JP4978585B2 - 可変動弁機構の異常判定装置 - Google Patents

Description

この発明は、可変動弁機構の異常判定装置に関する。

内燃機関の吸気弁の作用角やリフト量を連続的に可変とする可変動弁機構が知られている。特開２００７−１７０３５７号公報には、次のようなエンジン用動弁装置が開示されている。この動弁装置では、モータの回転動作をコントロールシャフトの直線方向の動作に変換し、コントロールシャフトの直線方向の動作に応じてバルブリフト量を可変させる。

内燃機関を所望条件に高精度に制御するためには、現在の弁機構の動作量（作用角やリフト量）を高精度に把握することが求められる。この点、上記の動弁装置では、回転センサにより検出されたモータの回転位置に基づいて、バルブリフト量を認識している。

特開２００７−１７０３５７号公報 特開２００５−１８８４５０号公報 特開２０００−２８２９０１号公報 特開２００６−２５０１５０号公報

コントロールシャフトを動かすモータの回転量をセンサで検出することによってバルブ作用角を認識する可変動弁機構においては、実際のバルブ作用角がＥＣＵの指令値に一致していないと、エミッション等が悪化する場合がある。近年のＯＢＤ(On-Board Diagnostic)規制においては、僅かなエミッション悪化を生じるに過ぎない異常であっても、車両がその異常を自動的に診断可能とすることが要求されている。このため、可変動弁機構においては、実際のバルブ作用角と制御指令値との間に差異（ずれ）が生ずる異常が発生した場合に、そのことを正確に診断することが求められている。その診断を行うために、コントロールシャフトの位置検出センサ（以下単に「位置センサ」とも称す）を用いることが考えられる。

このとき、位置センサが発する位置検出用の出力を、コントロールシャフトの位置変化に応じて階段状に変化させる場合がある。例えば、コントロールシャフトの位置が第１範囲、第２範囲、第３範囲内にある場合に、それぞれの範囲で、２Ｖ、１Ｖ、３Ｖという出力を維持するように、位置センサを構成する場合がある。本願発明者は、このような階段状出力を発する位置センサを利用する場合に、誤判定が生ずるおそれがあることを見出した。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、誤判定を抑制して可変動弁機構の異常を高精度に検出することのできる可変動弁機構の異常判定装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、可変動弁機構の異常判定装置であって、
制御軸と、該制御軸を動かすためのアクチュエータとを有し、前記制御軸を所定方向に動かした場合には内燃機関の気筒に設けられた弁の開弁特性が第１の方向に変化し、前記制御軸を前記所定方向と逆の方向に動かした場合には前記弁の開弁特性が前記第１の方向とは逆の方向へと変化する可変動弁機構と、
前記アクチュエータの動作量を検出する動作量センサと、
前記制御軸の位置変化に応じて階段状に変化する出力を発する位置センサと、
前記位置センサの出力を所定周期でサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段がサンプリングしたサンプリング値を前記動作量センサの出力と比較することにより、前記可変動弁機構の異常の有無を判定する異常判定手段と、
前記サンプリング手段が続けてサンプリングした複数のサンプリング値の間に、該複数のサンプリング値が前記位置センサの階段状出力における同一の段の出力に基づいて得られたものであることを示す連続性があるか否かを判定する連続性判定手段と、
前記連続性判定手段によって前記連続性がないと判定されたサンプリング値を、前記異常判定手段による判定の対象から除外するサンプリング値無効化手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記位置センサが発する階段状に変化する出力が、第１の大きさの第１出力と、該第１の大きさより小さい第２の大きさの第２出力と、該第１の大きさよりも大きい第３の大きさの第３出力とを含み、
前記位置センサが、前記制御軸が一方向に連続して動いた場合に該第１、２、３出力をこの順番で階段状に発生させるものであることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記連続性判定手段が、今回のサンプリングにより得られた今回サンプリング値と、以前のサンプリングにより得られた過去サンプリング値との比較に基づいて、該今回サンプリング値の前記連続性を判定するものであることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか１つにおいて、
前記サンプリング値無効化手段によって除外されたサンプリング値である除外サンプリング値と、該除外サンプリング値の後に続いてサンプリングされた後サンプリング値との間に、前記連続性があるか否かを判定する後連続性判定手段と、
前記後連続性判定手段により連続性があると判定された場合に、前記除外サンプリング値を前記異常判定手段の判定の対象に復帰させるサンプリング値有効化手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、
前記除外サンプリング値の直前にサンプリングされた直前サンプリング値と、該直前サンプリング値よりも以前のサンプリング値との間に、前記連続性があるか否かを判定する前連続性判定手段をさらに備え、
前記サンプリング値有効化手段が、前記後連続性判定手段と前記前連続性判定手段の両方において前記連続性があると判定された場合に、前記除外サンプリング値を前記異常判定手段の判定の対象に復帰させることを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、
前記前連続性判定手段および前記後連続性判定手段が、サンプリング値が所定期間または所定回数同じ値を示している場合に、前記連続性があると判定するものであることを特徴とする。

また、第７の発明は、第６の発明において、
前記制御軸の移動速度を検知する検知手段と、
前記所定期間または前記所定回数を、前記制御軸の移動速度が大きいほど短く或いは少なくする後判定期間調節手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至７の発明のいずれか１つにおいて、
前記制御軸の移動速度を検知する検知手段と、
前記制御軸の移動速度が所定速度を超えている場合には、前記異常判定手段の異常判定を禁止する異常判定禁止手段と、
を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、前のサンプリング値から変化している連続性がないサンプリング値を除外することにより、可変動弁機構の異常の有無を高精度に判定することができる。位置センサの出力が階段状に変化する場合、階段状波形のうち出力値が固定的である期間については、サンプリング値も同じ値を繰り返し示す筈である。しかし、サンプリング結果は、現実には、種々の例えばノイズ等の影響を受けるため、正確な値を常に示すとは限らない。正常な値ではないサンプリング値が異常判定に用いられると、本来正常に動作している可変動弁機構が、異常状態にあると誤判定されてしまうおそれがある。この点、第１の発明によれば、前のサンプリング値から変化して連続性が認められないサンプリング値、つまりノイズ等の様々な影響を含んでいる可能性があるサンプリング値は、異常判定の対象から除外される。これにより誤判定を防ぎ、可変動弁機構の異常を高精度に判定することができる。

第２の発明によれば、位置センサの出力変化が、制御軸が一方向に動く過程で、第１の大きさから第２の大きさへ一旦減少したあと、第２の大きさから第３の大きさへと増大する。このとき、第２の大きさから第３の大きさへの増大の途中に、第１の大きさと同じ値の位置センサ出力がサンプリングされてしまうおそれがある。このような場合、実際には位置センサが第２出力に対応する位置から第３出力に対応する位置へと向かって移動しているにもかかわらず、位置センサが第１出力に対応する位置に至ったものと誤判定されてしまう。これに応じて、位置センサと動作量センサとの乖離が大きいという判定がなされ、本来正常に動作している可変動弁機構が、異常状態にあると誤判定されてしまうおそれがある。この点、第２の発明によれば、第２の大きさから第３の大きさへの出力増大の途中にサンプリングされた値は、異常判定の対象から除外される。これにより誤判定を防ぎ、可変動弁機構の異常を高精度に判定することができる。

第３の発明によれば、逐次的な処理によって、最新のサンプリング値を無効化することができる。このため、誤判定を確実に防止することができる。

第４の発明によれば、サンプリング値の連続性を事後的に確認することにより、一度無効化された除外サンプリング値が正当な値だったか否かを検証することができる。そして、正当な値であったと判定された場合には、その除外サンプリング値を異常判定に使用することを許可することができる。その結果、適切なサンプリング値を選択的に用いて、誤判定を抑制しつつ可変動弁機構の異常を高精度に判定することができる。

第５の発明によれば、除外サンプリング値の直前のサンプリング値に連続性があり、かつ、除外サンプリング値の後に連続性があるという状況が成立している場合に、除外サンプリング値を復帰させることができる。これにより、適切なサンプリング値を用いて、誤判定を抑制しつつ可変動弁機構の異常を判定することができる。

第６の発明によれば、予め定めた期間または回数に従ってサンプリング値が同一値を示したか否かに基づいて、連続性を判定することができる。従って、サンプリング値の僅かな不連続性も見逃さずに、誤判定を確実に回避することができる。

第７の発明によれば、制御軸の移動速度が状況に応じて変更されるような場合であっても、連続性の判定を高精度に行うことができる。

第８の発明によれば、制御軸の移動速度が大きすぎることに起因して生ずる誤判定を、回避することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、図示しない内燃機関（以下、「エンジン」と言う）の吸気弁１０の作用角（以下、単に「作用角」とも言う）を連続的に可変とする可変動弁機構１２を備えている。

可変動弁機構１２は、制御軸１４と、この制御軸１４を軸方向に直進移動させる制御軸駆動装置１６とを有している。制御軸駆動装置１６には、アクチュエータとしてのモータと、このモータの回転運動を直進運動に変換する運動変換機構（例えば螺旋カム等）とが内蔵されている。制御軸１４と、制御軸駆動装置１６の出力軸１６Ａとは、締結部材１８を介して連結されている。

制御軸１４の途中には、ローラーアーム２０と、このローラーアーム２０を挟んで両側に位置する一対の揺動カム２２とが設けられている。ローラーアーム２０のローラーには、図示しない吸気カム軸のカムが当接している。その吸気カム軸が回転すると、ローラーアーム２０が揺動する。揺動カム２２は、ローラーアーム２０と共に揺動する。揺動カム２２と吸気弁１０との間には、ロッカーアーム２４が配置されている。揺動カム２２は、ロッカーアーム２４に設けられたローラーに当接している。揺動カム２２が揺動すると、ロッカーアーム２４が揺動して、ロッカーアーム２４が吸気弁１０を押圧することにより、吸気弁１０がリフト（開弁）する。

ローラーアーム２０および揺動カム２２の内周部には、互いに逆方向の螺旋状をなすヘリカルスプラインが形成されている。また、ローラーアーム２０および揺動カム２２の内側には、上記ヘリカルスプラインと噛み合うスライダギヤ（図示せず）が設置されている。このスライダギヤは、制御軸１４と共に軸方向に移動する。制御軸１４を軸方向に移動させると、上記ヘリカルスプラインとスライダギヤとの作用により、ローラーアーム２０と揺動カム２２との相対角度が変化する。その結果、吸気カム軸の回転に伴う揺動カム２２の揺動範囲が変化することにより、吸気弁１０のリフト量および作用角が変化する。

このようにして、可変動弁機構１２では、制御軸駆動装置１６によって制御軸１４を一方向（例えば図１中の左方向）に移動させることにより吸気弁１０の作用角を連続的に縮小させることができ、制御軸１４をそれとは逆の方向（例えば図１中の右方向）に移動させることにより吸気弁１０の作用角を連続的に拡大させることができる。なお、このような可変動弁機構１２の詳細な構造は、例えば特開２００１−２６３０１５号公報に記載されており、公知であるので、本明細書ではこれ以上の説明を省略する。

制御軸駆動装置１６の近傍には、制御軸駆動装置１６のモータの回転量を検出する回転量センサ２６が設置されている。また、制御軸１４の近傍には、制御軸１４の位置を検出する位置センサ２８が設置されている。本実施形態の位置センサ２８は、制御軸１４に設けられたターゲット３０の位置を非接触で検出するように構成されている。制御軸駆動装置１６のモータと、回転量センサ２６と、位置センサ２８とは、それぞれ、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０に電気的に接続されている。また、ＥＣＵ５０には、エンジンの吸気通路に設置されたスロットル弁３２が電気的に接続されている。

図２は、吸気弁１０の実作用角と、回転量センサ２６の出力値との関係を示す図である。回転量センサ２６は、制御軸駆動装置１６のモータの回転量に比例した連続的な（リニアな）出力を発する。吸気弁１０の実作用角の変化は、制御軸駆動装置１６のモータの回転量に比例する。よって、図２に示すように、回転量センサ２６の出力値は、吸気弁１０の実作用角の変化に伴って、連続的に（リニアに）変化する。すなわち、回転量センサ２６の出力値（電圧値）と、吸気弁１０の作用角の値とは、１対１に対応する。以下の説明において、回転量センサ２６の出力値とは、吸気弁１０の実作用角を表すものとする。

可変動弁機構１２を備えたエンジンでは、吸気弁１０の作用角を変化させることにより、スロットル弁３２によらずに、吸入空気量を制御することができる。この場合、ＥＣＵ５０は、吸入空気量を制御するため、エンジンの運転状態に応じて、吸気弁１０の目標作用角を設定する。そして、ＥＣＵ５０は、回転量センサ２６の出力に基づいて吸気弁１０の実作用角を把握し、その実作用角が目標作用角に一致するように、制御軸駆動装置１６を制御する。

次に、位置センサ２８のより具体的な説明を行う。図３は、吸気弁１０の実作用角と、位置センサ２８の出力値との関係を示す図である。位置センサ２８は、ターゲット３０の位置、すなわち制御軸１４の位置に応じて、階段状の段階的な出力（本実施形態では、２Ｖ、１Ｖ、３Ｖ、４Ｖの合計４段階出力）を発生する。

図４および図５を参照して、位置センサ２８について更に詳しく説明する。図４は、位置センサ２８を拡大して示す図である。位置センサ２８には、三つのセンサ素子２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃが内蔵されている。図５は、ターゲット３０が図４中の矢印のように移動した場合の、位置センサ２８の出力を詳細に示す図である。図５中の上段は、センサ素子２８Ｃを基準とするセンサ素子２８Ａの出力波形（出力Ａ）と、センサ素子２８Ｃを基準とするセンサ素子２８Ｂの出力波形（出力Ｂ）と、を示す。出力Ａは、センサ素子２８Ａとセンサ素子２８Ｃとの間の電位差である。出力Ｂは、センサ素子２８Ｂとセンサ素子２８Ｃとの間の電位差である。これらの出力波形に応じて、図５中の下段に示すように、２Ｖ、１Ｖ、３Ｖ、４Ｖの各段階の出力が得られる。

位置センサ２８の出力は、それぞれ、ターゲット３０が特定の位置に来たときに異なる段に切り換る。このため、１つの出力切換発生時刻と他の１つの出力切換発生時刻との間に制御軸１４が移動する量は、決まっている。

［実施の形態１の異常判定の基本動作］
以下、図６および図７を用いて、実施の形態１の異常判定の基本動作を説明する。位置センサ２８は、制御軸１４と共に移動するターゲット３０が特定の位置に来たときに出力電圧（以下、単に「出力」とも称す）を切り換える。よって、位置センサ２８が出力を切り換えるときの吸気弁１０の作用角は決まっている。そこで、本実施形態では、回転量センサ２６の出力と、位置センサ２８の出力との相対関係に基づいて、制御軸１４がＥＣＵ５０の指令値通りに動いているか否かを判定することとした。

すなわち、可変動弁機構１２が正常であるときに位置センサ２８から出力が切り換るべき制御軸１４の位置における作用角の値（以下、「基準作用角」と称する）を予めＥＣＵ５０に記憶しておく。そして、出力が切り換ったときの作用角を回転量センサ２６から読み込み、予め記憶された基準作用角と比較する。

図６に示すようにその両者の偏差が一致あるいは所定の判定値以下である場合には、制御軸１４はＥＣＵ５０の指令値通りに正常に動いていると判断することができる。よって、この場合には、可変動弁機構１２は正常であると判定することができる。なお、上記の所定の判定値は、センサ計測誤差やソフトウェア処理誤差等に起因する検出誤差を考慮して、予め設定される。

一方、図７に示すように上記偏差が上記判定値より大きい場合には、制御軸１４の実際の位置と、ＥＣＵ５０の指令値との間に差異（ずれ）が生じていると判断できる。よって、この場合には、可変動弁機構１２に異常が生じていると判定することができる。

［実施の形態１にかかるサンプリング値の無効化／有効化］
以下、図８乃至１１を用いて、実施の形態１にかかるサンプリング値の無効化／有効化の動作について説明する。以下の説明では、先ず、本実施形態のサンプリング値の無効化／有効化が解決すべき、課題の内容について述べる。それに引き続いて、サンプリング値の無効化手法を説明し、その後、サンプリング値の有効化手法を説明する。

（i）本実施形態のサンプリング値の無効化／有効化が解決すべき課題
上述した実施の形態１の異常判定の基本動作では、回転量センサ２６の出力と、位置センサ２８の出力との相対関係とに基づいて、可変動弁機構１２の異常判定が行われている。このとき、実施の形態１では、図８に示すようなサンプリング処理が行われる。

図８は、位置センサ２８の出力と、回転量センサ２６の出力との比較における、サンプリング動作を模式的に示す。図８中の白丸の位置において、位置センサ２８の出力値がサンプリングされている。実施の形態１では、位置センサ２８のサンプリング値を、異常判定に使用する。図９は、図８における領域Ｘを、拡大し、時間方向に引き延ばして図示したものである。なお、図に示すように、位置センサ２８の出力が１Ｖの変化に要する時間Ｔ_ＳＴ（例えば１Ｖ→２Ｖへの変化にかかる時間）は、サンプリング周期Ｔ_ＳＡと同程度の長さである。なお本発明はこれに限られるものではないが、サンプリング周期Ｔ_ＳＡは、時間Ｔ_ＳＴの半分の長さよりも大きいことが好ましい。つまり、Ｔ_ＳＡ＞Ｔ_ＳＴ／２の関係が成立していることが好ましい。

図９では、位置センサ２８の出力が１Ｖから３Ｖへと切り換る途中にサンプリングがなされており、図９の点Ｐ_ｘにあるように２Ｖのサンプリング値が発生してしまっている。このとき、図９の下段に示す回転量センサ２６が示す制御軸１４の位置は、４ｍｍを指している。

図８、９のケースでは、制御軸１４の実際の位置が０→２→４→６（ｍｍ）へと移動するのに伴って、位置センサ２８の出力が２→１→３→４（Ｖ）に正常に変化している。しかしながら、点Ｐ_ｘが２Ｖのサンプリング値を示しており、あたかも、制御軸１４の位置が２→０→４（ｍｍ）と変化しているかのように見えてしまう。このような場合、実施の形態１の異常判定の基本動作に従うと、位置センサ２８のセンシング結果と回転量センサ２６のセンシング結果との間の乖離が過大であるとして、可変動弁機構１２に異常があるとの判定がなされてしまう。

また、位置センサ２８のサンプリング値にノイズが重畳するおそれもある。例えば、位置センサ２８が本来３Ｖを発し続ける期間に、１Ｖのノイズの重畳により、サンプリング値が４Ｖになってしまう場合が考えられる。このようにノイズの影響を受けたセンサ出力がサンプリング値として異常判定に用いられると、本来正常に動作している可変動弁機構１２が、異常状態にあると誤判定されてしまうおそれがある。

そこで、実施の形態１では、以下に述べる（ii）、（iii）の手法を用いて、誤った判定がなされてしまうことを防止する。

（ii）本実施形態にかかるサンプリング値の無効化手法
以下、図１０を用いて、実施の形態１にかかるサンプリング値の無効化手法を説明する。図１０における白丸は、サンプリング値を示している。

実施の形態１では、連続性のないサンプリング値が、異常判定の対象から除外される。以下、除外されたサンプリング値を、「除外サンプリング値」とも称す。ここでいう連続性のあり／なしとは、続けてサンプリングされた複数のサンプリング値に、それらが位置センサ２８の階段状出力における同一段の出力に基づいて得られたものであることを示す傾向があるか否かのことである。具体的には、実施の形態１では、「連続性がある場合」とは、所定回数、サンプリング値が同じ値を示している場合を指すものとする。また、「連続性がない場合（つまり不連続な場合）」とは、今回のサンプリング値が、直前のサンプリング値から異なる値に変動している場合を指すものとする。

図１０において連続と付されたサンプリング値は、実施の形態１で連続性があると判断されたサンプリング値である。連続なサンプリング値は、次のような期間に発生する。位置センサ２８の出力は階段状に変化するので、階段状波形のうち出力値が固定的である期間については、サンプリング値も同じ値を繰り返し示す。三つのセンサ素子２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ（図４参照）のうち１つのセンサ素子から他のセンサ素子の間をターゲット３０が横切るのに要する時間に比べて、サンプリング周期が十分に短ければ、同じ値のサンプリング値が繰り返し表れる期間が存在する。すなわち、図５において位置センサ出力がたとえば１Ｖであるときに何度もサンプリングが行われれば、１Ｖのサンプリング値が繰り返し連続して得られる。このようにして、図１０にあるような、１Ｖの連続な複数のサンプリング値や３Ｖの連続な複数のサンプリング値が得られることになる。

図１０において無効・変化点と付された点Ｐ_１、Ｐ_２は、実施の形態１で連続性がないと判断されたサンプリング値である。点Ｐ_１、点Ｐ_２は、ともに、前回のサンプリング値と異なる値を示している。点Ｐ_１、点Ｐ_２がサンプリングされたその瞬間には、前回のサンプリング値と今回のサンプリング値の変化が、位置センサ２８のセンサ素子の移動に伴う正常な変化なのか、ノイズ等に起因する本来無視されるべき変化なのかが、判断できない。従って、点Ｐ_１、点Ｐ_２を、前述した異常判定の基本動作に用いると、誤判定を招くおそれがある。この点、実施の形態１では点Ｐ_１、点Ｐ_２は連続性がないと認定され異常判定の対象から除外されるので、誤判定を防止できる。

以上述べたように、実施の形態１によれば、連続性がないサンプリング値、つまりノイズ等の様々な影響を含んでいる可能性があるサンプリング値は、異常判定の対象から除外される。これにより誤判定を防ぐことができる。

特に、実施の形態１によれば、位置センサ２８の出力変化が、制御軸１４が動く過程で、２Ｖから１Ｖへ一旦減少したあと、１Ｖから３Ｖへと増大する。このとき、１Ｖから３Ｖへの増大の途中に２Ｖがサンプリングされてしまうおそれがある。このような場合、既述したような誤判定がなされ、本来正常に動作している可変動弁機構１２が、異常状態にあると判定されてしまうおそれがある。この点、実施の形態１によれば、そのようなサンプリング値は、異常判定の対象から除外される。これにより誤判定を防ぐことができる。

また、特に、実施の形態１によれば、予め定めた期間または回数に従ってサンプリング値が同一の値であるか否かに基づいて、連続性を判定することができる。従って、サンプリング値の僅かな不連続も見逃さずに、誤判定を確実に回避することができる。

（iii）本実施形態にかかるサンプリング値の有効化手法
図１１を用いて、実施の形態１にかかるサンプリング値の有効化手法を説明する。実施の形態１では、以下述べる手法により、連続性がないと一旦認定されたサンプリング値が、事後的に評価される。この評価によって、一度無効化された除外サンプリング値が、位置センサ２８の素子センサの移動に伴って生じたものだったか否かが評価される。この評価により正当性が認められた除外サンプリング値は、異常判定に使用することが許可される。つまり、一旦無効化されたサンプリング値が、有効な値として復帰させられる。これにより、適切なサンプリング値を選択的に用いて、誤判定を抑制しつつ可変動弁機構１２の異常を高精度に判定することができる。

図１０、１１を用いて、実施の形態１にかかるサンプリング値の有効化手法を説明する。実施の形態１では、連続性ありの期間の後、１つのサンプリング値変化を挟んで、再び連続性のある期間が発生している場合に、当該１つのサンプリング値変化を有効とみなす。以下の説明では、１つのサンプリング値変化を挟んで、その変化より過去の連続性を「前連続性」とも称し、その変化より後の連続性を「後連続性」とも称す。ここでいう連続性の有無は、前述した無効化手法と同じく、所定期間、サンプリング値が同じ値を示しているか否かによって判定される。

図１１では、１→３（Ｖ）の変化の前の複数のサンプリング値に連続性が認められ、かつ、点Ｐ_３の後に続けてサンプリングされた複数のサンプリング値にも連続性が認められる。よって、点Ｐ_３は、前連続性と後連続性の両方を有するため、有効と判断される。一方、図１０における点Ｐ_１、Ｐ_２は、本実施形態では有効ではないと判断される。点Ｐ_１は、以前に１→２（Ｖ）の変化があるので前連続性が無く、さらに、点Ｐ_１の後に２→３（Ｖ）の変化があるので後連続性もない。よって、点Ｐ_１は有効ではないと判断される。また、点Ｐ_２は、以前に２→３（Ｖ）の変化があり前連続性がない。従って、点Ｐ_２は、その後、３Ｖの連続性があり後連続性が確認されたとしても、前連続性が無いため有効ではないと判断される。

ノイズの悪影響や、図９の点Ｐ_ｘのようなセンサ出力変化中のサンプリング値の悪影響を考慮しても、図１１に示すような連続→１つの変化→連続というサンプリング値の挙動が発生する可能性は低い。よって、連続→１つの変化→連続という出力挙動があったことが確認されれば、点Ｐ_３の変化が、位置センサ２８の素子センサの移動に伴って得られたものだと判断することができる。

以上説明したように、実施の形態１によれば、サンプリング値の連続性を事後的に確認することにより、一度無効化されたサンプリング値が正当な値だったか否かを検証することができる。そして、正当な値であったと判定された場合には、そのサンプリング値を異常判定に使用することを許可することができる。その結果、適切なサンプリング値を選択的に用いて、誤判定を抑制しつつ可変動弁機構１２の異常を高精度に判定することができる。

なお、図１０、１１には示されていないが、実施の形態１は、次のような場合にも対処できる。例えば、１Ｖのサンプリング値が連続しており前連続性がある状況下で、ノイズにより１つ或いは少数の３Ｖのサンプリング値が生じたとする。そして、この３Ｖのサンプリング値のあと、ノイズが消失して再び本来の状態に戻り、１Ｖのサンプリング値が連続したとする。この挙動によれば、３→１（Ｖ）の変化が生じた後、１Ｖのサンプリング値の後連続性が確認される。仮に、「同じサンプリング値が所定期間連続して生じているならばノイズ等の影響はない」という規則のみに従って、有効性の有無を確認したとする。そうすると、上記のような、３→１（Ｖ）の変化が生じた後、１Ｖのサンプリング値の後連続性が確認された場合に、３→１（Ｖ）の変化が正当なものと認定されてしまうおそれがある。その結果、ノイズにより生じた位置センサ２８の出力変化が、誤って、異常検出の対象に用いられてしまうおそれがある。

この点、実施の形態１によれば、前連続性を満たすことも有効化の条件になっている。つまり、実施の形態１によれば、除外サンプリング値の直前のサンプリング値に連続性があり、かつ、除外サンプリング値の後に連続性があるという状況が成立している場合に、除外サンプリング値を復帰させることができる。その結果、ここで述べたような弊害を確実に防止しつつ、可変動弁機構１２の異常判定を行うことができる。

［実施の形態１の具体的処理］
以下、図１２を用いて、実施の形態１の可変動弁機構の異常判定装置において行われる具体的処理を説明する。図１２は、実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートの一例である。このルーチンが繰り返し実行されている間、位置センサ２８の出力のサンプリングも実行される。このフローチャートに従って有効と判定されたサンプリング値が、実施の形態１の異常判定の基本動作で述べたように、異常判定に用いられる。

なお、実施の形態１では、ＥＣＵ５０が、カウンタを備えている。下記に述べるように、直前のサンプリング値が新しいサンプリング値と一致している場合に、このカウンタの値がインクリメントされていく。

図１２に示すルーチンでは、先ず、出力変化があるか否かが判定される（ステップＳ１００）。このステップでは、位置センサ２８に対するサンプリング値のうち、直前のサンプリング値と、今回のサンプリング値とが、一致しているか否かが判定される。

ステップＳ１００において出力変化ありと判定された場合には、現時点のカウンタの値が記憶（つまり、保存）される（ステップＳ１０２）。

その後、カウンタがリセットされる（ステップＳ１０４）。リセットされたカウンタは、即座に新しくカウントを開始する。

続いて、ステップＳ１０２で記憶されたカウンタの値が、所定値以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０８）。既述したように、実施の形態１では、予め定められた回数だけ同じサンプリング値が続いた場合に、連続性があると判定される。ステップＳ１０８では、そのような判定を実現するために、カウンタの値が所定値以上か否かを判定している。判定に用いる所定値は、予め設計段階において、ターゲット３０が位置センサ２８を横切る速度（スイープ速度）、サンプリング周期、および予想されるノイズ等の影響に基づいて定めておく。具体的には、この所定値は、複数のサンプリング値が位置センサ２８の出力波形における同一段の出力に対するサンプリングによって得られたものであると確定できる程度の回数に、定めておけばよい。ステップＳ１０８においてカウンタ記憶値が所定値以上と判定された場合には、前連続性があると判断される。

ステップＳ１０８の条件が成立した場合には、続いて、現在のカウンタの値が所定値以上か否かの判定が行われる（ステップＳ１１２）。このステップでは、ステップＳ１０４で一旦リセットされた後新たにカウントが開始されたカウンタ値が、所定値以上となったか否かが判定される。なお、実施の形態１では、このステップで判定に用いる所定値は、ステップＳ１０８で用いた値と同じ値とする。このステップの条件が成立した場合には、後連続性があると判断される。ステップＳ１１２の条件が不成立の場合には、今回のルーチンが終了する。

ステップＳ１１２の条件が成立した場合には、ステップＳ１００において出力変化が認められたサンプリング値が有効にされる（ステップＳ１１４）。ステップＳ１０８において前連続性があると判定され、かつ、ステップＳ１１２において後連続性があると判定されたからである。ステップＳ１１４で有効にされたサンプリング値は、その後、実施の形態１の異常判定の基本動作で述べたように、回転量センサ２６の出力との比較に用いられる。その後、今回のルーチンが終了する。

ステップＳ１０８の条件が不成立の場合には、ステップＳ１００において出力変化が認められたサンプリング値は無効であると判定される（ステップＳ１１４）。これにより、前連続性が認められないサンプリング値が、強制的に無効化される。

また、ステップＳ１００において出力変化がないと判定された場合には、カウンタの値がインクリメントされる（ステップＳ１０６）。その後、ステップＳ１０８以降の処理が実行される。

以上の処理によれば、無効化した除外サンプリング値のなかから、適切なサンプリング値を選択的に有効化することができる。その結果、誤判定を抑制しつつ可変動弁機構１２の異常を高精度に判定することができる。

なお、実施の形態１にかかる上記ルーチンでは、前記第１の発明における「連続性判定手段」と、前記第４の発明における「後連続性判定手段」と、前記第５の発明における「前連続性判定手段」とが、集約されている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。ＥＣＵ５０に別ルーチンとして上記３つの手段を記憶させ、個別に実行させても良い。

［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１の位置センサ２８は、他の構成としてもよい。位置センサ２８に代えて、制御軸１４の位置変化に応じて階段状に変化する出力を発する位置センサを用いることができる。例えば、１→２→３→４（Ｖ）といったような比例的に増加あるいは減少する階段状出力を発する位置センサを用いることができる。また、位置センサの階段状出力の段数は、４段（１〜４Ｖ）にかぎらず、これよりも多い段数あるいは少ない段数であってもよい。また、図３に示すように、位置センサ２８の出力は、実作用角の増加に伴って２→１→３→４（Ｖ）というように変化した。しかしながら、反対に、実作用角の減少に伴って、２→１→３→４（Ｖ）というように変化させてもよい。このように、階段状の出力変化にも、様々な挙動がありうる。本発明には、これらの何れのタイプの出力変化を示す位置センサを用いても良い。

なお、位置センサ２８は、１→２→３→４（Ｖ）といったような比例的に増加あるいは減少する階段状出力を発する位置センサに比して、安価である。比例的に増加あるいは減少する階段状の出力を発するためには、例えば内部回路などを追加する必要が生じうるからである。

（第２変形例）
図１３は、実施の形態１の第２変形例を説明するための図である。スイープ速度が大きければ大きいほど、ターゲット３０が位置センサ２８を素早く横切る。よって、位置センサ２８が階段状出力の各段の出力を示す時間の長さ（つまり、２Ｖを発する時間の長さ、１Ｖを発する時間の長さ、３Ｖを発する時間の長さ、４Ｖを発する時間の長さのそれぞれ）が、短くなる。このため、連続性があると認定するために必要な、サンプリング値の連続期間（連続出力必要期間）は、スイープ速度が大きいほど短くすることが好ましい。

そこで、第２変形例では、制御軸１４の移動速度（スイープ速度）が大きいほど、図１２のフローチャートのステップＳ１０８、Ｓ１１２の判定用の所定値が、少なくされる。この第２変形例は、具体的には、例えば、次のような手法により実現できる。先ず、予め図１３の傾向を実験等により特定しておく。特定した傾向に基づいて、スイープ速度が大きいほど、判定用の所定値が少なく設定されるようなマップを作成しておく。ＥＣＵ５０がこのマップを図１２のフローチャートの実行中に参照し、現在の制御軸１４の移動速度に基づいて判定用の所定値を読み出す。

その結果、第２変形例によれば、制御軸１４の移動速度が状況に応じて変更されるような場合であっても、連続性の判定を高精度に行うことができる。

（第３変形例）
図１４は、実施の形態１の第３変形例を説明するための図である。制御軸１４の移動速度が大きくなると、下記の２点の問題が顕在化する。
・連続した同一の値のサンプリング値の個数が、少なくなる。
・その上、例え変化点が有効であったとしても、位置センサ２８の出力が出た時点で回転量センサ２６の出力と比較したときに回転量センサ２６の出力がより先の出力を示している場合がある。
具体的には、例えば、スイープ速度が大きいと、図１３に示すように、位置センサ２８の出力３Ｖのサンプリング値と、回転量センサ２６の出力５ｍｍとの比較が行われてしまう。その結果、乖離が大きいと判定され、正常に動作している可変動弁機構１２が異常であると判定されてしまう。そこで、第３変形例では、制御軸１４の速度が予め定めた基準速度以上である場合には、異常判定を禁止する。これにより、誤判定を防止することができる。

（第４変形例）
実施の形態１では、複数のサンプリング値が同じ値を示しているか否かに基づいて、連続性の有無を判定している。ここで、複数のサンプリング値が完全に同一の値ではなくとも、その差が無視できる程度の範囲にあれば連続性があるとみなすこととしてもよい。具体的には、非常に微小な数ｍＶ程度の変動や、位置センサ２８の階段状波形の段差に比して小さい０．１〜０．２Ｖ範囲の変動は、連続性があるとみなすこととしてもよい。この第４変形例は、例えば、実施の形態1の具体的処理における図１２のフローチャートで、ステップＳ１００の処理内容を変更することで実現できる。すなわち、ステップＳ１００における判定処理を、直前のサンプリング値と今回のサンプリング値との間にある程度の差があっても両サンプリング値が一致しているとみなす処理に変更する。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 実施の形態１における、吸気弁１０の実作用角と回転量センサ２６の出力値との関係を示す図である。 実施の形態１における、吸気弁１０の実作用角と位置センサ２８の出力値との関係を示す図である。 実施の形態１の位置センサ２８を拡大して示す図である。 実施の形態１のターゲット３０が図４中の矢印のように移動した場合の、位置センサ２８の出力を詳細に示す図である。 実施の形態１の異常判定の基本動作を説明するための図である。 実施の形態１の異常判定の基本動作を説明するための図である。 位置センサ２８の出力と、回転量センサ２６の出力との比較における、サンプリング動作を模式的に示す図である。 図８における領域Ｘを、拡大し、時間方向に引き延ばして図示したものである。 実施の形態１にかかるサンプリング値の無効化手法を説明するための図である。 実施の形態１にかかるサンプリング値の有効化手法を説明するための図である。 実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。 実施の形態１の第２変形例を説明するための図である。 実施の形態１の第３変形例を説明するための図である。

符号の説明

１０ 吸気弁
１２ 可変動弁機構
１４ 制御軸
１６ 制御軸駆動装置
１６Ａ 出力軸
１８ 締結部材
２０ ローラーアーム
２２ 揺動カム
２４ ロッカーアーム
２６ 回転量センサ
２８ 位置センサ
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ センサ素子
３０ ターゲット
３２ スロットル弁

Claims (8)

1. 制御軸と、該制御軸を動かすためのアクチュエータとを有し、前記制御軸を所定方向に動かした場合には内燃機関の気筒に設けられた弁の開弁特性が第１の方向に変化し、前記制御軸を前記所定方向と逆の方向に動かした場合には前記弁の開弁特性が前記第１の方向とは逆の方向へと変化する可変動弁機構と、
   前記アクチュエータの動作量を検出する動作量センサと、
   前記制御軸の位置変化に応じて階段状に変化する出力を発する位置センサと、
   前記位置センサの出力を所定周期でサンプリングするサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段がサンプリングしたサンプリング値を前記動作量センサの出力と比較することにより、前記可変動弁機構の異常の有無を判定する異常判定手段と、
   前記サンプリング手段が続けてサンプリングした複数のサンプリング値の間に、該複数のサンプリング値が前記位置センサの階段状出力における同一段の出力に基づいて得られたものであることを示す連続性があるか否かを判定する連続性判定手段と、
   前記連続性判定手段によって前記連続性がないと判定されたサンプリング値を、前記異常判定手段による判定の対象から除外するサンプリング値無効化手段と、
   を備えることを特徴とする可変動弁機構の異常判定装置。
2. 前記位置センサが発する階段状に変化する出力が、第１の大きさの第１出力と、該第１の大きさより小さい第２の大きさの第２出力と、該第１の大きさよりも大きい第３の大きさの第３出力とを含み、
   前記位置センサが、前記制御軸が一方向に連続して動いた場合に該第１、２、３出力をこの順番で階段状に発生させるものであることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構の異常判定装置。
3. 前記連続性判定手段が、今回のサンプリングにより得られた今回サンプリング値と、以前のサンプリングにより得られた過去サンプリング値との比較に基づいて、該今回サンプリング値の前記連続性を判定するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の可変動弁機構の異常判定装置。
4. 前記サンプリング値無効化手段によって除外されたサンプリング値である除外サンプリング値と、該除外サンプリング値の後に続いてサンプリングされた後サンプリング値との間に、前記連続性があるか否かを判定する後連続性判定手段と、
   前記後連続性判定手段により連続性があると判定された場合に、前記除外サンプリング値を前記異常判定手段の判定の対象に復帰させるサンプリング値有効化手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可変動弁機構の異常判定装置。
5. 請求項４に記載の可変動弁機構の異常判定装置であって、
   前記除外サンプリング値の直前にサンプリングされた直前サンプリング値と、該直前サンプリング値よりも以前のサンプリング値との間に、前記連続性があるか否かを判定する前連続性判定手段をさらに備え、
   前記サンプリング値有効化手段が、前記後連続性判定手段と前記前連続性判定手段の両方において前記連続性があると判定された場合に、前記除外サンプリング値を前記異常判定手段の判定の対象に復帰させることを特徴とする可変動弁機構の異常判定装置。
6. 前記前連続性判定手段および前記後連続性判定手段が、サンプリング値が所定期間または所定回数同じ値を示している場合に、前記連続性があると判定するものであることを特徴とする請求項５に記載の可変動弁機構の異常判定装置。
7. 前記制御軸の移動速度を検知する検知手段と、
   前記所定期間または前記所定回数を、前記制御軸の移動速度が大きいほど短く或いは少なくする判定期間調節手段と、
   を備えることを特徴とする請求項６に記載の可変動弁機構の異常判定装置。
8. 前記制御軸の移動速度を検知する検知手段と、
   前記制御軸の移動速度が所定速度を超えている場合には、前記異常判定手段の異常判定を禁止する異常判定禁止手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の可変動弁機構の異常判定装置。

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