〜２０°ＣＡに現れることになるが、前記のようなＶＶＴ位相制御のずれに起因して、或いはサイクル変動によって、内部ＥＧＲ量が目標値からずれてしまい、これにより燃焼が例えば緩慢になると、シリンダ内圧のピークは遅角側に移動し、効率が低下することになる。
【００８５】
そこで、この実施形態では、上述の如くイオンパラメータＩｐから推定したＶＶＴ位相（推定値VP）に基づいて点火時期を補正することにより、内部ＥＧＲ量が目標値からずれていても、シリンダ内圧のピークが前記の望ましい範囲に現れるようにして、エンジン１の運転効率の低下を抑制するようにしている。
【００８６】
すなわち、まず、前記図５(a)に示すような点火時期、ＶＶＴ位相及びイオンパラメータＩｐの相関関係を、縦軸にイオンパラメータＩｐ、横軸に点火時期を表して示す図１０において、例えばエンジン１の現在の点火時期（実Igt）と制御の目標ＶＶＴ位相（モニタ値avtaでよい）とから決まる点ａに対して、イオン電流の検出値から求めたイオンパラメータＩｐ（実Ｉｐ）が進角側にあるとする。
【００８７】
この場合、前記実Igt及び実Ｉｐに対応する点ｂから図に矢印で示すように点火時期を遅角させて適正Igtとすれば（図示の点ｃ）、イオンパラメータＩｐの値は点ａと略同じになり、内部ＥＧＲ量のずれによって燃焼速度が高くなっていても、その分、点火時期が遅角されることで、シリンダ内圧のピークは前記の望ましい範囲に現れるようになるのである。
【００８８】
以下に、前記のような点火時期補正の具体的な手順を図１１のフローチャート図に基づいて、説明すると、まず、スタート後のステップＳＣ１ではＶＶＴ制御の実行中かどうか判定し、ＶＶＴ実行フラグオンで実行中であればステップＳＣ２に進んで、点火時期の補正を行うことを示す点火時期補正フラグをオンにして、ステップＳＣ３に進む。
【００８９】
このステップＳＣ３では、前記図８のフローのステップＳＢ３と同様に実ＶＶＴ位相を計算するとともに（実ＶＶＴ位相の推定）、そうして推定した実ＶＶＴ位相（推定値VP）と例えばモニタ値avtaと現在の点火時期（実Igt）とに基づいて、前記図１０を参照して説明したように適正な点火時期（適正Igt）を計算する。この計算には、前記図６(b)のような演算マップを利用すればよい。
【００９０】
続いて、ステップＳＣ４では、実Igtと適正Igtとの間の点火時期のずれΔIgtを計算し（ΔIgt ＝ 適正Igt−実Igt）、ステップＳＣ５では、点火時期の補正のために現在の点火時期の制御値（実Igt）に加えられているオフセット値Igtofsを計算して、それらをエンジン１の運転状態に対応する基本的な制御目標値Igtpcmseqに加えることで、点火時期の次回の制御値を計算する（ステップＳＣ６）。尚、ΔIgt（-1）やIgtofs(-1)というのは、いずれも前回制御サイクルにおける値を示す。
【００９１】
すなわち、この実施形態では、図１２(a)に模式的に示すように、エンジン１の運転状態に対応して予め設定されている基本的な制御目標値Igtpcmseqに対して、これを補正するためのオフセット値Igtofsを常に加えて、点火時期の制御値を決定するようになっており、さらに、そのオフセット値Igtofsを、制御サイクル毎に求めた点火時期のずれΔIgtに応じて更新するようにしている。
【００９２】
そうして基本的な制御目標値Igtpcmseqにオフセット値Igtofsを加えて点火時期を制御することで、エンジン１の運転状態の変化により基本的な制御目標値Igtpcmseqが変化しても、そのことによらずオフセット値Igtofsの反映された点火時期制御が行われることになり、エンジン１の個体ばらつき等による影響を軽減できる。そして、さらにずれΔIgtに応じて点火時期が補正されることで、ＶＶＴ位相制御のずれやサイクル変動による内部ＥＧＲ量の変化の影響も軽減されて、エンジン１の運転効率が高められる。
【００９３】
図１２(b)は、車両の走行中にＰＣＭ３０のＶＶＴ制御部３０ａによりＶＶＴ１３の制御が開始され（ＶＶＴ制御実行フラグオン）、これに伴い前記の如く点火時期の補正が開始された後、ＶＶＴ位相推定値VPに基づいて求められる適正Igtの変化と、これに追従する実Igtの変化とを模式的に示すものであり、例えば内部ＥＧＲ量のサイクル変動によって、図に実線で示すように適正Igtが変化すると、この変化を追いかけるように実Igtも変化し（図に一点差線で示す）、両者のずれが徐々に小さくなっていることが分かる。
【００９４】
そうしてＶＶＴ制御の実行中（図１１のステップＳＣ７でＹＥＳ）前記ステップＳＣ３〜ＳＣ６の手順を繰り返す一方、そのＶＶＴ制御を終了すれば（ＶＶＴ実行フラグオフ）、ステップＳＣ７でＮＯと判定してステップＳＣ８に進み、点火時期補正フラグをオフにして、制御終了となる（エンド）。
【００９５】
前記図１１のフローによって、ＰＣＭ３０の判定手段３０ｂにより推定されたＶＶＴ位相（推定値VP）、即ち吸気のバルブタイミングに基づいて、それがバルブオーバーラップの大きくなる側にずれていれば進角側へ、反対にずれていれば遅角側へというように、点火時期を補正する点火時期補正手段３０ｆが構成されている。
【００９６】
したがって、この実施形態に係るエンジン１のバルブタイミング制御装置の診断装置によると、エンジン１が減速等、特定の運転状態にあり、吸気負圧が大きく且つ充填効率ｃｅの低いときに、即ち、吸排気のバルブオーバーラップの変化に対して内部ＥＧＲ量の変化が大きく、イオン電流値に顕著な変化が現れるような状態において、検出したイオン電流値に基づいて、バルブタイミングの変更状態を従来よりもきめ細かく判定することができる。
【００９７】
しかも、前記特定の運転状態においてＶＶＴ１３を強制的に進角側に作動させ、吸排気のオーバーラップを大きくした上で、イオン電流を検出するようにしており、このことでバルブオーバーラップの変化に対する内部ＥＧＲ量、ひいてはイオン電流値の変化がさらに大きな状態になるので、前記の効果をさらに高めることができる。
【００９８】
さらに、この実施形態では、ＴＤＣよりも遅角側で検出したイオン電流値に基づいて、即ち、内部ＥＧＲとの相関が低いイオン電流波形の前半部分の情報を排除し、イオン電流波形の後半部分に含まれる情報に基づいて、これと相関の高い内部ＥＧＲの状態、ひいてはバルブタイミングの変更状態をより一層、正確に判定することができる。
【００９９】
また、その際、前記特定期間におけるイオン電流の総積算値の所定割合までが積算されたクランク角位置を評価値（イオンパラメータＩｐ）として用い、このイオンパラメータＩｐの他、点火時期、充填効率ｃｅ及びエンジン回転数ｎｅに基づいて、ＶＶＴ位相を正確に推定することができるから、この推定結果によりＶＶＴ１３自体の組付ずれのような故障をきめ細かく正確に診断し、早期に報知することができ、これにより、故障の状態に応じた適切な対応も行えるようになる。
【０１００】
すなわち、例えば、前記のようにＶＶＴ１３の組付ずれを判定した場合は、これに起因するＶＶＴ位相ずれΔVPがなくなるように制御を補正すれば、バルブタイミングをより適正なものとして、エンジン１の運転効率を向上できる。
【０１０１】
或いは、検出したＶＶＴ位相ずれΔVPに応じて点火時期を補正することもでき、こうすれば、実際の内部ＥＧＲ量のずれに応じて点火時期を進角、遅角することにより、シリンダ内圧のピークが望ましい範囲に現れるようにすることができるから、ＶＶＴ制御系の故障に対応するのみならず、サイクル変動による内部ＥＧＲ量の変化の影響も軽減して、エンジン１の運転効率を高めることができる。
【０１０２】
尚、この実施形態の診断装置では、前記図８のフローに示したように、エンジン１が減速運転状態にあるときに検出したイオン電流値に基づいて、ＶＶＴ位相制御に関する判定を行うようにしているが、これに限らず、例えばアイドル時や減速運転時、或いは車両のクルーズ時等、エンジン１が低負荷の特定の運転状態にあるときに検出したイオン電流値に基づいて、ＶＶＴ位相制御に関する判定を行うようにすることができる。
【０１０３】
また、前記実施形態では、エンジン１の燃焼室６においてＴＤＣ以降の特定の期間に検出したイオン電流値に基づいて、ＶＶＴ位相制御に関する判定を行うようにしているが、その特定の期間に限らず、検出したイオン電流の検出値に基づいて判定を行うことができる。
【０１０４】
また、イオンパラメータＩｐとしては、前記特定期間におけるイオン電流の総積算値の所定割合までが積算されたクランク角位置を用いているが、これに限らず、イオン電流波形の傾きや最大値等をイオンパラメータＩｐとすることもできる。
【０１０５】
さらに、前記実施形態では、図８のフローのステップＳＢ３〜ＳＢ５において、ＶＶＴ位相の推定値VPとモニタ値avtaから位相ずれΔVPを求め、この位相ずれΔVPのデータを所定数以上、採取した後に、その平均値が所定以上、大きければ故障と診断するようにしているが、これに限らず、例えばＶＶＴ位相の推定値VPとモニタ値avtaとの組のデータを所定組以上、採取して、これに基づきＶＶＴ位相の推定値VPとモニタ値avtaとの相関を表すグラフを求めて、このグラフに基づいてよりきめ細かく故障を診断することもできる。
【０１０６】
さらにまた、前記の実施形態では、エンジン１の吸気側にＶＶＴ１３を配設し、これにより吸気弁１１の作動タイミングを制御するようにしているが、これに限らず、排気側にＶＶＴを配設したものであってもよい。また、ＶＶＴの構成も前記実施形態のものに限定されず、位相を変更するタイプの種々の可変機構に対応することは勿論、これに代えて、或いはこれに加えて吸排気弁１１，１２のリフト量も可変とした可変機構にも対応し、さらには個々のバルブを油圧力や電磁力によって駆動するようにした動弁系を備えたエンジンにも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施形態に係るバルブタイミング制御装置の診断装置を備えたエンジンの概略構造図である。
【図２】イオン電流検出回路の構成(a)と、これにより検出されるイオン電流波形(b)とを模式的に示す説明図である。
【図３】吸排気弁のリフトカーブを示す説明図(a)と、ＶＶＴの構造の一例を示す部分断面図(b)とである。
【図４】イオンパラメータの定義を模式的に示す説明図である。
【図５】点火時期、ＶＶＴ位相及びイオンパラメータの変化を互いに対応付けて示すグラフ図である。
【図６】エンジンの運転領域に設定した格子点(a)と、その各格子点毎に対応するエンジン運転状態においてイオンパラメータ及び点火時期からＶＶＴ位相を求める演算マップ(b)と、を模式的に示す説明図である。
【図７】イオンパラメータの計算の手順を示すフローチャート図である。
【図８】ＶＶＴ位相の推定と、これに基づくＶＶＴ制御系の故障診断及び補正制御の手順を示すフローチャート図である。
【図９】ＶＶＴ制御系の故障診断のタイムチャート図である。
【図１０】点火時期補正の考え方を示す説明図である。
【図１１】点火時期補正の手順を示すフローチャート図である。
【図１２】点火時期補正の手順(a)とこれにより変化する点火時期(b)とを示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１      エンジン
６      燃焼室
１１    吸気弁（バルブ）
１２    排気弁（バルブ）
１３    ＶＶＴ（位相可変機構）
１８    スロットル弁
３０    ＰＣＭ
３０ａ  ＶＶＴ制御部（制御手段）
３０ｂ  判定手段
３０ｃ  バルブタイミング変更手段
３０ｄ  故障報知手段
３０ｅ  バルブタイミング補正手段
３０ｆ  点火時期補正手段
３３    イオン電流検出回路（イオン電流検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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