JP2009150348A - 内燃機関の動弁システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関と独立した駆動源により回転又は揺動されるカムがバルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、カムの回転位置を可及的速やかに特定可能な技術の提供を課題とする。
を課題とする。
【解決手段】本発明は、内燃機関と独立した駆動源により回転又は揺動されるカムを備え、カムの１回転当たりに駆動源がｎ回転する内燃機関の動弁システムにおいて、少なくとも駆動源の１回転当たりにカムが回転する範囲（３６０／ｎ度）にカムポジションセンサの被検出部を延在させるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関と独立した駆動源により回転又は揺動されるカムがバルブを開閉させる内燃機関の動弁システムに関する。

内燃機関のカムを電動機（モータ）により回転又は揺動させる動弁システムにおいては、カムとクランクシャフトが物理的に連結されないため、始動時等にカムの回転位置（位相）を検出する必要がある。

これに対し、内燃機関の運転停止時にカムの停止位置を不揮発性メモリに記憶させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００４−１８３６１２号公報 特開２００６−３３６６５９号公報 特開２００１−８２１６５号公報

ところで、カムの停止位置によっては内燃機関の運転停止中にカムの位置が変化する場合がある。例えば、内燃機関の運転停止中は電動機に対する電力供給が行われないため、電動機がカムの位置を一定の位置に保持することができない。よって、バルブのリフト量が比較的大きくなる位置でカムが停止した場合は、内燃機関の運転停止中にバルブスプリングの反力によってカムが回転する可能性がある。

これに対し、カムポジションセンサを用いる方法が考えられるが、カムポジションセンサがカムの回転位置を特定するためにはカムを少なからず回転させる必要がある。このため、カムの回転位置を速やかに特定することができない場合がある。

本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関と独立した駆動源により回転又は揺動されるカムがバルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、カムの回転位置を可及的速やかに特定可能な技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関と独立した駆動源により回転又は揺動されるカムを備え、カムの１回転当たりに駆動源がｎ回転する内燃機関の動弁システムにおいて、少なくとも駆動源の１回転当たりにカムが回転する範囲（３６０／ｎ度）にカムポジションセンサの被検出部を延在させるようにした。

詳細には、本発明は、内燃機関と独立した駆動源により回転又は揺動されるカムがバルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、前記駆動源の回転位置を示す信号を出力する第１センサと、前記カムに連動して回転又は揺動する被検出部が所定位置を通過した時に信号を出力する第２センサと、前記第１センサ及び前記第２センサの出力結果に基づいて前記駆動源の回転位置と前記カムの回転位置との相対関係を判定する判定手段と、を備え、前記被検出部は少なくとも前記駆動源の１回転当たりに前記カムが回転する範囲に延在するようにした。

内燃機関と独立した駆動源によりカムが回転又は揺動される動弁システムにおいては、第１センサの出力信号に基づいて駆動源の回転位置を特定することができる。その際、カ
ムに対する駆動源の回転速度比（カムが１回転する間に駆動源が回転する回数）が１回であれば、第１センサの出力信号に基づいてカムの回転位置も一意に特定することができる。

ところで、駆動源とカムとの間に減速機構が介在すると、カムに対する駆動源の回転速度比が１にならない（例えば、カムが１回転する間に駆動源が複数回転する）。このような場合は、駆動源の１つの回転位置に対してカムが複数の回転位置を取り得る。

例えば、カムの１回転当たりに駆動源が２回転（０度〜７２０度）する場合は、駆動源の１つの回転位置に対してカムが２つの回転位置を取り得る。要するに、カムの１回転当たりに駆動源がｎ回転（ｎ＞１）する場合は、駆動源の１つの回転位置に対してカムがｎ通りの回転位置を取り得ることになる。

従って、カムに対する駆動源の回転速度比が１より大きい場合は、第１センサの出力信号のみに基づいてカムの回転位置（言い換えれば、駆動源の回転位置とカムの回転位置との相関関係）を一意に特定することは困難である。

これに対し、カムと連動して回転又は揺動する被検出部が所定位置を通過した時に信号を出力するカムポジションセンサ（第２センサ）を併用することにより、ｎ通りの回転位置の１つを特定する方法が考えられる。前記した所定位置は、例えば、カムポジションセンサの検出部が配置される位置、又は検出部が検出対象（被検出部）を検出可能な位置（範囲）を示す。

カムポジションセンサを併用する方法においては、被検出部が所定位置を通過するまでカムを回転させる必要があるため、カムの回転位置を速やかに特定することが困難である。

そこで、本発明の内燃機関の動弁システムは、少なくともカムが３６０／ｎ度回転する範囲に被検出部を延在させるようにした。

例えばｎ＝２である場合は、被検出部は、カムが０度から１８０度まで回転する範囲、或いはカムが１８０度から３６０度まで回転する範囲に延在することになる。この場合、第２センサは、カムが停止状態にあっても、被検出部が所定位置に位置しているか否か（すなわち、カムの回転位置が０度〜１８０度の範囲に属するか、或いは１８０度〜３６０度の範囲に属するか）を判別可能となる。その結果、駆動源の回転位置が０度〜３６０度の範囲に属するか、或いは３６０度〜７２０度の範囲に属するかを特定することができる。

従って、内燃機関の始動時を含む駆動源の起動時には、駆動源の回転位置とカムの回転位置との相関関係を可及的速やかに特定することが可能となる。

尚、ｎ≧３である場合には、第２センサが２つ設けられるようにしてもよい。その際、２つの被検出部は、７２０／ｎ度の範囲に各々延在するとともに、それら２つの被検出部が互いに３６０／ｎ度の範囲で重複するように配置されることが好ましい。

このような構成によれば、（１）２つの被検出部の双方が所定位置に位置している状態、（２）２つの被検出部の一方のみが所定位置に位置している状態、（３）２つの被検出部の他方のみが所定位置に位置している状態、（４）２つの被検出部の何れも所定位置に位置していない状態、を判別可能である。よって、判定手段は、ｎ≧３の場合であっても駆動源の回転位置とカムの回転位置との相関関係を速やかに特定することが可能となる。

ところで、被検出部が３６０／ｎ度以上の範囲に延在すると、該被検出部の質量が大きくなる。これは、カムの回転時における被検出部の慣性質量の増加を招くことになる。このように被検出部の慣性質量が増加した場合には、カムの回転バランスが崩れて振動が誘発されたり、駆動源に要求される駆動トルクが増加したりする可能性がある。

これに対し、本発明の内燃機関の動弁システムは、カムと連動する部位に前記被検出部の慣性質量を打ち消すバランスウェイトを取り付けるようにしてもよい。かかる構成によれば、カムの回転バランスを均衡させることができるため、振動の発生を抑制したり、駆動源に要求される駆動トルクの増加を抑制したりすることができる。

本発明における駆動源としては電動機（モータ）を例示することができる。

本発明によれば、内燃機関と独立した駆動源により回転又は揺動される内燃機関の動弁システムにおいて、カムの回転位置を可及的速やかに特定することが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図８に基づいて説明する。図１は、本発明にかかる内燃機関の動弁システムの概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。内燃機関１は、４つの気筒２を備えている。気筒２内には、ピストン３が摺動自在に内装されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介してクランクシャフト５と連結されている。

気筒２の内部は、吸気ポート６及び排気ポート７と連通している。気筒２内における吸気ポート６の開口端は、吸気バルブ８により開閉される。気筒２内における排気ポート７の開口端は、排気バルブ９により開閉される。吸気バルブ８と排気バルブ９は、吸気側駆動機構１０と排気側駆動機構１１とにより各々開閉駆動される。

前記吸気ポート６は、吸気通路６０と連通している。前記吸気通路６０には、燃料噴射弁１２が取り付けられている。前記排気ポート７は、排気通路７０と連通している。前記排気通路７０は、図示しない排気浄化装置や消音器と接続されている。

前記吸気通路６０へ取り込まれた吸気は、吸気ポート６へ導かれる。吸気ポート６へ導かれた吸気は、吸気バルブ８の開弁時に気筒２内へ吸入される。その際、燃料噴射弁１２から吸気ポート６へ噴射された燃料も吸気とともに気筒２内へ吸入される。

気筒２内に導かれた燃料及び吸気（混合気）は、点火プラグ１３が発生する火花を火種として燃焼される。気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気バルブ９の開弁時に排気ポート７へ排出される。排気ポート７へ排出された既燃ガスは、排気通路７０を介して大気中へ排出される。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１４が併設されている。ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ１４には、クランクポジションセンサ１５、水温センサ１６、イグニッションス
イッチ１７等の各種センサと電気的に接続されている。

ＥＣＵ１４は、前記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁１２、点火プラグ１３、吸気側駆動機構１０、及び排気側駆動機構１１を電気的に制御する。

ここで、図２、図３に基づいて吸気側駆動機構１０及び排気側駆動機構１１の構成を説明する。図２は吸気側駆動機構１０の構成を示す図である。図２中の＃１〜♯４は、内燃機関１の１番気筒から４番気筒を各々示している。１番気筒（＃１）から４番気筒（＃４）の燃焼順序は、１番気筒（＃１）→３番気筒（＃３）→４番気筒（＃４）→２番気筒（＃２）である。

１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の各々には、２つの吸気バルブ８が設けられている。各吸気バルブ８のステム基端には、バルブリフタ８０が取り付けられている。吸気バルブ８は吸気側バルブスプリング８８によって閉弁方向へ付勢されており、その付勢力によってバルブリフタ８０が第１吸気カム８１又は第２吸気カム８２に押し付けられている。

第１吸気カム８１は、１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）の吸気バルブ８を開閉駆動させるカムであり、第１吸気カムシャフト８３に固定されている。第２吸気カム８２は、２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）の吸気バルブ８を開閉駆動するカムであり、第２吸気カムシャフト８４に固定されている。すなわち、本実施例では、燃焼時期が３６０°ＣＡ異なる２つの気筒が１本の吸気カムシャフトを共用するように構成されている。

第１吸気カムシャフト８３と第２吸気カムシャフト８４は、同軸に配置されるとともに、互いに独立して周方向へ回転或いは揺動可能に内燃機関１に支持されている。

第１吸気カムシャフト８３の一端には、第１被動ギア８５が固定されている。第１被動ギア８５は、第１モータ１８の出力軸に固定された第１駆動ギア１９と噛合している。以下では、第１被動ギア８５及び第１駆動ギア１９を第１減速機構と総称する。第１減速機構の減速比は、第１吸気カムシャフト８３の１回転当たりに第１モータ１８が２回転するように設定されている。

この場合、第１モータ１８の回転トルクは、第１減速機構を介して第１吸気カムシャフト８３へ伝達される。よって、第１モータ１８が一方向へ連続的に回転、或いは順方向と逆方向とへ交互に回転することにより、第１吸気カムシャフト８３が周方向へ回転或いは揺動する。

第２吸気カムシャフト８４の外周面の一部には、第２被動ギア８６が同軸に固定されている。第２被動ギア８６は、中間ギア８７と噛合している。中間ギア８７は、第２モータ２１の出力軸に固定された第２駆動ギア２２と噛合している。以下では、第２被動ギア８６、中間ギア８７、及び第２駆動ギア２２を第２減速機構と総称する。第２減速機構による減速比は、前述した第１減速機構と同等であるものとする。

この場合、第２モータ２１の回転トルクは、第２減速機構を介して第２吸気カムシャフト８４へ伝達される。よって、第２モータ２１が一方向へ連続的に回転、或いは順方向と逆方向とへ交互に回転することにより、第２吸気カムシャフト８４が周方向へ回転或いは揺動する。

尚、第１モータ１８は、出力軸の回転位置を検出する第１レゾルバ２０を備えており、第１レゾルバ２０の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。第２モータ２
１は、出力軸の回転位置を検出する第２レゾルバ２３を備えており、第２レゾルバ２３の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。

また、第１吸気カムシャフト８３には、第１カムポジションセンサ３０が取り付けられている。第２吸気カムシャフト８４には、第２カムポジションセンサ３１が取り付けられている。第１カムポジションセンサ３０及び第２カムポジションセンサ３１の検出信号は、ＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。

次に、排気側駆動機構１１の構成について図３に基づいて説明する。図３において、１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の各々には、２つの排気バルブ９が設けられている。各排気バルブ９のステム基端には、バルブリフタ９０が取り付けられている。排気バルブ９は、排気側バルブスプリング９４によって閉弁方向へ付勢されており、その付勢力によってバルブリフタ９０が排気カム９１に押し付けられている。

全気筒の排気カム９１は、１本の排気カムシャフト９２に固定されている。排気カムシャフト９２の一端には、第３被動ギア９３が固定されている。第３被動ギア９３は、第３モータ２４の出力軸に取り付けられた第３駆動ギア２５と噛合している。以下では、第３被動ギア９３及び第３駆動ギア２５を第３減速機構と総称する。第３減速機構の減速比は、前述した第１減速機構、第２減速機構と同等であるものとする。

この場合、第３モータ２４の回転トルクは、第３駆動ギア２５及び第３被動ギア９３を介して排気カムシャフト９２に伝達される。よって、第３モータ２４が一方向へ連続的に回転、或いは順方向と逆方向とへ交互に回転することにより、排気カムシャフト９２が周方向へ回転或いは揺動する。

また、第３モータ２４は、出力軸の回転位置を検出する第３レゾルバ２６を備えており、第３レゾルバ２６の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。排気カムシャフト９２には、第３カムポジションセンサ３２が取り付けられている。第３カムポジションセンサ３２の検出信号は、ＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。

上記した吸気側駆動機構１０及び排気側駆動機構１１において、第１モータ１８、第２モータ２１、及び第３モータ２４は、本発明にかかる駆動源に相当する。第１レゾルバ２０、第２レゾルバ２３、及び第３レゾルバ２６は、本発明にかかる第１センサに相当する。

このように構成された動弁系では、ＥＣＵ１４がクランクシャフト５の回転に同期したタイミングで第１モータ１８と第２モータ２１と第３モータ２４とを回転動作又は揺動動作させることにより、１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の吸気バルブ８及び排気バルブ９がクランクシャフト５の回転に同期したタイミング（すなわち、１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の燃焼サイクルに同期したタイミング）で開閉可能となる。

ところで、ＥＣＵ１４が全気筒の吸気バルブ８及び排気バルブ９を燃焼サイクルに同期したタイミングで開閉動作させるためには、第１モータ１８、第２モータ２１、及び第３モータ２４の各々の起動時（例えば、内燃機関１の始動時）に、第１吸気カム８１（第１吸気カムシャフト８３）、第２吸気カム８２（第２吸気カムシャフト８４）、及び排気カム９１（排気カムシャフト９２）の各々の回転位置（位相）を検知する必要がある。

各カムシャフトの回転位置を検知する方法としては、各モータに取り付けられたレゾルバの検出値を利用する方法が考えられる。その際、カムシャフトに対するモータの回転速度比（カムシャフトが１回転する間にモータが回転する回数）が１であれば、モータの回
転位置とカムシャフトの回転位置とは同等になる。よって、レゾルバの信号に基づいてカムシャフトの回転位置を一意に特定することができる。

しかしながら、前述した図２，３の説明で述べたようにモータとカムシャフトとの間に減速機構が介在する場合は、カムシャフトに対するモータの回転速度比が１より大きくなる。このため、モータの１つの回転位置に対してカムシャフトが複数の回転位置を取り得る。よって、レゾルバの出力信号のみに基づいてカムシャフトの回転位置を一意に特定することはできない。

例えば、カムシャフトに対するモータの回転速度比が２である場合は、カムシャフトが１回転（３６０度回転）する間にモータが２回転（７２０度回転）する。このため、モータの回転位置が０度〜３６０度の範囲（カムシャフトの回転位置が０度〜１８０度の範囲）に属するか、或いは３６０度〜７２０度の範囲（カムシャフトの回転位置が１８０度〜３６０度の範囲）に属するかの判別をレゾルバの出力信号のみに基づいて行うことは困難である。

これに対し、各々のカムシャフトに取り付けられたカムポジションセンサを利用して上記の判別を行う方法が考えられる。その際に用いられるカムポジションセンサとしては、各カムシャフトに連動して回転又は揺動する被検出部が検出部の検出範囲（所定位置）を通過した時に信号（オン信号）を出力するセンサを例示することができる。

上記したようなカムポジションセンサを利用する場合には、各モータの起動時に被検出部が所定位置を通過するまでカムシャフトを回転させる必要があり、カムシャフトの回転位置を速やかに検出することができない。また、クランクシャフト５の回転時にカムシャフトが不用意に回転されると、バルブとピストン３が干渉する可能性がある。よって、内燃機関１の始動時は、クランキングに先だってカムシャフトを回転させなければならず、内燃機関１を速やかに始動させることができない可能性もある。

そこで、本実施例の内燃機関の動弁システムでは、第１カムポジションセンサ３０、第２カムポジションセンサ３１、及び第３カムポジションセンサ３２の各々の被検出部を、各モータの１回転当たりに各カムシャフトが回転する範囲に延在させるようにした。

図４は第１吸気カムシャフト８３の一端の斜視図であり、図５は第１吸気カムシャフト８３の正面図である。図５において矢印Ｘは第１吸気カムシャフト８３の正転方向を示している。

第１吸気カムシャフト８３の一端には円板状のロータ３００が連結されている。ロータ３００において、第１吸気カムシャフト８３の連結部と反対側の面には被検出部３０１が突設されている。被検出部３０１は、第１モータ１８の１回転当たりに第１吸気カムシャフト８３が回転する範囲に延在している。

ここで、第１吸気カムシャフト８３に対する第１モータ１８の回転速度比は２であるため、第１モータ１８の１回転当たりに第１吸気カムシャフト８３が回転する範囲は１８０（＝３６０／２）度となる。よって、被検出部３０１は、第１吸気カムシャフト８３の０度〜１８０度（又は１８０度〜３６０度）の範囲に延在する円弧状に形成されている。

第１カムポジションセンサ３０は、例えば、ホール素子又はＭＲＥ（磁気抵抗素子）を用いた電磁ピックアップ式の検出部３０２を備え、該検出部３０２は前記ロータ３００近傍の内燃機関１に固定される。そして、前記検出部３０２は、被検出部３０１が該検出部の直近を通過した時にオン信号を出力する。

このように構成された第１カムポジションセンサ３０は、図６に示すように、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が０度〜１８０度の範囲に属する時はオン信号を出力する。また、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が１８０度〜３６０度の範囲に属する時はオフ信号を出力する。

従って、ＥＣＵ１４は、第１カムポジションセンサ３０の出力信号がオンである時は、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が０度〜１８０度の範囲に属しているとともに、第１モータ１８の回転位置が０度〜３６０度の範囲に属していると判定することができる。また、ＥＣＵ１４は、第１カムポジションセンサ３０の出力信号がオフである時は、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が１８０度〜３６０度の範囲に属しているとともに、第１モータ１８の回転位置が３６０度〜７２０度の範囲に属していると判定することができる。

その結果、第１吸気カムシャフト８３が停止状態にある時であっても、第１モータ１８の回転位置（停止位置）と第１吸気カムシャフト８３の回転位置（停止位置）との相関関係を特定することが可能である。つまり、内燃機関の始動時を含む第１モータ１８の起動時において、第１吸気カムシャフト８３を回転させなくとも第１吸気カムシャフト８３の回転位置と第１モータ１８の回転位置との相関関係を特定することできる。

上記した特長を利用すると、クランキング開始の前後を問わずに第１吸気カムシャフト８３の回転位置と第１モータ１８の回転位置との相関関係を特定することができるとともに、第１モータ１８の起動時に第１吸気カムシャフト８３を直ちに燃焼サイクルに適したタイミングで回転又は揺動させることができる。よって、内燃機関１の始動時に該内燃機関１を速やかに始動させることが可能となる。

第２カムポジションセンサ３１及び第３カムポジションセンサ３２の被検出部も第１カムポジションセンサ３０と同様の構成を採用することにより、第２吸気カムシャフト８４の回転位置と第２モータ２１の回転位置との相関関係、及び排気カムシャフト９２の回転位置と第３モータ２４の回転位置との相関関係を上記した手順によって速やかに特定することができる。

このように構成された第１カムポジションセンサ３０、第２カムポジションセンサ３１、及び第３カムポジションセンサ３２は、本発明にかかる第２センサに相当する。

以下、各モータを起動させる手順について図７に沿って説明する。図７は、内燃機関１の始動時に各モータを起動させるための制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、ＥＣＵ１４のＲＯＭに予め記憶されている。

図７の制御ルーチンでは、ＥＣＵ１４は、先ずＳ１０１においてイグニッションスイッチ１７がオフからオンへ切り替えられたか否かを判別する。Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４はＳ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１４は、第１レゾルバ２０、第２レゾルバ２３、及び第３レゾルバ２６の出力信号を読み込む。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１４は、第１カムポジションセンサ３０、第２カムポジションセンサ３１、及び第３カムポジションセンサ３２の出力信号を読み込む。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１４は、前記Ｓ１０２で読み込まれた各レゾルバの出力信号と前記Ｓ１０３で読み込まれた各カムポジションセンサの出力信号とに基づいて、各モータの回転位置（停止位置）と各カムシャフトの回転位置（停止位置）とを特定する。

例えば、第１レゾルバ２０の出力信号が１２０度を示している場合は、第１モータ１８の回転位置は１２０度と４８０度との２つの回転位置を取り得るとともに、第１吸気カムシャフト８３の回転位置は６０度と２４０度との２つの回転位置を取り得る。

これに対し、第１カムポジションセンサ３０の出力信号が“オン”であれば、第１吸気カム８１の回転位置が０度〜１８０度の範囲に属するとともに、第１モータ１８の回転位置が０度〜３６０度の範囲に属することになる。よって、ＥＣＵ１４は、第１モータ１８の回転位置が１２０度であると特定するとともに、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が６０度であると特定する。

一方、第１カムポジションセンサ３０の出力信号が“オフ”であれば、第１吸気カム８１の回転位置が１８０度〜３６０度の範囲に属するとともに、第１モータ１８の回転位置が３６０度〜７２０度の範囲に属することになる。よって、ＥＣＵ１４は、第１モータ１８の回転位置が４８０度であると特定するとともに、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が１２０度であると特定する。

ＥＣＵ１４は、第２モータ２１の回転位置と第２吸気カムシャフト８４の回転位置との相関関係、及び第３モータ２４の回転位置と排気カムシャフト９２の回転位置との相関関係についても同様の手順により特定する。

ここで図７に戻り、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０５において内燃機関１のクランキングが開始されたか否かを判別する。この判別方法としては、図示しないスタータスイッチがオフからオンへ切り換えられたか否か、或いはクランクポジションセンサ１５の出力信号から求められる機関回転数が“０”より高いか否かを判別する方法を例示することができる。

Ｓ１０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０５において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０６へ進む。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ１４は、クランクポジションセンサ１５の出力信号から機関回転数Ｎｅを演算し、その機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅｔｒｇ以上であるか否かを判別する。前記した所定回転数Ｎｅｔｒｇは、図示しないスタータモータがクランクシャフト５を安定して回転させることができる回転数であり、予め実験的に求められている。

Ｓ１０６において否定判定された場合（Ｎｅ＜Ｎｅｔｒｇ）は、ＥＣＵ１４は、クランキング回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅｔｒｇに安定するまでＳ１０６の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ１０６において肯定判定された場合（Ｎｅ≧Ｎｅｔｒｇ）は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ１４は、各気筒２の燃焼サイクルを決定する。言い換えれば、ＥＣＵ１４は、クランクシャフト５の回転位置（クランク角）と各気筒２の燃焼サイクルとの相関関係を決定する。

例えば、ＥＣＵ１４は、１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）のピストン３が上死点（ＴＤＣ）に位置するクランク角（言い換えれば、２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）のピストン３が下死点（ＢＤＣ）に位置するクランク角）に対して、１番気筒（＃１）のピストン３が圧縮上死点に位置するとともに４番気筒（＃４）のピストン３が排気上死
点に位置するクランク角（言い換えれば、２番気筒（＃２）のピストン３が膨脹下死点に位置するとともに３番気筒（＃３）のピストン３が吸気下死点に位置するクランク角）を割り当てる。

尚、ＥＣＵ１４は、１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）のピストン３が上死点（ＴＤＣ）に位置するクランク角（言い換えれば、２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）のピストン３が下死点（ＢＤＣ）に位置するクランク角）に対して、１番気筒（＃１）のピストン３が排気上死点に位置するとともに４番気筒（＃４）のピストン３が圧縮上死点に位置するクランク角（言い換えれば、２番気筒（＃２）のピストン３が吸気下死点に位置するとともに３番気筒（＃３）のピストン３が膨脹下死点に位置するクランク角）を割り当ててもよい。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ１４は、前記Ｓ１０７で決定されたクランク角に同期したタイミングで各カムシャフトが回転するように各モータを起動させる。例えば、ＥＣＵ１４は、クランクシャフト５が各モータの停止位置に対応したクランク角を通過する時（言い換えれば、クランクポジションセンサ１５の出力信号が各モータの停止位置に対応したクランク角と一致する時）に各モータを起動させるとともに各モータをクランクシャフト５と等速で回転させる。

このようにして各モータが起動されると、各気筒２の吸排気バルブは、前記Ｓ１０７で割り当てられた燃焼サイクルに適したタイミングで開閉するようになる。

各気筒２の吸排気バルブが前記した燃焼サイクルに適したタイミングで開閉するようになると、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０９へ進み、各気筒２の燃料噴射弁１２及び点火プラグ１３の作動を開始する。

尚、本実施例では、動弁システム（吸気側駆動機構１０及び排気側駆動機構１１）と内燃機関１が共通のＥＣＵ１４によって制御されているが、動弁システムと内燃機関１が異なるＥＣＵによって制御される場合には、内燃機関用のＥＣＵが吸排気バルブの動作タイミング（各気筒２のサイクル）を把握することができない。このため、前記Ｓ１０７や前記Ｓ１０８において、動弁システム用のＥＣＵが内燃機関用のＥＣＵに対して吸排気バルブの動作タイミング（各気筒２のサイクル）を通知することが望ましい。

以上述べたような実施例によれば、各カムシャフトを回転させることなく、各モータの回転位置と各カムシャフトの回転位置との相関関係を即座に特定することができる。このため、内燃機関１のクランキング開始前に各カムシャフトを回転させる必要がなくなり、始動期間の短縮を図ることができる。

尚、本実施例では、内燃機関１の始動時に各モータの回転位置と各カムシャフトの回転位置との相関関係を特定する場合を例示したが、内燃機関１の始動時に限らず停止状態のモータを起動させる場合であれば同様の手順によってモータの回転位置とカムシャフトの回転位置との相関関係を特定することは可能である。

また、本実施例では、１本のカムシャフトに２気筒分のカムが設けられる例について述べたが、１気筒分のカム或いは３気筒分以上のカムが設けられていても構わない。要は、回転速度比が２以下である限り、何気筒分のカムが設けられていても構わない。

さらに、本実施例では、被検出部３０１がロータ３００の側面に設けられる例について述べたが、この構成に限られるものではないことは勿論である。例えば、図８に示すように、ロータ３００の外周面において０度〜１８０度の範囲に被検出部３０３が突設されて
もよい。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図９に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例では、各カムポジションセンサの被検出部が１８０度の範囲に延在する構成について述べた。そのような場合は、被検出部の質量が従来の被検出部に比べて大きくなる。これは、各カムシャフトの回転時における被検出部の慣性質量の増加を招くことになる。

各カムシャフトの回転時における被検出部の慣性質量が増加すると、各カムシャフトの回転バランスが崩れる可能性がある。各カムシャフトの回転バランスが崩れると、各カムシャフトの回転時の振動が増加したり、各モータに要求される駆動トルク（特に、各カムシャフトを揺動させるために各モータの回転方向を反転させる時に要求される駆動トルク）が増加したりする可能性がある。

そこで、本実施例の内燃機関の動弁システムでは、被検出部の慣性質量を打ち消すためのバランスウェイトを各カムシャフトに取り付けるようにした。

図９は、第１吸気カムシャフト８３の概略構成を示す斜視図である。第１吸気カムシャフト８３の周面には、バランスウェイト３０４が取り付けられている。このバランスウェイト３０４は、第１吸気カムシャフト８３の軸心を基準にして前記被検出部３０１と対向する位置に配置される。例えば、被検出部３０１が０度〜１８０度の範囲に配置される場合は、バランスウェイト３０４は１８０度〜３６０度の範囲に配置される。被検出部３０１が１８０度〜３６０度の範囲に配置される場合は、バランスウェイト３０４は０度〜１８０度の範囲に配置される。

また、前記したバランスウェイト３０４の質量は、第１吸気カムシャフト８３の回転時に該バランスウェイト３０４の慣性質量が前記被検出部３０１の慣性質量と同等になるように定められる。

このように第１吸気カムシャフト８３が構成された場合は、該第１吸気カムシャフト８３の回転時の振動が増加したり、或いは第１モータ１８に要求される駆動トルクが不要に増加したりする事態を回避することが可能となる。

尚、第２吸気カムシャフト８４及び排気カムシャフト９２についても、第１吸気カムシャフト８３と同様のバランスウェイトを設けることにより、同様の効果を得ることができる。

また、図９に示した例では、バランスウェイト３０４が第１吸気カムシャフト８３の周面に配置されているが、この配置に限られないことは勿論である。要するに、第１吸気カムシャフト８３と連動して回転及び揺動する部材にバランスウェイトが配置されればよい。

＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について図１０〜図２０に基づいて説明する。ここでは前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例では、各カムシャフトの１回転当たりに各モータが２回転する例について述べた。すなわち、前述した第１の実施例では、各カムシャフトの１回転当たりに各モータが２回転するように各減速機構の減速比が設定される場合について述べた。これに対し、本実施例では、各カムシャフトの１回転当たりに各モータが３回転するように各減速機構の減速比が設定される場合について述べる。

カムシャフトに対するモータの回転速度比が３である場合は、カムシャフトが１回転（３６０度回転）する間にモータが３回転（１０８０度回転）する。このため、カムシャフトの回転位置を特定するためには、モータの回転位置が０度〜３６０度の範囲（カムシャフトの回転位置が０度〜１２０度の範囲）に属するか、３６０度〜７２０度の範囲（カムシャフトの回転位置が１２０度〜２４０度の範囲）に属するか、或いは７２０度〜１０８０度の範囲（カムシャフトの回転位置が２４０度〜３６０度の範囲）に属するかの判別が必要となる。

これに対し、第１カムポジションセンサ３０、第２カムポジションセンサ３１、及び第３カムポジションセンサ３２の各々の被検出部を各モータの１回転当たりに各カムシャフトが回転する範囲（１２０度）に延在させる方法が考えられる。

例えば、図１０に示すように、第１カムポジションセンサ３０の被検出部３０５を第１吸気カムシャフト８３の０度〜１２０度の範囲に延在させる方法が考えられる。

かかる方法によると、第１吸気カムシャフト８３が０度〜１２０度の範囲で停止した場合（言い換えれば、第１モータ１８が０度〜３６０度の範囲で停止した場合）は、ＥＣＵ１４は、第１吸気カムシャフト８３の停止位置と第１モータ１８の停止位置との相関関係を一意に特定することができる。

しかしながら、第１吸気カムシャフト８３が１２０度〜２４０度の範囲で停止した場合（言い換えれば、第１モータ１８が３６０度〜７２０度の範囲で停止した場合）と、第１吸気カムシャフト８３が２４０度〜３６０度の範囲で停止した場合（言い換えれば、第１モータ１８が７２０度〜１０８０度の範囲で停止した場合）との双方の場合において、第１カムポジションセンサ３０の出力信号がオフになる（図１１を参照）。

従って、第１吸気カムシャフト８３が１２０度〜３６０度の範囲で停止した場合には、ＥＣＵ１４は、第１吸気カムシャフト８３の回転位置（停止位置）と第１モータ１８の回転位置（停止位置）との相関関係を一意に特定することができない。

そこで、本実施例の内燃機関の動弁システムでは、各カムポジションセンサが被検出部と検出部とを２組備えるようにした。言い換えれば、１本のカムシャフトに対して被検出部と検出部とが２組取り付けられるようにした。以下では、本実施例におけるカムポジションセンサの構成について、第１カムポジションセンサ３０を例に挙げて説明する。

図１２は、本実施例における第１吸気カムシャフト８３の側面図である。図１２においては、第１吸気カムシャフト８３の一端には、２枚のロータ３００ａ，３００ｂが固定される。ロータ３００ａの近傍の内燃機関１には、検出部３０２ａが配置される。ロータ３００ｂの近傍の内燃機関１には、検出部３０２ｂが配置されている。以下では、ロータ３００ａを第１ロータ３００ａ、ロータ３００ｂを第２ロータ３００ｂ、検出部３０２ａを第１検出部３０２ａ、検出部３０２ｂを第２検出部３０２ｂと称する。

第１ロータ３００ａの一方の側面には、図１３に示すように、第１吸気カムシャフト８３の０度〜２４０度の範囲に延在する第１被検出部３０１ａが形成されている。一方、第
２ロータ３００ｂの一方の側面には、図１４に示すように、第１吸気カムシャフト８３の１２０度〜３６０度の範囲に延在する第２被検出部３０１ｂが形成されている。すなわち、各被検出部３０１ａ，３０１ｂは第１モータ１８が２回転する間に第１吸気カムシャフト８３が回転する範囲に延在するとともに、それらの被検出部３０１ａ，３０１ｂは第１モータ１８が１回転する間に第１吸気カムシャフト８３が回転する範囲において重複している。

このように構成された第１カムポジションセンサ３０によれば、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が０度〜１２０度の範囲（第１モータ１８の回転位置が０度〜３６０度の範囲）に属する場合は、図１５に示すように、第１検出部３０２ａの出力信号がオンになるとともに、第２検出部３０２ｂの出力信号がオフになる。

第１吸気カムシャフト８３の回転位置が１２０度〜２４０度の範囲（第１モータ１８の回転位置が３６０度〜７２０度の範囲）に属する場合は、第１検出部３０２ａの出力信号がオンになるとともに、第２検出部３０２ｂの出力信号もオンになる。

第１吸気カムシャフト８３の回転位置が２４０度〜３６０度の範囲（第１モータ１８の回転位置が７２０度〜１０８０度の範囲）に属する場合は、第１検出部３０２ａの出力信号がオフになるとともに、第２検出部３０２ｂの出力信号がオンになる。

従って、ＥＣＵ１４は、第１検出部３０２ａの出力信号がオンであり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号がオフである時は、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が０度〜１２０度の範囲に属し且つ第１モータ１８の回転位置が０度〜３６０度の範囲に属すると特定することができる。

また、ＥＣＵ１４は、第１検出部３０２ａの出力信号がオンであり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号もオンである時は、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が１２０度〜２４０度の範囲に属し且つ第１モータ１８の回転位置が３６０度〜７２０度の範囲に属すると特定することができる。

さらに、ＥＣＵ１４は、第１検出部３０２ａの出力信号がオフであり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号がオンである時は、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が２４０度〜３６０度の範囲に属し且つ第１モータ１８の回転位置が７２０度〜１０８０度の範囲に属すると特定することができる。

上記したような回転位置の特定は、第１吸気カムシャフト８３が停止状態にある時においても行うことができる。よって、内燃機関の始動時を含む第１モータ１８の起動時において、第１吸気カムシャフト８３を回転させなくとも第１吸気カムシャフト８３の回転位置と第１モータ１８の回転位置との相関関係を特定することできる。

上記した特長を利用すると、クランキング開始の前後を問わずに第１吸気カムシャフト８３の回転位置と第１モータ１８の回転位置との相関関係を特定することができるとともに、第１モータ１８の起動時に第１吸気カムシャフト８３を直ちに燃焼サイクルに適したタイミングで回転又は揺動させることができる。よって、内燃機関１の始動時に該内燃機関１を速やかに始動させることが可能となる。

第２カムポジションセンサ３１及び第３カムポジションセンサ３２の被検出部も第１カムポジションセンサ３０と同様の構成を採用することにより、第２吸気カムシャフト８４の回転位置と第２モータ２１の回転位置との相関関係、及び排気カムシャフト９２の回転位置と第３モータ２４の回転位置との相関関係を上記した手順によって速やかに特定する
ことができる。

尚、各カムシャフトの１回転当たりに各モータが４回転する場合においても、本実施例と同様に１本のカムシャフトに対して２組の被検出部と検出部を設けることにより、同等の作用及び効果を得ることは可能である。

図１６は、第１吸気カムシャフト８３の１回転当たりに第１モータ１８が４回転する場合の第１カムポジションセンサ３０の出力信号を示す図である。同図は、第１被検出部３０１ａが第１吸気カムシャフト８３の０度〜１８０度の範囲に延在し、第２被検出部３０１ｂが第１吸気カムシャフト８３の９０度〜２７０度の範囲に延在している場合の第１検出部３０２ａ及び第２検出部３０２ｂの出力信号を示している。

図１６において、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が０度〜９０度の範囲（第１モータ１８の回転位置が０度〜３６０度の範囲）に属している場合は、第１検出部３０２ａの出力信号がオンとなり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号がオフとなる。

第１吸気カムシャフト８３の回転位置が９０度〜１８０度の範囲（第１モータ１８の回転位置が３６０度〜７２０度の範囲）に属している場合は、第１検出部３０２ａの出力信号がオンとなり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号もオンとなる。

第１吸気カムシャフト８３の回転位置が１８０度〜２７０度の範囲（第１モータ１８の回転位置が７２０度〜１０８０度の範囲）に属している場合は、第１検出部３０２ａの出力信号がオフとなり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号がオンとなる。

第１吸気カムシャフト８３の回転位置が２７０度〜３６０度の範囲（第１モータ１８の回転位置が１０８０度〜１４４０度の範囲）に属している場合は、第１検出部３０２ａの出力信号がオフとなり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号もオフとなる。

従って、ＥＣＵ１４は、第１検出部３０２ａの出力信号がオンとなり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号がオフとなる時は、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が０度〜９０度の範囲に属するとともに第１モータ１８の回転位置が０度〜３６０度の範囲に属すると特定することができる。

第１検出部３０２ａの出力信号がオンとなり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号もオンとなる時は、ＥＣＵ１４は、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が９０度〜１８０度の範囲に属するとともに第１モータ１８の回転位置が３６０度〜７２０度の範囲に属すると特定することができる。

第１検出部３０２ａの出力信号がオフとなり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号がオンとなる時は、ＥＣＵ１４は、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が１８０度〜２７０度の範囲に属するとともに第１モータ１８の回転位置が７２０度〜１０８０度の範囲）に属すると特定することができる。

第１検出部３０２ａの出力信号がオフとなり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号もオフとなる時は、ＥＣＵ１４は、第１吸気カムシャフト８３の回転位置が２７０度〜３６０度の範囲に属するとともに第１モータ１８の回転位置が１０８０度〜１４４０度の範囲に属すると特定することができる。

また、本実施例では、各カムポジションセンサが２組の被検出部と検出部を備える例を挙げたが、各カムポジションセンサが１つの被検出部と２つの検出部を備えることにより
同様の作用及び効果を得ることができる。

例えば、図１７に示すように、被検出部３０１を０度〜２４０度の範囲に延在するように形成するとともに、第１検出部３０２ａと第２検出部３０２ｂを１２０度の間隔で配置するようにしてもよい。

かかる構成によれば、第１検出部３０２ａの位置を基準とした第１吸気カムシャフト８３の回転角度が０度〜１２０度の範囲（第１モータ１８の回転位置が０度〜３６０度の範囲）に属する場合は、図１８に示すように、第１検出部３０２ａの出力信号がオンとなり且つ第２検出部３０２ｂの検出信号がオフとなる。

第１検出部３０２ａの位置を基準とした第１吸気カムシャフト８３の回転角度が１２０度〜２４０度の範囲（第１モータ１８の回転位置が３６０度〜７２０度の範囲）に属する場合は、図１９に示すように、第１検出部３０２ａの出力信号がオンとなり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号もオンとなる。

第１検出部３０２ａの位置を基準とした第１吸気カムシャフト８３の回転角度が２４０度〜３６０度の範囲（第１モータ１８の回転位置が７２０度〜１０８０度の範囲）に属する場合は、図２０に示すように、第１検出部３０２ａの出力信号がオフとなり且つ第２検出部３０２ｂの出力信号がオンとなる。

従って、ＥＣＵ１４は、第１検出部３０２ａ及び第２検出部３０２ｂの出力信号に基づいて、第１吸気カムシャフト８３及び第１モータ１８の回転位置を特定することが可能である。

内燃機関の動弁システムの概略構成を示す図である。 吸気側駆動機構の構成を示す図である。 排気側駆動機構の構成を示す図である。 第１の実施例における第１吸気カムシャフトの斜視図である。 第１の実施例における第１吸気カムシャフトの正面図である。 第１レゾルバの出力信号と第１吸気カムの位相と第１カムポジションセンサの出力信号との関係を示す図である。 内燃機関の始動時に各モータを起動させるための制御ルーチンを示すフローチャートである。 被検出部の他の構成例を示す図である。 第２の実施例における第１吸気カムシャフトの斜視図である。 第３の実施例において第１吸気カムシャフトに１組の被検出部と検出部とを設けた例を示す図である。 第１吸気カムシャフトに１組の被検出部と検出部を設けた場合の第１吸気カムシャフトの停止位置と第１レゾルバの出力信号と第１カムポジションセンサの出力信号との関係を示す図である。 第３の実施例における第１吸気カムシャフトの側面図である。 第１ロータの正面図である。 第２ロータの正面図である。 第３の実施例における第１レゾルバの出力信号と第１検出部の出力信号と第２検出部の出力信号との関係を示す図である。 第３の実施例において第１吸気カムシャフトの１回転当たりに第１モータが４回転する場合の第１検出部及び第２検出部の出力信号を示す図である。 第３の実施例における第１カムポジションセンサの他の構成例を示す図である。 図１７に示す構成において第１吸気カムシャフトの回転角度が０度〜１２０度の範囲に属する時の被検出部の状態を示す図である。 図１７に示す構成において第１吸気カムシャフトの回転角度が１２０度〜２４０度の範囲に属する時の被検出部の状態を示す図である。 図１７に示す構成において第１吸気カムシャフトの回転角度が２４０度〜３６０度の範囲に属する時の被検出部の状態を示す図である。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
６・・・・・吸気ポート
７・・・・・排気ポート
８・・・・・吸気バルブ
９・・・・・排気バルブ
１０・・・・吸気側駆動機構
１１・・・・排気側駆動機構
１２・・・・燃料噴射弁
１３・・・・点火プラグ
１４・・・・ＥＣＵ
１８・・・・第１モータ
２０・・・・第１レゾルバ
２１・・・・第２モータ
２３・・・・第２レゾルバ
２４・・・・第３モータ
２６・・・・第３レゾルバ
３０・・・・第１カムポジションセンサ
３１・・・・第２カムポジションセンサ
３２・・・・第３カムポジションセンサ
６０・・・・吸気通路
７０・・・・排気通路
８０・・・・バルブリフタ
８１・・・・第１吸気カム
８２・・・・第２吸気カム
８３・・・・第１吸気カムシャフト
８４・・・・第２吸気カムシャフト
８８・・・・吸気側バルブスプリング
９０・・・・バルブリフタ
９１・・・・排気カム
９２・・・・排気カムシャフト
９４・・・・排気側バルブスプリング
３００・・・ロータ
３００ａ・・第１ロータ
３００ｂ・・第２ロータ
３０１・・・被検出部
３０１ａ・・第１被検出部
３０１ｂ・・第２被検出部
３０２・・・検出部
３０２ａ・・第１検出部
３０２ｂ・・第２検出部
３０３・・・被検出部
３０４・・・バランスウェイト

Claims (3)

1. 内燃機関と独立した駆動源により回転又は揺動されるカムがバルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、
   前記駆動源の回転位置を示す信号を出力する第１センサと、
   前記カムに連動して回転又は揺動する被検出部が所定位置を通過した時に信号を出力する第２センサと、
   前記第１センサ及び前記第２センサの出力結果に基づいて前記駆動源の回転位置と前記カムの回転位置との相対関係を判定する判定手段と、
   を備え、
   前記被検出部は、少なくとも前記駆動源の１回転当たりに前記カムが回転する範囲に延在することを特徴とする内燃機関の動弁システム。
2. 請求項１において、前記判定手段は、前記駆動源及び前記カムの停止時に、前記第１センサ及び前記第２センサの出力結果に基づいて前記駆動源の回転位置と前記カムの回転位置との相関関係を判定することを特徴とする内燃機関の動弁システム。
   内燃機関の動弁システム。
3. 請求項１又は２において、前記カムと連動する部位には、前記カムの回転時に前記被検出部の慣性質量を打ち消すバランスウェイトが取り付けられることを特徴とする内燃機関の動弁システム。

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