JP2016160840A - 回転検出異常診断装置及び方法とそれを用いた回転位置制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出頻度の異なる２つの回転検出手段のいずれかに異常が発生したときに、該異常を速やかにかつ高精度に検出でき、低回転時の異常に良好に対応できるようにすることを目的とする。【解決手段】回転位相検出手段により検出したＶＴＣ実角度と、モータ回転センサ２０１により前記回転位相検出手段によるＶＴＣ実角度の検出頻度より高い頻度で検出したＶＴＣ変化角の積算値との偏差の絶対値が所定値以上のときに、前記回転位相検出手段に異常があると判定する。これにより回転位相検出手段の異常を速やかに検出することが可能となる。【選択図】 図１３

Description

本発明は、回転検出異常診断装置及び方法とそれを用いた回転位置制御装置に関し、例えば、内燃機関の機関バルブ（吸気バルブまたは排気バルブ）のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構の制御装置に前記回転検出異常診断装置を適用したものに関する。

例えば、可変バルブタイミング機構の制御装置では、回転検出手段によりクランク軸に対するカム軸の回転位相（回転角位置）を検出しつつ、可変バルブタイミング機構によって目標回転位相に近づけることにより、バルブタイミングを制御している。
特許文献１では、電動モータを用いて吸気バルブ開閉用カム軸を駆動する可変バルブタイミング機構において、上記の回転検出手段に比較して、検出頻度が高いモータ軸の回転信号を用いることにより、機関低速域での精度の良いバルブタイミング制御の実現を図っている。

特許第４１２３１２７号

しかしながら、特許文献１では、機関の始動時や停止直前の極低回転時に回転検出手段に１回でも異常が発生すると、回転位相、すなわち吸気バルブのバルブタイミングを誤検出してしまうことがあり、該誤検出に基づく誤ったモータ操作量によりバルブタイミング機構の駆動制御が継続されて、バルブタイミングが目標値に対して大きくオーバーシュートしてしまうことがあった。その結果、エンジン性能（特に低回転性能）が損なわれ、バルブタイミング機構の可動部品の強い当たりによるストッパの耐久性低下及び可動部品のストッパへの固着等の二次故障が発生するおそれがある。

また、従来の回転検出手段の異常診断は、カム軸に設けられたカムセンサの気筒判別値の順番監視により行っており、異常が発生してから異常を検出するまで長い期間を要するため、その間、上記と同様に誤ったモータ操作量に基づくオーバーシュートが発生してしまうことにより、同じくエンジン性能が損なわれ、ストッパの耐久性低下及び固着等の二次故障が発生するおそれがある。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、検出頻度の異なる２つの回転検出手段のいずれかに異常が発生したときに、該異常を速やかにかつ高精度に検出でき、低回転時の異常に良好に対応できるようにすることを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る回転検出異常診断装置（方法）は、
第１の駆動源によって回転する第１回転体に対し、第２の駆動源によって相対回転する第２回転体の回転角位置を検出する第１回転検出手段（ステップ）と、
前記第２回転体の前記第１回転体に対する相対変化角を、前記第１回転検出手段による検出頻度より高い頻度で検出する第２回転検出手段（ステップ）と、
前記第１回転検出手段（ステップ）により検出される前記第２回転体の回転角位置と、前記第２回転検出手段（ステップ）により検出される前記第２回転体の前記第１回転体に対する相対変化角の積算値とに基づいて、前記第１回転検出手段と前記第２回転検出手段の異常の有無を判定する異常判定手段（ステップ）と、
を含んで構成した。

また、本発明に係る回転体の回転位置制御装置は、上記回転検出異常診断装置を含み、前記異常判定手段が、前記第１回転検出手段と前記第２回転検出手段のいずれか一方を異常であると判定したとき、他方の検出手段の検出値に基づき算出された第２回転体の回転角位置に基づいて、前記第２の駆動源による前記第２回転体の駆動制御を継続すること、又は前記第２の駆動源を駆動する操作量の出力を制限し又は停止することを特徴とする。

本発明に係る回転検出異常診断装置（方法）によれば、第１回転検出手段又は第２回転検出手段に異常が発生した場合、双方の検出値に基づいて速やかにかつ高精度に異常を検出することができる。
また、本発明に係る回転体の回転位置制御装置によれば、回転検出異常診断装置により前記第１回転検出手段と前記第２回転検出手段のいずれか一方を異常であると判定したとき、他方の検出手段の検出値に基づき算出された第２回転体の回転角位置に基づいて、上記第２回転体の駆動制御のフェールセーフ処理が行われる。
これにより、異常な回転検出値により第２回転体の回転位置が目標位置に対してオーバーシュートして好ましくない回転位置に制御されることを抑制できる。

実施形態における内燃機関のシステム構成図である。 実施形態における可変バルブタイミング機構を示す縦断面図である。 電動可変バルブタイミング機構における主要な構成部材の要部拡大断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 同上可変バルブタイミング機構に供されるカバー部材と第１オイルシールとの分解斜視図である。 図２のＣ−Ｃ線断面図である。 実施形態におけるクランク角センサ及びカムセンサの構造を示す図である。 実施形態におけるクランク角センサ及びカムセンサの出力特性を示すタイムチャートである。 同上実施形態に使用されるモータ回転センサの構成を示す斜視図である。 同上モータ回転センサから出力される信号の波形図であり、（Ａ）は、モータの時計回り方向回転時、（Ｂ）はモータの反時計回り方向回転時を示す。 実施形態において制御されるバルブタイミングであり、（Ａ）は始動後のミラーサイクル運転時、（Ｂ）は始動時のバルブタイミングを示す。 可変バルブタイミング機構によるバルブタイミング制御時の異常診断を示す第１実施形態のフローチャートである。 同上バルブタイミング制御時の各種状態量の変化を示すタイムチャートである。 可変バルブタイミング機構によるバルブタイミング制御時の異常診断を示す第２実施形態のフローチャートである。 同上第３実施形態のフローチャートの一部を示す。 同上第３実施形態のフローチャートの一部を示す。 同上バルブタイミング制御時の各種状態量の変化を示すタイムチャートである。 同上バルブタイミング制御時の各種状態量の変化を示すタイムチャートである。 同上バルブタイミング制御時の各種状態量の変化を示すタイムチャートである。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による回転検出異常診断装置を適用した車両用内燃機関１０１の構成図である。尚、本実施形態において、内燃機関１０１は、直列４気筒の４サイクル機関であるが、本例に限定されない。

図１において、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０３を介装してある。
そして、内燃機関１０１は、電子制御スロットル１０３及び吸気バルブ１０５を介して、各気筒の燃焼室１０６内に空気を吸入する。

各気筒の吸気ポート１３０に、燃料噴射弁１３１を設けてあり、燃料噴射弁１３１は、制御装置としてのＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１１４からの噴射パルス信号によって開弁動作し、燃料を噴射する。

燃焼室１０６内の燃料は、点火プラグ１０４による火花点火によって着火燃焼する。点火プラグ１０４それぞれには、点火コイル及び該点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを内蔵した点火モジュール１１２を装着してある。

燃焼室１０６内の燃焼ガスは、排気バルブ１０７を介して排気管１１１に流出する。排気管１１１に設けたフロント触媒コンバータ１０８及びリア触媒コンバータ１０９は、排気管１１１を流れる排気を浄化する。

吸気カム軸１３４、排気カム軸１１０は、一体的にカムを備え、このカムによって吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７を動作させる。
吸気バルブ１０５は、電動モータ（アクチュエータ）を用いて吸気カム軸１３４をクランク軸１２０に対して相対回転させる可変バルブタイミング機構（電動ＶＴＣ）１１３により、バルブタイミングを可変に制御される。

上記電動ＶＴＣ１１３は、図２〜図７に示すように、内燃機関のクランク軸１２０によって回転駆動する駆動回転体であるタイミングスプロケット１と、シリンダヘッド上に軸受４４を介して回転自在に支持され、前記タイミングスプロケット１から伝達された回転力によって回転する吸気カム軸１３４と、該タイミングスプロケット１の前方位置に配置されて、固定部であるチェーンカバー４０にボルトによって取り付け固定されたカバー部材３と、前記タイミングスプロケット１と吸気カム軸１３４の間に配置されて、機関運転状態に応じて両者１、１３４の相対回転位相を変更する可変機構である位相変更機構４と、を備えて構成されている。

タイミングスプロケット１は、全体が鉄系金属によって一体に形成され、内周面が段差径状の円環状のスプロケット本体１ａと、該スプロケット本体１ａの外周に一体に設けられて、巻回されたタイミングチェーン４２を介してクランク軸からの回転力を受けるギア部１ｂと、から構成されている。また、タイミングスプロケット１は、前記スプロケット本体１ａの内周側に形成された円形溝１ｃと前記吸気カム軸１３４の前端部に一体に設けられた肉厚なフランジ部２ａの外周との間に介装された第３軸受である第３ボールベアリング４３によって吸気カム軸１３４に回転自在に支持されている。

スプロケット本体１ａの前端部外周縁には、環状突起１ｅが一体に形成されている。このスプロケット本体１ａの前端部には、前記環状突起１ｅの内周側に同軸に位置決めされ、内周に波形状の噛み合い部である内歯１９ａが形成された環状部材１９と、大径円環状のプレート６がボルト７によって軸方向から共締め固定されている。また、前記スプロケット本体１ａの内周面の一部には、図５に示すように、円弧状の係合部であるストッパ凸部１ｄが周方向に沿って所定長さ範囲まで形成されている。

プレート６の前端側外周には、前記位相変更機構４の後述する減速機８や電動モータ１２の各構成部材を覆う状態で前方に突出した円筒状のハウジング５がボルト１１によって固定されている。

ハウジング５は、鉄系金属によって一体に形成されてヨークとして機能し、前端側に円環プレート状の保持部５ａを一体に有していると共に、該保持部５ａを含めた外周側全体が前記カバー部材３によって所定の隙間をもって覆われた形で配置されている。

吸気カム軸１３４は、外周に吸気バルブ１０５を開作動させる一気筒当たり２つの駆動カムを有していると共に、前端部に従動回転体である従動部材９がカムボルト１０によって軸方向から結合されている。また、吸気カム軸１３４の前記フランジ部２ａには、図５に示すように、前記スプロケット本体１ａのストッパ凸部１ｄが係入する係止部であるストッパ凹溝２ｂが円周方向に沿って形成されている。このストッパ凹溝２ｂは、円周方向へ所定長さの円弧状に形成されて、この長さ範囲で回動したストッパ凸部１ｄの両端縁が周方向の対向縁２ｃ、２ｄにそれぞれ当接することによって、タイミングスプロケット１に対する吸気カム軸１３４の最大進角側あるいは最大遅角側の相対回転位置を規制するようになっている。

カムボルト１０は、頭部１０ａの軸部１０ｂ側の端縁にフランジ状の座面部１０ｃ一体に形成されていると共に、軸部１０ｂの外周に前記吸気カム軸１３４の端部から内部軸方向に形成された雌ねじ部に螺着する雄ねじ部が形成されている。

従動部材９は、鉄系金属材によって一体に形成され、図３に示すように、前端側に形成された円板部９ａと、後端側に一体に形成された円筒状の円筒部９ｂとから構成されている。

円板部９ａは、後端面の径方向ほぼ中央位置に前記吸気カム軸１３４のフランジ部２ａとほぼ同外径の環状段差突起９ｃが一体に設けられ、この段差突起９ｃの外周面と前記フランジ部２ａの外周面が前記第３ボールベアリング４３の内輪４３ａの内周に挿通配置されている。第３ボールベアリング４３の外輪４３ｂは、スプロケット本体１ａの円形溝１ｃの内周面に圧入固定されている。

また、円板部９ａの外周部には、図２〜図６に示すように、後述する複数のローラ３４を保持する保持器４１が一体に設けられている。この保持器４１は、前記円板部９ａの外周部から前記円筒部９ｂと同じ方向へ突出して形成され、円周方向へほぼ等間隔の位置に所定の隙間をもった複数の細長い突起部４１ａによって形成されている。

円筒部９ｂは、図２に示すように、中央に前記カムボルト１０の軸部１０ｂが挿通される挿通孔９ｄが貫通形成されていると共に、外周側に第１軸受である後述の第１ニードルベアリング３０が設けられている。

カバー部材３は、図２及び図６に示すように、比較的に肉厚な合成樹脂材によって一体に形成され、カップ状に膨出したカバー本体３ａと、該カバー本体３ａの後端部外周に一体に有するブラケット３ｂと、から構成されている。

カバー本体３ａは、位相変更機構４の前端側を覆う、つまりハウジング５の軸方向の保持部５ｂから後端部側のほぼ全体を、所定隙間をもって覆うように配置されている。一方、前記ブラケット３ｂには、ほぼ円環状に形成されて６つのボス部にそれぞれボルト挿通孔３ｆが貫通形成されている。

また、カバー部材３は、図２に示すように、ブラケット３ｂが前記チェーンカバー４０に複数のボルト４６を介して固定されていると共に、前記カバー本体３ａの前端部３ｅの内周面に内外２重のスリップリング４８ａ、４８ｂが各内端面を露出した状態で埋設固定されている。さらに上端部には、内部に前記スリップリング４８ａ、４８ｂと導電部材を介して接続されたコネクタ端子４９ａが固定されたコネクタ部４９が設けられている。なお、前記コネクタ端子４９ａには、ＥＣＵ１１４を介して図外のバッテリー電源から通電あるいは通電が遮断されるようになっている。

そして、カバー本体３ａの後端部側の内周面と前記ハウジング５の外周面との間には、図２にも示すように、シール部材である大径な第１オイルシール５０が介装されている。この第１オイルシール５０は、横断面ほぼコ字形状に形成されて、合成ゴムの基材の内部に芯金が埋設されていると共に、外周側の円環状基部５０ａが前記カバー本体３ａ後端部の内周面に形成された円形溝３ｄ内に嵌着固定されている。また、円環状基部５０ａの内周側には、前記ハウジング５の外周面に当接するシール面５０ｂが一体に形成されている。

位相変更機構４は、吸気カム軸１３４のほぼ同軸上前端側に配置された電動モータ１２と、該電動モータ１２の回転速度を減速して吸気カム軸１３４に伝達する前記減速機８と、から構成されている。

電動モータ１２は、図２及び図３に示すように、ブラシ付きのＤＣモータであって、タイミングスプロケット１と一体に回転するヨークであるハウジング５と、該ハウジング５の内部に回転自在に設けられた出力軸であるモータ軸１３と、ハウジング５の内周面に固定された半円弧状の一対の永久磁石１４、１５と、ハウジング保持部５ａの内底面側に固定された固定子１６と、を備えている。

モータ軸１３は、筒状に形成されてアーマチュアとして機能し、軸方向のほぼ中央位置の外周に、複数の極を持つ鉄心ロータ１７が固定されていると共に、該鉄心ロータ１７の外周には電磁コイル１８が巻回されている。また、モータ軸１３の前端部外周には、コミュテータ２０が圧入固定されており、このコミュテータ２０には、前記鉄心ロータ１７の極数と同数に分割された各セグメントに前記電磁コイル１８が接続されている。

固定子１６は、図７に示すように、保持部５ａの内底壁に４本のビス２２ａによって固定された円環板状の樹脂ホルダー２２と、該樹脂ホルダー２２と保持部５ａを軸方向に貫通配置されて、各先端面が前記一対のスリップリング４８ａ、４８ｂに摺接して給電される周方向内外２つの第１ブラシ２３ａ、２３ｂと、樹脂ホルダー２２の内周側に内方へ進退自在に保持されて、円弧状の先端部が前記コミュテータ２０の外周面に摺接する第２ブラシ２４ａ、２４ｂと、から主として構成されている。

第１ブラシ２３ａ、２３ｂと第２ブラシ２４ａ、２４ｂは、ピッグテールハーネス２５ａ、２５ｂによって接続されていると共に、それぞれに弾接した捩りばね２６ａ、２７ａのばね力によってスリップリング４８ａ、４８ｂ方向やコミュテータ２０方向へそれぞれ付勢されている。

モータ軸１３は、カムボルト１０の頭部１０ａ側の軸部１０ｂの外周面に第１軸受であるニードルベアリング２８と該ニードルベアリング２８の軸方向の側部に配置された軸受である第４ボールベアリング３５を介して回転自在に支持されている。また、前記モータ軸１３の吸気カム軸１３４側の後端部には、減速機８の一部を構成する円筒状の偏心軸部３０が一体に設けられている。

第１ニードルベアリング２８は、偏心軸部３０の内周面に圧入された円筒状のリテーナ２８ａと、該リテーナ２８ａの内部に回転自在に保持された複数の転動体であるニードルローラ２８ｂとから構成されている。このニードルローラ２８ｂは、前記従動部材９の円筒部９ｂの外周面を転動している。

第４ボールベアリング３５は、内輪３５ａが前記従動部材９の円筒部９ｂの前端縁とカムボルト１０の座面部１０ｃとの間に挟持状態に固定されている一方、外輪３５ｂがモータ軸１３の内周に形成された段差部と抜け止めリングであるスナップリング３６との間で軸方向の位置決め支持されている。

また、モータ軸１３(偏心軸部３０)の外周面とプレート６の内周面との間には、減速機８内部から電動モータ１２内への潤滑油のリークを阻止するフリクション部材である第２オイルシール３２が設けられている。この第２オイルシール３２は、内周部が前記モータ軸１３の外周面に弾接していることによって、該モータ軸１３の回転に対して摩擦抵抗を付与するようになっている。

減速機８は、図２、図３に示すように、偏心回転運動を行う前記偏心軸部３０と、該偏心軸部３０の外周に設けられた第２軸受である第２ボールベアリング３３と、該第２ボールベアリング３３の外周に設けられた前記ローラ３４と、該ローラ３４を転動方向に保持しつつ径方向の移動を許容する前記保持器４１と、該保持器４１と一体の前記従動部材９と、から主として構成されている。

偏心軸部３０は、外周面に形成されたカム面の軸心Ｙがモータ軸１３の軸心Ｘから径方向へ僅かに偏心している。なお、前記第２ボールベアリング３３とローラ３４などが遊星噛み合い部として構成されている。

第２ボールベアリング３３は、大径状に形成されて、第１ニードルベアリング２８の径方向位置で全体がほぼオーバラップする状態に配置され、内輪３３ａが偏心軸部３０の外周面に圧入固定されていると共に、外輪３３ｂの外周面には前記ローラ３４が常時当接している。また、外輪３３ｂの外周側には円環状の隙間Ｃが形成されて、この隙間Ｃによって第２ボールベアリング３３全体が前記偏心軸部３０の偏心回転に伴って径方向へ移動可能、つまり偏心動可能になっている。

各ローラ３４は、第２ボールベアリング３３の偏心動に伴って径方向へ移動しつつ前記環状部材１９の内歯１９ａに嵌入すると共に、保持器４１の突起部４１ａによって周方向にガイドされつつ径方向に揺動運動させるようになっている。

減速機８の内部には、潤滑油供給手段によって潤滑油が供給されるようになっている。この潤滑油供給手段は、図５に示すように、シリンダヘッドの軸受４４の内部に形成されて、図外のメインオイルギャラリーから潤滑油が供給される油供給通路４７と、前記吸気カム軸１３４の内部軸方向に形成されて、前記油供給通路４７にグルーブ溝を介して連通した油供給孔４８と、従動部材９の内部軸方向に貫通形成されて、一端が該油供給孔４８に開口し、他端が前記第１ニードルベアリング２８と第２ボールベアリング３３の付近に開口した小径なオイル供給孔４５と、同じく従動部材９に貫通形成された大径な３つの図外のオイル排出孔と、から構成されている。

以下、本電動ＶＴＣ１１３の作動について説明すると、まず、機関のクランク軸が回転駆動するとタイミングチェーン４２を介してタイミングスプロケット１が回転し、その回転力によりハウジング５と環状部材１９とプレート６を介して電動モータ１２が同期回転する。一方、環状部材１９の回転力が、ローラ３４から保持器４１及び従動部材９を経由して吸気カム軸１３４に伝達される。これによって、吸気カム軸１３４のカムが吸気弁を開閉作動させる。

そして、電動ＶＴＣ１１３を駆動して吸気カム軸１３４の回転位相（吸気バルブ１０５のバルブタイミング）を変更するときは、ＥＣＵ１１４からスリップリング４８ａ、４８ｂなどを介して電動モータ１２の電磁コイル１８に通電される。これによって、モータ軸１３が回転駆動され、この回転力が減速機８を介して吸気カム軸１３４に減速された回転力が伝達される。

すなわち、モータ軸１３の回転に伴い偏心軸部３０が偏心回転すると、各ローラ３４がモータ軸１３の１回転毎に保持器４１の突起部４１ａに径方向へガイドされながら環状部材１９の一の内歯１９ａを乗り越えて隣接する他の内歯１９ａに転動しながら移動し、これを順次繰り返しながら円周方向へ転接する。この各ローラ３４の転接によって前記モータ軸１３の回転が減速されつつ従動部材９に回転力が伝達される。このときの減速比は、ローラ３４の個数などによって任意に設定することが可能である。

これにより、吸気カム軸１３４がタイミングスプロケット１に対して正逆相対回転して相対回転位相が変換されて、吸気弁の開閉タイミングを進角側あるいは遅角側に変換制御するのである。

そして、タイミングスプロケット１に対する吸気カム軸１３４の正逆相対回転の最大位置規制（角度位置規制）は、前記ストッパ凸部１ｄの各側面が前記ストッパ凹溝２ｂの各対向面２ｃ、２ｄのいずれか一方に当接することによって行われる。

すなわち、従動部材９が、偏心軸部３０の偏心回動に伴ってタイミングスプロケット１の回転方向と同方向に回転することによって、ストッパ凸部１ｄの一側面がストッパ凹溝２ｂの一方側の対向面１ｃに当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、吸気カム軸１３４は、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が進角側へ最大に変更される。

一方、従動部材９が、タイミングスプロケット１の回転方向と逆方向に回転することによって、ストッパ凸部１ｄの他側面がストッパ凹溝２ｂの他方側の対向面２ｄに当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、吸気カム軸１３４は、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が遅角側へ最大に変更される。

図１に戻って、ＥＣＵ１１４は、マイクロコンピュータを内蔵し、予めメモリに記憶したプログラムに従って演算を行い、電子制御スロットル１０３、燃料噴射弁１３１、点火モジュール１１２などを制御する。

ＥＣＵ１１４は、各種のセンサからの検出信号を入力する。各種のセンサとして、アクセルペダル１１６ａの開度（アクセル開度）ＡＣＣを検出するアクセル開度センサ１１６、内燃機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローセンサ１１５、内燃機関１０１の出力軸であるクランク軸１２０の回転に応じてパルス状の回転信号（単位クランク角信号）ＰＯＳを出力するクランク角センサ（回転センサ）１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、内燃機関１０１の冷却水の温度ＴＷを検出する水温センサ１１９、吸気カム軸１３４の回転に応じてパルス状のカム信号ＰＨＡＳＥを出力するカムセンサ１３３、電動ＶＴＣ１１３を駆動する電動モータのモータ軸回転角を検出するモータ回転センサ２０１、車両の運転者がブレーキペダル１２１を踏み込んだ制動状態においてオンになるブレーキスイッチ１２２、内燃機関１０１を動力源とする車両の走行速度（車速）ＶＳＰを検出する車速センサ１２３などを設けている。

更に、ＥＣＵ１１４は、内燃機関１０１の運転・停止のメインスイッチであるイグニションスイッチ１２４のオン・オフ信号や、スタータスイッチ１２５のオン・オフ信号を入力する。

図８は、クランク角センサ１１７及びカムセンサ１３３の構造を示す。
クランク角センサ１１７は、クランク軸１２０に軸支され、周囲に被検出部としての突起部１５１を備えるシグナルプレート１５２と、内燃機関１０１側に固定され、突起部１５１を検出して回転信号ＰＯＳを出力する回転検出装置１５３とで構成される。

回転検出装置１５３は、波形発生回路、選択回路などを含む各種の処理回路を、突起部１５１を検出するピックアップと共に備えており、回転検出装置１５３が出力する回転信号ＰＯＳは、通常ローレベルで、前記突起部１５１を検知したときに一定時間だけハイレベルに変化するパルス列からなるパルス信号である。

シグナルプレート１５２の突起部１５１は、クランク角で１０degのピッチで等間隔に形成してあるが、突起部１５１を連続して２つ欠落させてある部分を、クランク軸１２０の回転中心を挟んで対向する２箇所に設けてある。
尚、突起部１５１の欠落数は、１個であっても良いし、３つ以上連続して欠落させてもよい。

上記構造により、クランク角センサ１１７（回転検出装置１５３）が出力する回転信号ＰＯＳは、図９に示すように、クランク角で１０deg（単位クランク角）毎に１６回連続してハイレベルに変化した後、３０deg間ローレベルを保持し、再度１６回連続してハイレベルに変化する。

従って、クランク角３０degであるローレベル期間（歯抜け領域、欠落部分）後の最初の回転信号ＰＯＳは、クランク角１８０deg間隔で出力されることになり、このクランク角１８０degは、本実施形態の４気筒機関１０１における気筒間の行程位相差、換言すれば、点火間隔に相当する。

また、本実施形態では、クランク角センサ１１７が、クランク角３０degであるローレベル期間後（歯抜け領域）の最初の回転信号ＰＯＳを、各気筒の上死点前５０deg（ＢＴＤＣ５０deg）のピストン位置で出力するように設定してある。

一方、カムセンサ１３３は、吸気カム軸１３４の端部に軸支され、周囲に被検出部としての突起部１５７を備えたシグナルプレート１５８と、内燃機関１０１側に固定され、突起部１５７を検出してカム信号ＰＨＡＳＥを出力する回転検出装置１５９とで構成される。

回転検出装置１５９は、波形整形回路などを含む各種の処理回路を、突起部１５７を検出するピックアップと共に備えている。
シグナルプレート１５８の突起部１５７は、カム角で９０deg毎の４箇所それぞれに、１個、３個、４個、２個ずつ設けられ、突起部１５７を複数連続して設けた部分では、突起部１５７のピッチを、クランク角で３０deg（カム角で１５deg）に設定してある。

そして、カムセンサ１３３（回転検出装置１５９）が出力するカム信号ＰＨＡＳＥは、図９に示すように、通常はローレベルで、前記突起部１５７を検知することで一定時間だけハイレベルに変化するパルス列からなるパルス信号であり、カム角で９０deg、クランク角で１８０deg毎に、１個単独、３個連続、４個連続、２個連続にハイレベルに変化する。

また、１個単独のカム信号ＰＨＡＳＥ、及び、複数連続して出力されるカム信号ＰＨＡＳＥの先頭の信号は、クランク角で１８０deg間隔に出力され、かつ、１個単独、３個連続、４個連続、２個連続の出力パターンが、ある気筒の上死点ＴＤＣと次の気筒の上死点ＴＤＣとの間でそれぞれ出力されるようにしてある。なお、電動ＶＴＣ１１３によって、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを変更しても、カム信号ＰＨＡＳＥの出力位置が上死点ＴＤＣを横切って変化することがないように、バルブタイミングの変更範囲を見込んでカム信号ＰＨＡＳＥの出力位置及び出力間隔を設定してある。

より詳細には、第１気筒の圧縮上死点ＴＤＣと第３気筒の圧縮上死点ＴＤＣとの間では、カム信号ＰＨＡＳＥを３個連続で出力し、第３気筒の圧縮上死点ＴＤＣと第４気筒の圧縮上死点ＴＤＣとの間では、カム信号ＰＨＡＳＥを４個連続で出力し、第４気筒の圧縮上死点ＴＤＣと第２気筒の圧縮上死点ＴＤＣとの間では、カム信号ＰＨＡＳＥを２個連続で出力し、第２気筒の圧縮上死点ＴＤＣと第１気筒の圧縮上死点ＴＤＣとの間では、カム信号ＰＨＡＳＥを１個単独で出力するように設定してある。

各上死点ＴＤＣの間で出力するカム信号ＰＨＡＳＥの連続出力数は、次に圧縮上死点となる気筒番号を示し、例えば、今回の上死点ＴＤＣと前回の上死点ＴＤＣとの間で、カム信号ＰＨＡＳＥを３個連続して出力した場合には、今回の上死点ＴＤＣは、第３気筒の圧縮上死点ＴＤＣであることを示す。

本実施形態の４気筒機関１０１では、点火を第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒の順で行うので、上死点ＴＤＣ間で出力されるカム信号ＰＨＡＳＥの出力パターンは、図３に示すように、１個単独、３個連続、４個連続、２個連続の順に設定してある。

ＥＣＵ１１４は、例えば、回転信号ＰＯＳの歯抜け箇所を回転信号ＰＯＳの周期変化などから判断し、この歯抜け位置を基準に、回転信号ＰＯＳの発生数を計数することで、上死点ＴＤＣ（基準クランク角位置）を検出する。本実施形態では、回転信号ＰＯＳの歯抜け領域後の６番目に出力される回転信号ＰＯＳが各気筒の上死点ＴＤＣに相当する。

そして、ＥＣＵ１１４は、上死点ＴＤＣ間でカム信号ＰＨＡＳＥの出力数を計数することで、次にピストンの位置が圧縮上死点ＴＤＣ（所定ピストン位置）となる気筒を判別すると共に、上死点ＴＤＣからの回転信号ＰＯＳの発生数を計数し、該計数値ＣＮＴＰＯＳに基づいてそのときのクランク角を検出する。

圧縮上死点ＴＤＣの気筒及びクランク角を検出すると、ＥＣＵ１１４は、燃料噴射及び点火を行わせる気筒、更に、燃料噴射タイミング及び点火タイミングを決定し、前記計数値ＣＮＴＰＯＳに基づいて検出されるクランク軸１２０の角度（クランク角）に応じて噴射パルス信号や点火制御信号を出力する。

ピストンの位置が圧縮上死点ＴＤＣ（所定ピストン位置）となる気筒の判別結果は、点火順に沿って更新することになるので、上死点ＴＤＣ間でカム信号ＰＨＡＳＥの出力数を計数することで、次にピストンの位置が圧縮上死点ＴＤＣ（所定ピストン位置）となる気筒を判別した後は、圧縮上死点ＴＤＣの気筒を上死点ＴＤＣ毎に点火順に沿って更新することができる。

尚、カム信号ＰＨＡＳＥの発生数を計数する区間を、上死点ＴＤＣ間に限定するものではなく、任意のクランク角（ピストン位置）を、カム信号ＰＨＡＳＥの発生数を計数する区間の基準とすることができる。

更に、カム信号ＰＨＡＳＥの発生数で、所定ピストン位置の気筒を判別する代わりに、カム信号ＰＨＡＳＥのパルス幅の違いなどに基づいて、所定ピストン位置の気筒を判別することができる。

また、本実施形態では、回転信号ＰＯＳのパルス列の一部を欠落させてあることで、欠落位置を基準にクランク軸１２０の角度位置（クランク角）を検出できるようにしているが、回転信号ＰＯＳを１０deg毎に欠落することなく出力させ、代わりに、クランク角１８０deg毎の基準クランク角位置で信号を発生する基準位置センサを設け、該基準位置センサの出力信号を基準に、回転信号ＰＯＳを計数することで、クランク軸１２０の角度位置（クランク角）を検出することもできる。

また、基準クランク角位置から１個単独のカム信号ＰＨＡＳＥ、又は、複数連続して出力されるカム信号ＰＨＡＳＥの先頭の信号までの回転信号ＰＯＳの発生数をカウントすることにより、電動ＶＴＣ１１３によって変更されるクランク軸１２０に対する吸気カム軸１３４の回転位相（吸気バルブ１０５の実バルブタイミング）を検出することができ、この検出値に基づいて、バルブタイミングを目標値に近づけるようにフィードバック制御することができる。

また、電動ＶＴＣ１１３には、第２の駆動源としての駆動用電動モータ（アクチュエータ）のモータ軸回転角（回転動作量）を任意のタイミングで回転方向を含めて検出可能な検出頻度の高いモータ回転センサ（アクチュエータ回転センサ）２０１が配設されている。

モータ回転センサ２０１は、図１０に示すように、被検出部２０１Ａと、該被検出部２０１Ａの回転方向の変位を検出するギャップセンサである回転角検出部２０１Ｂとから構成されている。

被検出部２０１Ａは、図２及び図３に示すように、モータ軸１３の前端縁に嵌挿して固定され、回転角検出部２０１Ｂは、図２に示すように、カバー部材３の被検出部２０１Ａ前方に対向する部分を貫通して形成された孔に嵌挿して固定されている。

被検出部２０１Ａは、図１０に示すように、三次元的な形状に形成されて、軸方向に突出した３つのターゲット部が円周方向の等間隔位置に形成されており、この各ターゲット部は、それぞれ回転角検出部２０１Ｂに対向する端面が周方向へ円弧状に形成された傾斜部２０１ａと、該傾斜部２０１ａの端縁から軸方向かつ径方向へ直線状に切り立ったエッジ部２０１ｂとから構成されている。

各傾斜部２０１ａは、エッジ部２０１ｂを頂点とした一端側から時計周り方向に他端側へ向かって所定の角度で下り傾斜面状に形成されて、前記回転角検出部２０１Ｂによる検出位置が連続的に変化するようになっている。一方、エッジ部２０１ｂは、それぞれ半径方向に沿って切り立って形成されて、傾斜部２０１ａの一端から軸方向へ平坦面状に形成されて、検出位置が非連続的に変化するようになっている。

回転角検出部２０１Ｂは、電磁ピックアップ式であって、対向する被検出部２０１Ａの傾斜部２０１ａ、エッジ部２０１ｂを検出することによって、図１１に示すように、連続した階段状（鋸刃状）の波形信号を出力する。すなわち、モータ軸１３が時計周り方向に回転するときは、傾斜部２０１ａ検出時に出力が漸増し、エッジ部２０１ｂ検出時に出力が急峻に立ち下がる波形信号となり（図１１（Ａ））、モータ軸１３が反時計周り方向に回転するときは、傾斜部２０１ａ検出時に出力が漸減し、エッジ部２０１ｂ検出時に出力が急峻に立ち上がる波形信号となる（図１１（Ｂ））。

この特性を用いて、出力が漸増するときは、該出力の漸増に応じてモータ軸１３の時計回り方向（例えば、進角方向）の回転角を漸増し、出力が漸減するときは、該出力の漸減に応じてモータ軸１３の反時計回り方向（例えば、遅角方向）の回転角を漸増することにより、回転方向と共に回転角（回転動作量）を連続的（リニア）に検出することができる。なお、エッジ部２０１ｂ検出時に、対応する回転角の出力値（出力電圧）を学習することで、検出誤差を抑制することができる。

一方、本実施形態に係る内燃機関では、始動後は、図１２（Ａ）に示すように、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）を吸気下死点（ＢＤＣ）に対し、大きく遅角（又は進角）させたバルブタイミングに設定することによってミラー（アトキンソン）サイクル運転を行い、シリンダの有効圧縮比より膨張比を大きくする。これにより、ノッキング回避性能が高められ、燃費を向上させる。

しかし、始動時には、ＩＶＣを遅角（進角）させ過ぎると、シリンダ吸入空気量が減少して良好な始動性能を確保できない。そこで、始動時は、図１２（Ｂ）に示すように、ＩＶＣの遅角量（進角量）を小さくしてＢＤＣに近づけるバルブタイミング制御を行うことにより、シリンダ吸入空気量を増大させて始動性を確保する運転とする。

一方、電動ＶＴＣ１１３によって変更されるクランク軸１２０（第１回転体）に対する吸気カム軸１３４（第２回転体）の回転位相（回転角位置）、すなわち吸気バルブ１０５のバルブタイミングは、カムセンサ１３３からのカム信号ＰＨＡＳＥとクランク角センサ１１７からの回転信号ＰＯＳとに基づいて気筒間行程位相差毎に検出されるため、始動時（クランキング時）等の極低回転時は、フィードバック制御の制御周期に比較して回転位相の検出周期が長く、前回の制御タイミングから今回の制御タイミングの間に、検出値が更新されず、この間も変更される回転位相を精度良く検出することができない。

このため、ＥＣＵ１１４は、基本的には回転位相検出手段（第１回転検出手段）を構成するカムセンサ１３３及びクランク角センサ１１７からの信号に基づいて吸気カム軸１３４の回転位相を検出するが、さらにモータ回転センサ２０１（第２回転検出手段）からのモータ軸回転角検出信号を用いることにより、始動時に吸気バルブ１０５のバルブタイミングを任意のタイミングで高精度に検出しつつ、ミラーサイクル運転に対応したバルブタイミングから、始動時用のバルブタイミングに進角制御する。

具体的には、まず、内燃機関（第１の駆動源であるエンジン）の運転状態に基づいて、ＶＴＣ目標角度、すなわち電動ＶＴＣ１１３によって制御される吸気カム軸１３４の目標回転位相（吸気バルブ１０５の目標バルブタイミング）を算出する。ここで、ＶＴＣ目標角度は、ミラーサイクル運転時は、図１２（Ａ）に示したミラー運転用の目標バルブタイミングに設定されるが、始動時には、図１２（Ｂ）に示した始動時用の目標バルブタイミングに切換えて設定される。

次いで、回転位相検出手段を用いてＶＴＣ実角度、すなわち吸気カム軸１３４の回転位相を周期毎に検出して、検出された場合には最終的なＶＴＣ実角度を、検出されたＶＴＣ実角度として求める。

一方、回転位相検出手段によりＶＴＣ実角度が検出されない場合は、次回のＶＴＣ実角度を検出するまでの間、検出頻度の高いモータ回転センサ２０１により、吸気カム軸１３４のクランク軸１２０に対する相対変化角として、アクチュエータのモータ軸回転角（回転動作量）、すなわち電動ＶＴＣ１１３の変化角（ＶＴＣ変化角）を検出する。

そして、前回求めた最終的なＶＴＣ実角度を初期値として設定し、この初期値に対し、次回のＶＴＣ実角度を検出するまでの期間を補間するようにＶＴＣ変化角を積算することにより最終的なＶＴＣ実角度を求め、上記のＶＴＣ目標角度に、ＶＴＣ実角度が追従するようなモータ操作量を算出する。

これにより、電動ＶＴＣ１１３は、上記モータ操作量にしたがって電動モータ１２を駆動させ、吸気バルブ１０５のバルブタイミングは、ミラーサイクル運転中は、ＩＶＣを十分に遅角させたミラー運転用のバルブタイミングに制御され、始動時は、始動時用に進角されたバルブタイミングとなるように制御される。

ここで、上記のＶＴＣ実角度を検出する回転位相検出手段に１回でも異常が発生すると、誤ったＶＴＣ実角度を検出してしまう可能性がある。さらに、上述したように極低回転時は検出周期が長く、回転位相検出手段が正常に復帰して正常なＶＴＣ実角度が検出されるまでの間、誤ったＶＴＣ実角度に基づくモータ操作量によって電動モータ１２の駆動が継続されることにより、バルブタイミングが目標に対して大きくオーバーシュートしてしまう。
その結果、エンジン性能（特に低回転性能）が損なわれ、バルブタイミング機構の強い当たりによるストッパの耐久性低下及びストッパへの固着等の二次故障が発生するおそれがある。

また、従来の回転位相検出手段の異常診断は、カム信号ＰＨＡＳＥの発生数またはパルス幅の違いなどの気筒判別値に基づいて所定ピストン位置の気筒を判別する順序が、燃料噴射及び点火を行わせる気筒の順序通りであるか否かを判定すること、すなわち気筒判別値の順番監視により行われるため、異常の発生から異常を検出するまでに長い期間を要する。

したがって、上記と同様、回転位相検出手段の異常が検出されるまでの間、誤ったモータ操作量に基づくオーバーシュートが発生してしまい、エンジン性能が損なわれ、ストッパの耐久性低下及び固着等の二次故障が発生するおそれがある。

そこで、本実施形態では、回転位相検出手段により検出したＶＴＣ実角度と、前回検出された最終的なＶＴＣ実角度にモータ回転センサ２０１により検出したＶＴＣ変化角を積算した値との偏差の絶対値が所定値以上のときに、回転位相検出手段に異常があると判定することで、回転位相検出手段の異常を速やかに検出できるようにする。

以下に、図１中のＥＣＵ１１４により実行される異常診断の各実施形態について説明する。
本実施形態では、始動時に回転位相検出手段により検出されるＶＴＣ実角度と、モータ回転センサ２０１により検出されるＶＴＣ変化角とに基づいて、始動用の目標ＶＴＣを用いてフィードバック制御を行う際に、これら双方の検出値に基づいて異常診断を行う。

ここで、非回転時のＶＴＣ実角度の検出は困難であるので、始動時のＶＴＣ実角度の初期値を、始動前の停止挙動中に行われたフィードバック制御に応じて設定する。すなわち、停止挙動中にミラーサイクル運転用の目標ＶＴＣを用いてフィードバック制御を行った場合は、停止時にＶＴＣ実角度が該目標ＶＴＣに収束したと想定し、始動時のＶＴＣ実角度の初期値を該ミラーサイクル運転用の目標ＶＴＣと同一値に設定する。

そして、該ＶＴＣ実角度の初期値と始動用の進角した目標ＶＴＣとを用いてフィードバック制御を開始する。ここで、回転位相検出手段でＶＴＣ実角度が初めて検出されるまでは、ＶＴＣ実角度を、前記初期値にモータ回転センサ２０１により検出されるＶＴＣ変化角を積算した値（ＶＴＣ変化角の積算値）に更新しつつフィードバック制御を行う。次いで、回転位相検出手段でＶＴＣ実角度が検出されたときは、ＶＴＣ実角度をＶＴＣ変化角の積算値から該回転位相検出手段で検出されたＶＴＣ実角度に置き換える。次いで、このＶＴＣ実角度にＶＴＣ変化角を積算した値で更新し、その後は、回転位相検出手段でＶＴＣ実角度が検出される毎に、該検出値にＶＴＣ実角度を置き換えつつＶＴＣ変化角を積算して更新し最終的なＶＴＣ実角度とする。

このように、始動開始からＶＴＣ実角度の推定した初期値を用いることにより、始動時のフィードバック制御により、始動時の応答性を確保することができる。
なお、停止挙動中の極低回転時に回転位相検出手段で検出したＶＴＣ実角度とモータ回転センサ２０１で検出したＶＴＣ変化角とを用いて、停止時のＶＴＣ実角度を始動時用の目標ＶＴＣに収束させるフィードバック制御を行うこともでき、始動時のＶＴＣ実角度は始動用の目標ＶＴＣに近づけられているので、フィードバック制御開始時から可及的に良好な始動性能を得ることができる。

一方、ＶＴＣ実角度の初期値は推定値であり、フィードバック制御開始後、回転位相検出手段により初めてＶＴＣ実角度が検出されるまでのＶＴＣ実角度は十分な精度が確保されにくいので、この間に回転検出の異常診断を行うと診断精度も確保されにくい。そこで、この間は異常診断を停止し、回転位相検出手段によって初回のＶＴＣ実角度が検出された後、異常診断を開始する。

図１３は、第１実施形態のフローを示す。
ステップＳ１０１では、モータ回転センサ２０１の異常の有無を判定する。
モータ回転センサ２０１の異常診断は、センサ出力範囲またはセンサ出力変化量を監視すること等により行われる。

ステップＳ１０１においてモータ回転センサ２０１に異常があると判定されると、ステップＳ１０７に進み、モータ回転センサ故障確定時のフェールセーフ制御としてモータ操作量の出力をオフにする。これにより、モータ回転センサ２０１に故障があった場合に、誤ったモータ操作量に基づくＶＴＣの駆動を抑制することができる。

ステップＳ１０１でモータ回転センサ２０１に異常がないと判定されると、ステップＳ１０２に進み、モータ回転センサ２０１により単位時間当たりのＶＴＣ変化角（VAR）を算出する。
ステップＳ１０３では、回転位相検出手段によりＶＴＣ実角度が検出されるか否かを判定する。

ステップＳ１０３においてＶＴＣ実角度が検出されなかった場合はステップＳ１０６に進み、前回求めたＶＴＣ実角度（ANGF前回値）にステップＳ１０２で算出したＶＴＣ変化角（VAR）を積算して、モータ操作量を算出するための最終的なＶＴＣ実角度（ANGF最終値）を求める。
ANGF最終値 ＝ ANGF前回値 ＋ VAR

これにより、回転位相検出手段による検出周期が長く、ＶＴＣ実角度が検出されない場合でも、ＶＴＣ目標角度に、ＶＴＣ実角度が追従するようなモータ操作量を算出することができ、ＶＴＣの駆動制御が継続される。

一方、ステップＳ１０３でＶＴＣ実角度が検出されると、ステップＳ１０４に進み、図１４に示すように、該ＶＴＣ実角度（ANG）と、前回求めたＶＴＣ実角度（ANGF前回値）にステップＳ１０２で算出したＶＴＣ変化角（VAR）を積算した値との偏差の絶対値が所定値以上であるか否かを判定する。
|ANG - (ANGF前回値+VAR)| ≧ 所定値

ここで、従来のバルブタイミングのフィードバック制御では、モータ回転センサ２０１により算出されたＶＴＣ変化角は、ＶＴＣ実角度への積算による誤差を除去するために、前回求めたＶＴＣ実角度（初期値）からの変化量としてＶＴＣ実角度が検出されない期間のＶＴＣ実角度を補間するものであり、今回のＶＴＣ実角度が検出されると、該今回のＶＴＣ実角度に基づいてモータ操作量が算出される。

しかしながら、回転位相検出手段に異常が発生した場合、誤ったＶＴＣ実角度を検出する可能性があり、このＶＴＣ実角度に基づくモータ操作量によりＶＴＣが駆動されてしまう。
したがって、その後、回転位相検出手段が正常に復帰して正常なＶＴＣ実角度が検出されるまでの間、ＶＴＣ実角度が目標角度に対して大きく上回るような誤ったモータ操作量によるオーバーシュートが発生してしまい、その結果、エンジン性能が損なわれ、ストッパの耐久性低下及び固着等の二次故障が発生するおそれがある。

そこで、本実施形態では、モータ回転センサ２０１が正常であることを確認した後、上記の偏差の絶対値に基づいて、該偏差の絶対値が所定値（異常判別用の閾値）以上となった場合に、回転位相検出手段に異常があると判定する構成とした。

このように、ステップＳ１０１でモータ回転センサ２０１に異常がないと判定されているので、該モータ回転センサからの信号に基づくＶＴＣ変化角（VAR）を、回転位相検出手段により前回正常に求めたＶＴＣ実角度（ANGF前回値）に積算した値と、ステップＳ１０３で検出されたＶＴＣ実角度（ANG）との偏差の絶対値が所定値未満であれば、回転位相検出手段に異常がないと判定することができる。

ステップＳ１０４において、偏差の絶対値が所定値以上であると判定されると、ステップＳ１０６に進み、回転位相検出手段異常時のフェールセーフ制御として、上記と同様に、最終的なＶＴＣ実角度を、前回検出したＶＴＣ実角度（ANGF前回値）にステップＳ１０２で算出したＶＴＣ変化角（VAR）を積算した値とする。

これにより、回転位相検出手段に異常が発生して誤ったＶＴＣ実角度が検出されてから正常に復帰するまでの間、該異常を速やかに検出してフェールセーフ制御に移行できるので、正常なＶＴＣ駆動制御の継続が可能となる。
その結果、バルブタイミングのフィードバック制御において、誤ったモータ操作量が算出されることを回避してオーバーシュートを未然に抑制することができる。

ステップＳ１０４において、上記の偏差の絶対値が所定値未満となった場合には、回転位相検出手段に異常がないと判定する。
その後、ステップＳ１０５に進み、最終的なＶＴＣ実角度（ANGF最終値）をステップＳ１０３で検出したＶＴＣ実角度（ANG）として求め、該ＶＴＣ実角度に基づく通常のバルブタイミングのフィードバック制御を行う。
VTC実角度（ANGF最終値） = VTC実角度（ANG）

次いで、回転位相検出手段によりＶＴＣ実角度が検出されないときは、ステップＳ１０６において、最終的なＶＴＣ実角度を、ステップＳ１０５で求めたＶＴＣ実角度（ANGF）に、ステップＳ１０２で算出したＶＴＣ変化角（VAR）を積算した値として求め、フィードバック制御を行う。

以上示した第１実施形態によれば、検出周期の長い回転位相検出手段に比べて検出頻度の高いモータ回転センサ２０１を用いて比較判定することにより、回転位相検出手段の異常を速やかに検出することができる。
また、異常を検出した時点から正常なＶＴＣ駆動制御の継続を行うフェールセーフ制御に移行して、バルブタイミングのフィードバック制御において誤ったモータ操作量が算出されることを回避できるので、目標に対するオーバーシュートの発生を未然に抑制することができる。これにより、エンジン性能が損なわれ、電動ＶＴＣ１１３によるストッパの耐久性低下及びストッパへの固着等の二次故障の発生を抑制することができる。

図１５は、第２実施形態のフローを示す。
本実施形態では、第１実施形態においてモータ回転センサ２０１が正常であることを確認した後、ステップＳ１０４で本発明による回転位相検出手段の異常診断を行っていたのに対し、回転位相検出手段が正常であることを確認した後、同様の異常診断方法によってモータ回転センサ２０１の異常の有無を判定する。

第１実施形態と相違するステップを主として説明する。
本実施形態では、第１実施形態のステップＳ１０１で行ったモータ回転センサ２０１の異常診断を行わず、ステップＳ１０２及びＳ１０３と同様にステップＳ２０１及びＳ２０２において、ＶＴＣ変化角の算出に続いてＶＴＣ実角度が検出されたか否かを判定する。ステップＳ２０２でＶＴＣ実角度が検出されない場合にはステップＳ２０８に進み、ステップＳ１０３からＳ１０６に進んだのと同様に、前回求めたＶＴＣ実角度（ANGF前回値）にＶＴＣ変化角を積算して、最終的なＶＴＣ実角度（ANGF最終値）を求め、ＶＴＣの駆動制御を継続する。

次いで、ステップＳ２０３において、上述した従来の回転位相検出手段の異常診断、すなわちカムセンサ１３３からのカム信号ＰＨＡＳＥに基づいて気筒判別の順序が合っているか否かを判定する。

回転位相検出手段に異常が発生した場合には、ステップＳ２０７に進み、モータ操作量の出力をオフにしてＶＴＣの駆動制御を停止するフェールセーフ制御に移行する。
これにより、誤ったモータ操作量に基づくＶＴＣの駆動を抑制することができる。

ステップＳ２０３で異常なしと判定されると、ステップＳ２０４に進み、第１実施形態のステップＳ１０４と同様の異常診断を行う。
本実施形態では、ステップＳ２０３で回転位相検出手段に異常がないと判定されていることから、ステップＳ２０４において偏差の絶対値が所定値以上である場合にはモータ回転センサ２０１に異常があると判定し、ステップＳ２０６に進み、最終的なＶＴＣ実角度（ANGF最終値）をステップＳ２０２で算出したＶＴＣ実角度（ANG）として求める。

すなわち、モータ回転センサ２０１に異常が発生した場合は、回転角検出手段により検出したＶＴＣ実角度のみによってＶＴＣの駆動制御を継続する。

一方、ステップＳ２０４においてモータ回転センサ２０１に異常がないと判定されると、ステップＳ２０５に進み、ステップＳ１０５と同様に、ステップＳ２０３で検出したＶＴＣ実角度を最終的なＶＴＣ実角度とする。

以上示した第２実施形態は、第１実施形態とは異なり回転位相検出手段が正常であることを確認した後、ＶＴＣ実角度とＶＴＣ変化角に基づく偏差の絶対値（|ANG - (ANGF前回値+VAR)|）が所定値以上であるか否か、すなわち本発明による異常診断によってモータ回転センサ２０１の異常の有無を判定するものである。

図１６及び図１７は、第３実施形態のフローを示す。
第３実施形態では、回転位相検出手段とモータ回転センサ２０１の両方に異常が発生した場合、すなわち２重故障を考慮しつつ、回転位相検出手段の異常診断を行うが、上記の第１及び第２実施形態で行った異常診断及び各種フェールセーフ制御以外の異常診断及びフェールセーフ制御も実施する。

ステップＳ３０１では、第２実施形態のステップＳ２０３と同様に、従来の気筒判別順序の監視による回転位相検出手段の異常診断を行い、異常があると判定されると、図１７に示すステップＳ３１０に進み、モータ回転センサ２０１の異常診断を図１３のステップＳ１０１と同様に行う。

ステップＳ３１０でモータ回転センサ２０１に異常がないと判定されると、ステップＳ３１１に進み、回転位相検出手段故障確定時のフェールセーフ制御に移行する。

上記の回転位相検出手段故障確定時のフェールセーフ制御としては、第１実施形態のステップＳ１０６と同様、前回求めたＶＴＣ実角度（ANGF前回値）にステップＳ１０２で算出したＶＴＣ変化角（VAR）を積算してＶＴＣの駆動制御を継続する他、モータ操作量（デューティ）の出力を制限することにより、当該フェールセーフ制御によるエンジン性能への影響を最小限に抑えることができる。

また、モータ操作量の出力をオフにするか、又は電動ＶＴＣ１１３をフェールセーフ位置（ストッパ位置）に固定する固定操作量を出力することにより、誤ったモータ操作量によりストッパの耐久性低下及び固着を抑制することができる。

一方、ステップＳ３１０でモータ回転センサ２０１に異常がある場合、すなわち回転位相検出手段とモータ回転センサ２０１の両方に異常が発生した場合、２重故障確定時のフェールセーフ制御に移行する。

この場合、ＶＴＣをストッパ位置に固定する固定操作量を出力するか、又はモータ操作量の出力をオフにすることにより、誤ったモータ操作量によりストッパの耐久性低下及び固着を抑制することができる。

図１６に戻って、ステップＳ３０１で回転位相検出手段に異常がないと判定されるとステップＳ３０２に進み、第１実施形態のステップＳ１０１と同様に、モータ回転センサ２０１の異常診断を行い、異常がある場合にはステップＳ３０９に進み、モータ回転センサ故障確定時のフェールセーフ制御に移行する。

ここで、上記のモータ回転センサ故障確定時のフェールセーフ制御としては、第１実施形態のステップＳ１０７と同様、モータ操作量の出力をオフにする他、モータ操作量の出力を制限することにより、当該フェールセーフ制御によるエンジン性能への影響を最小限に抑えることができる。

また、電動ＶＴＣ１１３をストッパ位置に固定する固定操作量を出力することにより、誤ったモータ操作量によりストッパの耐久性低下及び固着を抑制することができる。

また、ステップＳ３０１で回転位相検出手段に異常がないと判定されているので、回転位相検出手段により検出されるＶＴＣ実角度のみでＶＴＣの駆動制御を継続するようにしてもよい。このとき、最終的なＶＴＣ実角度の検出周期が変化するため、電動ＶＴＣ１１３の駆動に使用する制御ゲインを切り換えてＶＴＣの駆動制御を安定させることにより、フェールセーフ制御によるエンジン性能への影響を最小限に抑えることができる。

また、ステップＳ３０１で回転位相検出手段に異常がないと判定されたが、回転位相検出手段により出力される信号にノイズが検出される場合がある。
この場合、エンジン極低回転時では、エンジン性能の悪化やストッパの固着リスクが高いため、モータ操作量の出力をオフにする。

一方、回転位相検出手段にノイズ等による単発の異常が発生しても、誤ったモータ操作量により駆動が継続される時間は短く、エンジン性能の悪化やストッパの固着リスクがそれほど高くないエンジン回転数、すなわち高回転時などでは回転位相検出手段により検出したＶＴＣ実角度のみで電動ＶＴＣ１１３の駆動制御を継続することができる。
これにより、フェールセーフ制御によるエンジン性能への影響を最小限に抑えることができる。

ステップＳ３０２でモータ回転センサ２０１に異常がないと判定されると、ステップＳ３０３に進む。
ステップＳ３０３及びＳ３０４では、第１実施形態のステップＳ１０２及びＳ１０３と同様、ＶＴＣ変化角を算出し（ステップＳ３０３）、ＶＴＣ実角度が検出されたか否かを判定する（ステップＳ３０４）。

ステップＳ３０４でＶＴＣ実角度が検出されない場合には、ステップＳ３０８に進み、第１実施形態のステップＳ１０６と同様、前回求めたＶＴＣ実角度（ANGF前回値）とＶＴＣ変化角（VAR）に基づいて最終的なＶＴＣ実角度を求め、該ＶＴＣ実角度に基づく通常のバルブタイミングのフィードバック制御を行う。

ステップＳ３０４でＶＴＣ実角度が検出された場合は、ステップＳ３０５に進み、本発明による回転位相検出手段の異常診断を行う。
この異常診断においては、上述したように、ステップＳ３０４で検出したＶＴＣ実角度（ANG）と、前回求めたＶＴＣ実角度（ANGF前回値）にステップＳ３０３で算出したＶＴＣ変化角（VAR）を積算した値との偏差の絶対値が所定値以上であるか否かを判定することにより、回転位相検出手段の異常の有無を判定してもよいが、本第３実施形態では、他の異常診断方法について説明する。

なお、本第３実施形態では、後述する各異常診断方法により回転位相検出手段の異常診断を行うが、第２実施形態のステップＳ２０４で行ったモータ回転センサ２０１の異常診断に適用してもよい。

例えば、図１８に示すように、前回検出したＶＴＣ実角度と今回検出したＶＴＣ実角度との変化速度（傾き）と、ＶＴＣ実角度が前回検出された時点から今回検出されるまでの間複数回算出されたＶＴＣ変化角の積算値の変化速度（傾き）との偏差の絶対値が所定値（異常判別用の閾値）以上であるか否かによって、異常の有無を判定する構成としてもよい。

また、例えば、図１９に示すように、ＶＴＣ実角度が増加する方向にモータ操作量（デューティ）が出力され、今回のＶＴＣ実角度が検出されるまでの間、モータ回転センサ２０１は正常でＶＴＣ変化角は増大すると仮定する。
このとき、回転位相検出手段の異常発生により、角度が減少するようなＶＴＣ実角度が今回誤って検出される場合がある。

したがって、モータ回転センサ２０１により算出されたＶＴＣ変化角に基づいて算出されるモータ操作量（デューティ）の印加方向、すなわち操作量に応じたクランク軸１２０に対する吸気カム軸１３４の相対回転方向と、回転位相検出手段により検出された今回のＶＴＣ実角度に基づいて求められる吸気カム軸１３４の相対回転方向とが相違するか否かによって、異常の有無を判定する構成としてもよい。

この場合、操作量に応じた吸気カム軸１３４の相対回転方向と、モータ回転センサ２０１により算出されたＶＴＣ変化角の積算値に基づいて求められる吸気カム軸１３４の相対回転方向とが不一致であった場合には、モータ回転センサ２０１が異常であると判定することもできる。

また、例えば、ＶＴＣ目標角度の変化に対して追従変化するＶＴＣ規範相対角を演算する規範モデル（アクチュエータの駆動制御用の内部モデル）演算手段を設けたものでは、図２０に示すように、該演算手段により演算したＶＴＣ規範相対角（REF）と今回検出したＶＴＣ実角度（ANG）との偏差の絶対値が所定値（異常判別用の閾値）以上であるか否かによって、異常の有無を判定する構成としてもよい。

この場合、ＶＴＣ規範相対角（REF）と、モータ回転センサ２０１により算出されたＶＴＣ変化角の積算値との偏差の絶対値が所定値以上であるときに、モータ回転センサ２０１が異常であると判定することもできる。

そして、ステップＳ３０５において、上記のいずれかの方法により回転位相検出手段に異常がないと判定されると、ステップＳ３０６に進み、最終的なＶＴＣ実角度（ANGF最終値）をステップＳ３０４で検出したＶＴＣ実角度（ANG）として求め、該ＶＴＣ実角度に基づく通常のバルブタイミングのフィードバック制御を行い、次いで回転位相検出手段によりＶＴＣ実角度が検出されないときは、ステップＳ３０８において、最終的なＶＴＣ実角度を、ステップＳ３０６で求めたＶＴＣ実角度（ANGF）に、ステップＳ３０３で算出したＶＴＣ変化角（VAR）を積算した値として求め、フィードバック制御を行う。

一方、ステップＳ３０５で回転位相検出手段に異常があると判定されると、ステップＳ３０７に進み、回転位相検出手段異常発生時のフェールセーフ制御に移行する。

ステップＳ３０７のフェールセーフ制御としては、第１実施形態のステップＳ１０４からステップＳ１０６に進んだのと同様、最終的なＶＴＣ実角度を、前回求めたＶＴＣ実角度（ANGF前回値）にＶＴＣ変化角（VAR）を積算した値として正常なＶＴＣ駆動制御を継続するか、又は上記モータ回転センサ故障確定時と同様、モータ操作量の出力を制限またはオフ、固定操作量を出力する等のフェールセーフ制御を行ってもよい。

また、回転位相検出手段異常判定時のフェールセーフ制御を、例えば、ステップＳ３０５での異常判定回数の増加に応じて、ＶＴＣ駆動制御継続（ANGF最終値 ＝ ANGF前回値 ＋ VAR）→モータ操作量の出力を制限→固定操作量の出力→モータ操作量の出力をオフのように段階的に切り換えてもよい。

また、ステップＳ３０５での異常判定レベル（例えば、偏差の絶対値の大きさ等）の増加に応じて、ＶＴＣ駆動制御継続（偏差の絶対値小）→モータ操作量の出力制限（偏差の絶対値中）→固定操作量の出力またはモータ操作量の出力をオフ（偏差の絶対値大）のように段階的に切り換えてもよい。

すなわち、ステップＳ３０５での異常判定の回数または度合いに応じて、フェールセーフ制御を段階的に切り換えることによりエンジン性能への影響を抑えることができる。

以上示した第３実施形態では、回転位相検出手段とモータ回転センサ共に異常が発生する２重故障を考慮しつつ、回転位相検出手段の異常診断を行うが、第１及び第２実施形態で行った異常診断及び各種フェールセーフ制御以外の異常診断及び各種フェールセーフ制御について説明した。

いずれの実施形態においても、回転位相検出手段と、該回転位相検出手段に比較して検出頻度の高いモータ回転センサとに基づいて、互いの異常の有無を判定して速やかに異常を検出することができ、異常を検出した場合には、フェールセーフ制御に移行して誤ったモータ操作量が算出されることを回避して、該モータ操作量に基づく目標に対するオーバーシュートの発生を未然に抑制することができる。
これにより、エンジン極低回転時において、エンジン性能が損なわれ、バルブタイミング機構の強い当たりによるストッパの耐久性低下及びストッパへの固着等の二次故障を抑制することができる。

また、以上示した実施形態では、始動時、停止挙動時などのエンジン極低回転時において異常診断を行う構成としたが、所定以上のエンジン高回転時では、回転位相検出手段による検出周期は短く、上記の偏差が大きくなる可能性はそれほど高くないため、本発明による異常診断を行わなくてもよい。これにより、エンジン高回転時では、異常診断による演算負荷の低減を図ることができる。

また、各実施形態において、回転位相検出手段又はモータ回転センサに異常があると判定されて各種フェールセーフ制御に移行した場合であっても、その後の異常診断により正常判定が継続すればフェールセーフ制御を解除してもよい。

また、上記実施形態では、吸気バルブのミラーサイクル運転用のバルブタイミングと、始動時用のバルブタイミングとを切り換える制御に適用したものを示したが、ミラーサイクル運転を行わない機関であっても、始動時用のバルブタイミングを最適に設定することができる。

また、排気バルブのバルブタイミングを電動モータで変更する電動ＶＴＣにおいて、始動時、停止挙動時等に排気バルブを始動時に適したバルブタイミングに制御する際などにも適用できる。

また、上記実施形態では、本発明による回転検出異常診断装置を可変バルブタイミング機構の制御装置に適用したが、これに限られず、第１の駆動源によって回転する第１回転体に対し、第２の駆動源によって相対回転する第２回転体の回転角位置を検出する第１回転検出手段と、前記第２回転体の前記第１回転体に対する相対変化角を、前記第１回転検出手段による検出頻度より高い頻度で検出する第２回転検出手段と、を含んで構成されるものであれば、いかなるものにも適用できる。

１２…電動モータ
１３…モータ軸
１０１…内燃機関
１０５…吸気バルブ
１１３…電動ＶＴＣ
１１４…ＥＣＵ
１１７…クランク角センサ
１３３…カムセンサ
１３４…吸気カム軸
２０１…モータ回転センサ

Claims (11)

1. 第１の駆動源によって回転する第１回転体に対し、第２の駆動源によって相対回転する第２回転体の回転角位置を検出する第１回転検出手段と、
   前記第２回転体の前記第１回転体に対する相対変化角を、前記第１回転検出手段による検出頻度より高い頻度で検出する第２回転検出手段と、
   前記第１回転検出手段により検出される前記第２回転体の回転角位置と、前記第２回転検出手段により検出される前記第２回転体の前記第１回転体に対する相対変化角の積算値とに基づいて、前記第１回転検出手段と前記第２回転検出手段の異常の有無を判定する異常判定手段と、
   を含んで構成したことを特徴とする回転検出異常診断装置。
2. 前記異常判定手段は、前記第１回転検出手段と前記第２回転検出手段のいずれか一方の検出手段を当該検出手段の検出値のみに基づいて正常であることを判定したときに、前記両検出手段の検出値を比較して他方の検出手段が異常であると判定する機能を含む、請求項１に記載の回転検出異常診断装置。
3. 前記異常判定手段は、前記第１回転検出手段によって検出される前記回転角位置の変化速度と、前記第２回転検出手段によって検出される前記相対変化角の積算値に基づいて算出される回転角位置の変化速度との偏差の絶対値が所定値以上のときに、前記第１回転検出手段と前記第２回転検出手段のいずれか一方が異常であると判定する機能を含む、請求項１又は請求項２に記載の回転検出異常診断装置。
4. 前記異常判定手段は、前記第１回転検出手段によって検出される前記回転角位置と、前記第２回転検出手段によって検出される前記相対変化角の積算値に基づいて算出される回転角位置との偏差の絶対値が所定値以上のときに、前記第１回転検出手段と前記第２回転検出手段のいずれか一方が異常であると判定する機能を含む、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の回転検出異常診断装置。
5. 前記異常判定手段は、前記第２の駆動源の操作量に応じた前記第１回転体に対する前記第２回転体の相対回転方向と、前記第１回転検出手段で検出される前記回転角位置に基づいて求められる前記第２回転体の相対回転方向及び前記第２回転検出手段で検出される前記相対変化角の積算値に基づいて求められる前記第２回転体の相対回転方向のいずれか不一致である方の回転検出手段が異常であると判定する機能を含む、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の回転検出異常診断装置。
6. 前記異常判定手段は、前記第２の駆動源の駆動制御用の内部モデルに応じて演算される前記第２回転体の回転角位置と、前記第１回転検出手段によって検出される前記回転角位置及び前記第２回転検出手段によって検出される前記相対変化角の積算値に基づいて算出される回転角位置のいずれかとの偏差の絶対値が所定値以上である方の回転検出手段が異常であると判定する機能を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の回転検出異常診断装置。
7. 前記第２回転体が所定以上の高速回転時には、前記異常判定手段による異常判定を停止する、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の回転検出異常診断装置。
8. エンジンの可変バルブタイミング機構の制御装置に適用され、
   前記第１回転検出手段は、前記第１の駆動源であるエンジンにより駆動される前記第１回転体であるクランク軸に対する前記第２回転体であるカム軸の回転位相を検出する回転位相検出手段であり、
   前記第２回転検出手段は、前記クランク軸に対して前記カム軸を相対回転させて前記回転位相を変更可能な前記第２の駆動源であるアクチュエータの回転方向を含む回転動作量を、前記第２回転体の前記第１回転体に対する相対変化角として、前記回転位相検出手段による回転位相検出頻度より高い頻度で検出するアクチュエータ回転センサであり、
   前記可変バルブタイミング機構の制御装置は、前記回転位相検出手段により検出した回転位相と、前記アクチュエータ回転センサにより検出した回転動作量とに基づいて、前記回転位相を目標値に近づけるようにフィードバック制御し、
   前記異常判定手段は、前記回転位相と、前記回転動作量の積算値とに基づいて、前記回転位相検出手段と前記アクチュエータ回転センサの異常の有無を判定する、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の回転検出異常診断装置。
9. 前記エンジンの始動時に、始動前の実回転位相が前回のエンジン停止挙動中のフィードバック制御時に設定された目標回転位相に収束されていると想定して、前記アクチュエータ回転センサにより検出した回転動作量のみに基づいて前記可変バルブタイミング機構の駆動制御が開始され、
   前記異常判定手段は、前記回転位相検出手段により前記回転位相が初めて検出された後から異常判定を行う、請求項８に記載の回転検出異常診断装置。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の回転検出異常診断装置を含み、
    前記異常判定手段が、前記第１回転検出手段と前記第２回転検出手段のいずれか一方を異常であると判定したとき、他方の検出手段の検出値に基づき算出された第２回転体の回転角位置に基づいて、前記第２の駆動源による前記第２回転体の駆動制御を継続すること、又は前記第２の駆動源を駆動する操作量の出力を制限し又は停止することを特徴とする回転体の回転位置制御装置。
11. 第１の駆動源によって回転する第１回転体に対し、第２の駆動源によって相対回転する第２回転体の回転角位置を検出する第１回転検出と、
    前記第２回転体の前記第１回転体に対する相対変化角を、前記第１回転検出による検出頻度より高い頻度で検出する第２回転検出と、
    前記第１回転検出により検出される前記第２回転体の回転角位置と、前記第２回転検出により検出される前記第２回転体の前記第１回転体に対する相対変化角の積算値とに基づいて、前記第１回転検出と前記第２回転検出の異常の有無を判定すること、
    を含むことを特徴とする回転検出異常診断方法。