(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランク軸に対するカム軸の回転位相を油圧によって変化させて、バルブタイミングを変化させる油圧式可変バルブタイミング機構において、前記カム軸の回転位相を検出する回転位相検出手段と、該回転位相検出手段で検出される実際の回転位相と、目標の回転位相とを比較して、前記油圧式可変バルブタイミング機構の故障診断を行う診断手段と、始動後初めてのバルブタイミングの変更指令の発生を検出する初回指令検出手段と、該初回指令検出手段によって始動後初めてのバルブタイミングの変更指令の発生が検出されたときに、該初回の変更指令に対応して予め記憶されたディレイ時間だけ前記診断手段による診断を禁止する診断禁止手段と、を含んで構成されたことを特徴とする油圧式可変バルブタイミング機構の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク軸に対するカム軸の回転位相を油圧によって変化させる構成の油圧式可変バルブタイミング機構における診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用エンジンにおいて、カム軸の回転位相を油圧によって変化させることで、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉タイミングを早めたり遅らせたりする可変バルブタイミング機構が知られている（特開平７−２３３７１３号公報，特開平８−２４６８２０号公報等参照）。
【０００３】
また、回転位相（バルブタイミング）の目標値と実際値とを比較して、前記可変バルブタイミング機構における故障の有無を診断する診断装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、油圧式の可変バルブタイミング機構においては、一般にリターンスプリングによって基準位置（通常は最遅角位置）に向けて付勢し、動作油圧が無くなった場合に基準位置に復帰するようにしている。このため、エンジン停止中に可変バルブタイミング機構の油圧室の油が抜けたとしても、基準位置で始動を行わせることができるが、前記基準位置からバルブタイミングを初めて変更する場合には、油の抜けた油圧室に対する油圧の供給を開始して、バルブタイミングを変更するための油圧を生じさせる必要があるため、バルブタイミングの変更指令に対して通常よりも大きな遅れをもって実際のバルブタイミングが変化することになる（図５参照）。
【０００５】
即ち、通常時においても、バルブタイミングの目標変更に対して実際のバルブタイミングの変化は遅れを生じるが、始動後初めてのバルブタイミングの変更時には、前記通常時を大きく上回る遅れが生じるものである。従って、バルブタイミングの変更指令に対して、通常時であれば実際のバルブタイミングが充分に応答変化しているものと推定される時点で診断を行わせるようにしても、前記始動後初めてのバルブタイミングの変更時には、油の充填による応答遅れの間に診断が行われることになって、可変バルブタイミング機構の故障を誤って診断する可能性があるという問題があったものである（図５参照）。
【０００６】
ここで、バルブタイミングの変更指令後に診断を行わせるタイミングを充分に遅らせれば、始動後初回であっても誤診断の発生を回避することが可能になるが、変更指令から診断を行うまでのディレイ時間を長くすると、バルブタイミングの目標が頻繁に変化する場合、診断の機会が失われてしまうという問題が発生する。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、エンジンの停止中に油の抜けが発生したとしても、始動後初めてのバルブタイミングの変更時における誤診断の発生を回避でき、然も、診断の機会を充分に確保することができる診断装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、エンジンのクランク軸に対するカム軸の回転位相を油圧によって変化させて、バルブタイミングを変化させる油圧式可変バルブタイミング機構の診断装置であって、図１に示すように構成される。図１において、診断手段は、回転位相検出手段で検出されるカム軸の実際の回転位相と、目標の回転位相とを比較して、前記油圧式可変バルブタイミング機構の故障診断を行う。
【０００９】
一方、初回指令検出手段は、始動後初めてのバルブタイミングの変更指令の発生を検出する。そして、診断禁止手段は、初回指令検出手段によって始動後初めてのバルブタイミングの変更指令の発生が検出されたときに、該初回の変更指令に対応して予め記憶されたディレイ時間だけ前記診断手段による診断を禁止する。
【００１０】
かかる構成によると、カム軸の実際の回転位相と目標値とを比較することで、故障の有無を診断するが、始動後初めてバルブタイミングの変更が指令されたときには、該初回指令時に対応して予め記憶されたディレイ時間だけ診断を禁止し、前記ディレイ時間が経過した後に診断を行わせる。前記始動後初めてのバルブタイミングの変更指令時には、エンジン停止中に油が抜けた油圧室に対する油の充填が行われる可能性があるので、前記ディレイ時間としては、前記油の充填による遅れを見込んだ時間を設定する。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、始動後初めてのバルブタイミングの変更時であってエンジン停止中に油の抜けた油圧室に対する油の充填が必要なときに、油の充填に要する遅れ時間内で故障診断が行われて、可変バルブタイミング機構の故障を誤診断することを回避できると共に、初回指令時に限り該初回指令時に対応する比較的長いディレイ時間だけ診断を禁止するので、通常時における診断機会が損なわれることがないという効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図２は、実施の形態における可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのシステム構成を示す図である。この図２において、エンジン１には、スロットルバルブ２で計量された空気が吸気バルブ３を介してシリンダ内に供給され、燃焼排気は、排気バルブ４を介して排出される。前記吸気バルブ３，排気バルブ４は、吸気側カム軸，排気側カム軸にそれぞれ設けられたカムによって開閉駆動される。
【００１３】
吸気側カム軸５には、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ３の開閉タイミングを開閉角一定のまま連続的に早めたり遅くしたりする可変バルブタイミング機構６が備えられている。前記可変バルブタイミング機構６は、油圧ポンプによって供給される油圧によって前記回転位相を連続的に変化させる油圧式の機構であり、回転位相の進角方向へ作用する油圧と遅角方向へ作用する油圧とをそれぞれに制御して、吸気側カム軸５の回転位相を目標の回転位相に制御するものであり、前記油圧はコントロールユニット７からの油圧制御信号によって調整される構成となっている。
【００１４】
また、前記可変バルブタイミング機構６には、回転位相の遅角方向と進角方向との双方に、回転位相の変化を規制する機械的なストッパが設けられており、このストッパ位置によって最進角位置及び最遅角位置が規定されるようになっている。尚、吸気側カム軸５の回転位相の遅角方向とは、吸気バルブ３の開時期が遅れて排気バルブ４と吸気バルブ３とのオーバーラップ量が減少する方向であり、進角方向とは、吸気バルブ３の開時期が早まって排気バルブ４と吸気バルブ３とのオーバーラップ量が拡大する方向である。
【００１５】
前記可変バルブタイミング機構６は、図３に示すように、吸気側カム軸５のカムスプロケット21に付設され、クランク軸と吸気側カム軸５との位相を変化させる位相調整機構22と、該位相調整機構22への動作油圧の供給を制御するコントロールバルブ23とからなる。前記位相調整機構22において、カムスプロケット21に内蔵のプランジャ24のフロント側（図３で左側）に油圧を供給するフロント側油圧通路25と、前記プランジャ24のリア側（図３で右側）に油圧を供給するリア側油圧通路26とが設けられている。
【００１６】
前記プランジャ24は、ヘリカルギヤ27でカムスプロケット21及び吸気側カム軸５と噛み合っており、フロント側に供給される油圧とリア側に供給される油圧とのバランスによって、プランジャ24は回転しながらカム軸５の軸方向に沿って移動する。このとき、カムスプロケット21は、図示しないタイミングチェーン（又はタイミングベルト）によって固定されるから、カム軸５側がプランジャ24と共に回転し、カムスプロケット21とカム軸５との位相位置が変化することになり、本実施形態では、プランジャ24をカム軸５に近づける方向（図３の右方向）に移動させると、カム軸５の回転位相は進角方向に変化し、逆に、プランジャ24をカム軸５から離れる方向（図３の左方向）に移動させると、カム軸５の回転位相は遅角方向に変化するようになっている。
【００１７】
また、プランジャ24をカム軸から離れる方向（遅角側）に付勢するリターンスプリング28が設けられている。プランジャ24のフロント側及びリア側に対する供給油圧を制御する前記コントロールバルブ23は、リニアソレノイド29とスプール弁30とからなり、リニアソレノイド29によってスプール弁30の位置を変化させることで、フロント側油圧通路25を介してプランジャ24のフロント側に供給される油圧と、リア側油圧通路26を介してプランジャ24のリア側に供給される油圧とを制御する。
【００１８】
前記リニアソレノイド29は、前記コントロールユニット７によってその通電のＯＮ・ＯＦＦがデューティ制御されるようになっており、デューティ比（ＯＮ時間割合）が０％（通電停止時状態）のときには、専らプランジャ24のリア側に油圧が供給されると共に、フロント側の油圧がドレインされ、カム軸５は最遅角位置（最小オーバーラップ置）に制御される一方、デューティ比が100 ％（連続通電状態）のときには、専らプランジャ24のフロント側に油圧が供給されると共に、リア側の油圧がドレインされ、カム軸５は最進角位置（最大オーバーラップ位置）に制御される。そして、デューティを０〜100 ％の間で変化させることで、フロント側の油圧とリア側の油圧とのバランスが変化し、最遅角位置と最進角位置との間の目標位置に制御することができるようになっている。
【００１９】
尚、図３において、31は油圧源（エンジン駆動される油圧ポンプ）であり、32はスプール弁30からのドレイン通路である。また、図３に示すように、カム軸５の所定角度位置で検出信号を出力するカムセンサ９が設けられている。更に、クランク軸の所定角度位置で検出信号を出力するクランク角センサ８が設けられていて、コントロールユニット７は、前記クランク角センサ８及びカムセンサ９からの検出信号に基づいて、クランク軸に対するカム軸５の回転位相を検出し（回転位相検出手段）、以て、吸気バルブ３の開閉タイミングを検出すると共に、前記クランク角センサ８からの検出信号に基づいてエンジン１の回転速度Ｎｅを算出する。
【００２０】
前記コントロールユニット７には、前記クランク角センサ８及びカムセンサ９からの検出信号の他、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメータ10、エンジン１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ11等からの検出信号が入力される。そして、コントロールユニット７は、エンジン負荷，エンジン回転速度Ｎｅ，冷却水温度Ｔｗ等の情報に基づいて、カム軸５の位相の目標進角値を決定し、該目標進角値に対応するデューティの油圧制御信号を前記リニアソレノイド29に出力する。
【００２１】
前述のように、目標進角値が最遅角側である間は、プランジャ24のフロント側に対する油圧供給が行われず、リア側にのみ油圧が供給される。このため、エンジン停止中に、フロント側の油圧室の油が抜けると、始動後に目標進角値が最遅角位置よりも進角側に変更されないと、フロント側は油の抜けた状態のまま放置されることになる。従って、始動後に初めて進角指令が出力されてフロント側への油の供給が開始されたときには、油が抜けたフロント側の油圧室に油を充填させる必要があるために、進角指令から実際にバルブタイミングが進角変化するまでに大きな応答遅れ時間が発生することになる。
【００２２】
そこで、本実施形態では、目標進角値と実際の進角値とを比較して行われる可変バルブタイミング機構６の故障診断を、図４のフローチャートに示すようにして行わせるようにしてある。図４のフローチャートにおいて、Ｓ１では、始動後の初めて進角指令（バルブタイミングの変更指令）が出力されたか否かを判別する（初回指令検出手段）。
【００２３】
尚、本実施形態では、エンジン停止中に最遅角位置に制御されることになるので、前記始動後初めて進角指令は、始動（スタートスイッチのＯＮ）と同時に進角指令が出力される場合を含むものとする。Ｓ１で、始動後の初めて進角指令の出力時ではないと判断されたときには、Ｓ５へ進んで、可変バルブタイミング機構の故障診断を行わせる（診断手段）。
【００２４】
前記故障診断は、前記クランク角センサ８及びカムセンサ９からの検出信号に基づいて検出されるカム軸５の回転位相と、前記目標進角値とを比較し、両者に所定以上の偏差がある場合に故障の発生を判定し、前記偏差が所定値未満であれば正常と判定する。一方、Ｓ１で、始動後の初めて進角指令の出力時であると判別されたときには、予め記憶された初回指令時用のディレイ時間の計測をＳ２で開始し、Ｓ３で、前記ディレイ時間が経過したか否かを判別させる。
【００２５】
そして、前記ディレイ時間が経過するまでは、Ｓ４へ進んで診断を禁止し（診断禁止手段）、ディレイ時間が経過してからＳ５へ進んで、診断を行わせる。前記ディレイ時間は、フロント側の油圧室の油が抜けている場合であっても、実際の回転位相が目標進角値に到達するのに充分な時間として設定されており、これにより、エンジン停止中にフロント側の油圧室の油が抜け、フロント側への油の供給が初めて行われる状態であっても、油の充填中に診断が行われることを回避でき、以て、誤診断の発生を防止できる。
【００２６】
尚、始動後の初めて進角指令以外の目標進角値の変更時においても、目標進角値の変更からディレイ時間をもたせて診断を行わせる構成であっても良い。但し、この場合に、始動後の初めて進角指令時のディレイ時間は、初回進角指令以外におけるディレイ時間よりも長い時間に設定されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明に係る診断装置の構成ブロック図。
【図２】実施の形態におけるエンジンのシステム構成図。
【図３】実施の形態における可変バルブタイミング機構を示す部分断面図。
【図４】診断制御の実施形態を示すフローチャート。
【図５】始動後初回のバルブタイミング変更指令時におけるバルブタイミング変化の特性を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…エンジン
２…スロットルバルブ
３…吸気バルブ
４…排気バルブ
５…吸気側カム軸
６…可変バルブタイミング機構
７…コントロールユニット
８…クランク角センサ
９…カムセンサ
10…エアフローメータ
11…水温センサ
21…カムスプロケット
22…位相調整機構
23…コントロールバルブ
24…プランジャ
25…フロント側油圧通路
26…リア側油圧通路
27…ヘリカルギヤ
28…リターンスプリング
29…リニアソレノイド
30…スプール弁
【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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