JP2010019189A - 弁制御機構の故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドに別途加工を施すことなくバルブリフト量の異常を検出可能にした弁制御機構の故障診断装置を提供する。
【解決手段】内燃機関にて開閉動作されるバルブのバルブリフト量を連続的に可変させるための制御軸５０に、該制御軸５０を軸方向に駆動するアクチュエータ６０の駆動軸６３が連結部材６４を介して連結されている。アクチュエータ６０のハウジング６０ａ内において駆動軸６３には磁石６９Ａが固定され、ハウジング６０ａには磁石６９Ａの変位を検出する磁気センサ６９Ｂが設けられている。電子駆動装置７０は、磁気センサ６９Ｂから入力される駆動軸６３に生じた変位を監視して、磁気センサ６９Ｂが変位を検出しなくなったときに制御軸５０と駆動軸６３の駆動力伝達系に異常が生じたこと判断してバルブリフト量の変化に異常が生じることを診断する。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関のバルブリフト量を連続的に可変させる弁制御機構にてバルブリフト量に生じる異常を検出する弁制御機構の故障診断装置に関する。

内燃機関に設けられた吸気バルブや排気バルブといった機関バルブには、機関運転状態に基づいてバルブリフト量を変更可能にする弁制御機構が採用されている。この種の弁制御機構には、一般にロッカアームの揺動範囲を制御するための制御軸がアクチュエータの駆動軸に連結されており、アクチュエータが機関運転状態に基づいて駆動することにより最適なバルブリフト量が実現されている。こうした機関バルブの制御は、機関出力や燃費効率、排気性状等の最適化を図るべく実行されるため、内燃機関の安定運転を維持する上では、その制御機構である弁制御機構の異常を的確に検出することが望まれている。

こうした弁制御機構の故障診断装置には、例えば特許文献１に記載される装置のように、アクチュエータへの駆動指令があるにも関わらず駆動軸の駆動量が変化していないことを判断条件として採用し、その判断結果に基づいて弁制御機構の故障を診断する技術が利用されている。
特開２００７−２０５２９６号公報

ところで、上述するバルブリフト量の制御にて異常が生じる事象としては、例えば上記アクチュエータの駆動軸と制御軸とを連結する連結具が負荷や振動などを原因として外れる場合など、アクチュエータの駆動力が制御軸へ伝達されていない状態が挙げられる。そこで上記弁制御機構の故障診断装置としては、こうした駆動軸と制御軸との間が連結状態であるか否かを故障の判断条件にすることが望まれている。

一方、特許文献１に記載の技術では、駆動軸の駆動量がアクチュエータへの駆動指令に応じた値であるか否かを判断条件とするために、駆動軸が駆動指令に基づいて駆動されている場合には、駆動軸と制御軸との間が仮に非連結状態であってもその状態を異常として判断できなくなる。また、制御軸の変位量を検出する変位センサをシリンダヘッドに搭載して同変位センサの検出値に基づいて連結状態を診断する技術が知られてはいるものの、この種の技術においては変位センサを搭載するための複雑な加工がシリンダヘッドに施されるために動弁系や燃料系等の複雑な機構を搭載するシリンダヘッドに一層の複雑化を招いてしまう。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、シリンダヘッドに別途加工を施すことなくバルブリフト量の異常を検出可能にした弁制御機構の故障診断装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、アクチュエータの駆動軸に連結された制御軸が前記駆動軸の駆動力を受けることにより機関バルブのバルブリフト量を可変制御する機構である弁制御機構を備えた内燃機関に適用されて前記弁制御機構における故障の有無を診断する弁制御機構の故障診断装置であって、前記アクチュエータには前記駆動軸に生じた変位を検出する軸変位検出手段が備えられ、前記機関バルブの動作に基づい
た力を前記制御軸から受けることによる前記駆動軸の変位が前記内燃機関の運転時に前記軸変位検出手段により検出されないことを条件に前記弁制御機構に故障がある旨を判断することをその要旨とする。

このような構成によれば、バルブリフト量を可変制御する制御軸とアクチュエータの駆動軸との間の非連結状態を故障の条件として診断できるようになる。これにより、制御軸が駆動軸による駆動制御を受けられないことによりバルブリフト量に異常が生じて内燃機関の安定運転を損なうおそれのある場合には、故障がある旨と診断することができる。こうした条件の下で故障診断を実行する上において、アクチュエータが軸変位検出手段を備えるために、軸変位検出手段が制御軸とともにシリンダヘッドに設けられる場合に必要とされるシリンダヘッドへの加工が不要となり、シリンダヘッドの構造の簡素化を図ることができる。さらに、軸変位検出手段としても、アクチュエータに設けられることによりシリンダヘッドに設けられる場合と比較してその耐熱性や耐油性が緩和されるようにもなる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の弁制御機構の故障診断装置において、前記機関バルブの動作に応じた前記駆動軸の周期的な変位が前記内燃機関の運転時に前記軸変位検出手段により検出されないことを条件に前記弁制御機構に故障がある旨を判断することをその要旨とする。

このような構成によれば、機関バルブの開弁または閉弁に基づく周期的な変位が駆動軸に生じていないことを条件に、弁制御機構に故障がある旨を診断できる。これにより、制御軸と駆動軸との間における連結状態あるいは非連結状態を精度良く検出することができるようになり、弁制御機構の故障診断装置としての診断精度を高めることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の弁制御機構の故障診断装置において、前記機関バルブの開弁動作及び閉弁動作に応じた前記駆動軸の周期的な変位が前記内燃機関の運転時に前記軸変位検出手段により検出されないことを条件に前記弁制御機構に故障がある旨を判断することをその要旨とする。

このような構成によれば、機関バルブの開弁及び閉弁に基づく周期的な変位が駆動軸に生じていないことを条件に、弁制御機構に故障がある旨を診断できる。これにより、機関バルブの開弁動作及び閉弁動作の双方に関して異常の有無を診断することができ、制御軸と駆動軸との間における連結状態あるいは非連結状態をさらに精度よく検出することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の弁制御機構の故障診断装置において、前記軸変位検出手段が前記駆動軸に設けられて磁束を形成する磁性体からの磁束の密度変化を検出する磁気センサであることをその要旨とする。

このような構成によれば、軸変位検出手段が駆動軸に生じた変位を非接触にて検出することができる。これにより、振動の多い内燃機関において軸変位検出手段による駆動軸への応力付与や摩擦による損傷などを回避でき、軸変位検出手段としての設置の容易性、長寿命化を図ることができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弁制御機構の故障診断装置において、前記弁制御機構は、前記駆動軸のその軸方向への駆動により前記制御軸が同軸方向へ変位して前記バルブリフト量を可変制御し、前記機関バルブの動作に基づいた力を前記制御軸から受ける前記駆動軸が前記力に応じてその周方向へ変位する機構であることをその要旨とする。

このような構成によれば、バルブリフト量を可変制御するための制御方向が軸方向であり、その軸方向と異なる方向である周方向の変位を用いて故障の有無を診断するため、可変制御の制御状態に関わらず制御軸と駆動軸との間における連結状態あるいは非連結状態を精度よく検出することができる。

以下、本発明を具体化した弁制御機構の故障診断装置についての一実施形態を図１〜図１０に従って説明する。図１は内燃機関の動弁系の配置態様を示す平面図であり、図２は同動弁系の一部断面構造を示す断面図である。

図１に示されるように、内燃機関のシリンダヘッド１０には排気弁開閉機構２０と吸気弁開閉機構３０とが気筒１１ごとに設けられている。このシリンダヘッド１０には、機関出力軸の回転に連動して回転する排気カムシャフト２２が各排気弁開閉機構２０に共有されるかたちで気筒１１の配列方向（軸方向）に沿って配設されており、その排気カムシャフト２２の外周には同排気カムシャフト２２とともに回転する排気カム２３が排気バルブ２１ごとに形成されている。またシリンダヘッド１０には、これも機関出力軸の回転に連動して回転する吸気カムシャフト３２が各吸気弁開閉機構３０に共有されるかたちで軸方向に沿って配設されており、その吸気カムシャフト３２の外周には同吸気カムシャフト３２とともに回転する吸気カム３３が吸気バルブ３１ごとに形成されている。

図２に示されるように、排気弁開閉機構２０の排気バルブ２１は、排気ポート１３を下方から塞ぐかたちで燃焼室１２に配置されており、その弁体２１ａの上側にはシリンダヘッド１０に挿通されるバルブシャフト２１ｂが上方に向けて延設されている。バルブシャフト２１ｂにおけるシリンダヘッド１０の上方には、排気バルブ２１をシリンダヘッド１０で支持するためのリテーナ２１ｃが固定されており、そのリテーナ２１ｃとシリンダヘッド１０の上面との間には排気バルブ２１を閉弁方向である上方に向けて付勢するスプリングＳＧ１が挟入されている。

このバルブシャフト２１ｂの上端には、上記排気カム２３の回転を受けることにより排気バルブ２１を開弁方向である下方に向けて移動するローラロッカアーム２４が当接している。ローラロッカアーム２４は、バルブシャフト２１ｂの上端とラッシュアジャスタ２５との間に架設されており、ラッシュアジャスタ２５に当接する基端を中心に揺動するように同ラッシュアジャスタ２５によって支持されている。ローラロッカアーム２４には、上記排気カム２３のカム面に摺接することにより排気カム２３に押下されるローラ２４ａが回動可能に軸支されている。こうしたローラロッカアーム２４では、排気カム２３が回転するときに、排気カム２３に押下されるローラ２４ａがローラロッカアーム２４を揺動させて、スプリングＳＧ１の付勢力に抗した排気バルブ２１の開弁とスプリングＳＧ１の付勢力に従う排気バルブ２１の閉弁とを繰り返させる。

吸気弁開閉機構３０の吸気バルブ３１は、吸気ポート１４を下方から塞ぐかたちで燃焼室１２に配置されており、その弁体３１ａの上側にはシリンダヘッド１０に挿通されるバルブシャフト３１ｂが上方に向けて延設されている。バルブシャフト３１ｂにおけるシリンダヘッド１０の上方には、上記排気バルブ２１と同様に吸気バルブ３１をシリンダヘッド１０で支持するためのリテーナ３１ｃが固定されており、そのリテーナ３１ｃとシリンダヘッド１０の上面との間には吸気バルブ３１を閉弁方向である上方に向けて付勢するスプリングＳＧ２が挟入されている。

バルブシャフト３１ｂの上端には、上記吸気カム３３からのバルブ駆動力を受けて吸気バルブ３１を開弁方向である下方に向けて移動するローラロッカアーム３４が配設されて
いる。ローラロッカアーム３４は、バルブシャフト３１ｂの上端とラッシュアジャスタ３５との間に架設されており、ラッシュアジャスタ３５に当接する基端を中心に揺動するように同ラッシュアジャスタ３５によって支持されている。ローラロッカアーム３４には、上記吸気カム３３からのバルブ駆動力を受けるローラ３４ａが回動可能に軸支されている。こうしたローラロッカアーム３４では、吸気カム３３が回転するときに、吸気カム３３からのバルブ駆動力を受けるローラ３４ａがローラロッカアーム３４を揺動させて、スプリングＳＧ２の付勢力に抗した吸気バルブ３１の開弁とスプリングＳＧ２の付勢力に従う吸気バルブ３１の閉弁とを繰り返させる。

吸気カム３３とローラロッカアーム３４との間には、吸気カム３３の回転をローラロッカアーム３４へ伝達するための弁制御機構４０が配設されている。弁制御機構４０は、シリンダヘッド１０に固定されて軸方向に沿って延びる支持パイプ４１と、上記吸気カムシャフト３２からのバルブ駆動力が入力される入力部４２と、入力部４２に入力されたバルブ駆動力を吸気バルブ３１へ伝達する出力部４３等を備えている。なお、この弁制御機構４０では、１つの気筒１１に設けられた２つの吸気バルブ３１に対応して１つの入力部４２と同入力部４２を軸方向で挟む２つの出力部４３とが設けられている。

入力部４２のハウジング４２ａは、支持パイプ４１が挿入される円筒状に形成されており、その径方向の外側に突出する入力アーム４２ｂの先端には吸気カム３３のカム面と摺接するローラ４２ｃが軸支されている。出力部４３のハウジング４３ａは、入力部４２と同じく支持パイプ４１が挿入される円筒状に形成されており、その径方向の外側に突出する出力アーム４３ｂの一側面には上記ローラ３４ａの周面と対向する断面凹状のカム面４３ｃが形成されている。上記入力部４２のハウジング４２ａと出力部４３のハウジング４３ａとは、支持パイプ４１に挿通された制御軸５０が軸方向へ移動することにより支持パイプ４１の軸心を中心に逆方向へ連れ周りするようになっている。

上記ローラロッカアーム３４のローラ３４ａの周面は、上記スプリングＳＧ２の付勢力Ｐｖを受けることにより、上記カム面４３ｃ及びハウジング４３ａのベース円部分に押し付けられて出力アーム４３ｂを図２の左回りＷ１へ付勢するようになっている。出力部４３と逆方向へ連れ回りする入力部４２では、こうした出力アーム４３ｂへの付勢により、ローラ４２ｃの周面が吸気カム３３のカム面に押し付けられて入力アーム４２ｂを図２の右回りＷ２へ付勢するようになっている。言い換えれば、これら入力アーム４２ｂと出力アーム４３ｂとが支持パイプ４１の軸心回りにおいてなす角度である相対位相角度θｖに対して、上記スプリングＳＧ２の付勢力Ｐｖは同相対位相角度θｖを常に減少させるように作用する。なお、この相対位相角度θｖが大きくなる場合には、出力アーム４３ｂの揺動範囲が拡大するために吸気バルブ３１の最大バルブリフト量が大きくなり、反対に相対位相角度θｖが小さくなる場合には、出力アーム４３ｂの揺動範囲が縮小するために最大バルブリフト量が小さくなる。

こうした吸気弁開閉機構３０では、図３（ａ）に示されるように、吸気カムシャフト３２が回転している場合であれ、入力部４２のローラ４２ｃが吸気カム３３のノーズ部分以外と摺接しているときには、ローラ４２ｃとシリンダヘッド１０との相対位置が維持されるために出力部４３が揺動しない。一方、図３（ｂ）に示されるように、入力部４２のローラ４２ｃが吸気カム３３のノーズ部分と摺接するときには、支持パイプ４１を軸として入力アーム４２ｂが右回り方向Ｗ２に回転し、これに伴って出力アーム４３ｂも同右回り方向Ｗ２に回転する。そして、こうした出力アーム４３ｂの回転によりローラロッカアーム３４が揺動し、この揺動を受ける吸気バルブ３１が付勢力Ｐｖに抗して開弁方向へバルブリフト量だけ変位する。

次に、上記弁制御機構４０の内部構造について図４を参照して詳細に説明する。なお、
図４は弁制御機構４０の内部構造を示す一部破断斜視図である。
図４に示されるように、弁制御機構４０における支持パイプ４１の外周には、１つの入力部４２と、同入力部４２を挟む２つの出力部４３とが配設されている。入力部４２及び出力部４３の各ハウジング４２ａ、４３ａは、それぞれ円筒状に形成されており、それらの内部には上記支持パイプ４１が挿通されている。入力部４２のハウジング４２ａ内周には、右ねじの螺旋状をなすヘリカルスプライン４２ｄが形成されており、出力部４３のハウジング４３ａ内周には、左ねじの螺旋状をなすヘリカルスプライン４３ｄが形成されている。

上記入力部４２及び２つの出力部４３の各ハウジング４２ａ、４３ａによって形成される一連の内部空間には、支持パイプ４１の外周に沿う円筒状のスライダギア４５が配設されている。スライダギア４５は、支持パイプ４１の軸方向に沿って往復動可能、かつ支持パイプ４１の周方向に沿って相対回動可能に外嵌されている。スライダギア４５の軸方向中央部の外周面には、入力部４２のハウジング４２ａに形成されたヘリカルスプライン４２ｄと噛合して右ねじの螺旋状をなすヘリカルスプライン４５ａが形成されている。また、スライダギア４５の軸方向両端部の外周面には、出力部４３のハウジング４３ａに形成されたヘリカルスプライン４３ｄと噛合して左ねじの螺旋状をなすヘリカルスプライン４５ｂがそれぞれ形成されている。スライダギア４５の外周面においてこれらヘリカルスプライン４５ａとヘリカルスプライン４５ｂとの間には、ヘリカルスプライン４５ａ、４５ｂに比して小さい外径からなる小径部４５ｃが形成されている。

スライダギア４５の内側には、支持パイプ４１の外周面から径方向に広がる収容部４５ｄが軸方向に沿って形成されており、支持パイプ４１の外周面とその収容部４５ｄとの間には、支持パイプ４１の外周面に沿う円弧板状のブッシュ４６が嵌入されている。このブッシュ４６は、収容部４５ｄの内周面に沿って摺動可能な形状に形成されており、その軸方向における両端面（端面４６ｓ）が収容部４５ｄにおける軸方向の両側面（摺動面４５ｓ）に沿ってそれぞれ摺動可能に配設されている。こうしたスライダギア４５及びブッシュ４６では、収容部４５ｄに収容されたブッシュ４６とスライダギア４５との軸方向への相対移動が規制されて、同ブッシュ４６とスライダギア４５との周方向への相対移動のみが許容される。

支持パイプ４１の内部には、軸方向に延びる制御軸５０が支持パイプ４１に対して軸方向へ相対移動可能に挿通されている。支持パイプ４１の外周面における上記収容部４５ｄと対応する位置には、軸方向に沿って延びるガイド孔４１ａが径方向に沿って貫通形成されており、そのガイド孔４１ａの内部には上記制御軸５０と上記ブッシュ４６とを連結するガイドピン４８が挿通されている。

以上のように構成される弁制御機構４０では、支持パイプ４１（シリンダヘッド１０）に対して制御軸５０が軸方向へ相対移動するとき、制御軸５０に連結されたブッシュ４６は支持パイプ４１のガイド孔４１ａに沿って移動する。この際、ブッシュ４６とスライダギア４５との間では周方向への相対移動のみが許容されるために、ブッシュ４６と支持パイプ４１とが軸方向へ相対移動するに伴い、スライダギア４５も支持パイプ４１に対して軸方向へ相対移動する。このようにスライダギア４５と支持パイプ４１とが軸方向に相対移動すると、入力部４２及び出力部４３とスライダギア４５とがそれぞれ逆方向のヘリカルスプラインにより噛合しているために、入力アーム４２ｂと出力アーム４３ｂとが逆方向に回転する。これにより、支持パイプ４１の軸心回りにおける入力アーム４２ｂと出力アーム４３ｂとの相対位相が変更される。そしてこの相対位相の変更によりローラロッカアーム３４の揺動範囲が変更され、吸気バルブ３１の最大リフト量及び吸気バルブ３１の開弁期間に相当する作用角が連続的に変更可能となる。

図５に示されるように、上記制御軸５０の端部には、シリンダヘッド１０に取付けられた電動式アクチュエータ（アクチュエータ）６０が連結されており、そのアクチュエータ６０には、同アクチュエータ６０の駆動を制御するための電子駆動装置（ＥＤＵ）７０がそれに一体に設けられている。このＥＤＵ７０は電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。

アクチュエータ６０のハウジング６０ａの内部には、筒状に形成されて外周に永久磁石を有したロータ６１が複列アンギュラ式のベアリングＢＲを介してハウジング６０ａに回動可能に取付けられており、そのロータ６１の外側には上記ＥＤＵ７０に接続されたコイルＣＬを有するステータ６２が配設されている。ロータ６１の内周面には軸線Ｌを中心に右ねじの螺旋状をなすヘリカルスプラインが形成されており、そのロータ６１の内側には複数の遊星ギアＧＲを介してロータ６１に連結された駆動軸６３が挿通されている。駆動軸６３は、ロータ６１の内側からハウジング６０ａの外側へ延びるようにハウジング６０ａの挿通孔６０ｈに挿通支持されており、その駆動軸６３の先端には上記制御軸５０が連結部材６４により連結されている。

上記複数の遊星ギアＧＲは、ロータ６１の周方向に沿ってロータ６１と駆動軸６３との間に等配されており、その外周面にはロータ６１のヘリカルスプラインと噛合して左ねじの螺旋状をなすヘリカルスプラインが形成されている。駆動軸６３の外周面においてこの遊星ギアＧＲと連結される部分には、遊星ギアＧＲのヘリカルスプラインと噛合して右ねじの螺旋状をなすヘリカルスプラインが形成されている。こうしたアクチュエータ６０では、ＥＣＵ８０が把握する機関運転状態に基づいてアクチュエータ６０に対するデューティ制御がＥＤＵ７０により実行されると、ステータ６２におけるコイルＣＬの通電によりロータ６１が回転し、同ロータ６１に連結された遊星ギアＧＲが駆動軸６３とロータ６１との間で駆動軸６３を中心に転動する。これに伴い、遊星ギアＧＲに連結された駆動軸６３が軸方向に沿って直線運動して、ロータ６１の回転が軸方向に沿う駆動軸６３の直線運動に変換される。

駆動軸６３の外周面において上記挿通孔６０ｈを挟む部分には、軸方向に所定の距離だけ離間した一対のストッパ６３ａ，６３ｂがハウジング６０ａを挟むように突設されている。一対のストッパ６３ａ，６３ｂの間の距離は、ハウジング６０ａの厚さよりも大きく形成されており、駆動軸６３が軸方向に沿って直線運動するときには、これら一対のストッパ６３ａ，６３ｂのいずれか一方がハウジング６０ａと当接することにより駆動軸６３の直線運動を規制する。言い換えれば、これらストッパ６３ａ，６３ｂとハウジング６０ａとの間の距離だけ、駆動軸６３が直線運動するようになっている。

そして、駆動軸６３が図５における方向Ｆへ駆動すると、これに伴い制御軸５０も方向Ｆへ移動して上記相対位相角度θｖが小さくなり最大バルブリフト量が少なくなる。一方、駆動軸６３が図５における方向Ｒへ駆動すると、これに伴い制御軸５０も図５の方向Ｒへ移動して上記相対位相角度θｖが大きくなり最大バルブリフト量が大きくなる。ストッパ６３ａがハウジング６０ａに当接する位置である後退位置にまで駆動軸６３が後退したときに、最大バルブリフト量が最大になる。一方、ストッパ６３ｂがハウジング６０ａに当接する位置である進出位置にまで駆動軸６３が進出したときに、最大バルブリフト量が最小になる。

なお、図６に示されるように、駆動軸６３の外周面において上記挿通孔６０ｈと対向する部分には、軸方向に沿う複数の回転抑止歯６３ｃが形成されており、またこの挿通孔６０ｈの周面には、同じく軸方向に沿う複数の回転抑止溝６０ｄが回転抑止歯６３ｃと噛合するかたちで形成されている。挿通孔６０ｈに挿通された状態の駆動軸６３は、これら回転抑止歯６３ｃと回転抑止溝６０ｄとが軸方向に沿って摺動可能に噛合することにより、
軸線Ｌを中心とする回動が規制されて、かつ軸方向への移動が可能になる。ちなみに、これら回転抑止歯６３ｃと回転抑止溝６０ｄとの間には、厳密には回転抑止歯６３ｃ（駆動軸６３）の軸方向に沿う直線運動が容易となるように微小なギャップＧＸが設けられている。それゆえ、この挿通孔６０ｈに挿通された状態の駆動軸６３は、上述するように軸線Ｌを中心とする回動が規制されるものの、厳密にはギャップＧＸの分だけわずかに周方向に回動可能になっている。

機関運転時において吸気カム３３の回転により入力部４２が揺動する場合、入力部４２に連結された上記スライダギア４５と制御軸５０との間には、言い換えれば上記ブッシュ４６の端面４６ｓと上記収容部４５ｄの摺動面４５ｓとの間には、入力部４２の揺動に応じた揺動方向への摩擦力が発生する。こうした揺動方向への摩擦力は、制御軸５０から駆動軸６３へも伝達されて、同駆動軸６３を周方向へ回転させる回転力として作用するようになる。そのため、機関運転時における駆動軸６３は、上記回転抑止歯６３ｃと回転抑止溝６０ｄとの噛合によりその回動が規制されているものの、入力部４２が揺動するたびに上記ギャップＧＸの分だけわずかに回動して周方向への変位を生じる。なお、こうした駆動軸６３の変位はわずかであり、その変位は最大バルブリフト量に影響を与えるものではない。

図５に示されるように、挿通孔６０ｈとロータ６１との間における駆動軸６３の外周面には、軸方向に延びる磁石６９Ａが固設されており、その磁石６９Ａの軸方向における長さは、駆動軸６３が軸方向へ直線運動する距離よりも長く形成されている。挿通孔６０ｈとロータ６１との間におけるハウジング６０ａの内側面には、ＥＤＵ７０に接続されて上記磁石６９Ａからの磁力を検出する例えばホール素子を用いた磁気センサ６９Ｂが配設されており、この磁気センサ６９Ｂは、駆動軸６３の全運動範囲において磁石６９Ａと相対向する位置に配設されている。

図７（ａ）に示されるように、磁気センサ６９Ｂは、微小な間隔を挟んで磁石６９Ａと相対向しており、磁石６９Ａから受ける微小な磁束の密度変化を検出して、駆動軸６３の周方向における磁石６９Ａの位置、言い換えれば駆動軸６３における周方向の変位に対応する電圧（検出信号ＳＤ）を出力する。例えば図７（ｂ）に示されるように、駆動軸６３の回動に伴って磁石６９Ａが微視的に左方向Ｒ１へ移動すると、磁気センサ６９Ｂは同磁石６９Ａから受ける磁束の密度変化を検出して、その離間距離に応じたプラスの電圧を検出信号ＳＤとして出力するようになっている。また、駆動軸６３の回動に伴って磁石６９Ａが微視的に右方向Ｒ２へ移動すると、磁気センサ６９Ｂは同磁石６９Ａから受ける磁束の密度変化を検出して、その離間距離に応じたマイナスの電圧を検出信号ＳＤとして出力するようになっている。

上述するように、機関運転時における駆動軸６３は入力部４２の揺動ごとに上記ギャップＧＸの分だけその周方向へ変位する。そのため、機関運転時における磁気センサ６９Ｂは入力部４２が揺動するたびに磁石６９Ａの左方向Ｒ１及び右方向Ｒ２へ往復動に応じた検出信号ＳＤを出力する。例えば、４つの気筒が気筒＃１，＃３，＃２，＃４の順に吸気バルブ３１を開弁する場合、図８に示されるように、吸気カムシャフト３２が１回転する間（７２０クランク角度）に、磁気センサ６９Ｂは各気筒＃１，＃３，＃２，＃４に対応する波形を検出信号ＳＤとして出力する。なお、こうした磁石６９Ａの往復動は、所定以上の大きさの変位が繰り返し生じること、すなわち所定時間に所定回数の振動が生じることで足り、その往復動に応じた波形の形状や同波形の振幅、周期については一定である必要はなく、機関運転状態に応じて間欠的に生じるような変位でもよい。

ＥＤＵ７０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、不揮発性メモリ（ＲＯＭ）、揮発性メモリ（ＲＡＭ）を有するマイクロコンピュータを中心に構成されており、メモリに格納され
ている各種データおよびプログラムに基づいてアクチュエータを駆動させてバルブリフト量の調整を行なう電子駆動装置である。

ＥＣＵ８０は機関運転状態に基づいて最大バルブリフト量に関する指令値を算出し、ＥＤＵ７０はＥＣＵ８０から入力される同指令値に基づいて最大バルブリフト量を同指令値にすべくアクチュエータ６０を駆動する。ＥＤＵ７０は上記弁制御機構４０の故障診断を実行するためのプログラムをＲＯＭに格納しており、同プログラムに基づいて取得した診断結果に関するデータ、例えば制御軸５０の変位に関するデータである軸変位データをＲＡＭに格納して同プログラムを実行するたびに逐次更新する。そして、ＥＤＵ７０は、同プログラムに基づいて実行した故障診断の結果をＥＣＵ８０へ出力する。

次に、ＥＤＵ７０にて実行される弁制御機構４０の故障診断ついて図９及び図１０を参照して説明する。図９は弁制御機構４０の故障診断の流れを示すフローチャートである。以下に示す弁制御機構４０の故障診断は、所定の実行周期で繰り返し実行されるものであり、図１０は複数回にわたり実行された弁制御機構４０の故障診断時における磁気センサ６９Ｂの検出信号ＳＤの一例を示す図である。なお、図１０においては、弁制御機構４０の故障診断時間に相当するサンプリング期間ＳＰ１〜ＳＰ７がそれぞれ０．５秒であって、機関回転速度が２４００ｒｐｍの場合について示す。また、図１０におけるサンプリング期間ＳＰ１〜ＳＰ３では、説明の便宜上、検出信号ＳＤの振動数を減らしている。

図９に示されるように、故障診断が開始されると、ＥＤＵ７０は診断開始の条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１）。診断開始の条件としては、内燃機関の運転状態が始動直後などの過渡的な運転状態ではないことなどを条件とする。診断開始の条件が成立していない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、ＥＤＵ７０は異常判定の記録をクリアして、すなわち異常判定カウンタの値を「０」にして（ステップＳ２）故障診断を終了する。なお、異常判定カウンタとしての値は、ＥＤＵ７０のＲＡＭに予め確保された所定の領域に保存される。

一方、診断開始の条件が成立している場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ＥＤＵ７０は検出信号ＳＤの振動数である軸変位データが異常であるか否かを判断する（ステップＳ３）。軸変位データが異常であるか否かは、例えば所定のサンプリング期間ＳＰ１（ＳＰ２，…，ＳＰ７）に検出された検出信号ＳＤの振動数が、機関運転状態に予め対応付けられた基準振動数であるか否かにより判定する。この基準振動数としては、サンプリング期間における吸気バルブ３１の開弁回数と相関する値、例えば機関回転速度が２４００ｒｐｍである場合には開弁回数である４０に所定の範囲を持たせた値が設定される。そしてサンプリング期間における軸変位データが基準振動数であれば、軸変位データが正常であると判断され、軸変位データが基準振動数でなければ軸変位データが異常であると判断される。

例えば、図１０に示されるように、サンプリング期間ＳＰ１〜ＳＰ３においては軸変位データが基準振動数を有することから軸変位データが正常と判断される。一方、サンプリング期間ＳＰ４〜ＳＰ７の場合のように制御軸５０と駆動軸６３とを接続する連結部材６４が外れて吸気バルブ３１が開閉される際の回転力が駆動軸６３に伝達されないような場合には、検出信号ＳＤの振動数である軸変位データが０となることから軸変位データが異常であると判断される。

図９に示されるように、軸変位データが正常であると判断された場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ＥＤＵ７０は異常判定カウンタの値を「０」にすることにより異常判定の記録をクリアして（ステップＳ２）故障診断を終了する。一方、軸変位データが異常であると判断された場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ＥＤＵ７０は故障診断の条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ４）。故障診断の条件が成立しているか否かの判断は、故障
診断の安定性を確保することを目的として異常であるとの判定が所定回数だけ連続したか否かなどにより判断する。例えば、所定回数を「３」とした場合、異常判定カウンタの値が「３」未満である場合には故障診断の条件が成立していないと判断され、異常判定カウンタの値が「３」以上である場合には故障診断の条件が成立していると判断される。

故障診断の条件が成立していない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ＥＤＵ７０は異常判定を記録（ステップＳ５）してから故障診断を終了する。例えば、図１０においてサンプリング期間ＳＰ４〜ＳＰ７の場合には、異常判定カウンタの値に１が加算されて、各サンプリング期間ＳＰ４〜ＳＰ７の終了と同時に開始される故障診断にて診断開始時の異常判定カウンタの値は、それぞれ「０」，「１」，「２」，「３」となるようになる。

一方、故障診断の条件が成立している場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、ＥＤＵ７０は故障であると診断して（ステップＳ６）から、故障診断を終了する。例えば図１０において、サンプリング期間ＳＰ７の場合において故障診断の条件が成立してステップＳ６が実行されるようになる。そして、故障であると診断された場合には、その故障としての診断結果はＥＣＵ８０などにも伝達される。

以上説明したように、本実施形態によれば以下に列記する効果が得られるようになる。
（１）磁気センサ６９Ｂの出力する検出信号ＳＤに基づきＥＤＵ７０にて実行される弁制御機構４０の故障診断によって、バルブリフト量を可変制御する制御軸５０とアクチュエータ６０の駆動軸との間の非連結状態を故障の条件として診断できるようにした。これにより、制御軸５０が駆動軸６３による駆動制御を受けられないことによりバルブリフト量に異常が生じて内燃機関の安定運転を損なうおそれのある場合には、故障がある旨と診断することができる。

こうした条件の下で故障診断を実行する上において、アクチュエータ６０が軸変位検出手段を構成する磁石６９Ａと磁気センサ６９Ｂとをそれぞれ備える。そのために、磁石６９Ａや磁気センサ６９Ｂが制御軸５０とともにシリンダヘッド１０に設けられる場合に必要とされるシリンダヘッド１０への加工が不要となり、シリンダヘッド１０の構造の簡素化を図ることができる。さらに、磁石６９Ａや磁気センサ６９Ｂとしても、アクチュエータ６０に設けられることによりシリンダヘッド１０に設けられる場合と比較してその耐熱性や耐油性が緩和されるようにもなる。

（２）弁制御機構４０において吸気バルブ３１の開弁または閉弁をさせる入力部４２の揺動に応じた揺動方向への摩擦力が制御軸５０を介して伝達される駆動軸６３には周方向への変位が生ずることから、吸気バルブ３１の開弁または閉弁に基づく周期的な変位が駆動軸６３に生じていないことを条件に、弁制御機構４０に故障がある旨を診断した。これにより、制御軸５０と駆動軸６３との間における連結状態あるいは非連結状態を精度良く検出することができるようになり、弁制御機構４０の故障診断装置としての診断精度を高めることができる。

（３）また、駆動軸６３には吸気バルブ３１の開弁及び閉弁に基づく周期的な周方向への変位も生ずることから、吸気バルブ３１の開弁及び閉弁に基づく周期的な変位が駆動軸に生じていないことを条件に、弁制御機構４０に故障がある旨を診断した。これにより、排気バルブの開弁動作及び閉弁動作の双方に関して異常の有無を診断することができ、制御軸５０と駆動軸６３との間における連結状態あるいは非連結状態をさらに精度よく検出することができる。

（４）駆動軸６３に設けた磁石６９Ａとアクチュエータ６０のハウジング６０ａに設けた磁気センサ６９Ｂにより駆動軸６３に生じた変位を非接触にて検出した。これにより、
振動の多い内燃機関において磁石６９Ａや磁気センサ６９Ｂによる駆動軸６３への応力付与や摩擦による損傷などを回避でき、磁石６９Ａや磁気センサ６９Ｂとしての設置の容易性、長寿命化を図ることができるようになる。

（５）バルブリフト量を可変制御するための制御方向が軸方向である駆動軸６３に対して、その軸方向と異なる方向である周方向の変位を用いて故障の有無を診断するようにした。そのため、可変制御の制御状態に関わらず制御軸５０と駆動軸６３との間における連結状態あるいは非連結状態を精度よく検出することができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のような態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、駆動軸６３の軸線Ｌを中心として周方向に生じる変位（軸変位）を検出するようにした。しかしこれに限らず、駆動軸の軸方向へ生じる変位を検出するようにしてもよい。これにより、検出する変位を多様化することができ、アクチュエータに適用される検出方法の自由度が高められる。

・上記実施形態では、弁制御機構としては、バルブリフト量は制御軸５０が駆動軸６３により軸方向へ移動されることにより変化された。しかしこれに限らず、アクチュエータ６０にてロータ６１の回転を制御軸の回転に変換し、バルブリフト量を制御軸５０の回転により変化させる形態であってもよい。これにより、この故障診断装置に適用される弁制御機構の自由度が高められる。

・上記実施形態では、故障診断に用いる検出対象として制御軸５０の周方向への周期的な変位を利用したが、故障診断に用いる検出対象としては制御軸５０と駆動軸６３とが連結されている場合と、それらが連結されていない場合とで相違するものであれば、その相違に基づいて故障診断を行うことができるようになる。これにより、各弁制御機構の特性に応じた故障診断を行うことができるようにもなる。

・上記実施形態では、駆動軸６３に磁石６９Ａを、ハウジング６０ａに磁気センサ６９Ｂをそれぞれ設けたが、磁気センサによって駆動軸に生じる変位が検出できる態様であれば、磁石や磁気センサの配置についてはそれぞれのアクチュエータに応じて好適な配置としてもよい。これにより磁石や磁気センサを有するアクチュエータとしても構成の自由度が高められる。

・上記実施形態では、駆動軸６３に生じる変位をそれぞれ軸変位検出手段を構成する磁石６９Ａと磁気センサ６９Ｂとにより検出するようにした。しかしこれに限らず、軸変位検出手段はその他の非接触式のセンサや、接触式のセンサなどであってもよい。これにより、駆動軸６３に生じる変位を検出するセンサの選択自由度が高められる。

・上記各実施形態では、内燃機関の一例として直列４気筒内燃機関を説明したが、同内燃機関としての気筒数は４気筒に限られることなく任意であり、また、それら気筒の配列型式も直列型に限らず、Ｖ型配列や水平対向型配列などでもよい。さらに、内燃機関の種類についての制限も特になく、例えばガソリン機関やディーゼル機関にこの発明は適用可能である。

本発明にかかる弁制御機構の診断装置の一実施形態についてその概略構成を示す平面図。 同実施形態における内燃機関及び弁制御機構の断面構造を示す断面図。 同実施形態における弁制御機構によるバルブの駆動状態を示す動作図であって、（ａ）はバルブリフト量が「０」の状態を示す図、（ｂ）はバルブリフト量が最大の状態を示す図。 同実施形態における弁制御機構の内部構造を示す破断斜視図。 同実施形態における駆動軸の回転防止機構の断面構造を示す断面図。 同実施形態におけるアクチュエータの構造を主に示す部分断面図と部分拡大図。 同実施形態における磁気センサの構造を示す図であって、（ａ）は軸方向に対する側面構造を示す図、（ｂ）は軸方向に対する正面構造を示す図及び磁石移動量とセンサの検出信号との関係を示すグラフ。 同実施形態における駆動軸から検出された軸変位データの一例を示すグラフ。 同実施形態における故障診断の一例を示すフローチャート。 同実施形態における駆動軸から検出された軸変位データの変位の一例について時間との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０…シリンダヘッド、１１…気筒、１２…燃焼室、１３…排気ポート、１４…吸気ポート、２０…排気弁開閉機構、２１…排気バルブ、２１ａ…弁体、２１ｂ…バルブシャフト、２１ｃ…リテーナ、２２…排気カムシャフト、２３…排気カム、２４…ローラロッカアーム、２４ａ…ローラ、２５…ラッシュアジャスタ、３０…吸気弁開閉機構、３１…吸気バルブ、３１ａ…弁体、３１ｂ…バルブシャフト、３１ｃ…リテーナ、３２…吸気カムシャフト、３３…吸気カム、３４…ローラロッカアーム、３４ａ…ローラ、３５…ラッシュアジャスタ、４０…弁制御機構、４１…支持パイプ、４１ａ…ガイド孔、４２…入力部、４２ａ，４３ａ，６０ａ…ハウジング、４２ｂ…入力アーム、４２ｃ…ローラ、４２ｄ，４３ｄ，４５ａ，４５ｂ…ヘリカルスプライン、４３…出力部、４３ｂ…出力アーム、４３ｃ…カム面、４５…スライダギア、４５ｃ…小径部、４５ｄ…収容部、４５ｓ…摺動面、４６…ブッシュ、４６ｓ…端面、４８…ガイドピン、５０…制御軸、６０…電動式アクチュエータ、６０ｄ…回転抑止溝、６０ｈ…挿通孔、６１…ロータ、６２…ステータ、６３…駆動軸、６３ａ，６３ｂ…ストッパ、６３ｃ…回転抑止歯、６４…連結部材、６９Ａ…磁性体としての磁石、６９Ｂ…磁気センサ、７０…電子駆動装置（ＥＤＵ）、８０…電子制御装置（ＥＣＵ）、ＢＲ…ベアリング、ＣＬ…コイル、ＧＲ…遊星ギア、ＧＸ…ギャップ、ＳＧ１，ＳＧ２…スプリング。

Claims (5)

1. アクチュエータの駆動軸に連結された制御軸が前記駆動軸の駆動力を受けることにより機関バルブのバルブリフト量を可変制御する機構である弁制御機構を備えた内燃機関に適用されて前記弁制御機構における故障の有無を診断する弁制御機構の故障診断装置であって、
   前記アクチュエータには前記駆動軸に生じた変位を検出する軸変位検出手段が備えられ、
   前記機関バルブの動作に基づいた力を前記制御軸から受けることによる前記駆動軸の変位が前記内燃機関の運転時に前記軸変位検出手段により検出されないことを条件に前記弁制御機構に故障がある旨を判断することを特徴とする弁制御機構の故障診断装置。
2. 前記機関バルブの動作に応じた前記駆動軸の周期的な変位が前記内燃機関の運転時に前記軸変位検出手段により検出されないことを条件に前記弁制御機構に故障がある旨を判断する請求項１に記載の弁制御機構の故障診断装置。
3. 前記機関バルブの開弁動作及び閉弁動作に応じた前記駆動軸の周期的な変位が前記内燃機関の運転時に前記軸変位検出手段により検出されないことを条件に前記弁制御機構に故障がある旨を判断する請求項１又は２に記載の弁制御機構の故障診断装置。
4. 前記軸変位検出手段が前記駆動軸に設けられて磁束を形成する磁性体からの磁束の密度変化を検出する磁気センサである請求項１〜３のいずれか一項に記載の弁制御機構の故障診断装置。
5. 前記弁制御機構は、前記駆動軸のその軸方向への駆動により前記制御軸が同軸方向へ変位して前記バルブリフト量を可変制御し、前記機関バルブの動作に基づいた力を前記制御軸から受ける前記駆動軸が前記力に応じてその周方向へ変位する機構である
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の弁制御機構の故障診断装置。

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