JP2009209787A - 内燃機関の状態検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １気筒に２つずつ備えられる吸気弁のうち、両方の吸気弁を開閉する２弁運転と、一方の吸気弁を閉弁状態に保持し他方の吸気弁を開閉する１弁運転（片弁停止運転）とを切換える場合に、それぞれの運転が正しく行われているかを判定する。
【解決手段】 吸気弁の開弁時におけるカム軸回転速度の変化に基づいて、１弁運転（回転変動小）と２弁運転（回転変動大）とを判別する。具体的には、吸気弁の開弁時におけるカム軸回転速度の変動振幅、降下量、降下量の積分値などに基づいて、判別する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、機関弁（吸気弁又は排気弁）のリフト特性を変化させることができる可変動弁機構を備える内燃機関において、機関弁の状態（故障等）を検知する状態検知装置に関する。

特許文献１に記載の技術では、油圧ラッシュアジャスタ付きの可変動弁機構において、不完全閉弁状態を検知するために、ロッカアームの位置を検出する位置センサを設けている。
特開２００６−２２６２６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、シリンダヘッド内に新たにセンサを設置しなければならないために、レイアウト上からの制限があり、更に部品点数が増えるためにコスト高となるという問題点がある。

本発明は、このような実状に鑑み、新たにセンサを追加することなく、可変動弁機構の状態を的確に検知できるようにすることを目的とする。

このため、本発明では、機関弁の開弁時におけるカム軸回転速度の変化に基づいて可変動弁機構の状態を検知する構成とする。

本発明によれば、機関弁の開弁時におけるカム軸回転速度の変化を検知することにより、可変動弁機構の状態（例えば片弁低リフト運転や片弁停止運転の正否）を的確に判別することができる。機関弁のリフト量、弁数により、カム軸駆動トルクが変化し、これに対応してカム軸回転速度が変化するからである。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態における可変動弁機構付き内燃機関について説明する。尚、図１は内燃機関の動弁系の平面図であり、Ｖ型６気筒エンジンの片側バンクの３気筒のみを示している。また、便宜上、図１における左側を車両搭載時の車両フロント側、図１における右側を車両搭載時の車両リヤ側とする。

図１に示すように、内燃機関１は、同一気筒に一対の吸気弁２ａ，２ｂを有している。吸気弁２ａは同一気筒内において相対的にフロント側（図１における左側）に位置するものであり、吸気弁２ｂは同一気筒内において相対的にリヤ側（図１における右側）に位置するものである。尚、図２は各気筒の一方（フロント側）の吸気弁の可変動弁機構の構成図、図３は各気筒の他方（リヤ側）の吸気弁の可変動弁機構の構成図である。

図１〜図３に示すように、各気筒の一対の吸気弁２ａ，２ｂは、それぞれロッカアーム３ａ，３ｂを介して、ラッシュアジャスタ４ａ，４ｂに連係されている。すなわち、吸気弁２ａは、同一気筒の一対のロッカアーム３ａ，３ｂのうち相対的にフロント側に位置するロッカアーム３ａを介して、同一気筒の一対のラッシュアジャスタ４ａ，４ｂのうち相対的にフロント側に位置するラッシュアジャスタ４ａに連係されている。一方、吸気弁２ｂは、同一気筒の一対のロッカアーム３ａ，３ｂのうち相対的にリヤ側に位置するロッカアーム３ｂを介して、同一気筒の一対のラッシュアジャスタ４ａ，４ｂのうち相対的にリヤ側に位置するラッシュアジャスタ４ｂに連係されている。尚、ラッシュアジャスタ４ａとラッシュアジャスタ４ｂとは同一構成であり、ロッカアーム３ａとロッカアーム３ｂとは同一形状となっている。従って、区別する必要のない場合は、吸気弁２、ロッカアーム３、ラッシュアジャスタ４と総称する。

ロッカアーム３は、一端が吸気弁２のバルブステム５に当接し、他端がラッシュアジャスタ４のプランジャ４２（詳細は後述）に当接するよう配置されている。また、ロッカアーム３には、後述する可変動弁機構１０の揺動カム１７が接触するローラ６が回転可能に支持されている。

詳述すると、ロッカアーム３は、吸気弁２のバルブステム５及びラッシュアジャスタ４のプランジャ４２によって一方側（図２及び図３における下方側）から支持され、可変動弁機構１０の揺動カム１７が他方側（図２及び図３における上方側）からローラ６に当接するよう配置されており、実質的には、吸気弁２及びラッシュアジャスタ４と、可変動弁機構１０の揺動カム１７とによって挟持されている。

この可変動弁機構１０は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平１１−１０７７２５号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
可変動弁機構１０は、シリンダヘッド１１上部の図示しないカムブラケットに回転自在に支持された中空状のカム軸（駆動軸）１２と、このカム軸１２に、圧入等により固定された偏心カム１３と、カム軸１２の上方位置に同じカムブラケットに回転自在に支持されると共にカム軸１２と平行に配置された制御軸１４と、この制御軸１４の偏心カム部１５に揺動自在に支持されたロッカアーム部材１６と、各吸気弁２の上端部に配置されたロッカアーム３に当接する揺動カム１７と、を備えている。偏心カム１３とロッカアーム部材１６とはリンクアーム１８によって連係されており、ロッカアーム部材１６と揺動カム１７とは、リンク部材１９によって連係されている。

カム軸１２は、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランク軸によって駆動されるものである。
偏心カム１３は、円形外周面を有し、該外周面の中心がカム軸１２の軸心から所定量だけオフセットしていると共に、この外周面に、リンクアーム１８の環状部が回転可能に嵌合している。

ロッカアーム部材１６は、略中央部が偏心カム部１５によって支持されており、その一端部に、リンクアーム１８の延長部が連係していると共に、他端部に、リンク部材１９の上端部が連係している。偏心カム部１５は、制御軸１４の軸心から偏心しており、従って、制御軸１４の角度位置に応じてロッカアーム部材１６の揺動中心は変化する。

揺動カム１７は、カム軸１２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部１７ａに、リンク部材１９の下端部が連係している。この揺動カム１７の下面には、カム軸１２と同心状の円弧をなす基円面２０ａと、該基円面２０ａから端部１７ａへと所定の曲線を描いて延びるカム面２０ｂと、が形成されており、これらの基円面２０ａならびにカム面２０ｂが、揺動カム１７の揺動位置に応じて、ロッカアーム３のローラ６に当接するようになっている。

すなわち、基円面２０ａはベースサークル区間として、リフト量が０となる区間であり、揺動カム１７が揺動してカム面２０ｂがロッカアーム３のローラ６に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。尚、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。

制御軸１４は、一端部に設けられた制御用アクチュエータ（図５参照）によって所定回転角度範囲内で回転するように構成されている。この制御用アクチュエータは、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ；図５参照）からの制御信号に基づいて制御される。

この可変動弁機構１０の作用を説明すると、カム軸１２が回転すると、偏心カム１３のカム作用によってリンクアーム１８が上下動し、これに伴ってロッカアーム部材１６が揺動する。このロッカアーム部材１６の揺動は、リンク部材１９を介して揺動カム１７へ伝達され、揺動カム１７が揺動する。この揺動カム１７のカム作用によって、ロッカアーム３が押圧され、各気筒の吸気弁２ａ、２ｂがそれぞれリフトする。

ここで、上記制御用アクチュエータを介して制御軸１４の角度が変化すると、ロッカアーム部材１６の初期位置が変化し、ひいては揺動カム１７の初期揺動位置が変化する。
例えば偏心カム部１５が図の上方（図２及び図３における上方）へ位置しているとすると、ロッカアーム部材１６は全体として上方（図２及び図３における上方）へ位置し、揺動カム１７の端部１７ａが相対的に上方（図２及び図３における上方）へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム１７の初期位置は、そのカム面２０ｂがロッカアーム３から離れる方向に傾く。従って、カム軸１２の回転に伴って揺動カム１７が揺動した際に、基円面２０ａが長くロッカアーム３のローラ６に接触し続け、カム面２０ｂがローラ６に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。

逆に、偏心カム部１５が図の下方（図２及び図３における下方）へ位置しているとすると、ロッカアーム部材１６は全体として下方（図２及び図３における下方）へ位置し、揺動カム１７の端部１７ａが相対的に下方（図２及び図３における下方）へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム１７の初期位置は、そのカム面２０ｂがロッカアーム３のローラ６に近付く方向に傾く。従って、カム軸１２の回転に伴って揺動カム１７が揺動した際に、ロッカアーム３のローラ６と接触する部位が基円面２０ａからカム面２０ｂへと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。

このように可変動弁機構１０は、上記の偏心カム部１５の位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。特に、このものでは、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁２の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。

そして、揺動カム１７が回転してロッカアーム３のローラ６を押すことにより、ラッシュアジャスタ４によって支持された部分を支点してロッカアーム３が揺動し、この揺動によって吸気弁２のバルブステム５が押される。ロッカアーム３がバルブステム５を押す力と、吸気弁２の図示しないバルブスプリングの付勢力とに基づいて、吸気弁２は開閉動作する。

同一気筒の一対のラッシュアジャスタ４ａ、４ｂには、図１に示すように、一対の油圧通路３１ａ，３１ｂを介してオイルポンプ３２（後述）からオイル（油圧）が供給されている。ここで、吸気弁２ａに連係するラッシュアジャスタ４ａにオイル（油圧）を供給する油圧通路３１ａには、油圧制御弁としての電磁弁３３が介装され、オイルポンプ３２が運転されていても、ラッシュアジャスタ４ａに対してオイル（油圧）の供給を停止できるように構成されている。一方、吸気弁２ｂに連係するラッシュアジャスタ４ｂにオイル（油圧）を供給する油圧通路３１ｂには電磁弁が介装されておらず、オイルポンプ３２の運転中には必ずオイル（油圧）が供給される構成となっている。この電磁弁３３は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ；図５参照）からの制御信号に基づいて制御される。

ラッシュアジャスタ４は、図２及び図３に示すように、内燃機関本体となるシリンダヘッド１１に収容保持された有底筒状のボディ４１と、ボディ４１に摺動可能に収容されたプランジャ４２と、プランジャ４２内部に形成された第１油室４３と、ボディ４１の底壁４１ａとプランジャ４２の底壁４２ａとの間に画成され、プランジャ４２の底壁４２ａに貫通形成されたプランジャ底壁連通路４４を介して第１油室４３と連通する第２油室４５と、第２油室４５に配置されボディ４１の底壁４１ａとプランジャ４２の底壁４２ａとによって挟持され、プランジャ４２を常にボディ４１から突出する方向に付勢するスプリング４６と、第１油室４３から第２油室４５へのオイルの流れを許可し、第２油室４５から第１油室４３へのオイルの流れを禁止するオイル流通制限手段４７と、を有している。プランジャ４２は、上部プランジャ部材４８ａと下部プランジャ部材４８ｂの２部品から構成されている。

尚、ロッカアーム３の他端に当接する上部プランジャ部材４８ａの先端には貫通穴４９が形成されており、第１油室４３内のオイルが貫通穴４９を通り、上部プランジャ部材４８ａとロッカアーム３他端との摺動面から外部に流出可能となっている。また、スプリング４６のバネ力は、吸気弁２の図示しないバルブスプリングのバネ力よりも十分に弱くなるよう設定されている。

第１油室４３には、ボディ４１に形成されたボディ穴５０と、プランジャ４２に形成されたプランジャオイル穴５１を介して、油圧供給手段としてのオイルポンプ３２から吐出されたオイルが供給されている。このオイルポンプ３２は、例えば内燃機関１の運転に伴い駆動されるものである。

オイル流通制限手段４７は、第２油室４５に配置されたボール状の弁体５２と、第２油室４５に配置されて、プランジャ底壁連通路４４を第２油室４５側から閉塞するように弁体５２を付勢する弁体付勢スプリング５３と、弁体付勢スプリング５３を保持するカバー部材５４と、から大略構成されている。

このようなラッシュアジャスタ４は、第１油室４３にオイルポンプ３２からオイル（油圧）が供給されていると、図３に示すように、揺動カム１７がロッカアーム３から離れようとすれば、スプリング４６が伸びてプランジャ４２がボディ４１から突出し、ラッシュアジャスタ４の全長が相対的に長くなり、プランジャ４２によってロッカアーム３が揺動カム１７に押し付けられる。このように、ロッカアーム３が揺動カム１７に追従して変位するので、ロッカアーム３のローラ６と揺動カム１７の間にクリアランスが生じてしまうことを抑制できる。尚、ラッシュアジャスタ４が長くなる場合には、第２油室４５の容積が拡大しようとして第２油室４５の圧力が低下し、第２油室４５と第１油室４３との差圧に基づく差圧力が弁体５２に作用する。この差圧力によって弁体５２が弁体付勢スプリング５３の付勢力に抗してプランジャ底壁連通路４４を開放すると第１油室４３から第２油室４５にオイルが流れる。上記差圧力が弁体付勢スプリング５３の付勢力よりも小さくなると、プランジャ底壁連通路４４は弁体５２により閉塞される。

また、ラッシュアジャスタ４は、第１油室４３にオイルポンプ３２からオイル（油圧）が供給されていると、揺動カム１７によってロッカアーム３が押されれば、その際の力がロッカアーム３を介してプランジャ４２に伝達され、プランジャ４２がボディ４１内に進入しようとする。このとき、プランジャ底壁連通路４４は、弁体５２によって閉塞されているため第２油室４５から第１油室４３へのオイルの流れが制限され、第２油室４５内のオイルにより、第２油室４５の容積を縮小する方向へのプランジャ４２の移動、すなわちプランジャ４２のボディ４１内への進入は制限される。尚、プランジャ４２がボディ４１内に進入しようとするとき、第２油室４５内のオイルが僅かながらボディ４１内周面とプランジャ４２外周面との間を通ってラッシュアジャスタ４の外部に漏洩するため、それよってプランジャ４２がボディ４１内に僅かに沈み込むが、こうしたプランジャ４２のボディ４１内への進入（沈み込み）は、第１油室４３にオイルポンプ３２からオイルが供給されている状態で揺動カム１７がロッカアーム３から離れようとする際のラッシュアジャスタ４の動作を通じて回復される。

一方、ラッシュアジャスタ４は、第１油室４３にオイルポンプ３２からオイル（油圧）が供給されていないと、第２油室４５内のスプリング４６の弾性変形によりロッカアーム３の変位が吸収される。ここで、上述したように、スプリング４６のバネ力は、吸気弁２のバルブスプリングのバネ力よりも十分に小さいため、ロッカアーム３の変位は、まずスプリング４６で吸収され、スプリング４６で吸収しきれない分が吸気弁２のバルブステム５に伝達されて吸気弁２を押し開くことになる（図２参照）。

本実施形態においては、可変動弁機構１０の制御条件が小リフト・小作動角条件（吸気弁２のリフト・作動角が所定の小リフト・小作動角以下）であったり、吸気弁２のバルブステム５が熱膨張によって僅かに伸びる、といったロッカアーム３の変位が小さい場合には、スプリング４６の圧縮変形に伴うプランジャ４２のボディ４１内への後退によりロッカアーム３の変位が全て吸収され、吸気弁２は開弁しないようにラッシュアジャスタ４が設定されている。つまり、ラッシュアジャスタ４は、第１油室４３にオイル（油圧）が供給された状態では、第１油室４３にオイル（油圧）が供給されない状態に比べて揺動カム１７からロッカアーム３を介して吸気弁２に伝わる動きの量が大きくなるよう構成されている。

そして、本実施形態においては、可変動弁機構１０により吸気弁２のリフト・作動角が所定の小リフト・小作動角以下に制御される際に、油圧通路３１ａに介装された電磁弁３３を閉弁するよう制御されている。

電磁弁３３が閉弁されることにより、同一気筒の２つのラッシュアジャスタ４ａ，４ｂのうち、ラッシュアジャスタ４ａにはオイルポンプ３２からオイル（油圧）が供給されなくなる。そのため、ラッシュアジャスタ４ａと連係する吸気弁２ａは、ラッシュアジャスタ４ａのスプリング４６がロッカアーム３ａの変位を全て吸収するため開弁しない。

つまり、本実施形態においては、吸気弁２のリフト・作動角が所定の小リフト・小作動角以下に制御される際に、吸気弁２ａ，２ｂのうち、一方の吸気弁２ａを閉弁状態に保持し、他方の吸気弁２ｂのみを開閉する、１弁運転（片弁停止運転）とすることで、筒内スワールの強化の他、吸入空気量の制御精度の向上、気筒間燃焼圧のバラツキ低減、振動低減などを図ることができる。

尚、ラッシュアジャスタ４は、第１油室４３にオイルが供給されていない状態で吸気弁２のリフト・作動角が所定の小リフト・小作動角以下に制御される際に電磁弁３３を閉弁すると、吸気弁２ｂよりも小リフト・小作動角で吸気弁２ａが開弁するように設定することも可能である。この場合には、吸気弁２が小リフト・小作動角に制御されるアイドル運転状態時もしくは低負荷運転状態時に、同一気筒の一対の吸気弁２ａ、２ｂの間にリフト差を発生させて筒内スワールを強化することができ、燃費向上を実現することができる。

また、吸気弁２ａ，２ｂが所定の小リフト・小作動角よりも大きいリフト・作動角に制御される際には、電磁弁３３を閉弁しないものとする。これは、吸気弁２ａ，２ｂが相対的に大リフト・大作動角に制御される際に電磁弁３３を閉弁した場合には、吸気弁２ａの着座スピードが過大となり、吸気弁２ａが損傷してしまう虞があるからである。換言すれば、所定の小リフト・小作動角は、吸気弁２ａ，２ｂがこの所定の小リフト・小作動角以下のリフト・作動角に制御される際に電磁弁３３を閉弁しても、吸気弁２ａの着座スピードが過大とはならず、吸気弁２ａに損傷の虞がない値として定義される。

次に、上記のような片弁停止可能な可変動弁機構を用いて、１気筒に２つずつ設けられる吸気弁のうち、両方の吸気弁を開閉する２弁運転と、一方の吸気弁を閉弁状態に保持して他方の吸気弁のみを開閉する１弁運転（片弁停止運転）とを切換える場合に、正しく２弁運転又は１弁運転が行われているか否かを判定する手法について、説明する。

図４に、クランク角毎の吸気弁のカム軸回転変動のシミュレーション結果を示す。
上段の図は、エンジン回転数６００ｒｐｍ（カム軸回転数３００ｒｐｍ）の時であり、下段の図は、エンジン回転数１０００ｒｐｍ（カム軸回転数５００ｒｐｍ）の時である。

また、それぞれ、クランク角（＃１気筒基準クランク角）を横軸にとって、Ｖ型６気筒エンジンの片側バンクの＃１気筒、＃３気筒、＃５気筒の吸気弁のバルブリフトと、カム軸回転変動とを示している。

カム軸回転変動は、カム軸回転数の瞬時値−カム軸回転数の平均値として、１弁運転と２弁運転とに分けて表している。
この図より、以下のことがわかる。
（１）バルブリフト上昇中に（開弁期間の前半の図示枠線内の領域にて）、カム軸回転数が大きく降下する。
（２）このカム軸回転数の降下量は、１弁運転より、２弁運転の方が大きく、それに伴い開弁期間全体での変動振幅（カム軸回転数の最大値と最小値との差）も、１弁運転より、２弁運転の方が大きい。
（３）エンジン回転数が高いほど（上段の図に比べ、下段の図の方が）、１弁運転と２弁運転との回転変動（降下量、変動振幅）の差が顕著となる。

従って、吸気弁の開弁時におけるカム軸回転速度の変化、特に、（１）吸気弁の開弁時（開弁期間全体）におけるカム軸回転速度の変動振幅、（２）吸気弁の開弁時（バルブリフト上昇時）におけるカム軸回転速度の降下量、（３）吸気弁の開弁時（バルブリフト上昇時）におけるカム軸回転速度の降下量の積分値、に基づいて、１弁運転と２弁運転とを判別可能である。

このような原理に基づく具体的な判定手法について以下に説明する。
図５は動弁系の故障検知のためのシステム図である。
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０には、エンジン回転数を検出可能なクランク角センサ５１、カム軸回転数を検出可能なカム軸センサ５２、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ５３などから信号が入力されている。

ＥＣＵ５０は、これらの信号に基づいて、エンジンの運転状態を判別し、可変動弁機構１０における制御軸１４の制御用アクチュエータを制御して、吸気弁２のリフト・作動角を制御すると共に、電磁弁３３を制御して、片弁停止を制御（２弁運転と１弁運転とを制御）する。同時に、図６、図７又は図８のフローチャートに従って、故障検知を行う。

図６は片弁停止時の故障検知の第１実施例のフローチャートである。これは、片弁停止運転（１弁運転）のときに、何らかの原因により、片弁停止に至らず、両弁駆動になってしまった場合に、カム軸駆動トルクが大きくなって、カム軸回転速度の変化（変動振幅の増大）を生じることから、変動振幅に基づいて、正しく１弁運転されているかを判定するものである。

Ｓ１では、片弁停止運転（１弁運転）中、すなわち片弁停止運転（１弁運転）の指令中か否かを判定し、ＹＥＳの場合にＳ２へ進む。
Ｓ２では、予め定めたカム軸回転変動の検知区間の開始位置か否かを判定する。ここでは、図９を参照し、検知区間を図示のＬＳ１、ＬＳ３、ＬＳ５（各気筒の吸気弁の開弁期間全体）に設定し、各区間の開始タイミングであるクランク角２４０度ごとの所定のタイミングであるか否かを判定する。そして、検知区間の開始位置である場合にＳ３へ進む。

Ｓ３では、開弁中の気筒を特定する。すなわち、図９の区間ＬＳ１であれば＃１気筒、図９の区間ＬＳ３であれば＃３気筒、図９の区間ＬＳ５であれば＃５気筒と特定する。そして、Ｓ４へ進む。

Ｓ４では、カム軸回転数を検知し、その最大値Ｎmax 及び最小値Ｎmin を算出する。そして、Ｓ５へ進む。
Ｓ５では、カム軸回転変動の検知区間の終了位置か否かを判定し、ＮＯの場合はＳ４へ戻り、ＹＥＳの場合にＳ６へ進む。

従って、カム軸回転変動の検知区間の間、Ｓ４にて、カム軸回転数の瞬時値を検知し、前回までのカム軸回転数の最大値Ｎmax 及び最小値Ｎmin と比較し、瞬時値＞Ｎmax であれば、最大値Ｎmax を更新し、瞬時値＜Ｎmin であれば、最小値Ｎmin を更新する。

従って、カム軸回転変動の検知区間が終了して、Ｓ６へ進むときには、カム軸回転変動の検知区間におけるカム軸回転数の最大値Ｎmax 及び最小値Ｎmin が得られている。
Ｓ６では、カム軸回転数の最大値Ｎmax から最小値Ｎmin を減算して、変動振幅ΔＮ＝Ｎmax −Ｎmin を求める。そして、Ｓ７へ進む。

Ｓ７では、エンジン回転数に対応させて、カム軸回転変動の変動振幅ΔＮに対する判定値を定めたテーブルを参照して、判定値を設定する。ここでの判定値は、エンジン回転数が高くなるほど、大きな値となる。

Ｓ８では、カム軸回転変動の変動振幅ΔＮと、判定値とを比較し、ΔＮ＞判定値か否かを判定する。
この判定の結果、ＹＥＳ（ΔＮ＞判定値）の場合は、カム軸回転変動（変動振幅）が大きく、２弁運転になっていると判定する。すなわち、Ｓ３で特定した気筒の片弁停止異常と判定する。

尚、この図６のフローでは、１弁運転中に正しく１弁運転されているか（２弁運転になっていないか）を判定するようにしているが、２弁運転中に正しく２弁運転されているか（１弁運転になっていないか）を判定することも、判定値を適宜設定することにより、容易に実施可能である。

図７は片弁停止時の故障検知の第２実施例のフローチャートである。これは、片弁停止運転（１弁運転）のときに、何らかの原因により、片弁停止に至らず、両弁駆動になってしまった場合に、カム軸駆動トルクが大きくなって、カム軸回転速度の変化（降下量の増大）を生じることから、降下量に基づいて、正しく１弁運転されているかを判定するものである。

Ｓ１１では、片弁停止運転（１弁運転）中、すなわち片弁停止運転（１弁運転）の指令中か否かを判定し、ＹＥＳの場合にＳ１２へ進む。
Ｓ１２では、予め定めたカム軸回転変動の検知区間の開始位置か否かを判定する。ここでは、図９を参照し、検知区間を図示のＳＳ１、ＳＳ３、ＳＳ５（各気筒の吸気弁の開弁期間の前半のバルブリフト上昇中）に設定し、各区間の開始タイミングであるクランク角２４０度ごとの所定のタイミングであるか否かを判定する。そして、検知区間の開始位置である場合にＳ１３へ進む。

Ｓ１３では、開弁中の気筒を特定する。すなわち、図９の区間ＳＳ１であれば＃１気筒、図９の区間ＳＳ３であれば＃３気筒、図９の区間ＳＳ５であれば＃５気筒と特定する。そして、Ｓ１４へ進む。

Ｓ１４では、カム軸回転数を検知し、平均値からの降下量最大値Ｄmax を算出する。そして、Ｓ１５へ進む。
Ｓ１５では、カム軸回転変動の検知区間の終了位置か否かを判定し、ＮＯの場合はＳ１４へ戻り、ＹＥＳの場合にＳ１６へ進む。

従って、カム軸回転変動の検知区間の間、Ｓ１４にて、カム軸回転数の瞬時値Ｎを検知し、平均値Ｎave からの降下量Ｄ＝Ｎave −Ｎを算出し、前回までの降下量最大値Ｄmax と比較し、降下量Ｄ＞Ｄmax であれば、最大値Ｄmax を更新する。

従って、カム軸回転変動の検知区間が終了して、Ｓ１６へ進むときには、カム軸回転変動の検知区間におけるカム軸回転数の降下量最大値Ｄmax （＝Ｎave −Ｎmin ）が得られている。

Ｓ１６では、カム軸回転数の降下量最大値Ｄmax を確定する。そして、Ｓ１７へ進む。
Ｓ１７では、エンジン回転数に対応させて、カム軸回転変動の降下量最大値Ｄmax に対する判定値を定めたテーブルを参照して、判定値を設定する。ここでの判定値は、エンジン回転数が高くなるほど、大きな値となる。

Ｓ１８では、カム軸回転変動の降下量最大値Ｄmax と、判定値とを比較し、ΔＤmax ＞判定値か否かを判定する。
この判定の結果、ＹＥＳ（Ｄmax ＞判定値）の場合は、カム軸回転変動（降下量）が大きく、２弁運転になっていると判定する。すなわち、Ｓ１３で特定した気筒の片弁停止異常と判定する。

尚、この図７のフローでも、１弁運転中に正しく１弁運転されているか（２弁運転になっていないか）を判定するようにしているが、２弁運転中に正しく２弁運転されているか（１弁運転になっていないか）を判定することも、判定値を適宜設定することにより、容易に実施可能である。

図８は片弁停止時の故障検知の第３実施例のフローチャートである。これは、片弁停止運転（１弁運転）のときに、何らかの原因により、片弁停止に至らず、両弁駆動になってしまった場合に、カム軸駆動トルクが大きくなって、カム軸回転速度の変化（降下量の増大）を生じることから、降下量の積分値に基づいて、正しく１弁運転されているかを判定するものである。

Ｓ２１では、片弁停止運転（１弁運転）中、すなわち片弁停止運転（１弁運転）の指令中か否かを判定し、ＹＥＳの場合にＳ２２へ進む。
Ｓ２２では、予め定めたカム軸回転変動の検知区間の開始位置か否かを判定する。ここでは、図９を参照し、検知区間を図示のＳＳ１、ＳＳ３、ＳＳ５（各気筒の吸気弁の開弁期間の前半のバルブリフト上昇中）に設定し、各区間の開始タイミングであるクランク角２４０度ごとの所定のタイミングであるか否かを判定する。そして、検知区間の開始位置である場合にＳ２３へ進む。

Ｓ２３では、開弁中の気筒を特定する。すなわち、図９の区間ＳＳ１であれば＃１気筒、図９の区間ＳＳ３であれば＃３気筒、図９の区間ＳＳ５であれば＃５気筒と特定する。そして、Ｓ２４へ進む。

Ｓ２４では、カム軸回転数を検知し、平均値からの降下量を積分する。そして、Ｓ２５へ進む。
Ｓ２５では、カム軸回転変動の検知区間の終了位置か否かを判定し、ＮＯの場合はＳ２４へ戻り、ＹＥＳの場合にＳ２６へ進む。

従って、カム軸回転変動の検知区間の間、Ｓ２４にて、カム軸回転数の瞬時値Ｎを検知し、平均値Ｎave からの降下量Ｄ＝Ｎave −Ｎを算出し、これを積分する（ΣＤ＝ΣＤ＋Ｄ）
従って、カム軸回転変動の検知区間が終了して、Ｓ２６へ進むときには、カム軸回転変動の検知区間におけるカム軸回転数の降下量の積分値（面積値）ΣＤ＝Σ（Ｎave −Ｎ）が得られている。

Ｓ２６では、カム軸回転数の降下量の積分値ΣＤを確定する。そして、Ｓ２７へ進む。
Ｓ２７では、エンジン回転数に対応させて、カム軸回転変動の降下量積分値ΣＤに対する判定値を定めたテーブルを参照して、判定値を設定する。ここでの判定値は、エンジン回転数が高くなるほど、大きな値となる。

Ｓ２８では、カム軸回転変動の降下量積分値ΣＤと、判定値とを比較し、ΣＤ＞判定値か否かを判定する。
この判定の結果、ＹＥＳ（ΣＤ＞判定値）の場合は、カム軸回転変動（降下量積分値）が大きく、２弁運転になっていると判定する。すなわち、Ｓ２３で特定した気筒の片弁停止異常と判定する。このように積分値を用いることで、より精度良く判定することが可能になる。

尚、この図８のフローでも、１弁運転中に正しく１弁運転されているか（２弁運転になっていないか）を判定するようにしているが、２弁運転中に正しく２弁運転されているか（１弁運転になっていないか）を判定することも、判定値を適宜設定することにより、容易に実施可能である。

また、図６〜図８のフローにおいて、エンジン回転数が高くなるほど、１弁運転と２弁運転とのカム軸回転変動の差が大きくなるので、エンジン回転数が所定値以上であることを条件として、故障判定を行うようにしてもよい。

次に、気筒毎に吸気弁の開弁時におけるカム軸回転速度の変化（図６のフローの変動振幅ΔＮ、図７のフローの降下量最大値Ｄmax 、図８のフローの降下量積分値ΣＤ）を検知し、これらの気筒間差に基づいて、可変動弁機構の状態を検知するようにした実施例を説明する。

図１０は片弁停止時の故障検知の第４実施例のフローチャートである。ここでは、図６のフローの変動振幅ΔＮを気筒毎に検知して用いるものとするが、図７のフローの降下量最大値Ｄmax を気筒毎に検知して用いてもよいし、図８のフローの降下量積分値ΣＤを気筒毎に検知して用いてもよい。

Ｓ３１では、各気筒の変動振幅ΔＮ、すなわち＃１気筒の変動振幅ΔＮ１、＃３気筒の変動振幅ΔＮ３、＃５気筒の変動振幅ΔＮ５を読込む。そして、Ｓ３２へ進む。
Ｓ３２では、これらの気筒の変動振幅の平均値ΔＮave ＝（ΔＮ１＋ΔＮ２＋ΔＮ３）／３を算出する。そして、Ｓ３３へ進む。

Ｓ３３では、＃１気筒の変動振幅ΔＮ１と平均値ΔＮave との差の絶対値｜ΔＮ１−ΔＮave ｜を算出し、これが所定値より大きいか否かを判定する。この判定で、ＹＥＳの場合は、Ｓ３４へ進んで、＃１気筒の異常（片弁停止異常など）と判定する。

また、Ｓ３５では、＃３気筒の変動振幅ΔＮ３と平均値ΔＮave との差の絶対値｜ΔＮ３−ΔＮave ｜を算出し、これが所定値より大きいか否かを判定する。この判定で、ＹＥＳの場合は、Ｓ３６へ進んで、＃３気筒の異常と判定する。

また、Ｓ３７では、＃５気筒の変動振幅ΔＮ５と平均値ΔＮave との差の絶対値｜ΔＮ５−ΔＮave ｜を算出し、これが所定値より大きいか否かを判定する。この判定で、ＹＥＳの場合は、Ｓ３８へ進んで、＃５気筒の異常と判定する。

尚、ここでは、１つの気筒の変動振幅を、全気筒の変動振幅の平均値と比較したが、１つの気筒（診断気筒）の変動振幅を、これ以外の気筒の変動振幅の平均値と比較するようしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、片弁停止運転（１弁運転）のときに、何らかの原因により、片弁停止に至らず、両弁駆動になってしまった場合に、カム軸駆動トルクが大きくなるため、カム軸回転速度の変化（変動振幅、降下量）も大きくなることから、これを検知することで、正しく１弁運転されているかを的確に判定することができる。

逆に、両弁駆動時に片側が停止してしまった場合にも、これを的確に判定することができる。
また、片弁停止運転を行う場合のみならず、片弁低リフト運転を行う場合にも適用でき、同様にその正否を判定することができる。

更に、油圧リフト切換式の可変動弁機構（ＶＶＬ、ＶＴＥＣ）のリフト状態の判定にも適用可能である。
また、多気筒内燃機関においては、気筒によって吸気弁の開弁時期が異なるので、検知した時期によって、異常が起きた気筒を判別することもできる。

本発明の一実施形態を示す内燃機関の動弁系の平面図 各気筒の一方の吸気弁の可変動弁機構の構成図 各気筒の他方の吸気弁の可変動弁機構の構成図 吸気弁のカム軸回転変動のシミュレーション結果を示す図 動弁系の故障検知のためのシステム図 片弁停止時の故障検知の第１実施例のフローチャート 片弁停止時の故障検知の第２実施例のフローチャート 片弁停止時の故障検知の第３実施例のフローチャート カム軸回転変動の検知区間の説明図 片弁停止時の故障検知の第４実施例のフローチャート

符号の説明

１ 内燃機関
２（２ａ、２ｂ） 吸気弁
３（３ａ、３ｂ） ロッカアーム
４（４ａ、４ｂ） ラッシュアジャスタ
５ バルブステム
６ ローラ
１０ 可変動弁機構
１２ カム軸
１３ 偏心カム
１４ 制御軸
１５ 偏心カム部
１６ ロッカアーム部材
１７ 揺動カム
１８ リンクアーム
１９ リンク部材
３１ａ、３１ｂ 油圧通路
３２ オイルポンプ
３３ 電磁弁
５０ ＥＣＵ
５１ クランク角センサ
５２ カム軸センサ
５３ アクセル開度センサ

Claims (7)

1. 機関弁のリフト特性を変化させることができる可変動弁機構を備える内燃機関において、機関弁の開弁時におけるカム軸回転速度の変化に基づいて可変動弁機構の状態を検知する状態検知手段を設けたことを特徴とする内燃機関の状態検知装置。
2. １気筒に２つずつ機関弁を備え、
   前記可変動弁機構は、一方の機関弁のリフト量を他方の機関弁のリフト量より小さく制御することができるものであり、
   前記状態検知手段は、前記カム軸回転速度の変化に基づいて、前記リフト量制御の状態を検知することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の状態検知装置。
3. 前記可変動弁機構は、両方の機関弁を開閉する２弁運転と、一方の機関弁を閉弁状態に保持して他方の機関弁のみを開閉する１弁運転とを切換えるものであり、
   前記状態検知手段は、前記カム軸回転速度の変化に基づいて、前記２弁運転と前記１弁運転とのいずれであるかを検知することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の状態検知装置。
4. 前記状態検知手段は、機関弁の開弁時におけるカム軸回転速度の変動振幅に基づいて、可変動弁機構の状態を検知することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の状態検知装置。
5. 前記状態検知手段は、機関弁の開弁時におけるカム軸回転速度の降下量に基づいて、可変動弁機構の状態を検知することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の状態検知装置。
6. 前記状態検知手段は、機関弁の開弁時におけるカム軸回転速度の降下量の積分値に基づいて、可変動弁機構の状態を検知することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の状態検知装置。
7. 前記状態検知手段は、気筒毎に機関弁の開弁時におけるカム軸回転速度の変化を検知し、これらの気筒間差に基づいて、可変動弁機構の状態を検知することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の状態検知装置。

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