JP4385971B2 - 車両の異常検知装置 - Google Patents

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Description

本発明は、アイドリング時において予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止する車両の異常検知装置に関し、特に、可変バルブタイミング機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）の異常を的確に検知することができる検知装置に関する。
地球温暖化の防止や省資源化の観点から、交差点等において赤信号で車両が停車するとエンジンを自動的に停止させて、再び走行を始めようと運転者が操作すると（たとえばアクセルペダルを踏んだり、あるいはブレーキペダルの踏み込みを止めたり、シフトレバーを前進走行ポジションに切り替えるなどの操作を行なうと）、エンジンが再始動するアイドリングストップシステム（エコノミーランニングシステム、エンジンオートマチックストップアンドスタートシステムとも呼ばれる。以下、エコランシステムと記載する場合もある。）が実用化されている。このシステムにおいては、エンジンの再始動時には、車両に搭載された二次電池の電力を用いてモータジェネレータやスタータモータなどの電動機によりクランクシャフトを回転させてエンジンを再始動させる。
このようなエコランシステムにおいては、種々のセンサ信号やスイッチ信号を検知して、予め定められたエコラン開始条件が満足されるとエンジンを停止して、再びエンジンを再始動するように制御する必要がある。
一方、このようなエコラン車に搭載されてるエンジンにＶＶＴを備えることも多い。ＶＶＴの一例としては、吸気バルブおよび／または排気バルブの開閉タイミングを電子制御による油圧駆動で連続可変制御することにより、低中速のトルク向上、燃費向上およびエミッション性能向上を図るものである。また、このようなタイミング制御に加えて、吸排気効率の向上のために、吸気バルブおよび／または排気バルブのリフト量を可変制御するものもある。このＶＶＴはエンジンの基幹部品である吸排気バルブを制御するものであり、万一の故障発生に備えて異常診断が必要になる。
特開２００４−２９３５２０号公報（特許文献１）は、バルブタイミング制御システムに対する異常診断の診断領域を拡大するとともに、迅速かつ確実に異常を検知する異常診断装置を開示する。この異常診断装置は、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムの異常診断装置であって、運転条件の変化に伴うエンジン回転数の変化を検知し、このエンジン回転数の変化に基づいて診断値を算出する手段と、診断値を予め設定した判定閾値と比較し、診断値が判定閾値を越えたとき、異常発生と判断する手段とを備える。
このバルブタイミング制御システムの異常診断装置によると、運転条件が変化したときのエンジン回転数変化量（あるいはエンジン回転数変化量の積分値）が判定閾値を越えた場合、バルブタイミング制御システムが異常であると診断する。このため、運転領域に拘わらず、可変バルブタイミング機構の摺動部の摺動不良や固着等による応答性悪化を迅速かつ確実に検知することができる。しかも、摺動部の固着または固着に近い状態はもちろんのこと、油圧が規定よりも高くなって可変バルブタイミング機構に応答遅れが発生し、目標進角に対して実進角の応答性が悪化した場合においても、的確に異常を検知し、診断精度を向上することができる。
特開２００４−２９３５２０号公報
しかしながら、エンジン停止時においては、圧縮行程でエンジンが停止すると、ピストンが圧縮空気により押し戻されることがある。特に、エコラン車においてはエンジンの停止と再始動とを頻繁に行なうため、このような状態になる可能性が高い。このようにピストンが圧縮空気により押し戻されると、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）からＶＶＴコントローラに進角指令を出力している場合に、ＶＶＴに異常が発生している場合を想定する。この異常は、オイル中の不純物や劣化による異物の堆積・沈殿等によるＶＶＴの各摺動部の摺動性不良による応答性の悪化や異物の噛み込みによる固着等がある。進角指令が出力されているときに、ＶＶＴが固着等により異常状態であると、ＶＶＴによるカムポジションの進角側への変位量がない場合がある。このような場合には、ＶＶＴが異常であると判断されなければならないのであるが、圧縮行程でエンジンが停止するとピストンが圧縮空気で押し戻されてクランクシャフトがわずかではあるが逆方向に戻されることがある。これに対してカムシャフトは逆回転しないので相対的にＶＶＴ進角量が発生しているようにカムポジションセンサが検知する。このようにクランクシャフトが戻されてしまうと、カムポジションが進角しているように検知され、異常発生を検知できない。このため、エンジンの再始動時にはＶＶＴ異常が発生していないものとしてエンジンが制御される。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エコラン車などのエンジンの停止と再始動とを繰り返す車両において、ＶＶＴ異常を的確に検知することができる、車両の異常検知装置を提供することである。
第１の発明に係る車両の異常検知装置は、車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止する車両の異常を検知する。エンジンには可変バルブタイミング機構が設けられる。この異常検知装置は、エンジンの一時的な停止後であって、エンジンの再始動後において、予め定められたエンジンの状態に関する異常検知禁止条件が満足されたか否かを判断するための判断手段と、可変バルブタイミング機構の異常を検知するための検知手段と、判断手段により異常検知禁止条件が満足されていると、検知手段による可変バルブタイミング機構の異常検知を禁止するための手段とを含む。
第１の発明によると、エコラン車やハイブリッド車であってエンジンがＶＶＴ機構を有し、そのＶＶＴの異常を検知することを禁止する条件（異常検知禁止条件）が設定される。エンジンの停止と再始動とを頻繁に繰り返す可能性の高いこのような車両においては、圧縮行程でエンジンが停止して圧縮空気によりピストンが押されてクランクシャフトがわずかに逆回転するが、カムシャフトは逆回転しない。このため、進角指令信号が出力されている場合に、ＶＶＴ内部の機構が固着する等の異常が発生していて、実際にはＶＶＴにより進角されていないにもかかわらず、見かけ上進角されているように、カムポジションセンサにより検知される。このため、このようなクランクシャフトとカムシャフトとが同期していない状態であるときには異常検知禁止条件を成立させて、ＶＶＴの異常判断を行なわないようにする。このようにして、的確にＶＶＴの異常を検知することができる。その結果、エコラン車などのエンジンの停止と再始動とを繰り返す車両において、ＶＶＴ異常を的確に検知することができる、車両の異常検知装置を提供することができる。
第２の発明に係る車両の異常検知装置においては、第１の発明の構成に加えて、異常検知禁止条件は、エンジンの回転数が予め定められた回転数よりも低いという条件である。
第２の発明によると、エンジン回転数が低い状態（再始動直後や停止直前等）であると、圧縮行程でエンジンが停止したことに起因するクランクシャフトとカムシャフトとが同期していない状態であるので、異常検知禁止条件を成立させて、ＶＶＴの異常判断を行なわないようにする。
第３の発明に係る車両の異常検知装置においては、第１の発明の構成に加えて、異常検知禁止条件は、エンジンの再始動後、可変バルブタイミング機構への制御指令の出力回数が予め定められた回数よりも低いという条件である。
第３の発明によると、カムポジションセンサがカムの位相を検知して進角量や遅角量が算出される。カムポジションセンサは、クランクシャフトが少なくとも１回転しないと、カムの位相を検知できないので、制御指令信号も出力されない。逆に、制御指令信号が出力されるということは少なくとも１回はカムポジションセンサによりカムの位相が検知されている。このときに固着を検知できる。このため、このような状態になるまでは、異常検知禁止条件を成立させて、ＶＶＴの異常判断を行なわないようにする。
第４の発明に係る車両の異常検知装置においては、第１の発明の構成に加えて、異常検知禁止条件は、エンジンの再始動後、可変バルブタイミング機構への制御指令における変位量が予め定められた量よりも小さいという条件である。
第４の発明によると、エンジンが停止に至る状態等においては、変位量を大きくして、異常検知の精度を向上させることができる。
第５の発明に係る車両の異常検知装置においては、第１の発明の構成に加えて、異常検知禁止条件は、エンジンの停止処理中であるという条件である。
第５の発明によると、たとえば、エコラン車のアイドリングストップ条件が成立して、エンジンの停止処理に入ってエンジン回転数が低い状態（停止直前等）であると、圧縮行程でエンジンが停止したことに起因するクランクシャフトとカムシャフトとが同期していない状態であるので、異常検知禁止条件を成立させて、ＶＶＴの異常判断を行なわないようにする。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下に示す実施の形態においては、ＶＶＴの指令値を進角量として説明するが、ＶＶＴ指令値は遅角量であってもよい。
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る異常検知装置が搭載される車両の制御ブロックについて説明する。なお、以下の説明では、この異常検知装置は、エコランシステムが搭載される車両に適用されるとして説明するが、本発明が適用される車両は、ハイブリッド車等のように、エンジンの停止と再始動とを比較的頻繁に行なう車両であればよい。
このエコランシステムにおける制御対象であるハードウェア系として、エンジン１００と、エンジン１００を始動および再始動（イグニッションスイッチによるエンジン１００の作動開始を始動、エコランによる一時停止後のエンジン１００の作動開始を再始動という）するためにエンジン１００をクランキングするスタータ２００と、エンジン１００のクランクシャフトプーリとベルトで接続されたオルタネータ３００と、ライト、オーディオ、エアコンディショナのコンプレッサ等の補機負荷４００と、スタータ２００や補機負荷４００に電力を供給するバッテリ（二次電池）５００と、ＶＶＴコントローラ３５００とを含む。なお、スタータ２００ではなくモータジェネレータであってもよいし、バッテリはエンジン１００停止時の電力供給のためのバッテリをさらに搭載していてもよい。
このようなハードウェア系を制御する制御系として、エコランシステムは、ＡＢＳ（Antilock braking System）＿ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０００と、エコランＥＣＵ２０００と、エンジンＥＣＵ３０００とを含む。ＶＶＴコントローラ３５００はエンジンＥＣＵ３０００により制御されるものとする。
ＡＢＳ＿ＥＣＵ１０００には、Ｇセンサ１１００からの信号（車両の傾きや加速度を表わす物理量の信号）、ブレーキマスタ圧センサ１２００からの信号（車両の制動装置の効き具合を表わす物理量の信号）、車速センサ１３００からの信号（車両の速度を表わす物理量の信号）がそれぞれ入力される。
エコランＥＣＵ２０００には、ブレーキランプ信号と連動したブレーキが作動状態であることを示すブレーキ信号、変速機のシフトポジションを示すシフト信号、バッテリ５００の温度を示すバッテリ温度信号がそれぞれ入力される。
エンジンＥＣＵ３０００には、アクセルペダルが踏まれていることを検知するアクセルスイッチ３１００からの信号、ステアリングが操作されていることを検知するＥＰＳ（Electric Power Steering）センサ３２００からの信号、エンジン１００の回転数（ＮＥ）を検知するＮＥセンサ３３００からの信号、エンジン１００を冷却する冷却水の水温を検知する冷却水センサ３４００からの信号、ＶＶＴコントローラ３５００からの吸気側および排気側のカム位相を検知するカムポジションセンサからのカムポジション信号がそれぞれ入力される。
また、ＡＢＳ＿ＥＣＵ１０００からエコランＥＣＵ２０００にセンサ信号が送信され、エコランＥＣＵ２０００からエンジンＥＣＵ３０００にエンジン１００の再始動指令信号および停止指令信号が送信され、エンジンＥＣＵ３０００からエコランＥＣＵ２０００にセンサ信号が送信される。エンジンＥＣＵ３０００は、エコランＥＣＵ２０００から受信したエンジン１００の再始動指令信号に基づいてスタータ２００に再始動信号を送信して、スタータ２００がエンジン１００をクランキングしてエンジン１００が再始動する。
このようなエコランシステムにおけるエンジン１００の停止条件としては、たとえば、アクセル開度が０であること、シフト操作後１秒以上経過していること、車速が０ｋｍ／ｈであること、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ以下であること、登坂・傾斜判定が８゜以下であること、エンジン冷却水温が６５℃〜１０５℃であること、バッテリ温度が０℃〜５５℃であること、ブレーキマスタ圧が十分な制動力を確保できる以上あること、停止直前にステアリング操作していないこと等々の全ての条件を満足することである。なお、これらの条件の種類および条件における数値は一例である。
図２を参照して、図１のエンジンＥＣＵ３０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ３０００は、ＮＥセンサ３３００から入力された信号に基づいて、エンジン回転数ＮＥを検知する。Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ３０００は、検知したエンジン回転数ＮＥが、エンジン回転数ＮＥに対して予め定められたしきい値であるＮＥしきい値以上であるか否かを判断する。エンジン回転数ＮＥがＮＥしきい値以上であると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１８０へ移される。
Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ３０００は、エンジン１００の再始動後のＶＶＴ進角算出回数Ｎを検知する。Ｓ１３０にて、エンジンＥＣＵ３０００は、エンジン再始動後のＶＶＴ進角算出回数ＮがＶＶＴ算出回数に対して予め定められたしきい値であるＮしきい値以上であるか否かを判断する。エンジン再始動後のＶＶＴ進角算出回数ＮがＮしきい値以上であると（Ｓ１３０にてＹＥＳ）、処理はＳ１４０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１３０にてＮＯ）、処理はＳ１８０へ移される。
Ｓ１４０にて、エンジンＥＣＵ３０００は、ＶＶＴ進角量αを検知する。ＶＶＴ進角量αは、エンジンＥＣＵ３０００の内部で演算により算出される値である。Ｓ１５０にて、エンジンＥＣＵ３０００は、ＶＶＴ進角量αがＶＶＴ進角量αに対して予め定められたしきい値であるαしきい値以上であるか否かを判断する。ＶＶＴ進角量αがαしきい値以上であると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、処理はＳ１６０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１５０にてＮＯ）、処理はＳ１８０へ移される。
Ｓ１６０にて、エンジンＥＣＵ３０００は、エンジン１００が現在停止シーケンス中であるか否かを判断する。エンジン１００の停止シーケンス中であると（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、処理はＳ１８０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１６０にてＮＯ）、処理はＳ１７０へ移される。
Ｓ１７０にて、エンジンＥＣＵ３０００は、判定許可フラグをセットする。Ｓ１８０にて、エンジンＥＣＵ３０００は、判定許可フラグをリセットする。なお、Ｓ１７０における処理を判定禁止フラグをリセットする処理をして、Ｓ１８０における処理を判定禁止フラグをセットする処理をするようにしてもよい。
Ｓ１９０にて、エンジンＥＣＵ３０００は、ＶＶＴ変位量を検知する。このとき、ＶＶＴコントローラ３５００からエンジンＥＣＵ３０００に入力されたカムポジション信号に基づいてＶＶＴ変位量が検知される。Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ３０００は、検知されたＶＶＴ変位量が予め定められたＶＶＴコントローラ３５００が異常であると判定するための判定しきい値よりも小さいか否かを判断する。ＶＶＴ変位量が判定しきい値よりも小さいと（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ２２０へ移される。なお、Ｓ２００における処理についてはＶＶＴ変位量ではなくＶＶＴ変位量の時間微分値を用いてもよい。すなわち、ＶＶＴコントローラ３５００のカムポジション信号の単位時間当たりの変化が判定しきい値よりも小さいと処理はＳ２１０へ移される。
Ｓ２１０にて、エンジンＥＣＵ３０００は、ＶＶＴが異常であると判定する。Ｓ２２０にて、エンジンＥＣＵ３０００はＶＶＴが正常であると判定する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る異常検知装置を実現するエンジンＥＣＵ３０００を搭載した車両においてＶＶＴ異常検知処理の動作について説明する。
エコラン車のエンジン一時停止後の再始動後において、エンジン回転数ＮＥが検知される（Ｓ１００）。エンジン回転数ＮＥがＮＥしきい値以上であって（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、エンジン再始動後のＶＶＴ進角算出回数Ｎが予め定められたＮしきい値以上であって（Ｓ１３０にてＹＥＳ）、ＶＶＴ進角量αが予め定められたαしきい値以上であって（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、エンジン停止シーケンス中でないと（Ｓ１６０にてＮＯ）、ＶＶＴの異常判定許可フラグがセットされる（Ｓ１７０）。
一方、エンジン回転数ＮＥが予め定められたＮＥしきい値よりも小さいか（Ｓ１１０にてＮＯ）、エンジン再始動後のＶＶＴ進角算出回数Ｎが予め定められたＮしきい値よりも小さいか（Ｓ１３０にてＮＯ）、ＶＶＴ進角量αが予め定められたαしきい値よりも小さいか（Ｓ１５０にてＮＯ）、エンジン停止シーケンス中であると（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、判定許可フラグがリセットされる（Ｓ１８０）。
判定許可フラグがセット状態であると（Ｓ１７０）、ＶＶＴ変位量が検知される（Ｓ１９０）。ＶＶＴ変位量が異常判定のために設けられた判定しきい値よりも小さいと（Ｓ２００にてＹＥＳ）、ＶＶＴが異常であると判定される（Ｓ２１０）。一方、ＶＶＴ変位量が判定しきい値以上であると（Ｓ２００にてＮＯ）、ＶＶＴは正常であると判断される（Ｓ２２０）。
以上のようにして、本実施の形態に係る異常検知装置によると、エコラン車やハイブリッド車のようにエンジンを頻繁に停止させたり再始動させたりする車両においてはエンジンが圧縮工程において停止する場合がある。このような場合においては、ピストンが圧縮空気により戻されクランクシャフトが逆方向に僅かに回転する場合がある。この場合であっても、カムシャフトは回転しないため、カム位相が進角しているように見える。ＶＶＴコントローラが進角指令値を出力している場合においてこのような状態であるときにＶＶＴの異常判定を実行しても異常を検知することができない。そのため、本実施の形態に係る異常検知装置においては、エンジン回転数やエンジン始動後のＶＶＴ進角算出回数や、ＶＶＴ進角量やエンジン停止シーケンス中であるか否かなどに基づいてＶＶＴの異常判定を許可したり禁止したりするようにした。その結果、クランクシャフトとカムシャフトとが同期していない場合を除外して、ＶＶＴの異常判定をすることができる。その結果、エコラン車などのエンジンの停止と再始動を繰返す車両において、ＶＶＴ異常を的確に検知することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本実施の形態に係る異常検知装置が搭載される車両の制御ブロック図である。 図１のＥＣＵで実行されるＶＶＴ異常検知プログラムの制御構造を示すフローチャートである。
符号の説明
１００ エンジン、２００ スタータ、３００、オルタネータ、４００ 補機負荷、５００ バッテリ、１０００ ＡＢＳ＿ＥＣＵ、２０００ エコランＥＣＵ、３０００ エンジンＥＣＵ、３５００ ＶＶＴコントローラ。

Claims (3)

  1. 車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止する車両の異常検知装置であって、前記エンジンには可変バルブタイミング機構が設けられ、
    前記エンジンの一時的な停止後であって、前記エンジンの再始動後において、予め定められた前記エンジンの状態に関する異常検知禁止条件が満足されたか否かを判断するための判断手段と、
    前記可変バルブタイミング機構の異常を検知するための検知手段と、
    前記判断手段により前記異常検知禁止条件が満足されていると、前記検知手段による前記可変バルブタイミング機構の異常検知を禁止するための手段とを含み、
    前記異常検知禁止条件は、前記エンジンの再始動後、前記可変バルブタイミング機構への制御指令の出力回数が予め定められた回数よりも低いという条件を含む、車両の異常検知装置。
  2. 前記異常検知禁止条件は、前記エンジンの再始動後、前記可変バルブタイミング機構への制御指令の出力回数が予め定められた回数よりも低いという条件に加えて、前記エンジンの再始動後、前記可変バルブタイミング機構への制御指令における変位量が予め定められた量よりも小さいという条件を含む、請求項１に記載の車両の異常検知装置。
  3. 前記異常検知禁止条件は、前記エンジンの再始動後、前記可変バルブタイミング機構への制御指令の出力回数が予め定められた回数よりも低いという条件、および、前記エンジンの再始動後、前記可変バルブタイミング機構への制御指令における変位量が予め定められた量よりも小さいという条件に加えて、前記エンジンの停止処理中であるという条件を含む、請求項２に記載の車両の異常検知装置。
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