JP2013083157A - 内燃機関の弁作動状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランキング前から機関弁の作動状態を検出することができる内燃機関の弁作動状態検出装置を提供する。
【解決手段】一気筒当たり２つの吸気弁２を、バルブスプリング３を介して開閉させる揺動カム１７と、両端部に一対の前記揺動カムが一体に固定されたカムシャフト２０と、シリンダヘッド１の上端部に固定されたラダーフレーム１８と、該ラダーフレーム１８の一対の長辺梁部１８ａ間に架橋状態に配置された４つの軸受ブラケット片１８ｃと、を備えている。該軸受ブラケット片の下面に形成された軸受溝１８ｆとシリンダヘッドの上面に形成された軸受溝１ａとの間に、前記カムシャフトのジャーナル部２０ａを回転自在に軸受すると共に、該ジャーナル部に対応した前記軸受ブラケット片の上面に歪みセンサ８０ａを有する弁作動状態検出装置８０を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、内燃機関の機関弁である吸気弁や排気弁のリフト特性などの弁作動状態を検出する装置に関する。

従来の多気筒内燃機関における気筒判別を行う手段としては、以下の特許文献１に記載された技術のように、クランク角センサとカム角センサが用いられており、該各センサから検出されたクランク角とカム角とから機関弁の作動状態を推定することによって、各気筒のサイクル行程を判別して燃料噴射弁の燃料噴射量や点火プラグの点火時期などを制御するようになっている。

特開２００８−２８６０９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の前記クランク角センサやカム角センサは、クランクシャフトやカムシャフトが回転している状態でそれぞれの回転角などを検出することから、内燃機関の停止後には、前記クランク角センサやカム角センサによる検出ができない。

このため、機関停止後に、バルブスプリングのばね力などの外乱によってクランクシャフトやカムシャフトが不用意に回転してしまうと、再始動時の際の機関弁の作動状態が直ちに検出することができない、といった技術的課題を招いている。

本発明は、前記従来技術の技術的課題に鑑みて案出されたもので、クランキング前から機関弁の作動状態を検出することができる内燃機関の弁作動状態検出装置を提供する。

本願請求項１の発明は、機関弁を開閉させる駆動カムを支持するシャフトと、シリンダヘッドに固定されて、該シリンダヘッドとの間に前記シャフトを回転自在に軸受する軸受部を有するフレームと、前記軸受部に対応した前記フレームの所定位置に設けられた歪みセンサと、を備えたことを特徴としている。

この発明によれば、歪みセンサを用いることによって、クランキング開始前から機関弁の弁作動状態を検出することが可能になる。

図２のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第１実施形態の弁作動状態検出装置が適用される可変動弁装置の俯瞰図である。 本実施形態の弁作動状態検出装置が適用される可変動弁装置の要部斜視図である。 本実施形態に供される半導体歪みセンサを示す概略図である。 同本実施形態に供される歪みセンサを用いた弁作動状態検出装置を示す斜視図である。 同弁作動状態検出装置の他例を示す概略図である。 同弁作動状態検出装置のさらに異なる例を示す概略図である。 Ａは可変動弁装置における最小リフト制御時の閉弁状態を示す図４のＡ矢視図、Ｂは同最小リフト制御時の開弁状態を示す図４のＡ矢視図である。 Ａは可変動弁装置における最大リフト制御時の閉弁状態を示す図４のＡ矢視図、Ｂは同最大リフト制御時の開弁状態を示す図４のＡ矢視図である。 可変動弁装置による吸気弁のバルブリフト特性図である。 本発明の第２実施形態の弁作動状態検出装置が適用される動弁装置を示す要部断面図である。

以下、本発明に係る内燃機関の弁作動状態検出装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
第１実施形態では、機関弁である吸気弁２のリフト特性と作動角を制御する可変動弁装置を備えた内燃機関に適用したものである。なお、この実施形態では、Ｖ型８気筒の内燃機関の吸気側に適用した場合を示し、図２では片側バンク側のみを示している。

前記可変動弁装置は、図２、図４、図８、図９に示すように、シリンダヘッド１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられて、各バルブスプリング３，３によって閉方向に付勢された一気筒当たり２つの吸気弁２，２と、該各吸気弁２，２のバルブリフト量を可変制御する可変機構４と、該可変機構４の作動位置を制御する制御機構５と、該制御機構５を回転駆動するアクチュエータ６と、を備えている。

前記可変機構４は、シリンダヘッド１の上部に有する軸受機構１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム１５と、駆動軸１３の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁２，２の上端部に配設されたバルブリフター１６，１６の上面に摺接して各吸気弁２，２を開作動させる２つの揺動カム１７，１７と、前記駆動カム１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５の回転力を揺動カム１７，１７に揺動力として伝達する伝達機構と、を備えている。

前記駆動軸１３は、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや、該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されており、この回転方向は図３中、時計方向（矢印方向）に設定されている。また、この駆動軸１３は、両端部が前記軸受機構１４に直接軸受されているが、それ以外の部位が前記揺動カム１７，１７の後述するカムシャフト２０の内部に挿通してここで軸受されるようになっている。

前記軸受機構１４は、図１、図２及び図８Ａに示すように、シリンダヘッド１の上端に配置されたラダーフレーム１８と、該ラダーフレーム１８の上端部に設けられて、後述する制御軸３２を回転自在に軸受する５つの軸受ブラケット１９とを有し、ラダーフレーム１８と軸受ブラケット１８，１９が一対のボルト１２によって上方から共締め固定されている。

前記シリンダヘッド１の上端部の前後端部には、前記駆動軸１３の両端部の下半分を支持する２つの軸受溝(図示せず)が形成されていると共に、前記ラダーフレーム１８の後述する軸受ブラケット片１８ｃに対応した上面に、図１に示すように、半円形状の軸受溝１ａがそれぞれ形成されている。

前記ラダーフレーム１８は、シリンダヘッド１の上端外周に沿った矩形枠状に形成されて、長手方向に沿って延設された左右の長辺梁部１８ａ、１８ａと、該長辺梁部１８ａ、１８ａの長手方向の前後端部に架橋状態に一体に設けられた両端梁部１８ｂ、１８ｂと、前記両長辺梁部１８ａ、１８ａ間を架橋する状態で長手方向の等間隔位置に一体に形成されて、前記シリンダヘッド１の各軸受溝１ａと共同して前記駆動軸１３の上半分を軸受する４つの軸受ブラケット片１８ｃと、該各軸受ブラケット片１８ｃの側部に該軸受ブラケット片１８ｃと同じく両長辺梁部１８ａ、１８ａを架橋する状態で固定された４つの支持ブラケット片１８ｄと、を備えている。

前記両長辺梁部１８ａ、１８ａと両端梁部１８ｂ、１８ｂ及び各軸受ブラケット片１８ｃには、前記シリンダヘッド１に固定するための複数のボルト３０が挿通する複数のボルト挿通孔２９が穿設されている。

図２の左端に示す前記一端梁部１８ｂの上面一側部に矩形状の肉盛り部１８ｅが形成され、この肉盛り部１８ｅの上面には、前記制御軸３２の一端部を前記一つの軸受ブラケット１９と一緒に軸受する半円形状の軸受溝(図示せず)が形成されている。

前記４つの軸受ブラケット片１８ｃは、図１及び図２にも示すように、角柱状に形成されてほぼ均一な高さと幅長さに設定されていると共に、各下面の前記シリンダヘッド１の各軸受溝１ａと対向する位置に、同じく半円形状の軸受溝１８ｆがそれぞれ形成されている。この対向する両軸受溝１ａ、１８ｆの内周面間に、後述する各カムシャフト２０のジャーナル２０ａが回転自在に軸受されている。

前記各支持ブラケット片１８ｄは、上面の一方の長辺梁部１８ａ側、つまり、前記制御軸３２が軸受される側の上面が部分的に厚肉に形成されて高位部に形成されていると共に、該高位部の平坦な上面に、前記各軸受ブラケット１９下面に形成された半円形状の軸受溝と共同して制御軸３２を軸受する半円形状の軸受溝(図示せず)が形成されている。

前記駆動カム１５は、ほぼリング状を呈し、円環状のカム本体と、該カム本体の外端面に一体に設けられた筒状部とからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔が貫通形成されていると共に、カム本体の軸心Ｙが駆動軸１３の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットしている。

前記両揺動カム１７は、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、図３に示すように、円筒状のカムシャフト２０の両端部に一体的に設けられていると共に、該カムシャフト２０の内部の挿通した駆動軸１３が回転自在に支持されている。また、このカムシャフト２０の軸方向の中央外周面には、前記シリンダヘッド１とラダーフレーム１８との間の対向する軸受溝１ａ、１８ｆに軸受されるジャーナル部２０ａが形成されている。

また、各揺動カム１７は、下面にカム面２２が形成されており、この各カム面２２は、カムシャフト２０側のベースサークル面と、該ベースサークル面からカムノーズ部２１側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部２１の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面を有しており、該ベースサークル面とランプ面及びリフト面が、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフター１６の上面の所定位置に当接するようになっている。

一方の揺動カム１７のカムノーズ部２１は、後述するピン２８を介してリンクロッド２５の一端部に回転自在に連結されている。

前記伝達機構は、図１〜図３に示すように、駆動軸１３の上方に配置された４つのロッカアーム２３と、該各ロッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７とを連係するリンクロッド２５と、を備えている。

前記ロッカアーム２３は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、筒状基部の外端部に突設された前記一端部２３ａには、ピン２６が嵌入するピン孔が貫通形成されている。一方、基部の内端部に突設された前記他端部２３ｂには、吸気弁２のリフトを微調整するリフト調整機構３４が設けられていると共に、リフト調整機構３４を介してリンクロッド２５の一端部と連結するピン２７が嵌入するピン孔が形成されている。

前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定位置に突設された突出端２４ｂと、を備え、基部２４ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔が形成されている一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。

前記リンクロッド２５は、ロッカアーム２３側が凹状のほぼく字形状に形成され、両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７のカムノーズ部２１の各ピン孔に挿入した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔が貫通形成されている。

なお、各ピン２６，２７，２８の一端部には、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移動を規制する図外のスナップリングがそれぞれ設けられている。

前記制御機構５は、駆動軸１３の上方位置に同じ軸受機構１４に回転自在に支持された制御軸３２と、該制御軸３２の外周に固定されてロッカアーム２３の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３３と、を備えている。

前記制御軸３２は、駆動軸１３と並行に機関前後方向に配設されていると共に、所定位置のジャーナル部が前記軸受ブラケット１９と支持ブラケット片１８ｄの間の軸受部に回転自在に軸受されていると共に、前記アクチュエータ６によって正転あるいは逆転方向へ回転制御されるようになっている。

前記制御カム３３は、円筒状を呈し、図８にも示すように、軸心Ｐ２位置が制御軸３２の軸心Ｐ１から所定分だけ偏倚している。

また、前記制御軸３２は、一方側の最大回転位置と他方側の最大回転位置がストッパ機構３１によって規制されるようになっている。このストッパ機構３１は、シリンダヘッド１の上端部に突設された図外のストッパ壁と、制御軸３２の外周面に一体的に固定されたストッパ部材３１ａとから構成され、前記ストッパ部材３１ａの両側縁がストッパ壁の対向面にそれぞれ当接して制御軸３２の正逆最大回転位置を規制するようになっている。

前記アクチュエータ６は、図３に示すように、シリンダヘッド１の後端部に固定された図外のハウジングと、該ハウジングの一端部に固定された電動モータ３６と、ハウジングの内部空間に収容されて、該電動モータ３６の回転力を前記制御軸３２に伝達する減速機構であるボール螺子機構３７と、から構成されている。

前記電動モ−タ３６は、一般的な比例型のＤＣモータによって構成され、アルミ合金材によってほぼ円筒状に形成されたモータケーシング３８の先端側に矩形ブロックの固定部３８ａが一体に設けられている。この固定部３８ａは、先端側にハウジング内の収容室の開口部を封止するほぼ円筒状の嵌入部が一体に設けられており、この嵌入部が開口部内に嵌入した状態で複数のボルトによってハウジングに固定されている。

前記電動モータ３６は、出力軸である図外のモータ軸が前記固定部３８ａの内部軸心方向に連続して形成された挿通孔内に挿通されて、前記ハウジングの開口部内に臨んでいると共に、先端部の外周にセレーション凹凸が形成されている。

さらに、電動モータ３６は、後述するコントロールユニット４０から出力された制御電流によって正逆回転駆動するようになっている。

前記ボール螺子機構３７は、図３に示すように、前記ハウジングの収容室内に電動モータ３６のモータ軸とほぼ同軸上に配置されたボール螺子軸４５と、該ボール螺子軸４５の外周に螺合する移動ナットであるボールナット４６と、膨出室内で前記制御軸３２の一端部３２ａに軸方向からボルトによって連結された連係アーム４７と、該連係アーム４７と前記ボールナット４６とを連係するリンク４８と、から主として構成されている。

前記ボール螺子軸４５は、軸方向の両端部を除く外周面全体に所定幅のねじ部であるボール循環溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、軸方向の一端部が第１ボールベアリング５０によって回転自在に軸受けされている。一方、他端部がハウジングのベアリング保持溝に固定された第２ボールベアリング５１によって回転自在に軸受けされている。

また、ボール螺子軸４５の一端部と該一端部に軸方向から対峙する電動モータ３６のモータ軸の先端部とは、カップリングによって同軸上で互いに軸方向へ移動可能に連結されている。

前記ボールナット４６は、ほぼ円筒状に形成され、内周面に前記ボール循環溝と共同して図外の複数のボールを転動自在に保持するガイド溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、複数のボールの循環列をボールナットの軸方向の前後２個所に設定する２つのディフレクタが取り付けられている。

また、ボールナット４６は、各ボールを介してボール螺子軸４５の回転運動を直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が伝達付与されるようになっている。さらに、このボールナット４６は、軸方向のほぼ中央の両側部が前記リンク４８の一端部に左右一対の枢支ピン５３を介して回転自在に連結されている。

また、ボールナット４６は、ボール螺子軸４５の外周に嵌挿されたコイルスプリング５９のばね力によって電動モータ３６方向(最小リフト側)へ付勢されている。

前記連係アーム４７は、基部が制御軸３２の一端部３２ａに設けられた菱形ブラケットに一対のボルトによって結合固定されていると共に、基部の一端側に突設された突部４７ａに前記リンク４８の他端部が枢支ピン５５によって回転自在に連結されている。

そして、前記ラダーフレーム１８の４つの軸受ブラケット片１８ｃの上面、つまり、各軸受ブラケット片１８ｃ下面の各軸受溝１８ｆを挟んだジャーナル部２０ａと反対側の上面には、図１及び図２に示すように、弁作動状態検出装置８０が取り付けられている。

言い換えれば、前記両揺動カム１７，１７の間に位置する前記ジャーナル部２０ａと上下方向で対応した軸受ブラケット片１８ｃの上面位置に、前記弁作動状態検出装置８０が取り付けられている。

この弁作動状態検出装置８０は、半導体歪みセンサ８０ａを備えており、この半導体歪みセンサ８０ａは、例えば、特開２００６−２２０５７４号公報などに記載されたものと構造的に同一のものである。

すなわち、この歪みセンサ８０ａは、シリコン単結晶によって形成された一片が数ミクロン〜数ｍｍ角、厚さが１０〜数百ミクロンのチップ形状を有したものを拡散層などの素子形成面（シリコン基板）の裏面全体を前記軸受ブラケット片１８ｃの上面に貼り付けて、前記バルブスプリング３，３の圧縮、伸張変形、つまりばね変形による付勢力の変化に応じて、前記カムシャフト２０のジャーナル部２０ａを介して軸受ブラケット片１８ｃが受けた歪みを検出するようになっている。

この半導体歪みセンサ８０ａの構造の一例を図４に基づいて簡単に説明すると、例えばｐ型の拡散抵抗４本を用いてホイートスンブリッジ回路を形成し、このホイートストンブリッジ回路を形成する４本のｐ型不純物拡散層による抵抗１００は、対向する一組の左右に位置する抵抗１００，１００がシリコン単結晶の〔−１１０〕方向が長手となるように配置されている。残りの一組の上下に位置する抵抗１００、１００は、〔−１１０〕方向に対して９０°回転させた〔１１０〕方向が長手となるように配置されている。すなわち、ホイートストンブリッジ回路を構成する半数の抵抗の各抵抗の両端子１０２を結ぶ直線が半導体単結晶の〔１１０〕方向とほぼ同一となるように形成されていると共に、該半数の抵抗の各抵抗の両端子を結ぶ線に対してほぼ直角が望ましいが、４５°より大きく１３５°より小さい角度で交わるように配置されている。

このように拡散抵抗のレイアウトにすることにより、４本すべての抵抗１００は周囲の影響をすべて等しくすることができることから、４本の抵抗１００のマスク形状を同一にエッチングすることができる。このため、不純物拡散層を形成した際に、４本の抵抗値を均一にすることができ、ホイートストンブリッジ回路のオフセットを小さくことを可能とし、精度の高い歪み量測定を行うことができる。

また、この弁作動状検出装置８０は、図５に示すように、前記歪みセンサ８０ａが貼り付けられた前記シリコン基板８１上に、電源８２や増幅器８３やＡ／Ｄ変換器、アナログ回路８４、通信制御部８５及びアンテナ８６が設けられて、後述するコントロールユニット４０との情報のやり取りを無線形式で行うようになっている。

この場合、前記電源８２は、蓄電池であっても良いし、電磁波を用いて自己発電を行うもので合っても良い。このような無線方式でコントロールユニット４０との通信を行うことにより、コントロールユニット４０との間に配線の取り回しが必要なくなり、装置のレイアウト上も有利になる。

また、前記アンテナ８６は、図６に示すように、シリコン基板８１の外側に配置することも可能である。このように、アンテナ８６を外部に配置する場合には、アンテナ８６が取り囲む面積を大きくすることができることから、通信距離を長くすることができる。

なお、この歪みセンサ８０ａは、電源及び信号ラインとしてリード線を用いた有線形式とすることも可能であり、このリード線の端部がコントロールユニット４０に接続する。

前記コントロールユニット４０は、内部のコンピュータがクランク角センサ４１やエアーフローメータ４２、機関水温センサ４３及び図外の機関温度センサ、スロットルバルブ開度センサなどの各種センサ類からの情報信号を入力して現在の機関運転状態を検出する。

また、このコントロールユニット４０は、前記各バルブスプリング３のばね力の変化に伴って各軸受ブラケット片１８ｃの各上面に発生する歪みを検出した前記各弁作動状態検出装置８０（半導体歪みセンサ８０ａ）からの歪みの変化値に基づいて対応する各気筒におけるピストンの位置、すなわち、それぞれ気筒のサイクル行程が吸気、膨張、圧縮、排気のいずれの行程になっているのかを演算によって算出する。この気筒判別結果に基づいて、図外の燃料噴射弁による燃料噴射量や点火プラグの点火時期など機関運転を制御する。

以上のような気筒判別は、機関停止時にも、各吸気弁２を付勢する各バルブスプリング３のばね力が異なっていることから行うことができる。

以下、本実施形態に係る可変動弁装置の作動を説明する。例えば、機関のアイドリング運転時を含む低回転運転領域では、コントロールユニット４０から出力された制御電流によって電動モータ３６が回転してこの回転トルクによりボール螺子軸４５が一方向へ回転する。

そうすると、この回転に伴って各ボールがボール循環溝とガイド溝との間を転動しながらボールナット４６を、電動モータ３６方向へ直線状に移動させる。これによって制御軸３２は、リンク４８と連係アーム４７とによって時計方向に回転駆動され、前記ストッパ機構３１によってそれ以上の回転が規制される。

したがって、制御カム３３は、軸心Ｐ２が図８Ａ、Ｂに示すように制御軸３２の軸心Ｐ１の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸１３から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム２３の他端部２３ｂとリンクロッド２５の枢支点は、駆動軸１３に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム１７は、リンクロッド２５を介してカムノーズ部２１側が強制的に引き上げられて全体が時計方向へ回動する。

よって、駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド２５を介して各揺動カム１７及び各バルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量は十分に小さくなる。

したがって、かかる機関の低回転領域では、バルブリフト量Ｌ１が図１０に示すように最も小さくなることにより、各吸気弁２の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。

また、例えば、機関高回転領域に移行した場合は、コントロールユニット４０からの制御電流によって電動モータ３６が逆回転し、この回転トルクがボール螺子軸４５に伝達されて回転すると、この回転に伴ってボールナット４６が、電動モータ３６から離間した方向へ直線移動する。

したがって、前記制御軸３２は、図８Ａ、Ｂの位置から反時計方向へ回転して、ストッパ機構３１によって規制されるまで同方向に回転する。これにより、制御カム３３は、図９Ａ、Ｂに示すように軸心Ｐ２を下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム２３は、今度は全体が駆動軸１３方向寄りに移動して他端部２３ｂが揺動カム１７のカムノーズ部２１を、リンクロッド２５を介して下方へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。

よって、駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量は大きくなる。

したがって、かかる高回転領域では、各吸気弁２のバルブリフト量Ｌ３が図１０に示すように、最大に大きくなり、該各吸気弁２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。

なお、機関の停止時には、前記コイルスプリング５９のばね力によってボールナット４６をボール螺子軸４５の軸方向の中間位置に保持することができるので、前記制御軸３２を介して吸気弁２，２を機関再始動に適したリフト量に制御することができる。これによって、良好な始動性が得られる。

そして、本実施形態によれば、前記特異な構造の弁作動状態検出装置８０の半導体歪みセンサ８０ａによって、各気筒のそれぞれのバルブスプリング３のばね変形による各軸受ブラケット片１８ｃの歪み変化を検出してコントロールユニット４０に出力する。このコントロールユニット４０は、この歪み変化値に基づいて各気筒のピストン位置を演算により算出して、前記各気筒での吸気〜排気の各サイクル行程を検出する。

したがって、この気筒判別によって燃料噴射弁の燃料噴射量や点火プラグの点火時期などを最適に制御することによって、前記機関の燃費の低減や出力トルクの向上など機関性能を十分に引き出すことが可能になる。

また、前記歪みセンサ８０ａを用いることによって、機関再始動時のクランキング前に、吸気弁２，２の現在の作動状態を直ちに検出することができる。この結果、各気筒のピストンの位置、つまりクランク角によって各気筒の現在のサイクル行程を確認することができる。

したがって、例えば吸気行程にある気筒を検出して、この気筒に対して最適な燃料噴射量に制御すると共に、圧縮行程にある気筒に対して最適な点火時期に制御することによって、機関の良好な始動性が得られると共に、燃費や排気エミッション性能の向上が図れる。

また、例えば、アイドリングストップ車であれば、再始動時に、前記歪みセンサ８０ａからの検出信号に基づいて、コントロールユニット４０が電動モータ３６を介して前記制御軸３２を回転制御して吸気行程にある吸気弁２のリフト量を小さく制御する。これによって、ピストンの有効圧縮比を低下させることによって良好な始動性を得ることができると共に、機関振動を抑制することが可能になる。

また、前記歪みセンサ８０ａを用いることによって、クランク角センサやカム角センサなどの高価なセンサを用いる場合に比較してコストの大幅な低減化が図れる。

さらに、前記歪みセンサ８０ａから検出された情報信号を無線によってコントロールユニット４０に出力することから、無用な配線が不要になると共に、断線などのトラブルの発生がない。
〔第２実施形態〕
図１１は本発明の第２実施形態を示し、第１実施形態の可変動弁装置に適用するのではなく、多気筒内燃機関の一般的な動弁装置に適用したものである。

すなわち、この動弁装置は、一気筒当たり２つの吸気弁２を備えており、シリンダヘッド１の上端部に、第１実施形態とほぼ同じ構造の矩形枠状のラダーフレーム１８がボルト４４によって配置固定されている。

このラダーフレーム１８の下面に形成された半円形状の軸受溝１８ｆとシリンダヘッド１の下面に形成された半円状の軸受溝１ａとの間に、吸気側カムシャフト４５が回転自在に軸受されている。このカムシャフト４５は、外周面所定位置に一般的な卵形の回転カム４６が設けられている。

この回転カム４６は、カムシャフト４５の回転に伴ってバルブリフター１６を介して前記吸気弁２をバルブスプリング３のばね力に抗して開作動させるようになっている。

そして、前記カムシャフト４５が軸受される前記ラダーフレーム１８の上面、つまり、前記回転カム４６付近のラダーフレーム１８の上面に前記歪みセンサ８０ａを備えた弁作動状態検出装置８０が取り付けられている。この弁作動状態検出装置８０は、第１実施形態の図５に示すものと同じ構造である。

したがって、機関の駆動中あるいは停止中(クランキング前も含む)に拘わらず、前記各バルブスプリング３のばね力が吸気弁２とバルブリフター１６、回転カム４６及びカムシャフト４５を介してラダーフレーム１８に作用して、気毎の各軸受ブラケット片１８ｃの上面に歪みが発生する。この各気筒における歪みを、前記歪みセンサ８０ａが検出して、コントロールユニット４０に出力する。

これによって、コントロールユニット４０は、各気筒の現在のピストン摺動位置を確認することができることから、各気筒のサイクル行程を演算によって算出できる。この結果、各気筒のサイクル行程に応じて燃料噴射量や点火時期などを制御して、燃費や出力トルクなどの機関性能を十分に引き出すことが可能になる。

前記歪みセンサ８０ａの弁作動状態検出装置８０は、図７に示すように、前記各カムシャフト２０のジャーナル部２０ａの外周側に配置することも可能である。

すなわち、各カムシャフト２０の外周面には、前記歪みセンサ８０ａや電源８２や増幅器８３やＡ／Ｄ変換器、アナログ回路８４、通信制御部８５が設けられたシリコン基板８１が貼り付けられていると共に、前記カムシャフト２の外周を取り囲むように円環状の受信アンテナ８６が配置されている。この受信アンテナ８６には、該受信アンテナ８６から出力された信号を受ける受信部８７が接続されている。

前記歪みセンサ８０ａからの電磁波はカムシャフト２０がどの位置に存在しても受信アンテナ８６で受信できる。したがって、電波が受信できないために歪み量が測定不能となる領域が存在することがない、といった利点がある。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、機関弁として吸気弁２の他に、排気弁側にも適用することも可能である。

また、機関弁がバルブスプリング３によって閉方向に付勢されるものであれば、いずれの形態の動弁装置に適用することも可能であり、例えば、カムシャフトの気筒間にジャーナル部を有するＳＯＨＣ式の動弁装置や、いわゆるＶＶＬ搭載の動弁装置などに適用することも可能である。

前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕請求項１に記載の内燃機関の弁作動状態検出装置において、
前記歪みセンサは、前記軸受部を挟んだ前記シャフトと反対側のフレームの外面に設けたことを特徴とする内燃機関の弁作動状態検出装置。

１…シリンダヘッド
１ａ…軸受溝
２…吸気弁（機関弁）
４…可変機構
５…制御機構
６…アクチュエータ
１３…駆動軸
１４…軸受
１７…揺動カム
１８…ラダーフレーム
１８ａ…長辺梁部
１８ｂ…両端梁部
１８ｃ…軸受ブラケット片
１８ｄ…支持ブラケット片
１８ｆ…軸受溝
１９…軸受ブラケット
２０…カムシャフト
２０ａ…ジャーナル部
３２…制御軸
３３…制御カム
３６…電動モータ
３７…ボール螺子機構
３８…モータハウジング
４５…ボール螺子軸
４６…ボールナット
８０…弁作動状態検出装置
８０ａ…半導体歪みセンサ

Claims (3)

1. 機関弁を開閉させるカムを支持するシャフトと、
   シリンダヘッドに固定されて、該シリンダヘッドとの間に前記シャフトを回転自在に軸受する軸受部を有するフレームと、
   前記フレームの軸受部に対応した位置に設けられた歪みセンサと、
   を備えた内燃機関の弁作動状態検出装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の弁作動状態検出装置において、
   内燃機関は、複数の気筒を有すると共に、
   前記フレームの軸受部を、前記各気筒における２つのカムの間に配置したことを特徴とする内燃機関の弁作動状態検出装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の弁作動状態検出装置において、
   前記カムは、前記シャフトに揺動自在に支持された揺動カムによって構成されていると共に、
   該揺動カムの揺動姿勢を変化させることによって前記機関弁のリフト量を可変させる可変動弁装置を備え、
   前記歪みセンサによって検出される前記フレームの歪みの変化値によって、前記機関弁のリフト量を検出することを特徴とする内燃機関の弁作動状態検出装置。

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