(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。
【0012】
本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒1(
図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【0013】
吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
【0014】
排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。
【0015】
図2に示すように、本実施形態における内燃機関では、クランクスプロケット71、吸気側スプロケット72及び排気側スプロケット73にタイミングチェーン74を巻き掛けて巻掛伝動装置7を構成し、タイミングチェーン74により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット72を介して吸気カムシャフトに、排気側スプロケット73を介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。吸気カムシャフトが各気筒1の吸気バルブを開閉駆動し、排気カムシャフトが各気筒1の排気バルブを開閉駆動することは言うまでもない。
【0016】
その上で、吸気側スプロケット72と吸気カムシャフトとの間にVVT(Variable Valve Timing)5を介設するとともに、排気側スプロケット73と排気カムシャフトとの間にもVVT6を介設している。
【0017】
VVT5は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることにより、吸気バルブの開閉のタイミングを変化させる。即ち、VVT5のハウジング51は、吸気側スプロケット72に固着しており、吸気側スプロケット72とハウジング51とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフトの一端部に固着したロータ52は、ハウジング51内に収納され、吸気側スプロケット72及びハウジング51に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング51の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ52の外周部に成形されたベーン521によって進角室511と遅角室512とに区画されている。
【0018】
同様に、VVT6は、クランクシャフトに対する排気カムシャフトの回転位相を変化させることにより、排気バルブの開閉のタイミングを変化させる。即ち、VVT6のハウジング61は、排気側スプロケット73に固着しており、排気側スプロケット73とハウジング61とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフトの一端部に固着したロータ62は、ハウジング61内に収納され、排気側スプロケット73及びハウジング61に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング61の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ62の外周部に成形されたベーン621によって進角室611と遅角室612とに区画されている。
【0019】
VVT5、6の液圧(特に、油圧)回路には、オイルパン81内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ82より供給される。液圧ポンプ82は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ82とVVT5との間、液圧ポンプ82とVVT6との間にはそれぞれ、切換制御弁であるOCV(Oil Control Valve)9を設けている。作動液の流量及び方向をこのOCV9を介して操作することで、オイルパン81から汲み上げた作動液を進角室511、611または遅角室512、612に選択的に供給することができる。さすれば、ハウジング51、61がロータ52、62に対して相対回動し、吸気バルブ及び排気バルブの各バルブタイミングを進角または遅角させることができる。
【0020】
OCV9は、いわゆる電磁式の四方向スプール弁である。
図2に示すように、OCV9は、液圧ポンプ82の吐出口と接続する供給ポート91、ハウジング51、61の進角室511、611と接続するAポート92、ハウジング51、61の遅角室512、612と接続するBポート93、並びにオイルパン81と接続するドレインポート94、95を有している。OCV9のスプールは、進退動作により内部粒体経路を切り換えて、Aポート92及びBポート93をそれぞれ供給ポート91、ドレインポート94、95の何れかに連通させる。また、スプール96が中立位置をとるときには内部流体経路が断絶し、Aポート92及びBポート93を供給ポート91にもドレインポート94、95にも連通させない。
図2では、スプール96が中立位置にある状態を示している。
【0021】
スプール96はソレノイド97によって駆動する。つまり、制御信号m、nとしてソレノイド97に入力するパルス電流(または、電圧)のデューティ比に応じて、スプール96の進退の距離が変化する。
【0022】
制御信号m、nのデューティ比が比較的大きい場合には、液圧ポンプ82から吐出される作動液圧がAポート92を通じて進角室511、611に供給される一方、既に遅角室512、612に貯留していた作動液がBポート93を通じてオイルパン81に向けて流下することとなり、進角室511、611の容積が拡大、遅角室512、612の容積が縮小するようにベーン521、621及びロータ52、62が回動する。結果、カムシャフトの回転位相、即ちカムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が進角して、吸気バルブまたは排気バルブのバルブタイミングが進角化する。
【0023】
逆に、制御信号m、nのデューティ比が比較的小さい場合には、液圧ポンプ82から吐出される作動液圧がBポート93を通じて遅角室512、612に供給される一方、既に進角室511、611に貯留していた作動液がAポート92を通じてオイルパン81に向けて流下することとなり、遅角室512、612の容積が拡大、進角室511、611の容積が縮小するようにベーン521、621及びロータ52、62が回動する。結果、カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が遅角して、吸気バルブまたは排気バルブのバルブタイミングが遅角化する。
【0024】
総じて言えば、制御信号mのデューティ比が中立より大きいほど吸気バルブのバルブタイミングが速く進角し、デューティ比が中立より小さいほど吸気バルブのバルブタイミングが速く遅角する。並びに、制御信号nのデューティ比が中立より大きいほど排気バルブのバルブタイミングが速く遅角し、デューティ比が中立より小さいほど排気バルブのバルブタイミングが速く進角する。
【0025】
内燃機関の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【0026】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサ(エンジン回転センサ)から出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、内燃機関の冷却水温(機関の温度を示唆)を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力される吸気カム角信号g、排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力される排気カム角信号h等が入力される。
【0027】
出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、吸気側のVVT5を制御するためのOCV9に対して制御信号m、排気側のVVT6を制御するためのOCV9に対して制御信号n等を出力する。
【0028】
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミング、といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、m、nを出力インタフェースを介して印加する。
【0029】
ECU0は、内燃機関の運転領域[エンジン回転数,要求負荷(または、吸気管内圧力、吸気量)]その他の条件に応じて、吸気バルブ及び排気バルブの各バルブタイミングを変化させる。特に、中負荷の運転領域にて、排気バルブの閉じタイミングを遅らせるとともに吸気バルブの開きタイミングを早め、両バルブが開弁しているバルブオーバラップ期間を長大化することにより、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガス量を増加させ、内燃機関のポンピングロスを低減しながら燃焼ガス中に含まれるNO
xを減少せしめ、さらにはHCの再燃焼を促す。
【0030】
翻って、内燃機関の始動時ないし始動直後、内燃機関の低温時(冷間始動直後等の暖機時)、アイドリング中、低負荷運転領域または高回転高負荷運転領域においては、内部EGRが却って悪影響をもたらすおそれがあることから、排気バルブの閉じタイミングを早めるとともに吸気バルブの開きタイミングを遅らせて、バルブオーバラップ期間を短縮化する。排気バルブタイミングを最も進角すると、排気バルブは気筒1の排気上死点にて閉じ切る。吸気バルブタイミングを最も遅角すると、吸気バルブは気筒1の排気上死点にて開き始める。従って、バルブオーバラップ期間が0となる。
【0031】
しかして、本実施形態では、内部EGRが不要な状況である内燃機関の始動時ないし始動直後、内燃機関の低温時、アイドリング中、低負荷運転領域または高回転高負荷運転領域の何れかにおいて、VVT5、6及び巻掛伝動装置7のダイアグノーシス処理を実施することとしている。
【0032】
ダイアグノーシスでは、排気バルブについては最進角したバルブタイミングを、吸気バルブについては最遅角したバルブタイミングを、それぞれ基準タイミングとする。そして、排気バルブタイミングを基準タイミングに合致させるべくVVT6のOCV9を操作して、排気バルブタイミングが基準タイミングに対応する所定のクランク角度の範囲内に収まるか否かを判定する。なおかつ、吸気バルブタイミングをこの基準タイミングに合致させるべくVVT5のOCV9を操作し、吸気バルブタイミングが基準タイミングに対応する所定のクランク角度の範囲内に収まるか否かを判定する。
【0033】
ECU0は、これら二つの判定にあたり、クランク角信号b及びカム角信号g、hを参照する。
図3に、クランク角信号b、吸気側のカム角信号g及び排気側のカム角信号hの例を示す。
【0034】
内燃機関のクランクシャフトに付設されているクランク角センサは、クランクシャフトに固定されたロータの回転をセンシングするものである。このロータの外周には、所定角度、例えば10°CA(クランク角度)毎に歯が形成されている。クランク角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度パルス信号であるクランク角信号bを出力する。但し、クランクシャフトのロータの歯は一部欠けており、その欠歯部分に起因したクランク角信号パルスの欠損を基にして、クランクシャフトの絶対的な角度を知ることが可能となっている。
【0035】
吸気カムシャフトに付設されているカム角センサは、吸気カムシャフトに固定されたロータの回転をセンシングするものである。このロータには、例えば一回転を気筒数で割った角度、三気筒エンジンであれば120°(クランク角度に換算すれば、240°CA)毎に歯または突起が形成されており、その歯または突起がカム角センサの近傍を通過する都度、カム角センサがパルス信号であるカム角信号gを出力する。
【0036】
排気カムシャフトに付設されているカム角センサもまた、排気カムシャフトに固定されたロータの回転をセンシングするものである。このロータには、例えば一回転を気筒数で割った角度、三気筒エンジンであれば120°(クランク角度に換算すれば、240°CA)毎に歯または突起が形成されており、その歯または突起がカム角センサの近傍を通過する都度、カム角センサがパルス信号であるカム角信号hを出力する。
【0037】
吸気側のカム角信号gは、VVT5が具現している吸気バルブのバルブタイミング、より具体的には気筒1の吸気バルブが開き始めるタイミングを示す。また、排気側のカム角信号hは、VVT6が具現している排気バルブのバルブタイミング、即ち気筒1の排気バルブが閉じ切るタイミングを示す。
【0038】
図3は、ダイアグノーシスのために、吸気バルブタイミングを最遅角するとともに排気バルブタイミングを最進角した状態を表している。VVT5、6や巻掛伝動装置7に異常がない場合、
図3の通り、カム角信号gのパルス及びカム角信号hのパルスがともに、クランク角信号bによって示される気筒1の排気上死点のタイミングに合致するか、または排気上死点のタイミングから所定のクランク角度の範囲内に収まる。
【0039】
VVT5、6または巻掛伝動装置7に何らかの異常がある場合には、カム角信号gのパルス及び/またはカム角信号hのパルスが、クランク角信号bによって示される気筒1の排気上死点のタイミングから進角方向または遅角方向にずれてしまい、排気上死点のタイミングから所定のクランク角度の範囲を逸脱する。
【0040】
図4に、異常検出のパターンと、推定される異常の原因、換言すれば異常の存在箇所との関係を示す。
【0041】
カム角信号hのパルスが気筒1の排気上死点に合致するが、カム角信号gのパルスが排気上死点から進角した方向または遅角した方向にずれているパターン(1)または(2)では、ECU0は吸気カムシャフト側に異常が存在するとの判断を下す。例えば、スプロケット72の歯が欠損してしまったときや、チェーン74を巻き掛ける際にチェーン74を引っ掛けるスプロケット72の歯の位置を取り違えてしまったとき、あるいは、吸気側のVVT5若しくはこれを操作するOCV9に故障が発生したとき等に、この異常となる。
【0042】
カム角信号gのパルスが気筒1の排気上死点に合致するが、カム角信号hのパルスが排気上死点から進角した方向または遅角した方向にずれているパターン(3)または(4)では、ECU0は排気カムシャフト側に異常が存在するとの判断を下す。例えば、スプロケット73の歯が欠損してしまったときや、チェーン74を巻き掛ける際にチェーン74を引っ掛けるスプロケット74の歯の位置を取り違えてしまったとき、あるいは、排気側のVVT6若しくはこれを操作するOCV9に故障が発生したとき等に、この異常となる。
【0043】
カム角信号gのパルス及びカム角信号hのパルスがともに気筒1の排気上死点から進角した方向にずれているパターン(5)では、ECU0はクランクシャフト側に異常が存在するとの判断を下す。例えば、スプロケット71の歯が欠損してしまったときや、チェーン74を巻き掛ける際にチェーン74を引っ掛けるスプロケット71の歯の位置を取り違えてしまったとき等に、この異常となる。
【0044】
カム角信号gのパルス及びカム角信号hのパルスがともに気筒1の排気上死点から遅角した方向にずれているパターン(8)では、ECU0はクランクシャフト側またはチェーン74に異常が存在するとの判断を下す。パターン(8)とパターン(5)との違いは、スプロケット71の歯の欠損やチェーン74をスプロケット71に巻き掛ける際の掛け違い等の他に、チェーン74が伸びてしまった可能性が疑われるという点にある。特に、チェーン74の伸びは、パターン(8)でしか可能性がなく、異常の原因として特定しやすいものの一つである。
【0045】
カム角信号gのパルス及びカム角信号hのパルスのうち一方が気筒1の排気上死点から進角した方向にずれ、他方が排気上死点から遅角した方向にずれているパターン(6)、(7)では、ECU0は吸気カムシャフト側及び排気カムシャフト側の双方に異常が存在するとの判断を下す。
【0046】
カム角信号gのパルス及びカム角信号hのパルスがともに気筒1の排気上死点に合致するパターンでは、ECU0はVVT5、6及び巻掛伝動装置7に異常はないとの判断を下す。
【0047】
ECU0は、ダイアグノーシス処理により得られた判断結果、即ち上述の検出パターンの何れに該当するのかを示す情報(ダイアグノーシスコード)を、そのときの日時のタイムスタンプ等とともにメモリに書き込んで記憶保持する。この情報は、事後の検査や修理の作業における異常の原因の究明の助けとなる。
【0048】
また、ダイアグノーシス処理により得られた判断結果を示す情報を、運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で出力してもよい。例えば、車両のコックピット内に設置された警告灯(エンジンチェックランプ)を点灯させたり、ディスプレイに表示させたり、ブザーまたはスピーカから警告音を音声出力させたりする。
【0049】
本実施形態では、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングを可変調整できる可変バルブタイミング機構5、6を備えた内燃機関の異常を検知するものであって、吸気バルブのバルブタイミングを所定の基準タイミングに合致させるべく可変バルブタイミング機構5を操作したときに、当該吸気バルブのバルブタイミングが前記基準タイミングに対応する所定のクランク角度の範囲内に収まるか否かを判定し、なおかつ、排気バルブのバルブタイミングを所定の基準タイミングに合致させるべく可変バルブタイミング機構6を操作したときに、当該排気バルブのバルブタイミングが前記基準タイミングに対応する所定のクランク角度の範囲内に収まるか否かを判定して、前記二つの判定結果を基に異常の有無及び異常の存在箇所を推定する内燃機関の制御装置0を構成した。
【0050】
本実施形態によれば、可変バルブタイミング機構5、6が付帯した内燃機関のダイアグノーシス処理において、異常の発生箇所を絞り込むことができ、事後の異常の解析を速やかに行うための助けとなる。
【0051】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態のダイアグノーシス処理では、吸気バルブタイミング及び排気バルブタイミングのそれぞれについて、基準タイミングから進角側に逸脱しているか、遅角側に逸脱しているかを検知し、異常の有無及び存在箇所の推定に利用していた。これに対し、吸気バルブタイミング及び排気バルブタイミングのそれぞれについて、単に基準タイミングから逸脱しているか否かを検知するだけでも、異常の有無及び存在箇所の推定には十分に役立つ。即ち、吸気バルブのタイミングだけが正常範囲を逸脱しているならば、吸気カムシャフト側の異常(スプロケットの歯飛び、チェーンを掛ける位置の誤り、VVTやOCVの異常等)と推断することができ、排気バルブのタイミングだけが正常範囲を逸脱しているならば、排気カムシャフト側の異常と推断することができる。そして、両バルブのタイミングが正常範囲を逸脱しているならば、吸排気カムシャフト両方の異常またはクランクシャフト側の異常若しくはタイミングチェーンの異常と推断することができる。
【0052】
上記実施形態における内燃機関の巻掛伝動装置は、チェーンとスプロケットとを用いたものであったが、これに替えてベルトとプーリとを用いたものに対しても、本発明に係るダイアグノーシス処理を適用することが可能である。
【0053】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。