JP2009299571A - 内燃機関の動弁システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、バルブ開弁特性を速やかに変更する必要が生じた場合に、バルブ開弁特性の変更に伴う制御パラメータの変更を適正なタイミングで行える技術の提供を課題とする。
【解決手段】本発明は、複数のカムが軸方向に配列されたカムピースを軸方向へスライドさせることにより、バルブ駆動用のカムを切り換える内燃機関の動弁システムにおいて、前記カムピースのスライド動作が実際に完了したタイミングを特定し、特定されたタイミングに従って内燃機関の燃焼に係わる制御パラメータを変更するようにした。
【選択図】図７

Description

本発明は、バルブの開弁特性を切り換えることができる内燃機関の動弁システムに関する。

バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構と、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）
機構と、を備えた内燃機関において、可変動弁機構の故障時にＥＧＲ弁の開度を減少させる技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００１−３０３９９９号公報 特表２００６−５２０８６９号公報

ところで、フェイル発生時やフューエルカット運転開始時等は、バルブ開弁特性の速やかな切り換えが必要になる。そのような場合は、バルブ開弁特性の切換タイミングに応じて他の制御パラメータ（例えば、ＥＧＲガス量、蒸発燃料のパージ量等）も変更する必要が生じる。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バルブ開弁特性を速やかに変更する必要が生じた場合に、バルブ開弁特性の変更に伴う制御パラメータの変更を適正なタイミングで行える技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、複数のカムが軸方向に配列されたカムピースを軸方向へスライドさせることにより、バルブ駆動用のカムを切り換える内燃機関の動弁システムにおいて、前記カムピースのスライド動作が実際に完了したタイミングを特定するようにした。

詳細には、本発明は、バルブの開弁特性を変更可能な内燃機関の動弁システムにおいて、
複数のカムが軸方向に配列されたカムピースを軸方向へスライドさせることにより、バルブ駆動用のカムを切り換える可変動弁機構と、
前記カムピースがスライド動作したか否かを判別するとともに、前記スライド動作が完了するタイミングを特定する特定手段と、
を備えるようにした。

バルブの開弁特性が切り換えられた場合は、それに応じて内燃機関の燃焼に係わる制御パラメータも変更する必要が生じる。例えば、バルブの開弁特性が切り換えられると、吸入空気量が変化するため、それに応じて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、ＥＧＲガス量、蒸発燃料のパージ量などを変更する必要がある。

上記したような制御パラメータは、バルブ開弁特性が正常に切り換わったタイミングを基準にして変更される必要がある。バルブ開弁特性が正常に切り換わらない場合、又はバルブ開弁特性が切り換わったタイミングと上記制御パラメータの変更タイミングとが不適当になった場合は、内燃機関の燃焼安定性が損なわれてエミッションの増加や内燃機関の停止（エンジンストール）が誘発される。

これに対し、本発明の内燃機関の動弁システムによれば、カムピースが正常にスライド動作したか否かを判別することができるとともに、カムピースのスライド動作完了タイミングを特定することができる。つまり、本発明にかかる内燃機関の動弁システムによれば、上記制御パラメータの変更タイミングを決定する際の基準値（カムピースのスライド動作完了タイミング）を特定することができる。その結果、バルブ開弁特性の変更に伴う制御パラメータの変更を適正なタイミングで行えるようになる。

本発明にかかる内燃機関の動弁システムは、特定手段によりカムピースがスライド動作したと判定された場合に、該特定手段により特定されたタイミングに従って内燃機関の燃焼に係わる制御パラメータを変更する制御手段をさらに備えるようにしてもよい。

かかる構成によると、バルブ開弁特性が正常に切り換わったタイミングに基づいて上記したような制御パラメータが変更されるため、内燃機関のエミッション増加やドライバビリティ悪化を抑制することが可能になる。

また、本発明にかかる内燃機関の動弁システムは、フェイル発生時にバルブ駆動用カムを切り換えるべく前記可変動弁機構の制御を試行する試行手段をさらに備え、
特定手段は、前記試行手段により前記可変動弁機構の制御が試行された時に、カムピースがスライド動作したか否かを判別するとともに、前記スライド動作の完了タイミングを特定し、
制御手段は、特定手段により前記カムピースがスライド動作したと判定された場合に、該特定手段により特定されたタイミングに従って上記した制御パラメータを変更するようにしてもよい。

ここでいうフェイルは、可変動弁機構のフェイルや、可変動弁機構に併設される各種センサのフェイルを含む。

上記したようなフェイルが発生した場合は、バルブ開弁特性を速やかに切り換えることにより、内燃機関を退避運転（車両を退避走行させるための低負荷運転）させることが望ましい。しかしながら、可変動弁機構がバルブ開弁特性を正常に切り換えることができるか否か予測することは困難である。仮に、可変動弁機構がバルブ開弁特性を正常に切り換えることが可能な場合であっても、バルブ開弁特性の変更タイミングに対して上記した制御パラメータの変更タイミングが不適当になると、内燃機関が停止する可能性もある。

これに対し、本発明にかかる内燃機関の動弁システムによれば、カムピースが正常にスライド動作可能な場合に、該スライド動作の完了タイミングに従って上記した制御パラメータが変更されることになる。このため、内燃機関の退避運転を可及的に継続させることができる。

尚、本発明にかかる制御手段は、特定手段によってカムピースが正常にスライド動作しないと判定された場合は、内燃機関の運転を直ちに停止させるようにしてもよい。

本発明は、内燃機関がフューエルカット運転される場合にも適用することができる。内燃機関がフューエルカット運転される時に、吸気バルブおよび／または排気バルブが開閉動作すると、新気（多量の酸素を含有した空気）が排気浄化装置（三元触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等）を通過することになる。このため、排気浄化装置に担持された貴金属触媒が酸化し、該排気浄化装置の浄化性能が劣化或いは低下する可能性があった。

従って、内燃機関がフューエルカット運転される時は、吸気バルブおよび／または排気バルブの開弁特性を速やかに変更することにより、排気浄化装置を通過する空気量を可及
的に低減することが好ましい。しかしながら、バルブ開弁特性が切り換わる前に他の制御パラメータが変更されると、エミッションの悪化やドライバビリティの低下を招く可能性がある。

そこで、本発明にかかる内燃機関の動弁システムは、内燃機関がフューエルカット運転される時にバルブ駆動用カムを切り換えるべく前記可変動弁機構を制御する切換制御手段をさらに備え、
前記特定手段は、前記切換制御手段により前記可変動弁機構が制御された時に、前記カムピースがスライド動作したか否かを判別するとともに、前記スライド動作の完了タイミングを特定し、
前記制御手段は、前記特定手段により前記カムピースがスライド動作したと判定された場合に、該特定手段により特定されたタイミングに従って前記制御パラメータの値をフューエルカット運転に適した値へ変更するようにしてもよい。

かかる構成によれば、バルブ開弁特性が正常に切り換わったタイミングに基づいて制御パラメータが変更されるため、エミッションの悪化やドライバビリティの低下を抑制することができる。

本発明にかかる可変動弁機構は、カムの回転力を利用して前記カムピースを軸方向へスライドさせるアクチュエータを具備する機構であってもよい。その場合、特定手段は、前記アクチュエータに対する制御開始タイミングとカムの回転速度とに基づいて、カムピースのスライド動作完了タイミングを特定することができる。また、アクチュエータの負荷は、カムピースが正常にスライド動作した場合とカムピースが正常にスライド動作しない場合とにおいて相違する大きさになる。よって、特定手段は、アクチュエータの負荷に基づいて、前記カムピースが正常にスライド動作したか否かを判別するようにしてもよい。

上記したようなアクチュエータとしては、例えば、前記カムピースと連動する回転体の外周面に螺旋状に形成された螺旋状溝と、前記螺旋状溝に対して進入／退去自在な可動ピンと、前記可動ピンを進退駆動させる駆動部と、を具備するものを挙げることができる。

この場合、特定手段は、前記駆動部の負荷に基づいて、前記カムピースが正常にスライド動作したか否かを判別することができる。例えば、駆動部が可動ピンを前記螺旋状溝へ進入させるべく動作すると、可動ピンが先ず前記回転体の周面に当接する。そして、前記回転体の回転によって可動ピンの位置と螺旋状溝の基端の位置とが一致すると、可動ピンが螺旋状溝内へ進入する。その後に可動ピンの位置と螺旋状溝の終端の位置とが一致すると、可動ピンが螺旋状溝内から回転体の周面へ押し戻されることになる。

上記したような過程において、可動ピンが螺旋状溝内へ進入する前の期間（すなわち、可動ピンが回転体の周面に当接している期間）は、可動ピンの進出量が回転体の周面によって制限されるため、駆動部の負荷が増加する。可動ピンが螺旋状溝内へ進入すると、上記した制限が解除されるため、駆動部の負荷が増加傾向から減少傾向へ転じる。そして、可動ピンが螺旋状溝内から回転体の周面へ押し戻される時は、可動ピンの進出量が強制的に減少させられるため、駆動部の負荷が減少傾向から再び増加傾向へ変化する。

このようにカムピースが正常にスライド動作した時には、駆動部の負荷が特異な変化を示す。これに対し、カムピースが正常にスライド動作しない時は、駆動部の負荷が略一定の値を示したり、単調増加したりすると考えられる。よって、駆動部の負荷が上記したように変化していれば、カムピースが正常にスライド動作しているとみなすことができる。

尚、本発明にかかる内燃機関の動弁システムにおいて、バルブ開弁特性を速やかに変更
する場合として、フェイル発生時とフューエルカット運転開始時を挙げたが、フューエルカット運転終了時、減筒運転（複数の気筒のうち一部の気筒のみ運転）の開始時、減筒運転の終了時などにおいても、制御手段は、特定手段により特定されたタイミングに従って、上記したような制御パラメータの変更タイミングを定めることができる。

また、本発明は、内燃機関と独立した原動機によってカムが回転又は揺動される動弁システムに好適である。その際の原動機としては、電動モータや圧力モータなどを例示することができる。

本発明によれば、バルブ開弁特性を速やかに変更する必要が生じた場合に、バルブ開弁特性が正常に変更されたタイミングを特定することができるため、バルブ開弁特性の変更に伴う制御パラメータの変更を適正なタイミングで行えるようになる。

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。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対位置等は、別段の記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明にかかる内燃機関の動弁システムを適用する内燃機関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（燃焼室）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、前記吸気ポート６へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１２が取り付けられている。吸気通路６０は、新気（空気）を吸気ポート６へ導く通路である。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は排気通路７０と連通しており、前記した既燃ガスが排気ポート７から排気通路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に基づいて吸気側駆動機構１０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番気筒を各々表している。尚、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。

吸気側駆動機構１０は、第１吸気カムシャフト８０と第２吸気カムシャフト８１を備えている。これら第１吸気カムシャフト８０と第２吸気カムシャフト８１とは同軸に配置されている。また、第１吸気カムシャフト８０と第２吸気カムシャフト８１とは、互いに独立して回転可能且つ軸方向へスライド可能な状態で内燃機関１に支持されている。

第１吸気カムシャフト８０には、１番気筒（＃１）の吸気バルブ８を開閉するためのカムグループ８２と４番気筒（＃４）の吸気バルブ８を開閉駆動するためのカムグループ８２とが設けられている。

各カムグループ８２は、カムプロフィールが異なる２つのカム８２ａ、８２ｂを軸方向に配列して構成されている。図２に示す例では、カム８２ａのカムプロフィールは、カム８２ｂのカムプロフィールよりバルブリフト量が多くなるように形成されている。さらに、カム８２ｂのカムプロフィールは、ピストン３が上死点に位置する時に吸気バルブ８のリフト量が最大になってもバルブスタンプが発生しないように形成されている。

一方、第２吸気カムシャフト８１には、２番気筒（＃２）の吸気バルブ８を開閉駆動するためのカムグループ８３と３番気筒（＃３）の吸気バルブ８を開閉駆動するためのカムグループ８３とが設けられている。

各カムグループ８３は、カムプロフィールが異なる２つのカム８３ａ，８３ｂを軸方向に配列して構成されている。図２に示す例では、カム８３ａのカムプロフィールは、カム８３ｂのカムプロフィールよりバルブリフト量が多くなるように形成されている。さらに、カム８３ｂのカムプロフィールは、ピストン３が上死点に位置する時に吸気バルブ８のリフト量が最大になってもバルブスタンプが発生しないように形成されている。

尚、カム８２ａとカム８３ａは、同等のカムプロフィールを有するものとする。カム８２ｂとカム８３ｂも、同等のカムプロフィールを有するものとする。

以下、第１吸気カムシャフト８０に設けられたカムグループ８２を第１カムグループ８２と称し、第２吸気カムシャフト８１に設けられたカムグループ８３を第２カムグループ８３と称する。また、第１カムグループ８２のカム８２ａを第１高リフトカム８２ａと称し、カム８２ｂを第１低リフトカム８２ｂと称する。さらに、第２カムグループ８３のカム８３ａを第２高リフトカム８３ａと称し、カム８３ｂを第２低リフトカム８３ｂと称する。

各気筒２には、２本の吸気バルブ８が設けられている。各気筒２の２本の吸気バルブ８は、１つのバルブリフタ８４と連結されている。各バルブリフタ８４は、図示しないバルブスプリングの付勢力によって第１カムグループ８２の何れか一方のカム、又は第２カムグループ８３の何れか一方のカムに押し付けられている。

第１吸気カムシャフト８０の一端には、第１ドリブンギア８５が取り付けられている。第１吸気カムシャフト８０は、第１ドリブンギア８５に対して軸方向へスライド自在であり且つ周方向へ回転不能である。すなわち、第１吸気カムシャフト８０と第１ドリブンギア８５とは周方向へ一体的に回転可能であり且つ軸方向へ相対移動可能である。第１ドリ
ブンギア８５は、第１モータ１８の出力軸に固定された第１出力ギア１９と噛合している。

この場合、第１モータ１８の回転トルクは、第１ドリブンギア８５及び第１出力ギア１９を介して第１吸気カムシャフト８０へ伝達される。よって、第１モータ１８は、第１ドリブンギア８５及び第１出力ギア１９を介して第１吸気カムシャフト８０を周方向へ回転させることができる。

このようにして第１吸気カムシャフト８０が回転させられると、第１カムグループ８２の何れか一方のカムがバルブリフタ８４を介して１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）の吸気バルブ８を開閉可能となる。

尚、前記した第１モータ１８には、該第１モータ１８の出力軸の回転位置を検出する第１レゾルバ２０が取り付けられている。第１レゾルバ２０の検出信号は、ＥＣＵ１４に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８０には、該第１吸気カムシャフト８０の回転位置を判別するための第１カムポジションセンサ３００が取り付けられている。第１カムポジションセンサ３００の検出信号は、ＥＣＵ１４に入力されるようになっている。

一方、第２吸気カムシャフト８１の外周面の一部には、第２ドリブンギア８６が同軸に取り付けられている。第２吸気カムシャフト８１は、第２ドリブンギア８６に対して軸方向へスライド自在であり且つ周方向へ回転不能である。すなわち、第２吸気カムシャフト８１と第２ドリブンギア８６とは周方向へ一体的に回転可能であり且つ軸方向へ相対移動可能である。第２ドリブンギア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出力ギア２２と噛合している。

この場合、第２モータ２１の回転トルクは、第２ドリブンギア８６、中間ギア８７、及び第２出力ギア２２を介して第２吸気カムシャフト８１へ伝達される。よって、第２モータ２１は、第２ドリブンギア８６、中間ギア８７、及び第２出力ギア２２を介して第２吸気カムシャフト８１を周方向へ回転させることができる。

このようにして第２吸気カムシャフト８１が回転させられると、第２カムグループ８３の何れか一方のカムがバルブリフタ８４を介して２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）の吸気バルブ８を開閉させる。

尚、第２モータ２１には、該第２モータ２１の出力軸の回転位置を検出する第２レゾルバ２３が取り付けられている。第２レゾルバ２３の検出信号は、ＥＣＵ１４に入力されるようになっている。また、第２吸気カムシャフト８１には、該第２吸気カムシャフト８１の回転位置を判別するための第２カムポジションセンサ３１０が取り付けられている。第２カムポジションセンサ３１０の検出信号は、ＥＣＵ１４に入力されるようになっている。

ところで、上記した吸気側駆動機構１０において、高リフトカム８２ａ，８３ａと低リフトカム８２ｂ，８３ｂとの切り換えを行う場合は、第１吸気カムシャフト８０及び第２吸気カムシャフト８１を軸方向へスライドさせる必要がある。

しかしながら、第１吸気カムシャフト８０及び第２吸気カムシャフト８１のスライドは、吸気バルブ８の開弁期間中に行うことができない。これは、吸気バルブ８の開弁期間中に第１吸気カムシャフト８０又は第２吸気カムシャフト８１をスライドさせようとすると、高リフトカム８２ａ，８３ａ又は低リフトカム８２ｂ，８３ｂのカムノーズがバルブリ
フタ８４に干渉してしまうからである。よって、第１吸気カムシャフト８０及び第２吸気カムシャフト８１のスライドは、吸気バルブ８の閉弁期間中に行う必要がある。

図３は、第１吸気カムシャフト８０と第２吸気カムシャフト８１の位相を示すタイミングチャートである。尚、図３中において、破線は高リフトカム８２ａ，８３ａの位相を示し、実線は低リフトカム８２ｂ，８３ｂの位相を示している。また、図３に示す例では、高リフトカム８２ａ，８３ａの作用角と低リフトカム８２ｂ，８３ｂの作用角とは同一（９０度）である。

図３において、第１吸気カムシャフト８０のカム８２ａ，８２ｂにより開閉駆動される吸気バルブ８（１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）の吸気バルブ８）の閉弁期間（図３中のＬ２，Ｌ４）と、第２吸気カムシャフト８１のカム８３ａ，８３ｂにより開閉駆動される吸気バルブ８（２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）の吸気バルブ８）の閉弁期間（図３中のＬ１，Ｌ３）とは重複しない。

従って、第１吸気カムシャフト８０と第２吸気カムシャフト８１とを同時にスライドさせることはできない。そこで、第１吸気カムシャフト８０と第２吸気カムシャフト８１との各々にアクチュエータ２４ａ，２４ｂが取り付けられるようにした。

以下では、第１吸気カムシャフト８０を軸方向へスライドさせるためのアクチュエータ２４ａを第１アクチュエータ２４ａと称し、第２吸気カムシャフト８１を軸方向へスライドさせるためのアクチュエータ２４ｂを第２アクチュエータ２４ｂと称する。

ここで、第１アクチュエータ２４ａの構成について述べる。第２アクチュエータ２４ｂの構成は第１アクチュエータ２４ａの構成と同様であるため、説明を省略する。

図４は、第１アクチュエータ２４ａの構成を示す図である。図４に示す第１アクチュエータ２４ａは、第１吸気カムシャフト８０の回転方向に働く力（言い換えれば、第１モータ１８の発生動力及び第１吸気カムシャフト８０の回転慣性力）の一部を利用して該第１吸気カムシャフト８０を軸方向へスライドさせるアクチュエータである。

図４において、第１吸気カムシャフト８０の外周面には、周方向へ螺旋状に延在する螺旋状溝８０１が形成されている。また、螺旋状溝８０１の近傍の内燃機関１には、該螺旋状溝８０１の内部に対して進入／退去可能な可動ピン２４０と、該可動ピン２４０を前記螺旋状溝８０１へ進入させるための動力を発生する駆動部２４１と、が配置されている。

前記した螺旋状溝８０１は、図５に示すように、第１吸気カムシャフト８０により開閉される吸気バルブ８の閉弁期間（例えば、図３中のＬ２又はＬ４）中に該第１吸気カムシャフト８０が回転する範囲Ｌｃ（９０度）に設けられる。

すなわち、第１吸気カムシャフト８０の回転方向（図５中の矢印Ｒｎが示す方向）における螺旋状溝８０１の基端の位置は、１番気筒（＃１）の吸気バルブ８が閉弁する位置ＩＶＣ１（若しくは４番気筒（＃４）の吸気バルブ８が閉弁する位置ＩＶＣ４）と一致する。また、第１吸気カムシャフト８０の回転方向Ｒｎにおける螺旋状溝８０１の終端の位置は、４番気筒（＃４）の吸気バルブ８が開弁する位置ＩＶＯ４（若しくは１番気筒（＃１）の吸気バルブ８が開弁する位置ＩＶＯ１）と一致する。

螺旋状溝８０１の基端及び終端において、第１吸気カムシャフト８０の外周面８０２と螺旋状溝８０１の底面８０１ａとは、緩やかに傾斜した緩斜面８０１ｂによって連続している。

尚、第１吸気カムシャフト８０の軸方向において、螺旋状溝８０１の基端と終端とのオフセット量は、第１吸気カムシャフト８０のスライド量（言い換えれば、軸方向における第１高リフトカム８２ａと第１低リフトカム８２ｂとの相対距離）と同量である。

このように構成された第１アクチュエータ２４ａにおいて、第１吸気カムシャフト８０が図４及び図５に示した回転方向Ｒｎへ回転している時に、駆動部２４１が可動ピン２４０を進出させる。可動ピン２４０は、先ず第１吸気カムシャフト８０の周面に当接する。そして、第１吸気カムシャフト８０の回転によって周方向における可動ピン２４０の位置と螺旋状溝８０１の基端の位置とが一致すると、可動ピン２４０の先端が螺旋状溝８０１内に進入する。

可動ピン２４０の先端が螺旋状溝８０１内に進入した状態で第１吸気カムシャフト８０が回転し続けると、図６に示すように、第１吸気カムシャフト８０が可動ピン２４０の位置を基準にして軸方向（図６中の矢印Ｘ１が示す方向）へスライドする。

その後、周方向における可動ピン２４０の位置と螺旋状溝８０１の終端の位置とが一致すると、可動ピン２４０が前記した緩斜面８０１ｂによって徐々に退行させられ、最終的には第１吸気カムシャフト８０の外周面８０２の位置まで退行させられる。その結果、第１吸気カムシャフト８０のスライド動作が完了する。

尚、第１吸気カムシャフト８０を前記したスライド方向Ｘ１と逆方向へスライドさせる場合は、第１吸気カムシャフト８０が前記した回転方向Ｒｎと逆方向へ回転している時に駆動部２４１が可動ピン２４０を進出させればよい。その場合、可動ピン２４０は螺旋状溝８０１内を終端から基端へ逆行するため、第１吸気カムシャフト８０が前記スライド方向Ｘ１と逆方向へスライドすることになる。

但し、第１吸気カムシャフト８０が逆回転不可能な場合は、可動ピンと螺旋状溝との組合せが２組取り付けられるようにしてもよい。その場合の２つの螺旋状溝は、互いに対称な形状を有するものとする。

また、第１高リフトカム８２ａの作用角と第１低リフトカム８２ｂの作用角とが相違する場合は、各々のカムの位相に適した螺旋状溝を設けるようにしてもよく、或いは螺旋状溝の形状を作用角が大きい方のカムの位相に適合させるようにしてもよい。尚、第１低リフトカム８２ｂが零リフトカムである場合は、螺旋状溝と可動ピンとの組合せは１組で足りる。

以上述べた第１アクチュエータ２４ａによれば、第１吸気カムシャフト８０の回転方向に働く力の一部を利用して該第１吸気カムシャフト８０を軸方向へスライドさせることができる。従って、駆動部２４１は、可動ピン２４０を進出させる動力のみを発生させればよいことになる。その結果、第１アクチュエータ２４ａの小型化を図ることができるとともに、第１アクチュエータ２４ａの作動に起因した消費エネルギ量を少なくすることができる。

また、第１吸気カムシャフト８０が軸方向へスライドするタイミングは螺旋状溝８０１の配置及び形状によって必然的に決まるため、ＥＣＵ１４は第１アクチュエータ２４ａの作動タイミング（駆動部２４１が可動ピン２４０を進出させるタイミング）を１番気筒（＃１）の吸気バルブ８が閉弁するタイミングＩＶＣ１（若しくは４番気筒（＃４）の吸気バルブ８が閉弁するタイミングＩＶＣ４）と同期させる必要もない。その結果、第１アクチュエータ２４ａの制御ロジックも簡素化することが可能になる。

さらに、第１吸気カムシャフト８０を軸方向へスライドさせるための動力として該第１吸気カムシャフト８０の回転方向に作用する力（第１モータ１８の発生動力及び第１吸気カムシャフト８０の回転慣性力）を利用するため、第１吸気カムシャフト８０のスライド動作は該第１吸気カムシャフト８０の回転速度が高くなるほど速くなる。その結果、第１吸気カムシャフト８０の回転速度が高い時（言い換えれば、機関回転数が高い時）であっても、第１高リフトカム８２ａと第１低リフトカム８２ｂとの切り換えを速やかに行うことが可能となる。

このように構成された動弁システムにおいて、第１吸気カムシャフト８０及び第２吸気カムシャフト８１は、本発明にかかるカムピースに相当する。また、第１吸気カムシャフト８０と第１アクチュエータ２４ａとの組合せ、及び第２吸気カムシャフト８１と第２アクチュエータ２４ｂとの組合せは、本発明にかかる可変動弁機構に相当する。

ところで、動弁システムにフェイルが発生した場合は、ピストン３と吸気バルブ８との干渉（バルブスタンプ）を避けつつ内燃機関１を退避運転させることが望ましい。その際、吸気バルブ８の開弁特性が切り換わったタイミングに基づいて、内燃機関１の燃焼に係わる制御パラメータも変更する必要がある。

内燃機関１が退避運転される場合は、燃焼安定性を可及的に高める必要があるため、ＥＧＲ停止、蒸発燃料のパージ停止、排気浄化装置（三元触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等）の再生処理停止、或いは過給機による過給停止等を図ることが好ましい。つまり、吸気バルブ８の開弁特性が切り換えられる場合は、目標ＥＧＲガス量、目標パージ量、目標燃料噴射量、目標燃料噴射時期、目標点火時期、目標過給圧等の制御パラメータも変更することが望ましい。

しかしながら、上記したような各種制御パラメータが不用意に変更されると、内燃機関１の燃焼安定性が却って損なわれ、内燃機関１が退避運転を継続することができなくなる可能性もある。

そこで、本実施例の内燃機関の動弁システムは、吸気バルブ８の開弁特性が正常に切り換わったタイミングに基づいて、上記した各種制御パラメータの値を変更するようにした。

以下、動弁システムにフェイルが発生した場合の制御手順について図７に沿って説明する。図７は、フェイル発生時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、予めＥＣＵ１４のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１４によって周期的に実行される。

図７の制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１４は先ずＳ１０１の処理を実行する。Ｓ１０１では、ＥＣＵ１４は、フェイル検出処理を実行する。

具体的には、ＥＣＵ１４は、第１カムポジションセンサ３００及び第２カムポジションセンサ３１０が正常であるか否か、第１モータ１８及び第２モータ２１の要求トルクが適正であるか否か、第１モータ１８及び第２モータ２１の温度が適正であるか否か、第１モータ１８及び第２モータ２１の印加電圧又は印加電流が適正であるか否か、第１モータ１８及び第２モータ２１の回転速度と目標回転速度との差が許容範囲に収まっているか否か、第１レゾルバ２０及び第２レゾルバ２３が正常であるか否か、等の判別処理を行う。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１４は、前記Ｓ１０１のフェイル検出処理においてフェイルが検
出されたか否かを判別する。Ｓ１０２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、Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４はＳ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１４は、前記Ｓ１０１で検出されたフェイル発生状態が所定時間以上継続しているか否かを判別する。これは、Ｓ１０１のフェイル検出処理に利用される信号が外乱等の影響により一時的に異常な値を示したのか、或いは故障・異常により信号が異常な値を示したのかを判別するためである。

Ｓ１０３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、Ｓ１０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４はＳ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１４は、第１モータ１８および／または第２モータ２１の回転速度を制御可能であるか否かを判別する。

第１モータ１８および／または第２モータ２１の回転速度を制御可能なフェイルとしては、第１カムポジションセンサ３００および／または第２カムポジションセンサ３１０の異常、第１モータ１８および／または第２モータ２１の要求トルクの異常、第１モータ１８および／または第２モータ２１の温度の異常、第１モータ１８および／または第２モータ２１の印加電圧の異常、第１モータ１８および／または第２モータ２１の印加電流の異常、第１モータ１８および／または第２モータ２１の回転速度の過上昇、等を例示することができる。

一方、第１モータ１８および／または第２モータ２１の回転速度を制御不可能なフェイルとしては、第１レゾルバ２０および／または第２レゾルバ２３の異常、或いは、第１モータ１８および／または第２モータ２１の駆動回路や電力供給系の異常、等を例示することができる。

Ｓ１０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４はＳ１０５へ進む。Ｓ１０５では、ＥＣＵ１４は、第１吸気カムシャフト８０および／または第２吸気カムシャフト８１の位相とクランクシャフト５の位相とが同期しているか否かを判別する。この判別は、第１レゾルバ２０および／または第２レゾルバ２３の検出信号とクランクポジションセンサ１５の検出信号とを参照して行われる。

Ｓ１０５において肯定判定された場合は、バルブスタンプが発生する可能性がある。このため、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０６において、低リフトカム８２ｂ，８３ｂがバルブ駆動用カムとなるように第１アクチュエータ２４ａおよび／または第２アクチュエータ２４ｂを制御する。尚、フェイル発生時のバルブ駆動用カムが低リフトカム８２ｂ，８３ｂである場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０６の処理をスキップしてもよい。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ１４は、バルブ駆動用カムの切り換えが正常に完了したか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ１４は、第１吸気カムシャフト８０及び第２吸気カムシャフト８１が正常にスライド動作を完了したか否かを判別する。

前記した判別は、ＥＣＵ１４が第１アクチュエータ２４ａ及び第２アクチュエータ２４ｂの制御を開始した時点から所定期間内における第１アクチュエータ２４ａ及び第２アクチュエータ２４ｂの負荷に基づいて行われる。所定期間は、正常時のスライド動作に要する時間である。

図８は、第１吸気カムシャフト８０が正常にスライド動作した場合における第１アクチ
ュエータ２４ａの負荷（駆動部２４１の要求負荷）を示す図である。尚、第１アクチュエータ２４ａの駆動部２４１は、電力を動力源として可動ピン２４０を駆動するものとする。

図８において、ＥＣＵ１４から駆動部２４１へ制御信号が送信されると（図８中のｔ１）、駆動部２４１の駆動電流が増加し始める。次いで、可動ピン２４０が第１吸気カムシャフト８０の周面に当接すると（図８中のｔ２）、可動ピン２４０の進出量が制限されるため、駆動部２４１の駆動電流の増加率が高くなる。続いて、可動ピン２４０の位置と螺旋状溝８０１の基端の位置とが一致すると（図８中のｔ３）、可動ピン２４０が螺旋状溝８０１内に進入可能になるため、駆動部２４１の駆動電流が増加傾向から減少傾向へ変化する。その後、可動ピン２４０の位置と螺旋状溝８０１の終端の位置とが一致（スライド動作完了）すると（図８中のｔ４）、可動ピン２４０が螺旋状溝８０１内から第１吸気カムシャフト８０の周面へ押し戻されるため、駆動部２４１の駆動電流が減少傾向から増加傾向に変化する。

このように第１吸気カムシャフト８０が正常にスライド動作すると、駆動部２４１の負荷（駆動電流）が特異な変化を示す。これに対し、第１吸気カムシャフト８０が正常にスライド動作しない場合は、駆動部２４１の負荷が一定値を示したり、単調に増加したりする。

従って、ＥＣＵ１４は、前記したｔ１からｔ４までの期間（所定期間）における第１アクチュエータ２４ａの負荷をモニタすることにより、第１吸気カムシャフト８０が正常にスライド動作したか否かを判別することができる。

また、ＥＣＵ１４は、前記ｔ１からｔ３までの期間において駆動部２４１の負荷が増加しており、且つ前記ｔ３からｔ４までの期間において駆動部２４１の負荷が減少していることを条件に、第１吸気カムシャフト８０が正常にスライド動作したと判定してもよい。

さらに、ＥＣＵ１４は、前記ｔ１からｔ４までの期間において、極大値（図８中ｔ３における負荷の値）と極小値（図８中ｔ４における負荷の値）とが検出されたことを条件に、第１吸気カムシャフト８０が正常にスライド動作したと判定してもよい。

前記したｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４のタイミングは、第１吸気カムシャフト８０の回転速度によって変化する。第１吸気カムシャフト８０の回転速度は、第１レゾルバ２０の測定値から演算することができる。よって、ＥＣＵ１４は、第１レゾルバ２０の測定値に応じて前記所定期間（或いは、ｔ２、ｔ３、ｔ４のタイミング）を特定してもよい。

尚、ＥＣＵ１４は、第２吸気カムシャフト８１が正常にスライド動作したか否かについても同様の手順で判別を行うものとする。

ここで図７に戻り、ＥＣＵ１４は、前記Ｓ１０７において第１吸気カムシャフト８０及び第２吸気カムシャフト８１のスライド動作が正常に完了したと判定された場合は、Ｓ１０８へ進む。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ１４は、内燃機関１を退避運転させるべく各種制御パラメータを変更する。例えば、ＥＣＵ１４は、機関回転数の許容上限値を低下させて内燃機関１の運転を継続する。さらに、ＥＣＵ１４は、目標ＥＧＲガス量、目標パージ量、及び目標過給圧を零に設定する。尚、アフター噴射や点火遅角などを利用した排気浄化装置の再生処理が行われていた場合は、ＥＣＵ１４は、アフター噴射を停止するとともに点火時期を標準の点火時期に戻す。

このような方法により内燃機関１が退避運転されると、機関回転数の低下に伴い、第１モータ１８及び第２モータ２１の回転速度が低下するため、第１モータ１８および／または第２モータ２１の要求トルクの異常、第１モータ１８および／または第２モータ２１の温度の異常、第１モータ１８および／または第２モータ２１の印加電圧の異常、第１モータ１８および／または第２モータ２１の印加電流の異常、或いは、第１モータ１８および／または第２モータ２１の回転速度の過上昇等が解消される可能性がある。さらに、ＥＧＲ処理の停止、パージ処理の停止、過給機による過給停止、及び排気浄化装置の再生処理停止により、内燃機関１の燃焼安定性を確保することが可能となる。その結果、内燃機関１が退避運転を継続しやすくなる。

ＥＣＵ１４は、前記Ｓ１０８の処理を実行し終えた場合、或いは前記Ｓ１０５において否定判定した場合に、Ｓ１０９へ進む。Ｓ１０９では、ＥＣＵ１４は、動弁システムが正常な状態に復旧したか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ１４は、前記Ｓ１０１で検出されたフェイルが継続しているか否かを判別する。

Ｓ１０９において動弁システムが正常な状態に復旧したと判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１１０へ進む。Ｓ１１０では、ＥＣＵ１４は、内燃機関１の運転状態及び動弁システムの運転状態を通常の運転状態に復帰させる。その際、バルブ駆動用カムの切り換えが必要であれば、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０７，Ｓ１０８の処理と同様に、第１吸気カムシャフト８０及び第２吸気カムシャフト８１のスライド動作を確認した上で、制御パラメータを変更する。

尚、前記したＳ１０４、Ｓ１０７、或いはＳ１０９において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１１１へ進む。Ｓ１１１では、ＥＣＵ１４は、内燃機関１の運転及び動弁システムの運転を停止させる。その際、ＥＣＵ１４は、内燃機関１を搭載した車両の運転者へ故障の発生及び内燃機関１の運転停止を報知することが好ましい。この報知方法としては、車室内に設けられた音声出力装置や表示装置を利用する方法が考えられる。

このようにＥＣＵ１４が図７の制御ルーチンを実行すると、本発明にかかる特定手段、試行手段、及び制御手段が実現される。その結果、第１吸気カムシャフト８０及び第２吸気カムシャフト８１が正常にスライド動作した場合には、内燃機関１の好適な退避運転を実現することが可能となる。

尚、本実施例では、動弁システムのフェイル発生時を例に挙げたが、吸気バルブ８の開閉動作を休止させる場合や、吸気バルブ８を休止状態から復帰させる場合等においても、第１吸気カムシャフト８０及び第２吸気カムシャフト８１のスライド動作が完了したタイミングに従って、燃料噴射や点火の停止／再開が行われてもよい。

また、本実施例では、内燃機関と独立した原動機（第１モータ１８、第２モータ２１）によりカムが回転される動弁システムを例に挙げたが、内燃機関の出力軸（クランクシャフト）によってカムが回転される動弁システムにも適用可能であることは勿論である。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 第１の実施例における吸気側駆動機構の概略構成を示す図である。 第１吸気カムシャフト及び第２吸気カムシャフトの位相を示すタイミングチャートである。 第１アクチュエータの構成を示す図である。 螺旋状溝の形状及び配置を示す図である。 第１アクチュエータの動作を示す図である。 動弁システムにフェイルが発生した時にＥＣＵが実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。 第１吸気カムシャフトが正常にスライド動作した場合における第１アクチュエータの負荷を示す図である。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
５・・・・・クランクシャフト
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
１５・・・・クランクポジションセンサ
１６・・・・水温センサ
１８・・・・第１モータ
１９・・・・第１出力ギア
２０・・・・第１レゾルバ
２１・・・・第２モータ
２２・・・・第２出力ギア
２３・・・・第２レゾルバ
２４ａ・・・第１アクチュエータ
２４ｂ・・・第２アクチュエータ
２５・・・・スライド機構
６０・・・・吸気通路
７０・・・・排気通路
８０・・・・第１吸気カムシャフト
８１・・・・第２吸気カムシャフト
８２・・・・第１カムグループ
８２ａ・・・第１高リフトカム
８２ｂ・・・第１低リフトカム
８３・・・・第２カムグループ
８３ａ・・・第２高リフトカム
８３ｂ・・・第２低リフトカム
８４・・・・バルブリフタ
８５・・・・第１ドリブンギア
８６・・・・第２ドリブンギア
８７・・・・中間ギア
１００・・・支持部材
１００ａ・・条溝
２４０・・・可動ピン
２４１・・・駆動部
３００・・・第１カムポジションセンサ
３１０・・・第２カムポジションセンサ
８０１・・・螺旋状溝
８０１ａ・・底面
８０１ｂ・・緩斜面
８０２・・・外周面
８１０・・・溝
８１１・・・突起

Claims (9)

1. バルブの開弁特性を変更可能な内燃機関の動弁システムにおいて、
   複数のカムが軸方向に配列されたカムピースを軸方向へスライドさせることにより、バルブ駆動用のカムを切り換える可変動弁機構と、
   前記カムピースがスライド動作したか否かを判別するとともに、前記スライド動作が完了するタイミングを特定する特定手段と、
   を備え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、前記特定手段により前記カムピースがスライド動作したと判定された場合に、該特定手段により特定されたタイミングに従って内燃機関の燃焼に係わる制御パラメータを変更する制御手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の動弁システム。
3. 請求項２において、フェイル発生時にバルブ駆動用カムを切り換えるべく前記可変動弁機構の制御を試行する試行手段をさらに備え、
   前記特定手段は、前記試行手段により前記可変動弁機構の制御が試行された時に、前記カムピースがスライド動作したか否かを判別するとともに、前記スライド動作の完了タイミングを特定し、
   前記制御手段は、前記特定手段により前記カムピースがスライド動作したと判定された場合に、該特定手段により特定されたタイミングに従って前記制御パラメータを変更することを特徴とする内燃機関の動弁システム。
4. 請求項３において、前記制御手段は、前記特定手段により前記カムピースがスライド動作しないと判定された場合は、内燃機関の運転を停止させることを特徴とする内燃機関の動弁システム。
5. 請求項２において、前記内燃機関がフューエルカット運転される時にバルブ駆動用カムを切り換えるべく前記可変動弁機構を制御する切換制御手段をさらに備え、
   前記特定手段は、前記切換制御手段により前記可変動弁機構が制御された時に、前記カムピースがスライド動作したか否かを判別するとともに、前記スライド動作の完了タイミングを特定し、
   前記制御手段は、前記特定手段により前記カムピースがスライド動作したと判定された場合に、該特定手段により特定されたタイミングに従って前記制御パラメータの値をフューエルカット運転に適した値へ変更することを特徴とする内燃機関の動弁システム。
6. 請求項１乃至５の何れか一項において、前記可変動弁機構は、カムの回転力を利用して前記カムピースを軸方向へスライドさせるアクチュエータを具備し、
   前記特定手段は、前記アクチュエータに対する制御開始タイミングとカムの回転速度とに基づいて、前記スライド動作の完了タイミングを特定することを特徴とする内燃機関の動弁システム。
7. 請求項６において、前記特定手段は、前記アクチュエータの負荷に基づいて、前記カムピースがスライド動作したか否かを判別することを特徴とする内燃機関の動弁システム。
8. 請求項７において、前記アクチュエータは、前記カムピースと連動する回転体の外周面に螺旋状に形成された螺旋状溝と、前記螺旋状溝に対して進入／退去自在な可動ピンと、前記可動ピンを進退駆動させる駆動部と、を具備し、
   前記特定手段は、前記駆動部の負荷の履歴に基づいて、前記カムピースがスライド動作したか否かを判別することを特徴とする内燃機関の動弁システム。
9. 請求項１乃至８の何れか一項において、前記カムは、前記内燃機関と独立した原動機によって回転或いは揺動さ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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