JP2010007638A - 内燃機関の動弁システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の動弁システムにおいて、故障したセンサの代わりに他のセンサを使用しても制御軸の回転位置をより高精度に目標位置に合わせることができる技術を提供する。
【解決手段】動弁システムを構成する部材の位置を測定する第１センサと、該部材の位置が所定位置となっていることを検知する第２センサと、を気筒群毎に備え、一の気筒群に備わる第１センサが故障したときは、他の気筒群に備わる第１センサにより測定される位置に基づいて該一の気筒群における作用角の制御を行い、且つ所定条件が成立したときに該一の気筒群に備わる第２センサにより検知される位置に基づいて該一の気筒群に備わる制御軸の回転位置と他の気筒群に備わる制御軸の回転位置とを合わせる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁のリフト特性を変更可能な動弁システムに関する。

カムとバルブとの間に介在する制御軸を駆動源で回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、該バルブの作用角を変化させることができる。この内燃機関の動弁システムにおいて、制御軸等の回転角度を測定するセンサを備えていると、このセンサにより検出される回転角度に基づいて作用角のフィードバック制御を行うことができる。そして、センサが故障したときには機関運転状態に基づいて作用角のオープンループ制御を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、センサを２つ備える技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

しかし、２つのセンサの取り付け位置が異なるとセンサの分解能が異なる場合がある。また、コストを低減させるために、２つのセンサの性能が異なる場合もある。これらの場合、センサを切り替えることによりフィードバック制御の精度が低下する虞がある。つまり、適切な作用角を得られない虞がある。そうすると、特に小作用角時に吸入空気量のばらつきが大きくなり、燃費が悪化する虞がある。また、例えばＶ型エンジン等の気筒群を複数備えた内燃機関では、どのような制御を行うのか従来では考慮されていなかった。
特開２００２−５４４６６号公報 特開平１１−３１１５８９号公報 特開２００４−１１５３２号公報 特開２００７−１６２５７９号公報 特開２００５−１６３４０号公報 特開２００４−３２４４５８号公報 特開２００６−２１４３８６号公報

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、故障したセンサの代わりに他のセンサを使用しても制御軸の回転位置をより高精度に目標位置に合わせることができる技術の提供にある。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の動弁システムは、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の動弁システムは、
複数の気筒群を備え、気筒群毎にカムとバルブとの間に介在する制御軸を回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、該バルブの作用角を変化させる内燃機関の動弁システムにおいて、
前記制御軸を回転または揺動させる駆動源と、
前記駆動源からの駆動力を前記制御軸に伝達する伝達装置と、
前記駆動源から前記制御軸までの間に備わる部材の位置を測定する第１センサと、
前記駆動源から前記制御軸までの間に備わる部材の位置が所定位置となっていることを検知する第２センサと、
前記第１センサにより測定される位置に基づいて作用角を制御する制御手段と、
前記第１センサの故障判定を行う判定手段と、
を気筒群毎に備え、
前記制御手段は、
前記判定手段により一の気筒群に備わる第１センサが故障していると判定される前は、該一の気筒群に備わる第１センサにより測定される位置に基づいて該一の気筒群における作用角のフィードバック制御を行い、
前記判定手段により一の気筒群に備わる第１センサが故障していると判定された後は、他の気筒群に備わる第１センサにより測定される位置に基づいて該一の気筒群における作用角の制御を行い、且つ所定条件が成立したときに該一の気筒群に備わる第２センサにより検知される位置に基づいて該一の気筒群に備わる制御軸の回転位置と他の気筒群に備わる制御軸の回転位置とを合わせることを特徴とする。

カムとバルブとの間に介在する制御軸を変位させることで、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変更することができる。これにより、バルブが開く時期を変更するこができるため、該バルブの作用角を変更することもできる。

なお、バルブの作用角は、バルブが開いているときのクランク角度の変化量としても良い。このクランク角度に代えて、カムシャフトの回転角度としても良い。以下、作用角といった場合には、このバルブの作用角を指すものとする。

駆動源から制御軸までの間には、駆動源、伝達装置、制御軸が含まれる。駆動源から制御軸までの間に備わる部材とは、駆動源、伝達装置、または制御軸の構成部材を指す。つまり、第１センサは、駆動源、伝達装置、または制御軸の構成部材の位置を測定する。例えば駆動源の回転角、伝達装置に備わるギヤ等の回転角、または制御軸の回転角を測定する。伝達装置にはギヤが複数備わっていても良い。

また、第２センサは、上記何れかの部材の位置が所定位置となっているかを検知する。この所定位置は、複数存在していても良い。例えば駆動源、伝達装置に備わるギヤ等、または制御軸が特定の回転角となっていることを検知する。つまり、上記何れかの部材の位置が所定位置またはその近傍となっていない場合には、位置を特定することができない。そのため、第２センサのみで作用角のフィードバック制御を行うと精度が低くなる。

そして、本発明では複数の気筒群を備えている。各気筒群には、１つ以上の気筒が備わる。そして、気筒群毎に制御軸が備えられている。何れかの気筒群で第１センサが故障する前は、気筒群毎に備わる第１センサからの出力信号に基づいて夫々の気筒群の駆動源が制御される。つまり、各気筒群において、夫々の気筒群に備わる第１センサの出力値を用いて作用角のフィードバックを行う。

一方、一の気筒群に備わる第１センサが故障したときには、他の気筒群に備わる第１センサにより測定される位置に基づいて、該一の気筒群における作用角の制御を行う。ここで、他の気筒群における制御量と、一の気筒における制御量との関係を予め求めておいても良い。他の気筒群における作用角のフィードバック制御を行うときの制御量を用いて一の気筒群における作用角の制御を行っても良い。各気筒群に備わる駆動源、伝達装置、制御軸が夫々同じ種類のものであれば、駆動源の作動量と、制御軸の回転位置の変化量と、の関係はどの気筒群でもほとんど同じとなる。すなわち、夫々の気筒群で駆動源の作動量を揃えれば、制御軸の回転位置の変化量はほとんど同じとなる。つまり、一の気筒群に備わる制御軸が、他の気筒群に備わる制御軸と同じように回転しているものとして制御を行うことができる。また、駆動源の作動量と、制御軸の回転位置の変化量と、の関係が気筒群毎に異なる場合であっても、これらの関係を予め記憶しておけば、他の気筒群に備わる第１センサの出力値に基づいて一の気筒群に備わる制御軸の回転位置を制御することができる。

しかし、一の気筒群における制御軸では、第１センサによる位置の測定が行われていないため、実際の回転位置が目標値からずれることがある。これに対し本発明では、一の気筒群に備わる第２センサにより検知される位置に基づいて各気筒の制御軸の回転位置を合わせている。つまり、第２センサが所定位置を検知したときに、第１センサによる測定値がずれていた場合には、位置の補正を行う。

このように、一の気筒群に備わる第２センサを用いて一の気筒群に備わる制御軸の回転位置を修正することにより、一の気筒群における作用角を目標値に正確に合わせることができる。また、一の気筒群の第２センサのみを用いて一の気筒群の作用角を制御することと比較して、他の気筒群の第１センサを用いることにより、制御の精度を高くすることができる。

本発明においては、前記判定手段により一の気筒群に備わる第１センサが故障していると判定された後であって、他の気筒群の制御値を用いて該一の気筒群における作用角の制御を行う前に、前記一の気筒群に備わる制御軸と、前記他の気筒群に備わる制御軸と、を最小作用角とすることができる。

つまり、一の気筒群に備わる制御軸と、他の気筒群に備わる制御軸とを、最小作用角となる位置まで回転させて夫々の制御軸間の位置合わせを行う。そして、そこから一の気筒群と他の気筒群との制御軸を、他の気筒群の制御値に基づいて制御する。なお、最小作用角とするのは、作用角が小さくなる方向に制御軸が付勢されているため、作用角を小さくするほうが大きくするよりも短時間で行うことができるからである。また、最小作用角とは、制御軸が作動できなくなる限界値としても良い。

本発明によれば、故障したセンサの代わりに他のセンサを使用しても制御軸の回転位置をより高精度に目標位置に合わせることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

＜実施例１＞
［システムの構成］
図１及び図２は、実施例１のシステム構成を説明するための図である。図１は内燃機関１を横方向に切断した断面図であり、図２は複数の気筒２のうちの１気筒のみを縦方向に切断した断面図である。本実施例１のシステムでは、Ｖ型８気筒の内燃機関１を備えている。内燃機関１は、右バンク１Ｒと左バンク１Ｌとを備えて構成されている。各バン１Ｌ，１Ｒクには、４つの気筒２が備わる。なお、本実施例では右バンク１Ｒと左バンク１Ｌとに夫々気筒群が１つ備わる。

内燃機関１は、内部にピストン３を有するシリンダブロック４を備えている。ピストン３は、クランク機構を介してクランクシャフト５と接続されている。クランクシャフト５の近傍には、クランク角センサ６が設けられている。クランク角センサ６は、クランクシャフト５の回転角度（すなわち、クランク角）を検出するように構成されている。

シリンダブロック４の上部にはシリンダヘッド８が組み付けられている。ピストン３上面からシリンダヘッド８までの空間は燃焼室１０を形成している。

シリンダヘッド８は、燃焼室１０に通じる吸気ポート１２を備えている。また、シリン
ダヘッド８には、吸気通路２６が接続されている。吸気ポート１２は、吸気通路２６と燃焼室１０とを連通している。この吸気ポート１２と燃焼室１０との接続部には吸気バルブ１４が設けられている。本実施例１のシステムは、気筒毎に設けられた複数の吸気ポート１２に対応して複数の吸気バルブ１４を備えている。図２には、吸気ポート１２と吸気バルブ１４とをそれぞれ１つずつ示している。吸気バルブ１４と吸気カム軸１５に設けられた吸気カム１６との間には、可変動弁装置１８が設けられている。可変動弁装置１８は、吸気バルブ１４の開弁特性を機械的に変更可能に構成されている。なお、可変動弁装置１８の詳細については、後述する。そして、吸気通路２６には、スロットル２７が備わる。

また、シリンダヘッド８は、燃焼室１０に通じる排気ポート２８を備えている。排気ポート２８と燃焼室１０との接続部には排気バルブ２９が設けられている。

また、本実施例のシステムは、電子制御装置としてのＥＣＵ６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、可変動弁装置１８やスロットル２７等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ６の他、運転者がアクセルペダル２３を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ２４等が接続されている。ＥＣＵ６０は、各センサの出力に基づいて、燃料噴射制御や点火時期制御のような内燃機関１全体の制御を実行する。

また、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ６の出力に基づいて、機関回転数を算出する。さらに、ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ２４の出力に基づいて、機関負荷を算出する。また、ＥＣＵ６０には、バッテリ２５が接続されており、このバッテリ２５から後述する電動モータ８６へ電力が供給される。

［可変動弁装置の構成］
図３は、可変動弁装置１８の構成を説明するための斜視図である。図３に示すように、吸気カム軸１５には、１気筒当たり２つの吸気カム１６，１７が設けられている。そして、主カムである第１吸気カム１６を中心にして、２つの吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒが左右対称に配置されている。第１吸気カム１６と吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒとの間には、第１吸気カム１６の回転運動に各吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒのリフト運動を連動させる可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒがそれぞれ設けられている。一方、第２吸気カム１７は、第１吸気カム１６との間で、第２吸気バルブ１４Ｒを挟むようにして配置されている。第２吸気カム１７と第２吸気バルブ１４Ｒとの間には、第２吸気カム１７の回転運動に第２吸気バルブ１４Ｒのリフト運動を連動させる固定動弁機構７０が設けられている。本可変動弁装置１８は、第２吸気バルブ１４Ｒのリフト連動の連動先を、可変動弁機構４０Ｒと固定動弁機構７０との間で選択的に切り換えることができるように構成されている。なお、本実施例では、固定動弁機構７０の説明は省略する。

（１）可変動弁機構の構成
図４は、図３に示す可変動弁装置１８における可変動弁機構４０の構成を説明するための図である。具体的には、図４は、可変動弁機構４０を吸気カム軸１５の軸方向から見た図である。尚、左右の可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒは、基本的には、第１吸気カム１６に対して対称形であるので、ここでは左右の可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒを区別することなくその構成を説明する。また、本明細書および図面では、左右の可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒを区別しないときには、単に可変動弁機構４０と表記する。同様に、可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒの各構成部品や吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒ等の対称に配置されている部品については、特に区別をする必要がある時以外は、左右を区別するＬ、Ｒの記号は付けないものとする。

図４に示すように、ロッカーアーム３５は吸気バルブ１４によって支持されている。可
変動弁機構４０は、第１吸気カム１６とロッカーアーム３５との間に介在している。可変動弁機構４０は、第１吸気カム１６の回転運動とロッカーアーム３５の揺動運動との連動状態を連続的に変化させるように構成されている。

可変動弁機構４０は、吸気カム軸１５と平行に配置された制御軸４１を有している。制御軸４１は、回転駆動可能に構成されている。また、図４に示すように、制御軸４１には、制御アーム４２がボルト４３によって固定されている。制御アーム４２の一部は、制御軸４１の径方向に突出している。制御アーム４２の突出部には、中間アーム４４がピン４５によって取り付けられている。ピン４５は、制御軸４１の中心から偏心した位置に配置されている。よって、中間アーム４４は、ピン４５を中心にして揺動するように構成されている。中間アーム４４の先端部には、後述するローラ５２，５３が回転可能に設けられている。

制御軸４１には、揺動カムアーム５０が揺動可能に支持されている。揺動カムアーム５０は、第１吸気カム１６に対向する側に、スライド面５０ａを有している。スライド面５０ａは、第２ローラ５３に接触するように形成されている。スライド面５０ａは、第２ローラ５３が揺動カムアーム５０の先端側から制御軸４１の軸中心側に向かって移動するほど、第１吸気カム１６との間隔が徐々に狭まるような曲面で形成されている。また、揺動カムアーム５０は、スライド面５０ａの反対側に、揺動カム面５１を有している。揺動カム面５１は、揺動カムアーム５０の揺動中心からの距離が一定となるように形成された非作用面５１aと、非作用面５１ａから離れた位置ほど制御軸４１の軸中心からの距離が遠
くなるように形成された作用面５１ｂとで構成されている。

スライド面５０ａと第１吸気カム１６の周面との間には、第１ローラ５２と第２ローラ５３が配置されている。より具体的には、第１ローラ５２は、第１吸気カム１６の周面と接触するように配置されている。また、第２ローラ５３は、揺動カムアーム５０のスライド面５０ａに接触するように配置されている。第１ローラ５２と第２ローラ５３とは、上記中間アーム４４の先端部に固定された連結軸５４によって回転自在に支持されている。中間アーム４４は、ピン４５を支点として揺動するので、これらのローラ５２，５３もピン４５から一定距離を保ちながらスライド面５０ａおよび第１吸気カム１６の周面に沿って揺動する。

また、揺動カムアーム５０には、バネ座５０ｂが形成されている。このバネ座５０ｂには、ロストモーションスプリング３８の一端が掛けられている。ロストモーションスプリング３８の他端は、内燃機関１の静止部位に固定されている。ロストモーションスプリング３８は圧縮バネである。ロストモーションスプリング３８から受ける付勢力により、揺動カムアーム５０のスライド面５０ａが第２ローラ５３に押し当てられ、更に、第１ローラ５２が第１吸気カム１６に押し当てられる。これにより、第１ローラ５２及び第２ローラ５３は、スライド面５０ａと第１吸気カム１６の周面とに両側から挟み込まれた状態で位置決めされる。

揺動カムアーム５０の下方には、上記ロッカーアーム３５が配置されている。ロッカーアーム３５には、揺動カム面５１に対向するようにロッカーローラ３６が設けられている。ロッカーローラ３６は、ロッカーアーム３５の中間部に回転自在に取り付けられている。ロッカーアーム３５の一端は、バルブ１４のバルブシャフト１４ａによって支持されており、ロッカーアーム３５の他端は、油圧式ラッシュアジャスタ３７によって回転自在に支持されている。リフト作動の際、バルブシャフト１４ａは、バルブスプリング１４ｂによって、閉方向、すなわち、ロッカーアーム３５を押し上げる方向に付勢されている。ロッカーローラ３６は、この付勢力と油圧式ラッシュアジャスタ３７によって揺動カムアーム５０の揺動カム面５１に押し当てられている。

上述した可変動弁機構４０の構成によれば、第１吸気カム１６の回転に伴って、第１吸気カム１６の押圧力が第１ローラ５２及び第２ローラ５３を介してスライド面５０ａに伝達される。その結果、揺動カム面５１とロッカーローラ３６との接点が非作用面５１ａから作用面５１ｂにまで及ぶと、ロッカーアーム３５が押し下げられ、バルブ１４が開弁する。

また、可変動弁機構４０の構成によれば、制御軸４１の回転角度を変化させると、スライド面５０ａ上における第２ローラ５３の位置が変化し、リフト動作時の揺動カムアーム５０の揺動範囲が変化する。より具体的には、制御軸４１を図４における反時計回り方向に回転させると、スライド面５０ａ上における第２ローラ５３の位置が揺動カムアーム５０の先端側に移動する。そうすると、第１吸気カム１６の押圧力が伝達されることで揺動カムアーム５０が揺動動作を開始した後に、現実にロッカーアーム３５が押圧され始めるまでに要する揺動カムアーム５０の回転角度は、制御軸４１が図４における反時計回り方向に回転するほど大きくなる。つまり、制御軸４１を図４における反時計回り方向に回転させることにより、バルブ１４の作用角及びリフト量を小さくすることができる。逆に、制御軸４１を時計回り方向に回転させることにより、バルブ１４の作用角及びリフト量を大きくすることができる。

［伝達装置の構成］
図５は、本実施例に係る伝達装置８０の概略構成図である。本実施例では各バンク１Ｌ，１Ｒに伝達装置８０が取り付けられており、右バンク１Ｒには伝達装置８０Ｒが、左バンク１Ｌには伝達装置８０Ｌが取り付けられている。なお、各バンク１Ｌ，１Ｒに取り付けられている伝達装置８０Ｌ，８０Ｒの構造は同じため、バンクの区別をしないで説明する。また、本明細書および図面では、左右の伝達装置８０Ｌ，８０Ｒを区別しないときには、単に伝達装置８０と表記する。同様に、伝達装置８０Ｌ，８０Ｒの各構成部品等で各バンク１Ｌ，１Ｒに配置されている部品については、特に区別をする必要がある時以外は、左右のバンクを区別するＬ、Ｒの記号は付けないものとする。

本実施例では、電動モータ８６により制御軸４１が駆動される。そして、電動モータ８６からの駆動力を制御軸４１へ伝達するために伝達装置８０が備わる。

ここで、制御軸４１の一端には、該制御軸４１の中心軸を中心として揺動する扇形ギヤ８１が固定されている。この扇形ギヤ８１の回転角度と、制御軸４１の回転角度とは等しくなる。この扇形ギヤ８１は、減速ギヤ８２と噛み合っている。

減速ギヤ８２の中心には、制御軸４１と平行に配置される連結軸８３の一端が接続されている。減速ギヤ８２は、連結軸８３の中心軸を中心として回転する。また、連結軸８３の他端は、ウォームホイール８４の中心に接続されている。ウォームホイール８４は、連結軸８３を中心として回転する。つまり、減速ギヤ８２と連結軸８３とウォームホイール８４とは、回転角度が等しくなる。

そして、ウォームホイール８４には、ウォーム８５が噛み合っている。このウォーム８５は、電動モータ８６に接続されており、該電動モータ８６と同期して回転する。よって、制御軸４１は、電動モータ８６により回転駆動可能に構成されている。

このように、伝達装置８０は、扇形ギヤ８１、減速ギヤ８２、連結軸８３、ウォームホイール８４、ウォーム８５により構成されている。

ウォーム８５には、該ウォーム８５の回転角度を測定する第１センサ９１が備わる。ま
た、制御軸４１には、該制御軸４１の回転角度を測定する第２センサ９２が備わる。第２センサ９２は、扇形ギヤ８１の回転角度を測定しているともいえる。なお、本実施例においては電動モータ８６が、本発明における駆動源に相当する。

ここで図６は、ウォーム８５の回転角度と第１センサ９１の出力電圧との関係を示した図である。第１センサ９１は、ウォーム８５の回転角度に応じて出力電圧が変化するため、該ウォーム８５の回転角度を高精度に測定することができる。しかし、第２センサ９２は、第１センサ９１と比較すると、測定精度が劣る。

図７は、第２センサ９２および該第２センサ９２が検知する突起８７，８８，８９を制御軸４１の軸線方向から見た図である。制御軸の表面には、大作用角用突起８７、中作用角用突起８８、小作用角用突起８９の３つの突起が設置されている。なお、本実施例では、突起を３つ設置しているが、突起の数は３つに限らない。各突起８７，８８，８９は、制御軸４１が回転したときに、第２センサ９２の真下を通過するように等間隔に設置されている。つまり、制御軸４１の中心軸と直交する平面で該制御軸４１を切断したときに、各突起８７，８８，８９は、同一平面で切断される。そして、大作用角用突起８７は、作用角が比較的大きなときに第２センサ９２の真下に位置するように設置される。中作用角用突起８８は、作用角が中程度のときに第２センサ９２の真下に位置するように設置される。さらに、小作用角用突起８９は、作用角が比較的小さなときに第２センサ９２の真下に位置するように設置される。第２センサ９２は、何れかの突起が真下を通過する際に、出力電圧が変化する。

ここで、図８は、制御軸４１の回転角度に対する出力電圧を示した図である。第２センサ９２の近傍に突起８７，８８，８９が位置するときに、該第２センサ９２から出力される電圧が変動する。つまり、第２センサ９２は、予め設定された３つの作用角の近傍を含んで測定することができる。しかし、大作用角と中作用角との間、及び中作用角と小作用角との間では、制御軸４１が回転しても電圧が変化しないため、該制御軸４１の回転角度を求めることができない。つまり、第２センサ９２は、予め設定された大、中、小の３つの作用角となっているか又はその近傍となっていることを検知することができる。

［実施例１の特徴］
本実施例では、第１センサ９１が正常の場合には、第１センサ９１により得られる回転角度に基づいて、夫々のバンク１Ｌ，１Ｒで作用角のフィードバック制御を行う。つまり、第１センサ９１により得られるウォーム８５の回転角度が、作用角の目標値に対応する回転角度となるように、夫々のバンク毎に電動モータ８６を制御する。

しかし、一方のバンクの第１センサ９１が故障した場合には、他方のバンクの第１センサ９１の出力値に基づいて、両バンクの作用角のフィードバック制御を行う。なお、本実施例では、右バンク１Ｒの第１センサ９１Ｒが故障し、左バンク１Ｌの第１センサ９１Ｌの出力値に基づいて作用角のフィードバック制御を行うことについて説明する。なお、以下説明するにあたり、右バンク１Ｒを「一方」とし、左バンク１Ｌを「他方」とする。

まず、一方の第１センサ９１Ｒが故障したと判定された場合には、両バンク１Ｌ，１Ｒの制御軸４１を最小作用角となるまで回転させる。この最小作用角となるまでとは、例えば扇形ギヤ８１の回転範囲を制限するために設けられた部材に当たるまでとすることができる。

なお、本実施例では、作用角が変化する範囲を適正な範囲に制限するために、扇形ギヤ８１の回転角度を制限する下限側制限部８１１と、上限側制限部８１２と、が備わる。ここで、図９は、扇形ギヤ８１と下限側制限部８１１及び上限側制限部８１２との関係を示
した図である。下限側制限部８１１及び上限側制限部８１２は、夫々シリンダヘッド８の非作動部に固定されている。下限側制限部８１１は、扇形ギヤ８１が作用角の小さくなる方向へ回転しすぎないように、作用角が小さくなる方向の回転角度を制限する。扇形ギヤ８１が下限側制限部８１１に接しているときには、作用角が下限値となる。一方、上限側制限部８１２は、扇形ギヤ８１が作用角の大きくなる方向へ回転しすぎないように、作用角が大きくなる方向の回転角度を制限する。扇形ギヤ８１が上限側制限部８１２に接しているときには、作用角が上限値となる。

つまり、電動モータ８６を最小作用角側に回転させれば、扇形ギヤ８１が下限側制限部８１１に当たるため、最小作用角となったときに制御軸４１の回転は停止する。このようにして、両制御軸４１Ｌ，４１Ｒが停止するまで電動モータ８６Ｌ，８６Ｒを作動させることにより、両制御軸４１Ｌ，４１Ｒを最小作用角に合わせることができる。また、制御軸４１にはロストモーションスプリング３８からの付勢力が最小作用角側にかかっているため、最大作用角とするよりも最小作用角側とするほうが、該制御軸４１を速やかに回転させることができる。

このような状態から、他方の第１センサ９１Ｌの出力信号に基づいて、両電動モータ８６Ｌ，８６Ｒへ等しい電力を供給しつつ、他方のバンクにおいて作用角のフィードバック制御を行う。つまり、両電動モータ８６Ｌ，８６Ｒへ等しい電力を供給すれば、両制御軸４１Ｌ，４１Ｒが同角度回転するとして制御を行う。

しかし、一方の第１センサ９１Ｒが故障した状態が長く続くと、両制御軸４１Ｌ，４１Ｒの回転角度がずれる虞がある。そこで、本実施例では、所定の条件が成立したときに、一方の第２センサ９２Ｒの出力信号に基づいて、一方の制御軸４１Ｒの回転角度を修正する。このときに、他方の第１センサ９１Ｌの出力信号が、一方の第２センサ９２Ｒで検知可能な３つの作用角の何れか１つ（例えば小作用角）に対応する値となったときに、一方の第２センサ９２Ｒで該作用角が検知されるように一方の制御軸４１Ｒを回転させる。つまり、一方の第２センサ９２Ｒで得られる作用角と、他方の第１センサ９１Ｌで得られる作用角と、を合わせる。このようにすることで、両制御軸４１Ｌ，４１Ｒが同角度となるため、他方の第１センサ９１Ｌの出力信号で両バンク１Ｌ，１Ｒの作用角のフィードバック制御を行ったときの精度を高めることができる。

次に、図１０は、本実施例による第１センサ９１故障時の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間ごとにＥＣＵ６０により繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ６０は、第１センサ９１が故障しているか否か判定する。例えば、夫々のバンク１Ｌ，１Ｒにおいて、第１センサ９１と第２センサ９２との夫々から得られる作用角に閾値以上の差がある場合には第１センサ９１が故障していると判定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ１０１を処理するＥＣＵ６０が、本発明における判定手段に相当する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ６０は、両バンク１Ｌ，１Ｒの制御軸４１Ｌ，４１Ｒを最小作用角となるまで回転させる。つまり、扇形ギヤ８１を下限側制限部８１１に当てる。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ６０は、故障していないほうの（他方の）第１センサ９１Ｌの出力信号に基づいて、両バンクの電動モータ８６を制御する。つまり、作用角のフィードバック制御を行う。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ６０は、故障しているほうの（一方の）制御軸４１Ｒの回転角度を修正する所定の条件が成立しているか否か判定する。例えば、前回修正時から所定の時間が経過しているときに所定条件が成立しているとする。また、内燃機関１の運転条件が変化したとき所定条件が成立しているとする。つまり、本ステップでは、一方の制御軸４１Ｒの回転角度を修正する必要があるか否か判定している。

ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方否定判定がなされた場合には再度ステップＳ１０４が実行される。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ６０は、一方の第２センサ９２Ｒの出力信号に基づいて、一方の制御軸４１Ｒの回転角度を修正する。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ６０は、夫々のバンク１Ｌ，１Ｒに備わる第１センサ９１Ｌ，９１Ｒの出力信号に基づいて、夫々のバンク１Ｌ，１Ｒの電動モータ８６を制御する。つまり、作用角のフィードバック制御を行う。なお、本実施例ではステップＳ１０３，１０４，１０５，１０６を処理するＥＣＵ６０が、本発明における制御手段に相当する。

このようにして、一方の第１センサ９１Ｒが故障した場合であっても、一方の制御軸４１Ｒを他方の第１センサ９１Ｌの出力信号に基づいて連続的にフィードバック制御することができるため、作用角が目標値からずれることを抑制できる。これにより、燃費の悪化等を抑制することができる。

＜実施例２＞
本実施例では、第１センサ９１が故障したときに第２センサ９２の出力信号に基づいて作用角のフィードバック制御を行う。なお、本実施例に係る内燃機関１はＶ型ではなく、可変動弁装置１８を１つだけ備えている。つまり、第１センサ９１及び第２センサ９２が各１つ設けられている。ただし、可変動弁装置１８の構成は実施例１と同じため、装置の説明は省略する。

まず、本実施例では、制御軸４１の回転角度を第２センサ９２の出力信号と関連付けてＥＣＵ６０に常時記憶させる。つまり、第２センサ９２が、どの突起８７，８８，８９の間に位置しているのか常時記憶させる。これにより、第１センサ９１が故障したときに、第２センサ９１がどの突起８７，８８，８９の間にあるのか分かる。そして、第１センサ９１が故障したときには、第２センサ９２の出力信号に基づいて電動モータ８６を作動させる。

ここで、通常は、作用角を調節することにより、内燃機関１の吸入空気量を調節している。例えば、作用角を小さくして吸入空気量を少なくしている。しかし、第２センサ９２により作用角のフィードバック制御を行う場合には、作用角にばらつきが出るため、吸入空気量に過不足が生じる虞がある。このような場合には、スロットルを操作することにより吸入空気量を調節すれば良い。つまり、本実施例では、第１センサ９１が故障したときに、吸入空気量の制御を、作用角の調節によるものから、スロットル開度の調節によるものに切り替える。

また、第２センサ９１の出力信号に基づく制御は、マップを用いて行う。このマップは、機関回転数と、機関負荷と、目標となる突起と、の関係を示すマップであり、予め実験等により最適値を求めてＥＣＵ６０に記憶させておく。すなわち、機関回転数及び機関負荷に応じてどの突起８７，８８，８９を目標にするのかを決定し、該目標となる突起８７，８８，８９が検知されるまで制御軸４１を回転させる。つまり、本実施例では、第２セ
ンサ９１の出力信号に基づいて作用角を制御するときには、大、中、小の３通りの作用角の中から適切な作用角が選択される。

第２センサ９２がどの突起８７，８８，８９の間にあるのかは、ＥＣＵ６０に記憶されている。つまり、そこから何回電圧変化が生じれば、目標となる突起に到達するのか判断できる。そして、目標となる突起が、第２センサ９２の真下を通過するまで、電動モータ８６を回転させる。さらに、電圧が検出されたときに電動モータ８６を停止させる。このときには、目標となる突起を通過しているため、今度は電動モータ８６を逆回転させて、目標となる突起に更に近づける。これを何回か繰り返しても良い。このようにして、３つの目標作用角の何れかに合わせることができる。なお、突起の数を増やすことにより、より適切な作用角を選択することも可能である。

次に、図１１は、本実施例による第１センサ９１故障時の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間ごとにＥＣＵ６０により繰り返し実行される。

ステップＳ２０１では、ＥＣＵ６０は、制御軸４１の回転角度を記憶する。つまり、第２センサ９２がどの突起の間に位置しているのか記憶される。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ６０は、第１センサ９１が故障しているか否か判定する。前記ステップＳ１０１と同じ処理がなされる。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ６０は、第２センサ９２による作用角のフィードバック制御に切り替える。

ステップＳ２０４では、ＥＣＵ６０は、スロットルによる吸入空気量制御に切り替える。

ステップＳ２０５では、ＥＣＵ６０は、マップに基づいて目標となる作用角を決定する。つまり、目標となる突起が決定される。

ステップＳ２０６では、ＥＣＵ６０は、電動モータ８６を作動させる。電動モータ８６の回転方向は、ステップＳ２０１で記憶されている制御軸４１の回転角度と、ステップＳ２０５で決定される突起とに基づいて決定される。つまり、目標となる突起に向かって電動モータ８６を作動させる。

ステップＳ２０７では、ＥＣＵ６０は、目標となる突起に対応する電圧が得られたか否か判定する。つまり、目標となる突起が第２センサ９２により検知されたか否か判定される。ステップＳ２０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０８へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ２０７を再度実行する。

ステップＳ２０８では、ＥＣＵ６０は、電動モータ８６を停止する。

ステップＳ２０９では、ＥＣＵ６０は、電動モータ８６を今までとは逆方向に回転させる。

ステップＳ２１０では、ＥＣＵ６０は、目標となる突起に対応する電圧が得られたか否か判定する。つまり、第２センサ９２により、目標となる突起が検知されたか否か判定される。ステップＳ２１０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１１へ進み、一方否
定判定がなされた場合にはステップＳ２１０を再度実行する。

ステップＳ２１１では、ＥＣＵ６０は、電動モータ８６を停止させる。このようにして、制御軸４１を目標角度に合わせることができる。

以上説明したように本実施例によれば、第１センサ９１が故障しても、第２センサ９２を用いて作用角のフィードバック制御を行うことができる。これにより、車両を走行させることができたり、燃費の悪化を抑制したりできる。

＜実施例３＞
本実施例では、実施例２で説明した作用角のフィードバック制御で、第１センサ９１が故障する前に制御軸４１の回転角度を記憶していない場合について説明する。その他の装置等については実施例２と同じため説明を省略する。

制御軸４１の回転角度を記憶していない場合には、第１センサ９１の故障後に、第２センサ９２からの出力信号がどの突起８７，８８，８９のものなのか学習する必要がある。そこで、本実施例では、第１センサ９１が故障したと判定された場合には、制御軸４１を最小作用角となるまで回転させる。つまり、扇形ギヤ８１が下限側制限部８１１に当たるまでとすることができる。

その後は、制御軸４１の回転方向と、第２センサ９２からの信号の出力回数と、に基づいて、第２センサ９２からの信号がどの突起により出力されたのか判定することができる。つまり、大、中、小の何れの作用角となっているのか検知できる。その後の制御は実施例２と同じである。なお、本実施例では、図１１に示したフローにおいて、ステップＳ２０１は実行せず、ステップＳ２０５とステップＳ２０６との間で制御軸４１を最小作用角とすれば良い。

このようにして、制御軸４１の回転位置を記憶していない場合であっても、第１センサ９１の故障後に、第２センサ９２を用いて作用角のフィードバック制御を行うことができる。これにより、車両を走行させることができたり、燃費の悪化を抑制したりできる。

実施例のシステム構成を説明するための図であって、内燃機関を横方向に切断した断面図である。 実施例のシステム構成を説明するための図であって、複数気筒のうちの１気筒のみを縦方向に切断した断面図である。 可変動弁装置の構成を説明するための斜視図である。 図３に示す可変動弁装置における可変動弁機構の構成を説明するための図である。 実施例に係る伝達装置の概略構成図である。 ウォームの回転角度と第１センサの出力電圧との関係を示した図である。 第２センサおよび突起を制御軸の軸線方向から見た図である。 制御軸の回転角度に対する出力電圧を示した図である。 扇形ギヤと下限側制限部及び上限側制限部との関係を示した図である。 実施例１による第１センサ故障時の制御フローを示したフローチャートである。 実施例２による第１センサ故障時の制御フローを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
１２ 吸気ポート
１４ 吸気バルブ
１４ｂ バルブスプリング
１５ 吸気カム軸
１６ 第１吸気カム
１７ 第２吸気カム
１８ 可変動弁装置
２３ アクセルペダル
２４ アクセル開度センサ
２５ バッテリ
２６ 吸気通路
２７ スロットル
４０ 可変動弁機構
４１ 制御軸
５０ 揺動カムアーム
６０ ＥＣＵ
８０ 伝達装置
８１ 扇形ギヤ
８２ 減速ギヤ
８３ 連結軸
８４ ウォームホイール
８５ ウォーム
８６ 電動モータ
８７ 大作用角用突起
８８ 中作用角用突起
８９ 小作用角用突起
９１ 第１センサ
９２ 第２センサ

Claims (2)

1. 複数の気筒群を備え、気筒群毎にカムとバルブとの間に介在する制御軸を回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、該バルブの作用角を変化させる内燃機関の動弁システムにおいて、
   前記制御軸を回転または揺動させる駆動源と、
   前記駆動源からの駆動力を前記制御軸に伝達する伝達装置と、
   前記駆動源から前記制御軸までの間に備わる部材の位置を測定する第１センサと、
   前記駆動源から前記制御軸までの間に備わる部材の位置が所定位置となっていることを検知する第２センサと、
   前記第１センサにより測定される位置に基づいて作用角を制御する制御手段と、
   前記第１センサの故障判定を行う判定手段と、
   を気筒群毎に備え、
   前記制御手段は、
   前記判定手段により一の気筒群に備わる第１センサが故障していると判定される前は、該一の気筒群に備わる第１センサにより測定される位置に基づいて該一の気筒群における作用角のフィードバック制御を行い、
   前記判定手段により一の気筒群に備わる第１センサが故障していると判定された後は、他の気筒群に備わる第１センサにより測定される位置に基づいて該一の気筒群における作用角の制御を行い、且つ所定条件が成立したときに該一の気筒群に備わる第２センサにより検知される位置に基づいて該一の気筒群に備わる制御軸の回転位置と他の気筒群に備わる制御軸の回転位置とを合わせることを特徴とする内燃機関の動弁システム。
2. 前記判定手段により一の気筒群に備わる第１センサが故障していると判定された後であって、他の気筒群の制御値を用いて該一の気筒群における作用角の制御を行う前に、前記一の気筒群に備わる制御軸と、前記他の気筒群に備わる制御軸と、を最小作用角とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁システム。

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