JP2014238045A - 可変バルブタイミング装置の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロック制御中にカム軸のトルクによるＶＣＴ位相の振れ幅を精度良く検出することにより、ロックピンの異常診断を正確に行う。【解決手段】エンジン１１は、バルブ駆動軸１６の回転に伴って第１角度信号を出力する第１出力部１９と、出力軸１２の回転に伴って第２角度信号を出力する第２出力部２０と、第１角度信号及び第２角度信号に基づいて、目標位相に制御される制御用位相Ａｒを算出する制御用位相算出部２１ａと、を備える。異常診断装置は、第１角度信号及び第２角度信号に基づいて、制御用位相Ａｒよりも変化率の大きい診断用位相Ａｄを算出する診断用位相算出部２１ｂと、第１ピンと第１制限溝とを係合させ且つ第２ピンと第２制限溝とを係合させるロック制御中に、診断用位相Ａｄの振れ幅に基づいて、第１ピンと第１制限溝とが係合していない異常、又は第２ピンと第２制限溝とが係合していない異常を検出する異常検出部２１ｃと、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング装置の異常を診断する装置に関する。

従来、この種の可変バルブタイミング装置において、エンジン停止時にクランク軸とカム軸との相対回転位相（以下、「ＶＣＴ位相」と称す）を、調整可能範囲の略中間にロックピンによりロックするものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものは、エンジン停止時にロックする位相（以下、「中間ロック位相」と称す）を始動に適した位相に設定して、ロックピンによりＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックした状態でエンジンを始動する。そして、始動完了後にロックピンを退避させてＶＣＴ位相のロックを解除し、ＶＣＴ位相をエンジン運転状態に応じた目標位相にフィードバック制御している。

特開２００１−１５９３３０号公報

ところで、ロックピンを突出させてＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするロック制御中に、ロックピンの退避固着異常（ロックピンが退避位置で固着して正常に突出しない異常）が発生する可能性がある。こうしたロックピンの退避固着異常が発生すると、ロック制御中にＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックできなくなるため、カム軸から伝達されるトルクによりＶＣＴ位相の振れが発生する（ＶＣＴ位相の振れ幅がロックピンの正常時よりも大きくなる）。

これに対して、ロック制御中にＶＣＴ位相の振れ幅を検出して、ロックピンの異常診断を行うことが考えられる。しかしながら、従来の一般的なＶＣＴ位相の算出では、ＶＣＴ位相の検出の安定性を確保するために、カム軸のトルクによるＶＣＴ位相の振れの影響を受けにくい方法が採用されている。このため、ロックピンの異常診断を行う上で、カム軸のトルクによるＶＣＴ位相の振れ幅を精度良く検出することができない。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、ロック制御中にカム軸のトルクによるＶＣＴ位相の振れ幅を精度良く検出することにより、ロックピンの異常診断を正確に行うことのできる可変バルブタイミング装置の異常診断装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１に記載の発明は、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブを開閉駆動させるバルブ駆動軸と同期して回転する第１回転体と、前記エンジンの出力軸に同期して回転する第２回転体と、前記第１回転体及び前記第２回転体の一方及び他方にそれぞれ設けられ、互いに係合して前記第１回転体と前記第２回転体との相対回転位相を第１範囲内に制限する第１ピン及び第１制限溝と、前記第１回転体及び前記第２回転体の一方及び他方にそれぞれ設けられ、互いに係合して前記相対回転位相を第２範囲内に制限する第２ピン及び第２制限溝と、を備える可変バルブタイミング装置の異常を診断する装置であって、前記エンジンは、前記バルブ駆動軸の回転に伴って第１角度信号を出力する第１出力部と、前記出力軸の回転に伴って第２角度信号を出力する第２出力部と、前記第１出力部により出力される前記第１角度信号及び前記第２出力部により出力される前記第２角度信号に基づいて、目標位相に制御される前記相対回転位相の制御用位相を算出する制御用位相算出部と、を備え、前記第１出力部により出力される前記第１角度信号及び前記第２出力部により出力される第２角度信号に基づいて、前記制御用位相算出部により算出される前記制御用位相よりも変化率の大きい前記相対回転位相の診断用位相を算出する診断用位相算出部と、前記第１ピンと前記第１制限溝とを係合させ且つ前記第２ピンと前記第２制限溝とを係合させるロック制御中に、前記診断用位相算出部により算出される前記診断用位相の振れ幅に基づいて、前記第１ピンと前記第１制限溝とが係合していない異常、又は前記第２ピンと前記第２制限溝とが係合していない異常を検出する異常検出部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、エンジンでは、バルブ駆動軸の回転に伴って第１出力部により第１角度信号が出力され、出力軸の回転に伴って第２出力部により第２角度信号が出力される。そして、制御用位相算出部により、第１角度信号及び第２角度信号に基づいて、目標位相に制御される、第１回転体と第２回転体との相対回転位相の制御用位相が算出される。一般に、制御用位相の算出では、制御用位相の検出精度を確保するために、バルブ駆動軸のトルクによる相対回転位相の振れの影響を受けにくい方法が採用されている。

ここで、診断用位相算出部により、第１角度信号及び第２角度信号に基づいて、制御用位相よりも変化率の大きい上記相対回転位相の診断用位相が算出される。この診断用位相は、制御用位相よりも変化率が大きいため、相対回転位相の振れを精度良く反映している。そして、第１ピンと第１制限溝とを係合させ且つ第２ピンと第２制限溝とを係合させるロック制御中に診断用位相の振れ幅に基づいて、第１ピンと第１制限溝とが係合していない異常、又は第２ピンと第２制限溝とが係合していない異常が検出される。したがって、バルブ駆動軸のトルクによる相対回転位相の振れ幅を精度良く検出することができ、第１ピン及び第２ピンの異常診断を正確に行うことができる。

システム全体の概略構成を示す模式図。 可変バルブタイミング装置及び油圧制御回路を示す断面図。 可変バルブタイミング装置を示す断面図。 ロック解除状態及びロック状態を示す断面図。 変動トルクの態様を示すグラフ。 可変バルブタイミング装置の制御特性を示す図。 待避固着異常状態を示す断面図。 カム角センサの出力信号、クランク角センサの出力信号、及び角度変換に用いるクランク角度を示すタイミングチャート。 エンジン運転状態とロック制御との関係を示すタイムチャート。 角度変換に用いるクランク角度と角度変換値との関係を示すタイムチャート。 異常診断処理の手順を示すフローチャート。 カム角センサの出力信号、クランク角センサの出力信号、及び角度変換に用いるクランク角度の変更例を示すタイミングチャート。 カム角センサの出力信号、クランク角センサの出力信号、及び角度変換に用いるクランク角度の他の変更例を示すタイミングチャート。 可変バルブタイミング装置の変更例を示す断面図。

以下、一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、ガソリンエンジンの吸気バルブの可変バルブタイミング装置を備えるエンジンシステムとして具体化している。

図１に示すように、エンジン１１では、クランク軸１２（出力軸）からの動力が、タイミングチェーン１３により各スプロケット１４，１５を介して、吸気側カム軸１６と排気側カム軸１７とに伝達されるように構成されている。吸気側カム軸１６（バルブ駆動軸）には、クランク軸１２に対する吸気側カム軸１６の進角量（ＶＣＴ位相、相対回転位相）を調整する可変バルブタイミング装置１８（ＶＣＴ）が設けられている。

吸気側カム軸１６の外周側には、所定のカム角でカム角信号（第１角度信号）のパルスを出力するカム角センサ１９（第１出力部）が設置されている。クランク軸１２の外周側には、所定クランク角毎にクランク角信号（第２角度信号）のパルスを出力するクランク角センサ２０（第２出力部）が設置されている。これらカム角センサ１９及びクランク角センサ２０の出力信号は、エンジン制御回路２１に入力される。

エンジン制御回路２１は、制御用位相算出部２１ａ、診断用位相算出部２１ｂ、及び異常検出部２１ｃを備えている。制御用位相算出部２１ａは、カム角センサ１９とクランク角センサ２０の出力信号パルスの位相差に基づいて、吸気バルブの実バルブタイミング（実ＶＣＴ位相、制御用位相）を演算する。制御用位相算出部２１ａは、クランク角センサ２０の出力パルスの周波数（パルス間隔）に基づいて、エンジン回転速度を演算する。また、エンジン運転状態を検出する各種センサ（吸気圧センサ２２、冷却水温センサ２３、スロットルセンサ２４等）の出力信号がエンジン制御回路２１に入力される。診断用位相算出部２１ｂ、及び異常検出部２１ｃについては後述する。

エンジン制御回路２１は、上記各種センサで検出したエンジン運転状態に応じて燃料噴射制御や点火制御を行う。エンジン制御回路２１は、可変バルブタイミング制御（位相フィードバック制御）を行い、吸気バルブの実バルブタイミングを目標バルブタイミング（目標位相）に一致させるように、可変バルブタイミング装置１８を駆動する油圧をフィードバック制御する。

次に、可変バルブタイミング装置１８（ＶＣＴ）の構成を説明する。図２は、可変バルブタイミング装置１８及び油圧制御回路を示す断面図である。

同図に示すように、可変バルブタイミング装置１８のハウジング３１は、吸気側カム軸１６の外周に回動自在に支持されたスプロケット１４にボルト３２で締め付け固定されている。これにより、クランク軸１２の回転がタイミングチェーン１３を介してスプロケット１４とハウジング３１に伝達され、スプロケット１４（第２回転体）とハウジング３１がクランク軸１２と同期して回転する。一方、吸気側カム軸１６の一端部には、ロータ３５がボルト３７で締め付け固定されている。このロータ３５（第１回転体）は、ハウジング３１内に相対回動自在に収納されている。

図３に示すように、ハウジング３１の内部には、複数のベーン収容室４０が形成され、各ベーン収容室４０が、ロータ３５の外周部に形成されたベーン４１によって進角室４２と遅角室４３とに区画されている。少なくとも１つのベーン４１の両側部には、ハウジング３１に対するロータ３５（ベーン４１）の相対回動範囲を規制するストッパ部５６が形成され、このストッパ部５６によって実ＶＣＴ位相（カム軸位相）の調整可能範囲の最遅角位相と最進角位相が規制されている。

可変バルブタイミング装置１８には、ＶＣＴ位相をその調整可能範囲の略中間に位置する中間ロック位相でロックする中間ロック機構５０が設けられている。この中間ロック機構５０の構成では、複数のベーン４１にロックピン収容孔５７Ａ，５７Ｂ（図４参照）がそれぞれ設けられている。一方のロックピン収容孔５７Ａには、ハウジング３１とロータ３５（ベーン４１）との相対回動をロックするためのロックピンとして進角制限ピン５８Ａが突出可能に収容されている。他方のロックピン収容孔５７Ｂには、ハウジング３１とロータ３５（ベーン４１）との相対回動をロックするためのロックピンとして遅角制限ピン５８Ｂが突出可能に収容されている。

図４（ｂ）に示すように、各ロックピン５８Ａ，５８Ｂ（第１ピン、第２ピン）がスプロケット１４側に突出してスプロケット１４のロック穴５９Ａ，５９Ｂ（第１制限溝、第２制限溝）にそれぞれ嵌り込むことで、ＶＣＴ位相が中間ロック位相でロックされるようになっている。この際、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりも進角側に移動することが進角制限ピン５８Ａによって阻止され、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりも遅角側に移動することが遅角制限ピン５８Ｂによって阻止される。この中間ロック位相は、エンジン１１の始動に適した位相に設定されている。尚、ロック穴５９Ａ，５９Ｂをハウジング３１（第２回転体）に設けた構成としてもよい。

進角制限ピン５８Ａのロック穴５９Ａは、中間ロック位相から遅角側の所定位相（例えば中間ロック位相よりも５℃Ａ遅角側の位相）まで延びるように形成されている。進角制限ピン５８Ａがロック穴５９Ａに嵌まり込むことで、ＶＣＴ位相の移動可能範囲が中間ロック位相から遅角側の所定位相までの範囲に制限される。そして、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりも進角側に移動することが阻止される。

一方、遅角制限ピン５８Ｂのロック穴５９Ｂは、中間ロック位相から進角側の所定位相（例えば中間ロック位相よりも１０℃Ａ進角側の位相）まで延びるように形成されている。遅角制限ピン５８Ｂがロック穴５９Ｂに嵌まり込むことで、ＶＣＴ位相の移動可能範囲が中間ロック位相から進角側の所定位相までの範囲に制限される。そして、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりも遅角側に移動することが阻止される。

各ロックピン５８Ａ，５８Ｂは、スプリング６２Ａ，６２Ｂによってロック方向（突出方向）にそれぞれ付勢されている。ロックピン５８Ａ，５８Ｂの外周部とロックピン収容孔５７Ａ，５７Ｂとの間には、ロックピン５８Ａ，５８Ｂをロック解除方向（退避方向）に駆動する油圧を制御するためのロック解除用の油圧室がそれぞれ形成されている。

ハウジング３１には、進角制御時にロータ３５を進角方向に相対回動させる油圧を、ばね力で補助（アシスト）する付勢手段として、ねじりコイルばね等のばね５５が設けられている。吸気バルブの可変バルブタイミング装置１８では、図５に示すように、吸気側カム軸１６から伝達されるトルクは、進角側に作用する負トルクと遅角側に作用する正トルクとに周期的に変動する。そして、正トルクのピークが負トルクのピークよりも大きくなっており、変動トルクの平均値は正トルク側（ＶＣＴ位相を遅角させる側）に偏っている。このため、上記ばね５５は、ＶＣＴ位相を吸気側カム軸１６のトルク方向と反対方向である進角方向に付勢するように設定されている。

ばね５５が作用する範囲は、最遅角位相から中間ロック位相直前までの範囲に設定されている。このため、エンジンストール等の異常停止後の再始動時に、ロックピン５８Ａ，５８Ｂがロック穴５９Ａ，５９Ｂから外れた状態で中間ロック位相よりも遅角側の実ＶＣＴ位相で始動した場合に、スタータ（図示せず）によるクランキング中に、ばね５５の付勢力により実ＶＣＴ位相が遅角側から中間ロック位相へ進角させられる。これにより、ロックピン５８Ａ，５８Ｂがロック穴５９Ａ，５９Ｂにそれぞれ嵌まり込み、ＶＣＴ位相が中間ロック位相にロックされることとなる。

一方、中間ロック位相よりも進角側の実ＶＣＴ位相で始動した場合は、クランキング中に吸気側カム軸１６のトルクが遅角方向に作用する。このため、吸気側カム軸１６のトルクにより実ＶＣＴ位相が進角側から中間ロック位相へ遅角され、ロックピン５８Ａ，５８Ｂをロック穴５９Ａ，５９Ｂにそれぞれ嵌まり込ませてロックさせることができる。

ロータ３５には、進角室４２と遅角室４３とを連通させるための連通路（図示せず）が形成されている。図４（ａ）に示すように、ロックピン５８Ａ，５８Ｂがロック穴５９Ａ，５９Ｂからそれぞれ抜き出されたロック解除状態の場合は、開閉弁６３Ａ，６３Ｂが閉じる方向に移動して進角室４２と遅角室４３との間の連通路が遮断された状態に維持される。一方、図４（ｂ）に示すように、ロックピン５８Ａ，５８Ｂが突出してロック穴５９Ａ，５９Ｂに嵌まり込んだロック状態の場合は、開閉弁６３Ａ，６３Ｂが開く方向に移動して、進角室４２と遅角室４３との間の連通路が開放され、進角室４２と遅角室４３との間でオイルが出入り可能な状態に維持される。

図１及び図２に戻り、油圧制御弁２５は、ＶＣＴ位相を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁機能と、ロックピン５８Ａ，５８Ｂを駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁機能とを有している。エンジン１１の動力によって駆動されるオイルポンプ２８により、オイルパン２７内のオイル（作動油）が汲み上げられて油圧制御弁２５に供給される。

油圧制御弁２５は、例えば８ポート・４ポジション型のスプール弁により構成され、図６に示すように、油圧制御弁２５の制御デューティ（制御量）に応じて、ロックモードＬ１，Ｌ２、進角モードＡ、保持モードＨ、遅角モードＲの４つの制御領域に区分されている。

ロックモードＬ１，Ｌ２の制御領域では、ロックピン収容孔５７Ａ，５７Ｂ内のロック解除用油圧室へのオイル供給油路を遮断して、ロックピン収容孔５７Ａ，５７Ｂ内のロック解除用油圧室の油圧を抜く。これにより、スプリング６２Ａ，６２Ｂによってロックピン５８Ａ，５８Ｂをロック方向に突出させる。

さらに、ロックモードＬ１，Ｌ２の制御領域は、オイル充填モードＬ１の制御領域とロック保持モードＬ２の制御領域とに区分されている。オイル充填モードＬ１の制御領域では、ロックピン５８Ａ，５８Ｂを突出させながら進角室４２へのオイル供給油路を開放して、進角室４２にオイルを供給して連通路を通じて遅角室４３にもオイルを充填する。ロック保持モードＬ２の制御領域では、ロックピン５８Ａ，５８Ｂを突出させながら進角室４２へのオイル供給油路を遮断する。

進角モードＡの制御領域では、遅角室４３へのオイル供給油路を遮断して、遅角室４３をドレンに開放して遅角室４３の油圧を抜いた状態とする。その状態で、油圧制御弁２５の制御デューティに応じて、進角室４２へのオイル供給油路を開放して、進角室４２にオイルを供給して進角室４２の油圧を変化させて実ＶＣＴ位相を進角させる。

保持モードＨの制御領域では、進角室４２と遅角室４３との両方のオイル供給油路を遮断して両室４２，４３の油圧を保持して、実ＶＣＴ位相が動かないように保持する。

遅角モードＲの制御領域では、進角室４２へのオイル供給油路を遮断して、進角室４２をドレンに開放して進角室４２の油圧を抜いた状態とする。その状態で、油圧制御弁２５の制御デューティに応じて、遅角室４３へのオイル供給油路を開放して、遅角室４３にオイルを供給して遅角室４３の油圧を変化させて実ＶＣＴ位相を遅角させる。

ロックモードＬ１，Ｌ２以外の制御領域（進角モードＡ、保持モードＨ、遅角モードＲ）では、ロックピン収容孔５７Ａ，５７Ｂ内のロック解除用油圧室へのオイル供給油路を開放する。これにより、ロックピン収容孔５７Ａ，５７Ｂ内のロック解除用油圧室にオイルを充填してロック解除用油圧室の油圧を上昇させ、その油圧によりロックピン５８Ａ，５８Ｂをロック穴５９Ａ，５９Ｂからそれぞれ抜き出して、ロックピン５８Ａ，５８Ｂのロックを解除する。

ところで、図７に示すように、ロックピン５８Ａ，５８Ｂ（進角制限ピン５８Ａと遅角制限ピン５８Ｂ）を突出させてＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするように油圧制御弁２５を制御するロック制御中に、ロックピン５８Ａ，５８Ｂの退避固着異常（ロックピン５８Ａ，５８Ｂが退避位置で固着して正常に突出しない異常）が発生する可能性がある。ロックピン５８Ａ，５８Ｂの退避固着異常が発生すると、ロック制御中にＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックできなくなって、ロック制御中に吸気側カム軸１６のトルクによるＶＣＴ位相の振れが発生する（ＶＣＴ位相の振れ幅がロックピン５８Ａ，５８Ｂの正常時よりも大きくなる）。

そこで、ロック制御中に吸気側カム軸１６のトルクによるＶＣＴ位相の振れ幅を検出してロックピン５８Ａ，５８Ｂの異常診断を行うことが考えられる。しかしながら、従来の一般的なＶＣＴ位相の算出では、ＶＣＴ位相の検出精度を確保するために、吸気側カム軸１６のトルクによるＶＣＴ位相の振れの影響を受けにくい下記の方法が採用されている。

図８は、カム角センサ１９の出力信号、クランク角センサ２０の出力信号、及び角度変換に用いるクランク角度を示すタイミングチャートである。可変バルブタイミング装置１８のＶＣＴ位相（制御用位相）を目標位相にフィードバック制御する際に、上述した制御用位相算出部２１ａは制御用位相Ａｒを下式により算出している。ｔ１はカム角センサ１９により出力信号の立ち下がりエッジが検出される時刻、ｔ２はクランク角センサ２０により基準クランク角位置を示すパルス信号（パルス信号の立ち下がりエッジ）が検出される時刻、Ｔ１８０は時刻ｔ２までにクランク軸１２が１８０°ＣＡ回転するのに要した時間である。

Ａｒ＝（ｔ２−ｔ１）×１８０／Ｔ１８０
上記の式は、制御用位相Ａｒがクランク軸１２及び吸気側カム軸１６の回転速度変動の影響を受けにくいように設定されている。すなわち、時刻ｔ２と時刻ｔ１との時間差（ｔ２−ｔ１）をクランク軸１２の回転角度に変換する際に、１８０°ＣＡ（第１回転角度）及びそれに要した時間Ｔ１８０（第１回転角度に対応する時間）を用いている。１８０／Ｔ１８０（角度変換値）は、１８０°ＣＡといった比較的大きな回転角度での、平均的な単位時間あたりの回転角度を表している。このため、上記式を用いることにより、１８０°ＣＡ内でのクランク軸１２及び吸気側カム軸１６の回転速度変動の影響が抑制され、制御用位相Ａｒの値が安定するようになる。その反面、ロック制御中に吸気側カム軸１６のトルクによるＶＣＴ位相の振れ幅を、正確に検出することが困難となる。

図９は、エンジン運転状態とロック制御との関係を示すタイムチャートである。

同図に示すように、ロック制御は、クランキング中、アイドル運転中、加減速運転中等、エンジン回転速度が不安定な状態で実施されることが多い。このような状態でＶＣＴ位相の振れ幅を正確に検出するためには、クランク軸１２及び吸気側カム軸１６の回転速度変動を反映したＶＣＴ位相（診断用位相）を算出する必要がある。

この点、本実施形態では、上述した診断用位相算出部２１ｂは、カム角センサ１９により出力されるカム角信号及びクランク角センサ２０により出力されるクランク角信号に基づいて、制御用位相算出部２１ａにより算出される制御用位相Ａｒよりも変化率の大きい診断用位相Ａｄを下式により算出している。ｔ１，ｔ２は、上記制御用位相Ａｒの算出時と同一の時刻（図８参照）、Ｔ３０は時刻ｔ１から時刻ｔ２の間においてクランク軸１２が３０°ＣＡ回転するのに要した時間である。なお、この３０°ＣＡは、時刻ｔ１の直後の３０°ＣＡであってもよいし、時刻ｔ１と時刻ｔ２との中間の３０°ＣＡであってもよいし、時刻ｔ２の直前の３０°ＣＡであってもよい。

Ａｒ＝（ｔ２−ｔ１）×３０／Ｔ３０
上記の式では、時刻ｔ２と時刻ｔ１との時間差（ｔ２−ｔ１）をクランク軸１２の回転角度に変換する際に、３０°ＣＡ（第２回転角度）及びそれに要した時間Ｔ３０（第２回転角度に対応する時間）を用いている。３０／Ｔ３０（角度変換値）は、上記１８０°ＣＡよりも小さい３０°ＣＡでの、平均的な単位時間あたりの回転角度を表している。このため、上記式を用いることにより、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間内でのクランク軸１２及び吸気側カム軸１６の回転速度変動が反映され、診断用位相Ａｄの精度が向上するようになる。

図１０は、上記の角度変換に用いるクランク角度（１８０°ＣＡ、３０°ＣＡ）と角度変換値（１８０／Ｔ１８０、３０／Ｔ３０）との関係を示すタイムチャートである。

同図に示すように、角度変換に３０°ＣＡを用いた場合の角度変換値３０／Ｔ３０の変動は、角度変換に１８０°ＣＡを用いた場合の角度変換値１８０／Ｔ１８０の変動よりも大きくなっている。詳しくは、角度変換値３０／Ｔ３０の振幅は角度変換値１８０／Ｔ１８０の振幅よりも大きくなり、角度変換値３０／Ｔ３０の変化率（単位時間あたりの変化量）は角度変換値１８０／Ｔ１８０の変化率よりも大きくなっている。

このため、角度変換値１８０／Ｔ１８０を用いて算出される制御用位相Ａｒの変化率よりも、角度変換値３０／Ｔ３０を用いて算出される診断用位相Ａｄの変化率は大きくなる。したがって、診断用位相Ａｄは、吸気側カム軸１６のトルクによるＶＣＴ位相の振れを精度良く反映することとなる。

次に、ロック制御中に吸気側カム軸１６のトルクによるＶＣＴ位相の振れ幅を検出してロックピン５８Ａ，５８Ｂの異常を診断する処理について説明する。図１１は、この異常診断処理の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、上述した診断用位相算出部２１ｂ及び異常検出部２１ｃにより、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、異常検出部２１ｃは、ロックピン５８Ａ，５８Ｂの異常診断実行条件が成立しているか否か判定する（Ｓ１０１）。詳しくは、ロック制御中であること、カム角センサ１９及びクランク角センサ２０が正常であること等の条件を全て満たすか否かによって判定する。

上記判定において、異常検出部２１ｃが、異常診断実行条件が不成立であると判定した場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０２以降の異常診断に関する処理を行うことなく、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

一方、上記判定において、異常検出部２１ｃが、異常診断実行条件が成立していると判定した場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、診断用位相算出部２１ｂは、７２０°ＣＡの間（クランク軸１２が所定回転角度だけ回転する間）に、複数の診断用位相Ａｄ（診断用のＶＣＴ位相）を算出する（Ｓ１２０）。例えば、診断用位相算出部２１ｂは、１８０°ＣＡ毎に診断用位相Ａｄを算出し、７２０°ＣＡの間に診断用位相Ａｄを計４回算出する。

続いて、異常検出部２１ｃは、診断用位相算出部２１ｂにより算出された複数の診断用位相Ａｄの最大値と最小値との差を、ＶＣＴ位相の振れ幅として算出する（Ｓ１０３）。

続いて、異常検出部２１ｃは、ＶＣＴ位相の振れ幅が判定値よりも大きいか否か判定する（Ｓ１０４）。この判定値は、可変バルブタイミング装置１８のロックピン５８Ａ，５８Ｂがロックされている場合には取り得ない値、例えば３°ＣＡに設定されている。

上記判定において、異常検出部２１ｃが、ＶＣＴ位相の振れ幅が判定値以下であると判定した場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、異常検出部２１ｃは、ロックピン５８Ａ，５８Ｂの異常無し（正常）と判定する（Ｓ１０６）。

これに対して、上記判定において、異常検出部２１ｃが、ＶＣＴ位相の振れ幅が判定値よりも大きいと判定した場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、異常検出部２１ｃは、ロックピン５８Ａ，５８Ｂのいずれかに異常有りと判定する（Ｓ１０５）。なお、この判定において、進角制限ピン５８Ａの異常と遅角制限ピン５８Ｂの異常とを、以下のような方法で区別してもよい。

第１の方法として、ＶＣＴ位相の振れ位置（ＶＣＴ位相の振れが発生する位置）が中間ロック位相よりも進角側であるか否かを、例えば、ＶＣＴ位相の振れ幅の中心位置が中間ロック位相よりも進角側であるか否かによって判定する。そして、ＶＣＴ位相の振れ位置が中間ロック位相よりも進角側であると判定した場合、進角制限ピン５８Ａの異常（退避固着異常）と判定する。一方、ＶＣＴ位相の振れ位置が中間ロック位相よりも遅角側であると判断した場合、遅角制限ピン５８Ｂの異常（退避固着異常）と判定する。

第２の方法として、ＶＣＴ位相の振れ幅が遅角制限ピン５８ＢよるＶＣＴ位相の制限範囲の幅（例えば１０℃Ａ）に相当するか否かを、例えば、ＶＣＴ位相の振れ幅が所定の閾値（例えば８℃Ａ）よりも大きいか否かによって判定する。そして、ＶＣＴ位相の振れ幅が遅角制限ピン５８ＢよるＶＣＴ位相の制限範囲の幅に相当すると判定した場合、進角制限ピン５８Ａの異常（退避固着異常）と判定する。一方、ＶＣＴ位相の振れ幅が進角制限ピン５８ＡよるＶＣＴ位相の制限範囲の幅（例えば５℃Ａ）に相当すると判定した場合、遅角制限ピン５８Ｂの異常（退避固着異常）と判定する。

そして、異常検出部２１ｃはこの一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。なお、Ｓ１０１〜Ｓ１０６の処理のうちＳ１０２の処理を除く処理が異常検出部２１ｃとしての処理に相当し、Ｓ１０２の処理が診断用位相算出部２１ｂとしての処理に相当する。また、診断用位相算出部２１ｂ及び異常検出部２１ｃによって、可変バルブタイミング装置１８の異常診断装置が構成されている。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・診断用位相算出部２１ｂにより、カム角信号及びクランク角信号に基づいて、ＶＣＴ位相の制御用位相Ａｒよりも変化率の大きいＶＣＴ位相の診断用位相Ａｄが算出される。この診断用位相Ａｄは、制御用位相Ａｒよりも変化率が大きいため、ＶＣＴ位相の振れを精度良く反映している。そして、進角制限ピン５８Ａとロック穴５９Ａとを係合させ且つ遅角制限ピン５８Ｂとロック穴５９Ｂとを係合させるロック制御中に診断用位相Ａｄの振れ幅に基づいて、進角制限ピン５８Ａとロック穴５９Ａとが係合していない異常、又は遅角制限ピン５８Ｂとロック穴５９Ｂとが係合していない異常が検出される。したがって、吸気側カム軸１６のトルクによるＶＣＴ位相の振れ幅を精度良く検出することができ、進角制限ピン５８Ａ及び遅角制限ピン５８Ｂの異常診断を正確に行うことができる。

・制御用位相算出部２１ａによって、カム角信号が出力される時刻ｔ１と、クランク角信号の基準となるパルス信号（基準信号）が出力される時刻ｔ２との時間差（ｔ２−ｔ１）が算出され、１８０°ＣＡ及び１８０°ＣＡに対応する時間により、この時間差（ｔ２−ｔ１）が制御用位相Ａｒに変換される。一方、診断用位相算出部２１ｂによって、１８０°ＣＡよりも小さい３０°ＣＡ及び３０°ＣＡに対応する時間により、上記時間差（ｔ２−ｔ１）が診断用位相Ａｄに変換される。このため、診断用位相Ａｄの変化率を制御用位相Ａｒの変化率よりも大きくすることができる。したがって、診断用位相Ａｄは、吸気側カム軸１６のトルクによるＶＣＴ位相の振れを精度良く反映することとなり、診断用位相Ａｄの振れ幅に基づいて進角制限ピン５８Ａ及び遅角制限ピン５８Ｂの異常診断を正確に行うことができる。

・診断用位相算出部２１ｂにより、クランク軸１２が７２０°ＣＡだけ回転する間に診断用位相Ａｄが複数算出される。そして、異常検出部２１ｃによって、複数算出された診断用位相Ａｄの最進角値と最遅角値との差により診断用位相Ａｄの振れ幅が算出される。したがって、診断用位相Ａｄの振れ幅を容易に算出することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・図１２に示すように、診断用位相算出部２１ｂは、検出するＶＣＴ位相に近似する回転角度（第３回転角度）、及びこの回転角度に対応する時間により、時間差（ｔ２−ｔ１）を診断用位相Ａｄに変換してもよい。詳しくは、検出するＶＣＴ位相は、カム角センサ１９によりカム角信号が出力される時刻ｔ１でのクランク軸１２の回転角度位置から、クランク角センサ２０によりクランク角信号の基準信号が出力される時刻ｔ２でのクランク軸１２の回転角度位置（基準クランク角位置）までの回転角度差である。ここでは、検出するＶＣＴ位相に近似する回転角度を９０°ＣＡとしている。

こうした構成によれば、カム角信号の出力される時刻ｔ１から基準信号の出力される時刻ｔ２までの期間から外れた期間でのクランク軸１２及び吸気側カム軸１６の回転速度変動の影響を抑制することができる。したがって、診断用位相ＡｄによりＶＣＴ位相の振れ幅を検出する精度を向上させることができる。

・診断用位相算出部２１ｂは、以下のように診断用位相Ａｄを算出してもよい。図１３に示すように、診断用位相算出部２１ｂは、カム角センサ１９によりカム角信号が出力される時刻ｔ１から、次にクランク角センサ２０によりクランク角信号が出力される時刻ｔ３（第１時期）までの時間差（ｔ３−ｔ１）を算出する。そして、診断用位相算出部２１ｂは、クランク角センサ２０によりクランク角度信号が出力される回転角度間隔（ここでは１０°ＣＡ）、及びこの回転角度間隔に対応する時間により、時間差（ｔ３−ｔ１）を第１位相に変換する。さらに、診断用位相算出部２１ｂは、時刻ｔ３でのクランク軸１２の回転角度位置と、クランク角センサ２０により基準信号が出力される時刻ｔ２でのクランク軸１２の回転角度位置との回転角度差（ここでは７０°ＣＡ）に、上記第１位相を加算して診断用位相Ａｄを算出する。

こうした構成によれば、第１位相を算出する際の時間差を短くすることができ、この時間差内でのクランク軸１２及び吸気側カム軸１６の回転速度変動の影響を小さくすることができる。さらに、時刻ｔ３でのクランク軸１２の回転角度位置と、基準信号が出力される時刻ｔ２でのクランク軸１２の回転角度位置との回転角度差（７０°ＣＡ）は、クランク角信号が出力される回転角度間隔（１０°ＣＡ）、及びクランク角信号が出力される数（ここでは７つ）により正確に算出することができる。したがって、この回転角度差（７０°ＣＡ）に上記第１位相を加算して診断用位相Ａｄを算出することにより、診断用位相Ａｄの精度を向上させることができる。

・クランク角センサ２０がクランク角信号を出力する回転角度間隔は、１０°ＣＡに限らず、３０°ＣＡ等に設定することもできる。

・図８，１２，１３において、カム角センサ１９及びクランク角センサ２０の出力特性を反転させるように構成して、時刻ｔ１においてカム角センサ１９により出力信号の立ち上がりエッジを検出し、時刻ｔ２においてクランク角センサ２０により基準クランク角位置を示すパルス信号（パルス信号の立ち上がりエッジ）を検出するようにすることもできる。

・吸気側カム軸１６のシグナルロータの外周に、周方向の長さが比較的長尺な歯を設け、シグナルロータ（吸気側カム軸１６）の回転に同期してカム角センサ１９から出力されるパルス信号の立上がりエッジ（又は立下がりエッジ）を位相検出信号として使用し、パルス信号の立下がりエッジ（又は立上がりエッジ）を位相振れ検出信号として使用するようにしてもよい。

・上記実施形態では、算出された複数の診断用位相Ａｄの最進角値と最遅角値との差をＶＣＴ位相の振れ幅として算出した。しかしながら、最進角値になると予想される時期に算出された診断用位相Ａｄと、最遅角値になると予想される時期に算出された診断用位相Ａｄとの差をＶＣＴ位相の振れ幅として算出することもできる。

・図１４に示すように、ロック穴５９Ａ，５９Ｂよりも浅いロック穴６０Ａ，６０Ｂ（第１制限溝、第２制限溝）が、ロック穴５９Ａ，５９Ｂにそれぞれ接続するように形成されている可変バルブタイミング装置１８を対象として、異常診断を行うこともできる。この場合、ＶＣＴ位相の振れ幅が、遅角制限ピン５８Ｂ及びロック穴６０ＢよるＶＣＴ位相の制限範囲の幅（例えば１５℃Ａ）に相当すると判定することにより、進角制限ピン５８Ａの異常（退避固着異常）且つ遅角制限ピン５８Ｂの異常（待避位置から少し突出した位置で固着した異常）と判定することができる。

・診断用位相算出部２１ｂと異常検出部２１ｃとを一体に構成してもよい。また、異常診断装置（診断用位相算出部２１ｂ及び異常検出部２１ｃ）と制御用位相算出部２１ａとを一体にして、エンジン制御回路２１により異常診断装置を構成してもよい。

・排気側カム軸１７（バルブ駆動軸）に設けられた排気バルブの可変バルブタイミング装置（ＶＣＴ）を対象として、異常診断を行うこともできる。この場合、排気バルブの可変バルブタイミング装置は、クランク軸１２に対する排気側カム軸１７の遅角量（ＶＣＴ位相）を調整するものであればよい。

・ガソリンエンジンに代えて、ディーゼルエンジンを採用することもできる。

１１…エンジン、１２…クランク軸、１４…スプロケット、１６…吸気側カム軸、１８…可変バルブタイミング装置、１９…カム角センサ、２０…クランク角センサ、２１ａ…制御用位相算出部、２１ｂ…診断用位相算出部、２１ｃ…異常検出部、３５…ロータ、５８Ａ…進角制限ピン、５８Ｂ…遅角制限ピン、５９Ａ…ロック穴、５９Ｂ…ロック穴。

Claims (5)

1. エンジン（１１）の吸気バルブ又は排気バルブを開閉駆動させるバルブ駆動軸（１６）と同期して回転する第１回転体（３５）と、前記エンジンの出力軸（１２）に同期して回転する第２回転体（１４）と、前記第１回転体及び前記第２回転体の一方及び他方にそれぞれ設けられ、互いに係合して前記第１回転体と前記第２回転体との相対回転位相を第１範囲内に制限する第１ピン（５８Ａ）及び第１制限溝（５９Ａ）と、前記第１回転体及び前記第２回転体の一方及び他方にそれぞれ設けられ、互いに係合して前記相対回転位相を第２範囲内に制限する第２ピン（５８Ｂ）及び第２制限溝（５９Ｂ）と、を備える可変バルブタイミング装置（１８）の異常を診断する装置であって、
   前記エンジンは、前記バルブ駆動軸の回転に伴って第１角度信号を出力する第１出力部（１９）と、前記出力軸の回転に伴って第２角度信号を出力する第２出力部（２０）と、前記第１出力部により出力される前記第１角度信号及び前記第２出力部により出力される前記第２角度信号に基づいて、目標位相に制御される前記相対回転位相の制御用位相を算出する制御用位相算出部（２１ａ）と、を備え、
   前記第１出力部により出力される前記第１角度信号及び前記第２出力部により出力される第２角度信号に基づいて、前記制御用位相算出部により算出される前記制御用位相よりも変化率の大きい前記相対回転位相の診断用位相を算出する診断用位相算出部（２１ｂ）と、
   前記第１ピンと前記第１制限溝とを係合させ且つ前記第２ピンと前記第２制限溝とを係合させるロック制御中に、前記診断用位相算出部により算出される前記診断用位相の振れ幅に基づいて、前記第１ピンと前記第１制限溝とが係合していない異常、又は前記第２ピンと前記第２制限溝とが係合していない異常を検出する異常検出部（２１ｃ）と、
   を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置の異常診断装置。
2. 前記制御用位相算出部は、前記第１出力部により前記第１角度信号が出力される時期と、前記第２出力部により前記第２角度信号の基準となる基準信号が出力される時期との時間差を算出し、前記出力軸の設定された第１回転角度及び前記第１回転角度の変化に対応する時間により、前記時間差を前記制御用位相に変換し、
   前記診断用位相算出部は、前記設定された第１回転角度よりも小さい前記出力軸の第２回転角度を設定し、前記第２回転角度の変化を対応する時間により、前記時間差を前記診断用位相に変換する請求項１に記載の可変バルブタイミング装置の異常診断装置。
3. 前記制御用位相算出部は、前記第１出力部により前記第１角度信号が出力される時期と、前記第２出力部により前記第２角度信号の基準となる基準信号が出力される時期との時間差を算出し、前記出力軸の設定された第１回転角度及び前記第１回転角度の変化に対応する時間により、前記時間差を前記制御用位相に変換し、
   前記診断用位相算出部は、前記第１出力部により前記第１角度信号が出力される時期での前記出力軸の回転角度位置から、前記第２出力部により前記第２角度信号の基準となる基準信号が出力される時期での前記出力軸の回転角度位置までの回転角度差に近似するように設定された第３回転角度、及び前記第３回転角度の変化に対応する時間により、前記時間差を前記診断用位相に変換する請求項１又は２に記載の可変バルブタイミング装置の異常診断装置。
4. 前記診断用位相算出部は、前記第１出力部により前記第１角度信号が出力される時期から、前記第２出力部により前記第２角度信号が出力される第１時期までの時間差を算出し、前記第２出力部により前記第２角度信号が出力される回転角度間隔及び前記回転角度間隔の変化に対応する時間により前記時間差を第１位相に変換し、前記第１時期での前記出力軸の回転角度位置と前記第２出力部により前記第２角度信号の基準となる基準信号が出力される時期での前記出力軸の回転角度位置との回転角度差に、前記第１位相を加算して前記診断用位相を算出する請求項１に記載の可変バルブタイミング装置の異常診断装置。
5. 前記診断用位相算出部は、前記出力軸が所定回転角度だけ回転する間に前記診断用位相を複数算出し、
   前記異常検出部は、前記診断用位相算出部により複数算出された前記診断用位相の最進角値と最遅角値との差により前記診断用位相の振れ幅を算出する請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変バルブタイミング装置の異常診断装置。

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