JP2001082191A - 内燃機関の可変動弁装置における制御位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロッカアームの揺動支点を変化させて弁のリフ
ト特性を変化させる可変動弁装置において、リフト特性
を高い耐久性をもって検出できるようにする。 【解決手段】アクチュエータ１０１によって回転駆動さ
れる制御シャフト１６に、ロッカアームの揺動支点を変
化させる制御カムを軸支させ、制御シャフト１６の回転
位置によって作動角が変化するよう構成する。ここで、
制御シャフト１６にアクチュエータ１０１の回転駆動力
を伝達するための従動ギヤ９０に、非接触型のギヤセン
サ１０６を付設する。そして、ギヤセンサ１０６からの
検出信号を駆動方向に応じて計数し、初期位置から前記
計数値に応じた角度だけ制御シャフト１６が回転したも
のと判断して作動角を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の可変動
弁装置における制御位置検出装置に関し、詳しくは、ロ
ッカアームの揺動支点を変化させることによってリフト
特性を可変に制御する構成の可変動弁装置において，前
記揺動支点を変化させる制御シャフトの回転位置を検出
する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知にように、機関低速低負荷時におけ
る燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時にお
ける吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する
等のために、吸気・排気弁の開閉時期とバルブリフト量
を機関運転状態に応じて可変制御する可変動弁装置は従
来から種々提供されており、その一例として特開昭５５
−１３７３０５号公報等に記載されているもの知られて
いる。

【０００３】図２４に基づきその概略を説明すれば、シ
リンダヘッド１のアッパデッキの略中央近傍上方位置に
カムシャフト２が設けられていると共に、該カムシャフ
ト２の外周にカム２ａが一体に設けられている。また、
カムシャフト２の側部には、制御シャフト３が平行に配
置されており、この制御シャフト３に偏心カム４を介し
てロッカアーム５が揺動自在に軸支されている。

【０００４】一方、シリンダヘッド１に摺動自在に設け
られた吸気弁６の上端部には、バルブリフター７を介し
て揺動カム８が配置されている。この揺動カム８は、バ
ルブリフター７の上方にカムシャフト２と並行に配置さ
れた支軸９に揺動自在に軸支され、下端のカム面８ａが
バルブリフター７の上面に当接している。また、前記ロ
ッカアーム５は、一端部５ａがカム２ａの外周面に当接
していると共に、他端部５ｂが揺動カム８の上端面８ｂ
に当接して、カム２ａのリフトを揺動カム８及ぴバルブ
リフター７を介して吸気弁６に伝達するようになってい
る。

【０００５】また、前記制御シャフト３は、図示省略し
たアクチュエータによって所定角度範囲で回転駆動され
て、偏心カム４の回動位置を制御し、これによってロッ
カアーム５の揺動支点を変化させるようになっている。

【０００６】そして、偏心カム４が正逆の所定回動位置
に制御されるとロッカアーム５の揺動支点が変化して、
他端部５ｂの揺動カム８の上端面８ｂに対する当接位置
が図中上下方向に変化し、これによって揺動カム８のカ
ム面８ａのバルブリフター７上面に対する当接位置の変
化に伴い、揺動カム８の揺動軌跡が変化することによ
り、吸気弁６の開閉時期とバルブリフト量を作動角の変
化を伴って可変制御するようになっている。

【０００７】尚、図中の符号「１０」は、揺動カム８の
上端面８ｂを常時ロッカアーム５の他端部５ｂに弾接付
勢するスプリングを示す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に、吸・排気弁の開閉時期及びバルブリフト量（リフト
特性）を、ロッカアームの揺動支点を変化させることに
よって可変に制御する構成の可変動弁装置においては、
前記揺動支点を変化させるための制御シャフトの回転位
置をポテンショメータによって検出することで、制御シ
ャフトの回転位置を目標のバルブ特性に対応する位置に
精度良く制御するようにしていた。

【０００９】しかし、ポテンショメータによって制御シ
ャフトの回転位置を検出する構成では、ポテンショメー
タが接触式センサであるために、摩耗や熱による劣化が
激しく、耐久性が悪いという問題があった。

【００１０】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、吸・排気弁の作動角を、ロッカアームの揺動支点
を変化させることによって可変に制御する構成の可変動
弁装置において、前記揺動支点を変化させる制御シャフ
トの回転位置を、ポテンショメータ等の接触式センサを
用いることなく検出できるようにして、高い耐久性を持
って制御シャフトの回転位置（換言すれば機関弁の作動
角）を検出できるようにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明では、カムシャフトと略平行に配設された制御シャ
フトと、該制御シャフトの外周に偏心して固定された制
御カムと、該制御カムに揺動自在に軸支されたロッカア
ームと、前記カムシャフトの回転に応じて前記ロッカア
ームの一端部を揺動駆動する揺動駆動手段と、前記ロッ
カアームの他端部に連係して揺動して機関弁を開作動さ
せる揺動カムと、前記制御シャフトをギヤを介して回転
駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを機関の
運転状態に応じて制御する制御手段と、を含んでなる内
燃機関の可変動弁装置において、前記ギヤの歯を非接触
に検出するギヤセンサと、前記制御シャフトの基準回転
位置から前記ギヤセンサで検出されたギヤの歯数を計数
する歯数計数手段と、該歯数計数手段で計数されたギヤ
の歯数と前記基準回転位置とに基づいて、前記制御シャ
フトの回転位置を検出する制御位置検出手段と、を含ん
で制御位置検出装置を構成した。

【００１２】かかる構成によると、制御シャフトがアク
チュエータによりギヤを介して回転駆動されることで、
ロッカアームの揺動支点が変化し、以って、機関弁のリ
フト特性（バルブタイミング、リフト量）が変更され
る。ここで、前記ギヤの歯数を計数すれば、制御シャフ
トの回転角を検出でき、基準回転位置からの歯数を計数
すれば、前記基準回転位置から歯数に対応する角度だけ
回転した位置として、そのときの制御シャフトの回転位
置を検出できる。

【００１３】請求項２記載の発明では、前記揺動駆動手
段が、前記カムシャフトの外周に偏心して固定された回
転カムと、基端部に前記回転カムが回転自在に嵌合され
る嵌合穴を有すると共に、先端部が前記ロッカアームの
一端部と回転自在に連係するリンクアームと、から構成
されると共に、前記揺動カムが、前記カムシャフトに揺
動自在に軸支される構成とした。

【００１４】かかる構成によると、リンクアームの基端
部に設けられた嵌合穴には、カムシャフトと共に回転す
る回転カムが嵌合され、前記回転カムは、カムシャフト
の回転に伴って前記嵌合穴に嵌合された状態のまま回転
することになるが、前記回転カムは、カムシャフトに対
して偏心して固定されているため、前記回転に伴って、
前記リンクアームが往復動することになり、該リンクア
ームに連係されるロッカアームの一端部が、制御シャフ
トの回転位置で制御される揺動軸周りに揺動駆動され
る。

【００１５】また、前記ロッカアームの他端部に連係す
る揺動カムは、カムシャフトに揺動自在に軸支される構
成であるから、カムシャフトの回転が、ロッカアームを
介した後、同じカムシャフトに軸支された揺動カムに伝
えられることになる。

【００１６】請求項３記載の発明では、前記制御シャフ
トを回転範囲の一方端に向けて回転駆動させるべく前記
アクチュエータを強制的に制御する初期位置駆動手段を
備え、該初期位置駆動手段によって回転駆動される位置
を前記基準回転位置とする構成とした。

【００１７】かかる構成によると、制御シャフトが所定
の回転範囲で回転する構成であり、該制御シャフトを前
記回転範囲の一方端（例えば最小作動角位置）に向けて
駆動し、回転範囲を規定するストッパに突き当てるよう
にする。これにより、制御シャフトが前記回転範囲の一
方端に位置することを推定でき、その後の歯数を計数す
れば、前記回転範囲の一方端からの歯数相当の角度だけ
回転した位置として、制御シャフトの回転位置を検出で
きる。

【００１８】請求項４記載の発明では、前記制御位置検
出手段で検出された前記制御シャフトの回転位置を機関
の停止中に記憶保持する制御位置記憶手段を備え、機関
の再始動後は前記記憶された回転位置を前記基準回転位
置として、前記制御シャフトの回転位置の検出を行わせ
る構成とした。

【００１９】かかる構成によると、機関を停止させた時
点における制御シャフトの回転位置を、機関の停止中に
記憶保持しておき、再始動時には、前記記憶した前回運
転時における位置のままであるとして、その後の回転位
置の変化を、歯数の計数結果だけ回転した位置として検
出させる。

【００２０】請求項５記載の発明では、前記カム軸の回
転に同期して基準信号を発生するカムセンサと、前記ロ
ッカアーム又は揺動カムが所定の揺動位置にあることを
検出する揺動位置センサと、前記カムセンサからの基準
信号と前記揺動位置センサからの検出信号との位相差を
計測する位相差計測手段と、該位相差計測手段で検出さ
れた位相差に基づいて前記機関弁の作動角を検出する作
動角検出手段と、を備え、前記作動角検出手段で検出さ
れた作動角を前記基準回転位置に相当する値として、前
記制御位置検出手段における回転位置の検出を行わせる
構成とした。

【００２１】かかる構成によると、基準カム位置と前記
ロッカアーム又は揺動カムの所定揺動位置との間の位相
差は、機械的関係により作動角に一意に対応するので、
前記位相差から作動角を検出できる。一方、作動角は制
御シャフトの回転位置によって制御され、作動角と制御
シャフトの回転位置との関係も、機械的関係により一意
に決定されるので、前記位相差から検出される作動角を
制御シャフトの基準回転位置を示す値として用いること
ができる。

【００２２】尚、前記位相差に基づく制御シャフトの基
準回転位置（作動角）の検出は、例えば始動時に１回だ
け行わせる構成であっても良いし、また、揺動位置セン
サからの検出信号が出力される毎に行って、作動角が検
出される周期の間での制御シャフトの回転位置の検出
を、歯数の計数結果に基づいて行わせる構成であっても
良い。

【００２３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、制御シャ
フトに回転駆動力を伝達するためのギヤの歯を非接触に
検出するセンサを用いて前記制御シャフトの回転位置を
検出できるので、前記回転位置を耐久性良く検出できる
ようになるという効果がある。

【００２４】請求項２記載の発明によると、回転カムと
揺動カムとをカムシャフトに同軸上に設けるため、機関
巾方向の配置スペースを十分に小さくすることができる
と共に、ロッカアームも機関巾方向へ延設する必要がな
くなるため、装置全体のコンパクト化が図れる。また、
揺動カムを回転カムと一緒にカムシャフトに軸支させる
ことにより、揺動カムを軸支する専用の支軸が不要にな
り、部品点数の削減が図れると共に、カムシャフトと揺
動カムとの互いの軸心のずれが生じないため、バルブ特
性の制御精度の低下を防止できる。更に、回転カムは、
その全体がリンクアームに回転自在に嵌合して連結され
ているため、該リンクアームとの面圧を十分に低減で
き、両者間の摩耗の発生が抑制できると共に、潤滑も行
い易いという効果がある。

【００２５】請求項３記載の発明によると、センサを用
いることなく制御シャフトが基準回転位置にあることを
知って、歯数の計数結果に基づく回転位置の検出を行わ
せることができるという効果がある。

【００２６】請求項４記載の発明によると、制御シャフ
トの基準回転位置を検出する手間を極力省いて、制御シ
ャフトの回転位置を検出させることができるという効果
がある。

【００２７】請求項５記載の発明によると、カムシャフ
トの基準回転位置とロッカアーム又は揺動カムの所定揺
動位置との間の位相差を検出することで、制御シャフト
の回転位置に相当する作動角を検出できるので、前記位
相差に基づく検出位置を基準回転位置としてその後の回
転位置の変更を歯数の計数結果に基づき検出できるとい
う効果がある。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１〜図３は、実施の形態における内燃機関の可
変動弁装置を示すものであり、１気筒あたり２つ備えら
れる吸気弁の動弁機構として以下に説明する。但し、機
関弁を吸気弁に限定するものではなく、また、機関弁の
数を限定するものでないことは明らかである。

【００２９】図１〜図３に示す可変動弁装置は、シリン
ダヘッド１１にバルブガイド（図示省略）を介して摺動
自在に設けられた一対の吸気弁１２，１２と、シリンダ
ヘッド１１上部のカム軸受１４に回転自在に支持された
中空状のカムシャフト１３と、該カムシャフト１３に、
圧入等により固設された回転カムである２つの偏心カム
１５，１５と、前記カムシャフト１３の上方位置に同じ
カム軸受１４に回転自在に支持された制御シャフト１６
と、該制御シャフト１６に制御カム１７を介して揺動自
在に支持された一対のロッカアーム１８，１８と、各吸
気弁１２，１２の上端部にバルブリフター１９，１９を
介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２
０，２０とを備えている。

【００３０】また、前記偏心カム１５，１５とロッカア
ーム１８，１８とはリンクアーム２５，２５によって連
係される一方、ロッカアーム１８，１８と揺動カム２
０，２０とはリンク部材２６，２６によって連係されて
いる。

【００３１】前記カムシャフト１３は、機関前後方向
（シリンダ列方向）に沿って配置されていると共に、一
端部に般けられた従動スプロケット（図示省略）や該従
動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介
して機関のクランク軸から回転力が伝達される。

【００３２】前記カム軸受１４は、シリンダヘッド１１
の上端部に設けられてカムシャフト１３の上部を支持す
るメインブラケット１４ａと、該メインブラケット１４
ａの上端部に設けられて制御シャフト１６を回転自在に
支持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット
１４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって
上方から共締め固定されている。

【００３３】前記両偏心カム１５は、図４にも示すよう
に、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カ
ム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１
５ｂとからなり、内部軸方向にカムシャフト挿通孔１５
ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心
Ｘがカムシャフト１３の軸心Ｙから径方向へ所定量だけ
偏心している。

【００３４】また、この各偏心カム１５は、カムシャフ
ト１３に対し前記両バルブリフター１９，１９に干渉し
ない両外側にカムシャフト挿通孔１５ｃを介して圧入固
定されていると共に、両方のカム本体１５ａ，１５ａの
外周面１５ｄ，１５ｄが同一のカムプロフィールに形成
されている。

【００３５】前記各ロッカアーム１８は、図３に示すよ
うに、平面からみて略クランク状に折曲形成され、中央
に有する基部１８ａが制御カム１７に回転自在に支持さ
れている。また、各基部１８ａの各外端部に突設された
一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結す
るピン２１を圧入するピン孔１８ｄが貫通形成されてい
る一方、各筒状基部１８ａの各内端部に夫々突設された
他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部
２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが
形成されている。

【００３６】前記各制御カム１７は、夫々円筒状を呈
し、制御シャフト１６外周に固定されていると共に、図
１に示すように軸心Ｐ１位置が制御シャフト１６の軸心
Ｐ２からαだけ偏心している。

【００３７】前記揺動カム２０は、図１及び図６，図７
に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２
２にカムシャフト１３が嵌挿されて回転自在に支持され
る支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカア
ーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔
２３ａが貫通形成されている。

【００３８】また、揺動カム２０の下面には、基端部２
２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁
側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、
該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺
動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に
当接するようになっている。

【００３９】すなわち、図５に示すバルブリフト特性か
らみると、図１に示すように基円面２４ａの所定角度範
囲θ１がべ一スサークル区間になり、カム面２４ｂの前
記べ一スサークル区間θ１から所定角度範囲θ２がいわ
ゆるランプ区間となり、さらにカム面２４ｂのランプ区
間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように
設定されている。

【００４０】また、前記リンクアーム２５は、比較的大
径な円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定
位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの
中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外
周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されてい
る一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に
挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。

【００４１】尚、前記リンクアーム２５と偏心カム１５
とによって揺動駆動手段が構成される。さらに、前記リ
ンク部材２６は、図１にも示すように所定長さの直線状
に形成され、円形状の両端部２６ａ，２６ｂには前記ロ
ッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２
３の各ピン孔１８ｄ，２３ａに圧入した各ピン２８，２
９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ，２６
ｄが貫通形成されている。尚、各ピン２１，２８，２９
の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸
方向の移動を規制するスナップリング３０，３１，３２
が設けられている。

【００４２】前記制御シャフト１６の一端部には、図９
に示すように、従動ギヤ９０が軸支され、該従動ギヤ９
０には、モータ等であるアクチュエータ１０１の回転軸
の端部に軸支された駆動ギヤ９１が噛み合わされ、従動
ギヤ９０と駆動ギヤ９１とによって減速ギヤが構成され
る。ここで、アクチュエータ１０１の回転軸が回転する
と、その回転が減速されて制御シャフト１６に伝達し、
制御シャフト１６の回転位置がストッパで制限される所
定の回転範囲内で変化するようになっている。

【００４３】尚、前記アクチュエータ１０１としては、
油圧式或いは電気式のいずれを用いても良い。前記アク
チュエータ１０１は、図１０に示すように、制御手段と
してのコントローラ１０２からの制御信号によって制御
されるようになっている。前記コントローラ１０２は、
クランク角センサ１０３，エアーフローメータ１０４，
水温センサ１０５等の各種のセンサからの検出信号に基
づいて現在の機関運転状態を検出して、該検出された機
関運転状態に応じて目標のバルブ特性を決定し、該目標
のバルブ特性に対応する回転位置に制御シャフト１６を
駆動すべく、前記アクチュエータ１０１に制御信号を出
力する。

【００４４】以下、上記可変動弁装置の作用を説明すれ
ば、まず、機関の低速低負荷時には、コントローラ１０
２からの制御信号によってアクチュエータ１０１が一方
に回転駆動される。このため、制御カム１７は、軸心Ｐ
１が図６（Ａ），（Ｂ）に示すように制御シャフト１６
の軸心Ｐ２から左上方の回動位置に保持され、厚肉部１
７ａがカムシャフト１３から上方向に離間移動する。こ
のため、ロッカアーム１８は、全体がカムシャフト１３
に対して上方向へ移動し、これにより、各揺動カム２０
は、リンク部材２６を介して端部２３が強制的に若干引
き上げられて全体が左方向へ回動する。

【００４５】従って、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように
偏心カム１５が回転してリンクアーム２５を介してロッ
カアーム１８の一端部１８ｂを押し上げると、そのリフ
ト量がリンク部材２６を介して揺動カム２０及びバルブ
リフター１９に伝達されるが、そのリフト量Ｌ１は図６
（Ｂ）に示すように比較的小さくなる．よって、かかる
低速低負荷域では、図８の破線で示すようにバルブリフ
ト量が小さくなると共に、各吸気弁１２の開時期が遅く
なり（作動角が小さくなり）、排気弁とのバルブオーバ
ラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安
定した回転が得られる。

【００４６】一方、機関の高速高負荷時に移行した場合
は、コントローラ１０２からの制御信号によってアクチ
ュエータ１０１が反対方向に回転駆動される。従って、
図７（Ａ），（Ｂ）に示すように制御シャフト１６が、
制御カム１７を図６に示す位置から時計方向に回転さ
せ、軸心Ｐ１（厚肉部１７ａ）を下方向へ移動させる。
このため、ロッカアーム１８は、今度は全体がカムシャ
フト１３方向（下方向）に移動して、他端部１８ｃが揺
動カム２０の上端部２３を、リンク部材２６を介して下
方へ押圧して、該揺動カム２０全体を所定量だけ時計方
向へ回動させる。

【００４７】従って、揺動カム２０のバルブリフター１
９上面に対する下面の当接位置が図７（Ａ），（Ｂ）に
示すように左方向位置に移動する。このため、図７に示
すように偏心カム１５が回転して、ロッカアーム１８の
一端部１８ｂがリンクアーム２５を介して押し上げられ
ると、バルブリフター１９に対するそのリフト量Ｌ２は
図７（Ｂ）に示すように大きくなる。

【００４８】よって、かかる高速高負荷域では、カムリ
フト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図８に
実線で示すようにバルブリフト量（作動角）も大きくな
ると共に、各吸気弁１２の開時期が早く、閉時期が遅く
なる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が
確保できる。

【００４９】このように、上記可変動弁装置では、各吸
気弁１２の開閉時期やバルブリフト量（作動角）を可変
にできることは勿論のこと、カムシャフト１３に、各偏
心カム１５と各揺動カム２０とを同軸上に設けたため、
機関巾方向の配置スペースを十分に小さくすることがで
きる。また、各ロッカアーム１８も機関巾方向へ延設す
る必要がなくカムシャフトの直上位置に「へ」字形の小
型な形状に形成できるため、装置全体のコンパクト化が
図れる。この結果、装置の機関への搭載性が向上する。
また、カムシャフト１３の配置を変更することなく、現
行のカムシャフト１３の配置によって装置を装着できる
ため、この点でも機関への搭載性が良好になる。

【００５０】さらに、偏心カム１５と揺動カム２０とを
カムシャフト１３に同軸上に設けることにより、揺動カ
ム２０を支持する専用の支軸が不要となり、この分、部
品点数の削減が図れ、また、カムシャフト１３と揺動カ
ム２０との互いの軸心のずれが生じないため、バルブタ
イミングの制御精度の低下を防止できる。

【００５１】しかも、各偏心カム１５を、各バルブリフ
ター１９とオフセット配置し互いに干渉しない位置に配
したため、各カム１５の外形を大きくとることができ、
偏心カム１５の外周面１５ａの設計自由度を向上させる
ことが可能となり、これによって揺動カム２０の揺動量
を確保するためのリフト量を十分に確保できると共に、
偏心カム１５の駆動面圧を低減するためのカム幅を十分
に確保できる。

【００５２】特に、偏心カム１５は、リング状に形成さ
れ、外周面全体がリンクアーム基部２５ａの嵌合穴２５
ｃの内周面全体に摺接するため、外周面の面圧が分散さ
れて、該面圧を十分に低減できる。したがって、嵌合穴
２５ｃの内周面間との摩耗の発生が抑制できると共に、
潤滑も行い易い。さらに、面圧の低下に伴い偏心カム１
５の材料選択の自由度が向上し、加工し易くかつ低コス
トの材料を選択できる。

【００５３】尚、各吸気弁１２に対応する各揺動カム２
０，２０を一体に連結し、これによって偏心カム１５と
ロッカアーム１８とを単一として、各吸気弁１２間にお
いて共用化させる構成としても良い。

【００５４】ところで、上記可変動弁装置においては、
目標のバルブ特性（目標作動角）に対応する回転位置に
制御シャフト１６を駆動するが、実際の作動角を制御シ
ャフト１６の実際の回転位置から検出して、前記制御シ
ャフト１６の駆動制御信号をフィードバック制御するよ
うになっており、以下に、前記作動角（制御シャフト１
６の実際の回転位置）を検出する構成について説明す
る。

【００５５】図９に示すように、前記制御シャフト１６
の一端部に軸支された従動ギヤ９０の歯９０ａを非接触
に検出するギヤセンサ１０６が設けられており、従動ギ
ヤ９０が回転してギヤセンサ１０６が設けられる部分を
横切ると、パルス信号（モータギヤ信号）を発生するよ
うになっている。尚、前記ギヤセンサ１０６として、ホ
ール素子ＩＣセンサを用いることができる。

【００５６】そして、前記コントローラ１０２は、図１
１〜図１３のフローチャートに示すようにして、前記ギ
ヤセンサ１０６の検出信号に基づき、実際の作動角（制
御シャフト１６の実際の回転位置）を検出する。

【００５７】図１１のフローチャートは、イグニッショ
ンスイッチ（ＩＧＳＷ）がＯＮされたときに実行される
ようになっており、Ｓ１では、前回の運転時における作
動角の検出値が記憶されているか否かを判別する。

【００５８】機関の停止中、制御シャフト１６は機関停
止時の位置を保持するようになっているので、機関を停
止させる直前の作動角の検出データを記憶保持させるよ
うにしてあり（制御位置記憶手段）、記憶値が存在する
場合には、現在の制御シャフト１６の回転位置で得られ
る作動角は、前記記憶値であるものと判断できる。

【００５９】そこで、Ｓ１で、前回の運転時における作
動角の検出値が記憶保持されていると判断されたときに
は、Ｓ２へ進み、前記記憶されている作動角を基準作動
角（基準回転位置）として設定する。

【００６０】一方、Ｓ１で、前回の運転時における作動
角の検出値が記憶保持されていないと判断された場合に
は、そのときの作動角（制御シャフト１６の回転位置）
が不明であるので、Ｓ３以降へ進む。

【００６１】Ｓ３では、制御シャフト１６を回転範囲の
一方端、具体的には、最小作動角に相当する位置に向け
て強制的に回転駆動する（初期位置駆動手段）。Ｓ４で
は、前記制御シャフト１６の駆動を予め記憶された時間
以上継続して行ったか否かを判別し、前記制御シャフト
１６の駆動を所定時間以上続けると、回転範囲の一方端
のストッパに突き当たった位置（最小作動角に相当する
回転位置）にまで駆動されたものと見なし、Ｓ５へ進
む。

【００６２】Ｓ５では、最小作動角を基準作動角として
設定する。上記のようにして基準作動角（作動角の初期
値）を設定すると、その後の制御シャフト１６の回転駆
動による作動角の変化を、図１２のフローチャートに示
すようにして検出する。

【００６３】制御位置検出手段としての図１２のフロー
チャートは、一定周期ＳＴ(ms)毎に実行されるようにな
っており、Ｓ１１では、前記ギヤセンサ１０６で検出さ
れる歯数のカウント値Ｃを読み込む。

【００６４】前記カウント値Ｃは、歯数計数手段として
の図１３のフローチャートによってカウントアップ又は
カウントダウンされる。図１３のフローチャートは、ギ
ヤセンサ１０６から歯の検出信号が出力される毎に実行
されるようになっており、Ｓ３１では、アクチュエータ
１０１が作動角を増大させる方向に制御されているか、
逆に、作動角を減少させる方向に制御されているかを判
断する。かかる判断は、例えば前記アクチュエータ１０
１が電気式のものであれば、電流の向きによって行え
る。

【００６５】Ｓ３１で、作動角を増大させる方向に制御
されていると判断されたときには、Ｓ３２へ進み、カウ
ント値Ｃを１だけカウントアップさせ、Ｓ３１で、作動
角を減少させる方向に制御されていると判断されたとき
には、Ｓ３３へ進み、カウント値Ｃを１だけカウントダ
ウンさせる。

【００６６】前記カウント値Ｃは、イグニッションスイ
ッチ（ＩＧＳＷ）がＯＮされたときに０にリセットさ
れ、イグニッションスイッチのＯＮ中はリセットされる
ことがないようにしてある。また、ギヤセンサ１０６
は、従動ギヤ９０の歯を検出するものであり、従動ギヤ
９０の歯は一定間隔で設けられているので、前記カウン
ト値Ｃは制御シャフト１６がどれだけ回転したかを示す
ことになり、更に、制御シャフト１６の回転方向に応じ
てカウントアップ又はカウントダウンさせることで、前
記カウント値Ｃは、制御シャフト１６の現在位置が初期
位置（基準作動角）からどちらの方向にどれだけ回転し
た位置であるかを示す値、即ち、初期作動角と現時点の
作動角との変化分を示すことになる。

【００６７】図１２のフローチャートのＳ１１で前記カ
ウント値Ｃを読み込むと、Ｓ１２では、最新にＳ１１で
読み込んだカウント値Ｃと本ルーチンの前回実行時にＳ
１１で読み込んだカウント値Coldとの偏差ΔＣを演算
し、次のＳ１３では、今回Ｓ１１で読み込んだカウント
値Ｃを前回値Coldにセットする。

【００６８】前記偏差ΔＣは、図１４に示すように、前
回制御ルーチン実行時（周期ＳＴだけ前）から今回まで
の制御シャフト１６の回転角を示すものであり、前記Δ
Ｃに従動ギヤ９０の歯の間隔角度を乗算すれば実際の回
転角が求められ、更に、制御シャフト１６の回転角と吸
気弁の作動角とは略比例する。

【００６９】そこで、次のＳ１４では、前回制御ルーチ
ン実行時に求めた作動角に、前記偏差ΔＣに定数ｋを乗
算して作動角の変化分に換算した値を加算し、現時点に
おける作動角を求める。

【００７０】ここで、前記作動角の初期値は、前記Ｓ２
又はＳ５で設定される値となり、その後の制御周期ＳＴ
当たりの作動角変化量を加算して順次更新させることに
なる。また、作動角を減少させる方向に制御シャフト１
６が回転駆動された場合には、制御周期ＳＴ当たりの作
動角の変化量分（偏差ΔＣ）がマイナスの値として算出
されることで、作動角が減少方向に更新される。

【００７１】上記構成によれば、非接触型のセンサを用
いて作動角（制御シャフト１６の回転位置）を検出でき
るので、作動角（制御シャフト１６の回転位置）を高い
耐久性を持って安定的に検出できる。

【００７２】ところで、作動角（制御シャフト１６の回
転位置）の絶対値を、以下の構成によって検出すること
ができ、前回運転時の作動角が記憶値として残っていな
い場合に、以下の構成によって検出される作動角を初期
値（基準作動角）に設定し、また、以下の構成によって
作動角が検出される毎に基準作動角（基準回転位置）を
更新し、その後の作動角の変化をギヤセンサ１０６の検
出信号に基づいて検出させるようにしても良い。

【００７３】まず、作動角（制御シャフト１６の回転位
置）の絶対値を検出するためのハードウェア構成を説明
する。図１５に示すように、単位角度（例えば１°）毎
のポジション信号ＰＯＳを発生させるための突起部１１
１と、カムシャフト１３の基準角度位置（例えば吸気弁
の最大リフト位置に相当する位置）毎のリファレンス信
号ＲＥＦを発生させるための突起部１１２とが形成され
たシグナルプレート１１３をカムプーリーに軸支させる
一方、前記突起部１１１を非接触に検出するポジション
センサ１１４（単位角度センサ）と、前記突起部１１２
を非接触に検出するリファレンスセンサ（カムセンサ）
１１５とを設ける。

【００７４】尚、前記ポジションセンサ１１４及びリフ
ァレンスセンサ１１５として、ホール素子ＩＣセンサを
用いることができる。また、単位角度毎のポジション信
号ＰＯＳを発生させるための突起部を有したシグナルプ
レートをクランク軸に軸支し、クランク軸の回転によっ
てポジション信号ＰＯＳを得る構成としても良い。

【００７５】一方、前記ロッカアーム１８又は揺動カム
２０が所定の揺動位置になったときに検出信号を出力す
る揺動位置センサ１１６を設ける。前記揺動位置センサ
１１６は、図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、前記ロ
ッカアーム１８の一端部１８ｂ（パターン２）、前記ロ
ッカアーム１８の他端部１８ｃ（パターン３）、又は、
揺動カム２０の揺動支点（カムシャフト１３）を挟んで
ピン２９と略対向する位置（パターン１）のいずれかに
設けられた突起部１１７と、前記ロッカアーム１８又は
揺動カム２０の揺動途中で前記突起部１１７が横切る位
置に固定されるホール素子ＩＣセンサ等の非接触式セン
サ１１８とから構成される。即ち、前記揺動位置センサ
１１６は、図１７に示すように、吸気弁のリフト前に検
出信号ＢＳを出力すると共に、リフト後にも検出信号Ａ
Ｓを出力することになり、カムシャフト１３の１回転当
たり２回検出信号を出力することになり、かつ、前記検
出信号は、最大リフト位置を中心として前後に同じ角度
だけ離れた位置で出力されることになる。

【００７６】一方、リファレンスセンサ（カムセンサ）
１１５からのリファレンス信号ＲＥＦは、カムシャフト
１３の１回転当たり１回出力され、揺動位置センサ１１
６の検出信号ＢＳ，ＡＳと前記リファレンス信号ＲＥＦ
との出力タイミングは、図１８に示すようになる。そし
て、リファレンス信号ＲＥＦと揺動位置センサ１１６の
検出信号ＢＳ，ＡＳそれぞれとの位相差Ｄ１，Ｄ２
（°）は、機械的な関係から、図１９に示すように吸気
弁の作動角に対応して変化し、前記位相差Ｄ１，Ｄ２
（°）から作動角を求めることができる。

【００７７】そこで、本実施の形態では、リファレンス
信号ＲＥＦの発生時点において０リセットさせたカウン
タｔを、前記ポジション信号ＰＯＳ毎にカウントアップ
させ、揺動位置センサ１１６からの最初の検出信号（検
出信号ＢＳ）が発生した時点でのカウンタｔの値を前記
位相差Ｄ１に相当する値として読取り（位相差計測手
段）、該位相差Ｄ１から実際の作動角を検出し（作動角
検出手段）、更に、揺動位置センサ１１６からの次の検
出信号（検出信号ＡＳ）が発生した時点でのカウンタｔ
の値を前記位相差Ｄ２に相当する値として読取り（位相
差計測手段）、作動角の検出データを更新する（作動角
検出手段）よう構成されている（図１８参照）。

【００７８】図２０のフローチャートは、前記揺動位置
センサ１１６、ポジションセンサ１１４及びリファレン
スセンサ１１５を用いた作動角検出の様子を詳細に示す
ものである。

【００７９】まず、Ｓ４１では、リファレンスセンサ
（カムセンサ）１１５からのリファレンス信号ＲＥＦの
発生の有無を判別する。そして、リファレンス信号ＲＥ
Ｆが発生すると、Ｓ４２へ進み、カウンタｔを０にリセ
ットする。

【００８０】Ｓ４３では、前記ポジションセンサ１１４
からポジション信号ＰＯＳが出力される毎に、前記カウ
ンタｔをカウントアップさせる。Ｓ４４では、前記揺動
位置センサ１１６からの検出信号（検出信号ＢＳ）の発
生を判別する。前記揺動位置センサ１１６から検出信号
（検出信号ＢＳ）が出力されるまでは、Ｓ４３に戻って
前記カウンタｔのカウントアップを継続させ、前記揺動
位置センサ１１６から検出信号（検出信号ＢＳ）が出力
されると、Ｓ４５へ進む。

【００８１】Ｓ４５では、そのときのカウンタｔの値
を、前記位相差Ｄ１に相当する値として求め、次のＳ４
６では、前記位相差Ｄ１から吸気弁の作動角を求める。
Ｓ４７では、前記揺動位置センサ１１６から次に出力さ
れる検出信号（検出信号ＡＳ）に備えて、ポジション信
号ＰＯＳが出力される毎にカウンタｔをカウントアップ
させ、Ｓ４８では、前記揺動位置センサ１１６からの検
出信号（検出信号ＡＳ）の発生を判別する。

【００８２】そして、前記揺動位置センサ１１６から検
出信号（検出信号ＡＳ）が出力されると、Ｓ４９へ進
み、そのときのカウンタｔの値を、前記位相差Ｄ２に相
当する値として求め、次のＳ５０では、前記位相差Ｄ２
から吸気弁の作動角を再度求め、作動角の検出データを
更新する。

【００８３】上記のようにして、作動角の絶対値を検出
することができるので、イグニッションスイッチ（ＩＧ
ＳＷ）がＯＮされたときに、前回運転時の作動角の検出
値が記憶されていないと判断されたときに、最小作動角
方向へ駆動させる代わりに、図２０のフローチャートに
示す揺動位置センサ１１６を用いた作動角の検出を行わ
せるようにしても良い。

【００８４】即ち、前記図１１のフローチャートに代え
て、図２１のフローチャートに従って作動角の初期値を
設定させるようにすることができる。図２１のフローチ
ャートにおいて、Ｓ５１で、前回の運転時における作動
角の検出値が記憶保持されていると判断されたときに
は、Ｓ５２へ進み、前記記憶されている作動角を初期値
として設定する。

【００８５】一方、Ｓ５１で、前回の運転時における作
動角の検出値が記憶保持されていないと判断された場合
には、そのときの作動角（制御シャフト１６の回転位
置）が不明であるので、Ｓ５３以降へ進む。

【００８６】Ｓ５３では、前記図２０に示したルーチン
に従って作動角の検出を行わせ、Ｓ５４では、作動角の
検出が行われたか否かを判別する。図２０に示したルー
チンによる最初の作動角の検出が有ると、Ｓ５５へ進
み、前記揺動位置センサ１１６を用いた作動角の検出結
果を初期値に設定する。

【００８７】その後の作動角の変化は、前記図１２及び
図１３のフローチャートに従って制御シャフト１６の回
転角の検出に基づいて行わせる。また、前記図２０に示
したルーチンによる作動角の検出を運転中継続的に行わ
せ、前記図２０に示したルーチンによって作動角の検出
が行われる毎に該検出値を基準作動角として設定させる
と共に、該基準作動角の更新設定毎に前記カウント値
Ｃ，Ｃoldをゼロリセットして、前記図２０に示したル
ーチンによって作動角の検出が行われる間における作動
角の変化を、ギヤセンサ１０６の検出信号に基づいて行
わせるようにしても良い。

【００８８】図２２は、前記図２０に示したルーチンに
よる作動角の検出を運転中継続的に行わせる場合の基準
作動角の更新、及び、前記カウント値Ｃ，Ｃoldのリセ
ットの様子を示すものである。

【００８９】Ｓ６１では、前記図２０に示したルーチン
によって作動角の検出を行わせ、Ｓ６２では、前記図２
０に示したルーチンのＳ４６又はＳ５０で作動角の検出
が行われたか否かを判別する。

【００９０】前記図２０に示したルーチンで作動角の検
出が行われると、Ｓ６３へ進み、該検出結果を基準作動
角に設定し、次のＳ６４では、前記カウント値Ｃ，Ｃol
dをゼロリセットする。

【００９１】上記カウント値Ｃ，Ｃoldのゼロリセット
により、前記図１３に示すルーチンでは、前記図２０に
示したルーチンによる作動角の検出が行われてからの制
御シャフト１６の回転角がカウントされることになり、
該カウント結果に基づいて前記図１２のフローチャート
に従って周期ＳＴ毎に作動角の検出が行われる（図２３
参照）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様における可変動弁装置を示す
断面図（図２のＡ−Ａ線断面図）。

【図２】上記可変動弁装置の側面図。

【図３】上記可変動弁装置の平面図。

【図４】上記可変動弁装置に使用される偏心カムを示す
斜視図。

【図５】上記可変動弁装置における揺動カムの基端面と
カム面に対応したバルブリフト特性図。

【図６】上記可変動弁装置の低速低負荷時の作用を示す
断面図（図２のＢ−Ｂ線断面図）。

【図７】上記可変動弁装置の高速高負荷時の作用を示す
断面図（図２のＢ−Ｂ練断面図）。

【図８】上記可変動弁装置のバルブタイミングとバルブ
リフトの特性図。

【図９】上記可変動弁装置における制御シャフトの駆動
系及び該駆動系に備えられたセンサを示す図。

【図１０】上記可変動弁装置の制御システムを示すブロ
ック図。

【図１１】ギヤセンサを用いた作動角検出の様子を示す
フローチャート。

【図１２】ギヤセンサを用いた作動角検出の様子を示す
フローチャート。

【図１３】ギヤセンサを用いた作動角検出の様子を示す
フローチャート。

【図１４】ギヤセンサを用いた作動角検出の様子を示す
タイムチャート。

【図１５】作動角の絶対値検出に用いるポジションセン
サとリファレンスセンサとを示す図。

【図１６】作動角の絶対値検出に用いる揺動位置センサ
を示す図。

【図１７】カムシャフトと揺動角度との関係、及び、前
記揺動位置センサの検出位置を示す線図。

【図１８】リファレンス信号と前記揺動位置センサから
の検出信号との相関を示すタイムチャート。

【図１９】リファレンス信号と前記揺動位置センサから
の検出信号との位相差Ｄ１，Ｄ２と作動角との相関を示
す線図。

【図２０】揺動位置センサを用いた作動角の検出を示す
フローチャート。

【図２１】揺動位置センサを用いた作動角の検出結果を
初期値としてギヤセンサによる作動角の検出を行わせる
実施の形態を示すフローチャート。

【図２２】揺動位置センサを用いて作動角が検出される
毎に基準値を更新し、ギヤセンサによる作動角の検出を
行わせる実施の形態を示すフローチャート。

【図２３】揺動位置センサを用いて作動角が検出される
毎に基準値を更新し、ギヤセンサによる作動角の検出を
行わせる実施の形態を示すタイムチャート。

【図２４】従来の可変動弁装置を示す断面図。

【符号の説明】

１１…シリンダヘッド １２…吸気弁 １３…カムシャフト １５…カム １６…制御シャフト １７…制御カム １７ａ…厚肉部 １８…ロッカアーム １８ｂ…一端部 １８ｃ…他端部 １９…バルブリフター ２０…揺動カム ２３…端部 ２４ａ…基円面 ２４ｂ…カム面 ２５…リンクアーム ２５ａ…基部 ２５ｂ…突出端 ２５ｃ…嵌合穴 ２６…リンク部材 ２６ａ，２６ｂ…両端部 ２１，２８，２９…ピン １０１…アクチュエータ １０２…コントローラ １０６…ギヤセンサ １１４…ポジションセンサ １１５…リファレンスセンサ １１６…揺動位置センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｂ 21/22 Ｇ０１Ｂ 21/22 (72)発明者 野原 常靖 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 2F069 AA84 BB40 DD06 GG04 GG06 GG52 GG59 GG62 HH09 3G084 AA00 BA23 CA01 DA04 EC07 3G092 AA11 DA01 DA05 DG08 FA06 FA50 GA01 HA00Z HA13X HA13Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カムシャフトと略平行に配設された制御シ
   ャフトと、 該制御シャフトの外周に偏心して固定された制御カム
   と、 該制御カムに揺動自在に軸支されたロッカアームと、 前記カムシャフトの回転に応じて前記ロッカアームの一
   端部を揺動駆動する揺動駆動手段と、 前記ロッカアームの他端部に連係して揺動して機関弁を
   開作動させる揺動カムと、 前記制御シャフトをギヤを介して回転駆動するアクチュ
   エータと、 該アクチュエータを機関の運転状態に応じて制御する制
   御手段と、を含んでなる内燃機関の可変動弁装置におい
   て、 前記ギヤの歯を非接触に検出するギヤセンサと、 前記制御シャフトの基準回転位置から前記ギヤセンサで
   検出されたギヤの歯数を計数する歯数計数手段と、 該歯数計数手段で計数されたギヤの歯数と前記基準回転
   位置とに基づいて、前記制御シャフトの回転位置を検出
   する制御位置検出手段と、 を含んでなる内燃機関の可変動弁装置における制御位置
   検出装置。
2. 【請求項２】前記揺動駆動手段が、 前記カムシャフトの外周に偏心して固定された回転カム
   と、 基端部に前記回転カムが回転自在に嵌合される嵌合穴を
   有すると共に、先端部が前記ロッカアームの一端部と回
   転自在に連係するリンクアームと、 から構成されると共に、前記揺動カムが、前記カムシャ
   フトに揺動自在に軸支されることを特徴とする請求項１
   記載の内燃機関の可変動弁装置における制御位置検出装
   置。
3. 【請求項３】前記制御シャフトを回転範囲の一方端に向
   けて回転駆動させるべく前記アクチュエータを強制的に
   制御する初期位置駆動手段を備え、 該初期位置駆動手段によって回転駆動される位置を前記
   基準回転位置とすることを特徴とする請求項１又は２記
   載の内燃機関の可変動弁装置における制御位置検出装
   置。
4. 【請求項４】前記制御位置検出手段で検出された前記制
   御シャフトの回転位置を機関の停止中に記憶保持する制
   御位置記憶手段を備え、機関の再始動後は前記記憶され
   た回転位置を前記基準回転位置として、前記制御シャフ
   トの回転位置の検出を行わせることを特徴とする請求項
   １又は２記載の内燃機関の可変動弁装置における制御位
   置検出装置。
5. 【請求項５】前記カム軸の回転に同期して基準信号を発
   生するカムセンサと、 前記ロッカアーム又は揺動カムが所定の揺動位置にある
   ことを検出する揺動位置センサと、 前記カムセンサからの基準信号と前記揺動位置センサか
   らの検出信号との位相差を計測する位相差計測手段と、 該位相差計測手段で検出された位相差に基づいて前記機
   関弁の作動角を検出する作動角検出手段と、 を備え、 前記作動角検出手段で検出された作動角を前記基準回転
   位置に相当する値として、前記制御位置検出手段におけ
   る回転位置の検出を行わせることを特徴とする請求項１
   又は２記載の内燃機関の可変動弁装置における制御位置
   検出装置。