JP3929656B2 - 内燃機関の可変動弁装置における制御位置検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変動弁装置における制御位置検出装置に関し、詳しくは、ロッカアームの揺動支点を変化させることによってリフト特性を可変に制御する構成の可変動弁装置において,前記揺動支点を変化させる制御シャフトの回転位置を検出する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知にように、機関低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する等のために、吸気・排気弁の開閉時期とバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御する可変動弁装置は従来から種々提供されており、その一例として特開昭55−137305号公報等に記載されているもの知られている。
【0003】
図24に基づきその概略を説明すれば、シリンダヘッド1のアッパデッキの略中央近傍上方位置にカムシャフト2が設けられていると共に、該カムシャフト2の外周にカム2aが一体に設けられている。また、カムシャフト2の側部には、制御シャフト3が平行に配置されており、この制御シャフト3に偏心カム4を介してロッカアーム5が揺動自在に軸支されている。
【0004】
一方、シリンダヘッド1に摺動自在に設けられた吸気弁6の上端部には、バルブリフター7を介して揺動カム8が配置されている。この揺動カム8は、バルブリフター7の上方にカムシャフト2と並行に配置された支軸9に揺動自在に軸支され、下端のカム面8aがバルブリフター7の上面に当接している。また、前記ロッカアーム5は、一端部5aがカム2aの外周面に当接していると共に、他端部5bが揺動カム8の上端面8bに当接して、カム2aのリフトを揺動カム8及びバルブリフター7を介して吸気弁6に伝達するようになっている。
【0005】
また、前記制御シャフト3は、図示省略したアクチュエータによって所定角度範囲で回転駆動されて、偏心カム4の回動位置を制御し、これによってロッカアーム5の揺動支点を変化させるようになっている。
【0006】
そして、偏心カム4が正逆の所定回動位置に制御されるとロッカアーム5の揺動支点が変化して、他端部5bの揺動カム8の上端面8bに対する当接位置が図中上下方向に変化し、これによって揺動カム8のカム面8aのバルブリフター7上面に対する当接位置の変化に伴い、揺動カム8の揺動軌跡が変化することにより、吸気弁6の開閉時期とバルブリフト量を作動角の変化を伴って可変制御するようになっている。
【0007】
尚、図中の符号「10」は、揺動カム8の上端面8bを常時ロッカアーム5の他端部5bに弾接付勢するスプリングを示す。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、吸・排気弁の開閉時期及びバルブリフト量(リフト特性)を、ロッカアームの揺動支点を変化させることによって可変に制御する構成の可変動弁装置においては、前記揺動支点を変化させるための制御シャフトの回転位置をポテンショメータによって検出することで、制御シャフトの回転位置を目標のバルブ特性に対応する位置に精度良く制御するようにしていた。
【0009】
しかし、ポテンショメータによって制御シャフトの回転位置を検出する構成では、ポテンショメータが接触式センサであるために、摩耗や熱による劣化が激しく、耐久性が悪いという問題があった。
【0010】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸・排気弁の作動角を、ロッカアームの揺動支点を変化させることによって可変に制御する構成の可変動弁装置において、前記揺動支点を変化させる制御シャフトの回転位置を、ポテンショメータ等の接触式センサを用いることなく検出できるようにして、高い耐久性を持って制御シャフトの回転位置(換言すれば機関弁の作動角)を検出できるようにすることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項1記載の発明では、カムシャフトと略平行に配設された制御シャフトと、該制御シャフトの外周に偏心して固定された制御カムと、該制御カムに揺動自在に軸支されたロッカアームと、前記カムシャフトの回転に応じて前記ロッカアームの一端部を揺動駆動する揺動駆動手段と、前記ロッカアームの他端部に連係して揺動して機関弁を開作動させる揺動カムと、前記制御シャフトをギヤを介して回転駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを機関の運転状態に応じて制御する制御手段と、を含んでなる内燃機関の可変動弁装置において、前記ギヤの歯を非接触に検出するギヤセンサと、前記制御シャフトの基準回転位置から前記ギヤセンサで検出されたギヤの歯数を計数する歯数計数手段と、該歯数計数手段で計数されたギヤの歯数と前記基準回転位置とに基づいて、前記制御シャフトの回転位置を検出する制御位置検出手段と、を含んで制御位置検出装置を構成した。
【0012】
かかる構成によると、制御シャフトがアクチュエータによりギヤを介して回転駆動されることで、ロッカアームの揺動支点が変化し、以って、機関弁のリフト特性(バルブタイミング、リフト量)が変更される。ここで、前記ギヤの歯数を計数すれば、制御シャフトの回転角を検出でき、基準回転位置からの歯数を計数すれば、前記基準回転位置から歯数に対応する角度だけ回転した位置として、そのときの制御シャフトの回転位置を検出できる。
【0013】
請求項2記載の発明では、前記揺動駆動手段が、前記カムシャフトの外周に偏心して固定された回転カムと、基端部に前記回転カムが回転自在に嵌合される嵌合穴を有すると共に、先端部が前記ロッカアームの一端部と回転自在に連係するリンクアームと、から構成されると共に、前記揺動カムが、前記カムシャフトに揺動自在に軸支される構成とした。
【0014】
かかる構成によると、リンクアームの基端部に設けられた嵌合穴には、カムシャフトと共に回転する回転カムが嵌合され、前記回転カムは、カムシャフトの回転に伴って前記嵌合穴に嵌合された状態のまま回転することになるが、前記回転カムは、カムシャフトに対して偏心して固定されているため、前記回転に伴って、前記リンクアームが往復動することになり、該リンクアームに連係されるロッカアームの一端部が、制御シャフトの回転位置で制御される揺動軸周りに揺動駆動される。
【0015】
また、前記ロッカアームの他端部に連係する揺動カムは、カムシャフトに揺動自在に軸支される構成であるから、カムシャフトの回転が、ロッカアームを介した後、同じカムシャフトに軸支された揺動カムに伝えられることになる。
【0016】
請求項3記載の発明では、イグニッションスイッチがONされたときに、前記制御シャフトを回転範囲の一方端のストッパ突き当て位置に向けて回転駆動させるべく前記アクチュエータを強制的に制御する初期位置駆動手段を備え、該初期位置駆動手段によって回転駆動されるストッパ突き当て位置を前記基準回転位置とする構成とした。
【0017】
かかる構成によると、制御シャフトが所定の回転範囲で回転する構成であり、該制御シャフトを、イグニッションスイッチがONされたときに、前記回転範囲の一方端のストッパ突き当て位置(例えば最小作動角位置)に向けて駆動し、回転範囲を規定するストッパに突き当てるようにする。これにより、制御シャフトが前記回転範囲の一方端のストッパ突き当て位置に位置することを推定でき、その後の歯数を計数すれば、前記回転範囲の一方端のストッパ突き当て位置から歯数相当の角度だけ回転した位置として、制御シャフトの回転位置を検出できる。
【0018】
請求項4記載の発明では、前記制御位置検出手段で検出された前記制御シャフトの回転位置を機関の停止中に記憶保持する制御位置記憶手段を備え、機関の再始動後は前記記憶された回転位置を前記基準回転位置として、前記制御シャフトの回転位置の検出を行わせる構成とした。
【0019】
かかる構成によると、機関を停止させた時点における制御シャフトの回転位置を、機関の停止中に記憶保持しておき、再始動時には、前記記憶した前回運転時における位置のままであるとして、その後の回転位置の変化を、歯数の計数結果だけ回転した位置として検出させる。
【0020】
請求項5記載の発明では、前記カム軸の回転に同期して基準信号を発生するカムセンサと、前記ロッカアーム又は揺動カムが所定の揺動位置にあることを検出する揺動位置センサと、前記カムセンサからの基準信号の発生時点から前記揺動位置センサからの検出信号が発生するまでの位相差を計測する位相差計測手段と、該位相差計測手段で検出された位相差に基づいて前記機関弁の作動角を検出する作動角検出手段と、を備え、イグニッションスイッチのON後に前記作動角検出手段で最初に検出された作動角を前記基準回転位置に相当する値として、前記制御位置検出手段における回転位置の検出を行わせる構成とした。
また、請求項6記載の発明では、前記カム軸の回転に同期して基準信号を発生するカムセンサと、前記ロッカアーム又は揺動カムが所定の揺動位置にあることを検出する揺動位置センサと、前記カムセンサからの基準信号の発生時点から前記揺動位置センサからの検出信号が発生するまでの位相差を計測する位相差計測手段と、該位相差計測手段で検出された位相差に基づいて前記機関弁の作動角を検出する作動角検出手段と、を備え、前記揺動位置センサからの検出信号が発生する毎に、前記作動角検出手段で検出された作動角を前記基準回転位置に相当する値として設定し、前記作動角検出手段で作動角が検出される間において、前記制御位置検出手段における回転位置の検出を行わせる構成とした。
【0021】
かかる構成によると、基準カム位置と前記ロッカアーム又は揺動カムの所定揺動位置との間の位相差は、機械的関係により作動角に一意に対応するので、前記位相差から作動角を検出できる。一方、作動角は制御シャフトの回転位置によって制御され、作動角と制御シャフトの回転位置との関係も、機械的関係により一意に決定されるので、前記位相差から検出される作動角を制御シャフトの基準回転位置を示す値として用いることができる。
【0023】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によると、制御シャフトに回転駆動力を伝達するためのギヤの歯を非接触に検出するセンサを用いて前記制御シャフトの回転位置を検出できるので、前記回転位置を耐久性良く検出できるようになるという効果がある。
【0024】
請求項2記載の発明によると、回転カムと揺動カムとをカムシャフトに同軸上に設けるため、機関巾方向の配置スペースを十分に小さくすることができると共に、ロッカアームも機関巾方向へ延設する必要がなくなるため、装置全体のコンパクト化が図れる。また、揺動カムを回転カムと一緒にカムシャフトに軸支させることにより、揺動カムを軸支する専用の支軸が不要になり、部品点数の削減が図れると共に、カムシャフトと揺動カムとの互いの軸心のずれが生じないため、バルブ特性の制御精度の低下を防止できる。更に、回転カムは、その全体がリンクアームに回転自在に嵌合して連結されているため、該リンクアームとの面圧を十分に低減でき、両者間の摩耗の発生が抑制できると共に、潤滑も行い易いという効果がある。
【0025】
請求項3記載の発明によると、センサを用いることなく制御シャフトが基準回転位置としてのストッパ突き当て位置にあることを知って、歯数の計数結果に基づく回転位置の検出を行わせることができるという効果がある。
【0026】
請求項4記載の発明によると、制御シャフトの基準回転位置を検出する手間を極力省いて、制御シャフトの回転位置を検出させることができるという効果がある。
【0027】
請求項5,6記載の発明によると、カムシャフトの基準回転位置とロッカアーム又は揺動カムの所定揺動位置との間の位相差を検出することで、制御シャフトの回転位置に相当する作動角を検出できるので、前記位相差に基づく検出位置を基準回転位置としてその後の回転位置の変更を歯数の計数結果に基づき検出できるという効果がある。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図1〜図3は、実施の形態における内燃機関の可変動弁装置を示すものであり、1気筒あたり2つ備えられる吸気弁の動弁機構として以下に説明する。但し、機関弁を吸気弁に限定するものではなく、また、機関弁の数を限定するものでないことは明らかである。
【0029】
図1〜図3に示す可変動弁装置は、シリンダヘッド11にバルブガイド(図示省略)を介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁12,12と、シリンダヘッド11上部のカム軸受14に回転自在に支持された中空状のカムシャフト13と、該カムシャフト13に、圧入等により固設された回転カムである2つの偏心カム15,15と、前記カムシャフト13の上方位置に同じカム軸受14に回転自在に支持された制御シャフト16と、該制御シャフト16に制御カム17を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム18,18と、各吸気弁12,12の上端部にバルブリフター19,19を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム20,20とを備えている。
【0030】
また、前記偏心カム15,15とロッカアーム18,18とはリンクアーム25,25によって連係される一方、ロッカアーム18,18と揺動カム20,20とはリンク部材26,26によって連係されている。
【0031】
前記カムシャフト13は、機関前後方向(シリンダ列方向)に沿って配置されていると共に、一端部に般けられた従動スプロケット(図示省略)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る。
【0032】
前記カム軸受14は、シリンダヘッド11の上端部に設けられてカムシャフト13の上部を支持するメインブラケット14aと、該メインブラケット14aの上端部に設けられて制御シャフト16を回転自在に支持するサブブラケット14bとを有し、両ブラケット14a,14bが一対のボルト14c,14cによって上方から共締め固定されている。
【0033】
前記両偏心カム15は、図4にも示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体15aと、該カム本体15aの外端面に一体に設けられたフランジ部15bとからなり、内部軸方向にカムシャフト挿通孔15cが貫通形成されていると共に、カム本体15aの軸心Xがカムシャフト13の軸心Yから径方向へ所定量だけ偏心している。
【0034】
また、この各偏心カム15は、カムシャフト13に対し前記両バルブリフター19,19に干渉しない両外側にカムシャフト挿通孔15cを介して圧入固定されていると共に、両方のカム本体15a,15aの外周面15d,15dが同一のカムプロフィールに形成されている。
【0035】
前記各ロッカアーム18は、図3に示すように、平面からみて略クランク状に折曲形成され、中央に有する基部18aが制御カム17に回転自在に支持されている。また、各基部18aの各外端部に突設された一端部18bには、リンクアーム25の先端部と連結するピン21を圧入するピン孔18dが貫通形成されている一方、各筒状基部18aの各内端部に夫々突設された他端部18cには、各リンク部材26の後述する一端部26aと連結するピン28が圧入されるピン孔18eが形成されている。
【0036】
前記各制御カム17は、夫々円筒状を呈し、制御シャフト16外周に固定されていると共に、図1に示すように軸心P1位置が制御シャフト16の軸心P2からαだけ偏心している。
【0037】
前記揺動カム20は、図1及び図6,図7に示すように略横U字形状を呈し、略円環状の基端部22にカムシャフト13が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔22aが貫通形成されていると共に、ロッカアーム18の他端部18c側に位置する端部23にピン孔23aが貫通形成されている。
【0038】
また、揺動カム20の下面には、基端部22側の基円面24aと該基円面24aから端部23端縁側に円弧状に延びるカム面24bとが形成されており、該基円面24aとカム面24bとが、揺動カム20の揺動位置に応じて各バルブリフター19の上面所定位置に当接するようになっている。
【0039】
すなわち、図5に示すバルブリフト特性からみると、図1に示すように基円面24aの所定角度範囲θ1がべ一スサークル区間になり、カム面24bの前記べ一スサークル区間θ1から所定角度範囲θ2がいわゆるランプ区間となり、さらにカム面24bのランプ区間θ2から所定角度範囲θ3がリフト区間になるように設定されている。
【0040】
また、前記リンクアーム25は、比較的大径な円環状の基部25aと、該基部25aの外周面所定位置に突設された突出端25bとを備え、基部25aの中央位置には、前記偏心カム15のカム本体15aの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴25cが形成されている一方、突出端25bには、前記ピン21が回転自在に挿通するピン孔25dが貫通形成されている。
【0041】
尚、前記リンクアーム25と偏心カム15とによって揺動駆動手段が構成される。
さらに、前記リンク部材26は、図1にも示すように所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部26a,26bには前記ロッカアーム18の他端部18cと揺動カム20の端部23の各ピン孔18d,23aに圧入した各ピン28,29の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔26c,26dが貫通形成されている。尚、各ピン21,28,29の一端部には、リンクアーム25やリンク部材26の軸方向の移動を規制するスナップリング30,31,32が設けられている。
【0042】
前記制御シャフト16の一端部には、図9に示すように、従動ギヤ90が軸支され、該従動ギヤ90には、モータ等であるアクチュエータ101の回転軸の端部に軸支された駆動ギヤ91が噛み合わされ、従動ギヤ90と駆動ギヤ91とによって減速ギヤが構成される。ここで、アクチュエータ101の回転軸が回転すると、その回転が減速されて制御シャフト16に伝達し、制御シャフト16の回転位置がストッパで制限される所定の回転範囲内で変化するようになっている。
【0043】
尚、前記アクチュエータ101としては、油圧式或いは電気式のいずれを用いても良い。
前記アクチュエータ101は、図10に示すように、制御手段としてのコントローラ102からの制御信号によって制御されるようになっている。前記コントローラ102は、クランク角センサ103,エアーフローメータ104,水温センサ105等の各種のセンサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を検出して、該検出された機関運転状態に応じて目標のバルブ特性を決定し、該目標のバルブ特性に対応する回転位置に制御シャフト16を駆動すべく、前記アクチュエータ101に制御信号を出力する。
【0044】
以下、上記可変動弁装置の作用を説明すれば、まず、機関の低速低負荷時には、コントローラ102からの制御信号によってアクチュエータ101が一方に回転駆動される。このため、制御カム17は、軸心P1が図6(A),(B)に示すように制御シャフト16の軸心P2から左上方の回動位置に保持され、厚肉部17aがカムシャフト13から上方向に離間移動する。このため、ロッカアーム18は、全体がカムシャフト13に対して上方向へ移動し、これにより、各揺動カム20は、リンク部材26を介して端部23が強制的に若干引き上げられて全体が左方向へ回動する。
【0045】
従って、図6(A),(B)に示すように偏心カム15が回転してリンクアーム25を介してロッカアーム18の一端部18bを押し上げると、そのリフト量がリンク部材26を介して揺動カム20及びバルブリフター19に伝達されるが、そのリフト量L1は図6(B)に示すように比較的小さくなる.
よって、かかる低速低負荷域では、図8の破線で示すようにバルブリフト量が小さくなると共に、各吸気弁12の開時期が遅くなり(作動角が小さくなり)、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。
【0046】
一方、機関の高速高負荷時に移行した場合は、コントローラ102からの制御信号によってアクチュエータ101が反対方向に回転駆動される。従って、図7(A),(B)に示すように制御シャフト16が、制御カム17を図6に示す位置から時計方向に回転させ、軸心P1(厚肉部17a)を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム18は、今度は全体がカムシャフト13方向(下方向)に移動して、他端部18cが揺動カム20の上端部23を、リンク部材26を介して下方へ押圧して、該揺動カム20全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【0047】
従って、揺動カム20のバルブリフター19上面に対する下面の当接位置が図7(A),(B)に示すように左方向位置に移動する。このため、図7に示すように偏心カム15が回転して、ロッカアーム18の一端部18bがリンクアーム25を介して押し上げられると、バルブリフター19に対するそのリフト量L2は図7(B)に示すように大きくなる。
【0048】
よって、かかる高速高負荷域では、カムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図8に実線で示すようにバルブリフト量(作動角)も大きくなると共に、各吸気弁12の開時期が早く、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。
【0049】
このように、上記可変動弁装置では、各吸気弁12の開閉時期やバルブリフト量(作動角)を可変にできることは勿論のこと、カムシャフト13に、各偏心カム15と各揺動カム20とを同軸上に設けたため、機関巾方向の配置スペースを十分に小さくすることができる。また、各ロッカアーム18も機関巾方向へ延設する必要がなくカムシャフトの直上位置に「へ」字形の小型な形状に形成できるため、装置全体のコンパクト化が図れる。この結果、装置の機関への搭載性が向上する。また、カムシャフト13の配置を変更することなく、現行のカムシャフト13の配置によって装置を装着できるため、この点でも機関への搭載性が良好になる。
【0050】
さらに、偏心カム15と揺動カム20とをカムシャフト13に同軸上に設けることにより、揺動カム20を支持する専用の支軸が不要となり、この分、部品点数の削減が図れ、また、カムシャフト13と揺動カム20との互いの軸心のずれが生じないため、バルブタイミングの制御精度の低下を防止できる。
【0051】
しかも、各偏心カム15を、各バルブリフター19とオフセット配置し互いに干渉しない位置に配したため、各カム15の外形を大きくとることができ、偏心カム15の外周面15aの設計自由度を向上させることが可能となり、これによって揺動カム20の揺動量を確保するためのリフト量を十分に確保できると共に、偏心カム15の駆動面圧を低減するためのカム幅を十分に確保できる。
【0052】
特に、偏心カム15は、リング状に形成され、外周面全体がリンクアーム基部25aの嵌合穴25cの内周面全体に摺接するため、外周面の面圧が分散されて、該面圧を十分に低減できる。したがって、嵌合穴25cの内周面間との摩耗の発生が抑制できると共に、潤滑も行い易い。さらに、面圧の低下に伴い偏心カム15の材料選択の自由度が向上し、加工し易くかつ低コストの材料を選択できる。
【0053】
尚、各吸気弁12に対応する各揺動カム20,20を一体に連結し、これによって偏心カム15とロッカアーム18とを単一として、各吸気弁12間において共用化させる構成としても良い。
【0054】
ところで、上記可変動弁装置においては、目標のバルブ特性(目標作動角)に対応する回転位置に制御シャフト16を駆動するが、実際の作動角を制御シャフト16の実際の回転位置から検出して、前記制御シャフト16の駆動制御信号をフィードバック制御するようになっており、以下に、前記作動角(制御シャフト16の実際の回転位置)を検出する構成について説明する。
【0055】
図9に示すように、前記制御シャフト16の一端部に軸支された従動ギヤ90の歯90aを非接触に検出するギヤセンサ106が設けられており、従動ギヤ90が回転してギヤセンサ106が設けられる部分を横切ると、パルス信号(モータギヤ信号)を発生するようになっている。尚、前記ギヤセンサ106として、ホール素子ICセンサを用いることができる。
【0056】
そして、前記コントローラ102は、図11〜図13のフローチャートに示すようにして、前記ギヤセンサ106の検出信号に基づき、実際の作動角(制御シャフト16の実際の回転位置)を検出する。
【0057】
図11のフローチャートは、イグニッションスイッチ(IGSW)がONされたときに実行されるようになっており、S1では、前回の運転時における作動角の検出値が記憶されているか否かを判別する。
【0058】
機関の停止中、制御シャフト16は機関停止時の位置を保持するようになっているので、機関を停止させる直前の作動角の検出データを記憶保持させるようにしてあり(制御位置記憶手段)、記憶値が存在する場合には、現在の制御シャフト16の回転位置で得られる作動角は、前記記憶値であるものと判断できる。
【0059】
そこで、S1で、前回の運転時における作動角の検出値が記憶保持されていると判断されたときには、S2へ進み、前記記憶されている作動角を基準作動角(基準回転位置)として設定する。
【0060】
一方、S1で、前回の運転時における作動角の検出値が記憶保持されていないと判断された場合には、そのときの作動角(制御シャフト16の回転位置)が不明であるので、S3以降へ進む。
【0061】
S3では、制御シャフト16を回転範囲の一方端、具体的には、最小作動角に相当する位置に向けて強制的に回転駆動する(初期位置駆動手段)。
S4では、前記制御シャフト16の駆動を予め記憶された時間以上継続して行ったか否かを判別し、前記制御シャフト16の駆動を所定時間以上続けると、回転範囲の一方端のストッパに突き当たった位置(最小作動角に相当する回転位置)にまで駆動されたものと見なし、S5へ進む。
【0062】
S5では、最小作動角を基準作動角として設定する。
上記のようにして基準作動角(作動角の初期値)を設定すると、その後の制御シャフト16の回転駆動による作動角の変化を、図12のフローチャートに示すようにして検出する。
【0063】
制御位置検出手段としての図12のフローチャートは、一定周期ST(ms)毎に実行されるようになっており、S11では、前記ギヤセンサ106で検出される歯数のカウント値Cを読み込む。
【0064】
前記カウント値Cは、歯数計数手段としての図13のフローチャートによってカウントアップ又はカウントダウンされる。図13のフローチャートは、ギヤセンサ106から歯の検出信号が出力される毎に実行されるようになっており、S31では、アクチュエータ101が作動角を増大させる方向に制御されているか、逆に、作動角を減少させる方向に制御されているかを判断する。かかる判断は、例えば前記アクチュエータ101が電気式のものであれば、電流の向きによって行える。
【0065】
S31で、作動角を増大させる方向に制御されていると判断されたときには、S32へ進み、カウント値Cを1だけカウントアップさせ、S31で、作動角を減少させる方向に制御されていると判断されたときには、S33へ進み、カウント値Cを1だけカウントダウンさせる。
【0066】
前記カウント値Cは、イグニッションスイッチ(IGSW)がONされたときに0にリセットされ、イグニッションスイッチのON中はリセットされることがないようにしてある。また、ギヤセンサ106は、従動ギヤ90の歯を検出するものであり、従動ギヤ90の歯は一定間隔で設けられているので、前記カウント値Cは制御シャフト16がどれだけ回転したかを示すことになり、更に、制御シャフト16の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンさせることで、前記カウント値Cは、制御シャフト16の現在位置が初期位置(基準作動角)からどちらの方向にどれだけ回転した位置であるかを示す値、即ち、初期作動角と現時点の作動角との変化分を示すことになる。
【0067】
図12のフローチャートのS11で前記カウント値Cを読み込むと、S12では、最新にS11で読み込んだカウント値Cと本ルーチンの前回実行時にS11で読み込んだカウント値Coldとの偏差ΔCを演算し、次のS13では、今回S11で読み込んだカウント値Cを前回値Coldにセットする。
【0068】
前記偏差ΔCは、図14に示すように、前回制御ルーチン実行時(周期STだけ前)から今回までの制御シャフト16の回転角を示すものであり、前記ΔCに従動ギヤ90の歯の間隔角度を乗算すれば実際の回転角が求められ、更に、制御シャフト16の回転角と吸気弁の作動角とは略比例する。
【0069】
そこで、次のS14では、前回制御ルーチン実行時に求めた作動角に、前記偏差ΔCに定数kを乗算して作動角の変化分に換算した値を加算し、現時点における作動角を求める。
【0070】
ここで、前記作動角の初期値は、前記S2又はS5で設定される値となり、その後の制御周期ST当たりの作動角変化量を加算して順次更新させることになる。また、作動角を減少させる方向に制御シャフト16が回転駆動された場合には、制御周期ST当たりの作動角の変化量分(偏差ΔC)がマイナスの値として算出されることで、作動角が減少方向に更新される。
【0071】
上記構成によれば、非接触型のセンサを用いて作動角(制御シャフト16の回転位置)を検出できるので、作動角(制御シャフト16の回転位置)を高い耐久性を持って安定的に検出できる。
【0072】
ところで、作動角(制御シャフト16の回転位置)の絶対値を、以下の構成によって検出することができ、前回運転時の作動角が記憶値として残っていない場合に、以下の構成によって検出される作動角を初期値(基準作動角)に設定し、また、以下の構成によって作動角が検出される毎に基準作動角(基準回転位置)を更新し、その後の作動角の変化をギヤセンサ106の検出信号に基づいて検出させるようにしても良い。
【0073】
まず、作動角(制御シャフト16の回転位置)の絶対値を検出するためのハードウェア構成を説明する。
図15に示すように、単位角度(例えば1°)毎のポジション信号POSを発生させるための突起部111と、カムシャフト13の基準角度位置(例えば吸気弁の最大リフト位置に相当する位置)毎のリファレンス信号REFを発生させるための突起部112とが形成されたシグナルプレート113をカムプーリーに軸支させる一方、前記突起部111を非接触に検出するポジションセンサ114(単位角度センサ)と、前記突起部112を非接触に検出するリファレンスセンサ(カムセンサ)115とを設ける。
【0074】
尚、前記ポジションセンサ114及びリファレンスセンサ115として、ホール素子ICセンサを用いることができる。また、単位角度毎のポジション信号POSを発生させるための突起部を有したシグナルプレートをクランク軸に軸支し、クランク軸の回転によってポジション信号POSを得る構成としても良い。
【0075】
一方、前記ロッカアーム18又は揺動カム20が所定の揺動位置になったときに検出信号を出力する揺動位置センサ116を設ける。
前記揺動位置センサ116は、図16(A),(B)に示すように、前記ロッカアーム18の一端部18b(パターン2)、前記ロッカアーム18の他端部18c(パターン3)、又は、揺動カム20の揺動支点(カムシャフト13)を挟んでピン29と略対向する位置(パターン1)のいずれかに設けられた突起部117と、前記ロッカアーム18又は揺動カム20の揺動途中で前記突起部117が横切る位置に固定されるホール素子ICセンサ等の非接触式センサ118とから構成される。即ち、前記揺動位置センサ116は、図17に示すように、吸気弁のリフト前に検出信号BSを出力すると共に、リフト後にも検出信号ASを出力することになり、カムシャフト13の1回転当たり2回検出信号を出力することになり、かつ、前記検出信号は、最大リフト位置を中心として前後に同じ角度だけ離れた位置で出力されることになる。
【0076】
一方、リファレンスセンサ(カムセンサ)115からのリファレンス信号REFは、カムシャフト13の1回転当たり1回出力され、揺動位置センサ116の検出信号BS,ASと前記リファレンス信号REFとの出力タイミングは、図18に示すようになる。そして、リファレンス信号REFと揺動位置センサ116の検出信号BS,ASそれぞれとの位相差D1,D2(°)は、機械的な関係から、図19に示すように吸気弁の作動角に対応して変化し、前記位相差D1,D2(°)から作動角を求めることができる。
【0077】
そこで、本実施の形態では、リファレンス信号REFの発生時点において0リセットさせたカウンタtを、前記ポジション信号POS毎にカウントアップさせ、揺動位置センサ116からの最初の検出信号(検出信号BS)が発生した時点でのカウンタtの値を前記位相差D1に相当する値として読取り(位相差計測手段)、該位相差D1から実際の作動角を検出し(作動角検出手段)、更に、揺動位置センサ116からの次の検出信号(検出信号AS)が発生した時点でのカウンタtの値を前記位相差D2に相当する値として読取り(位相差計測手段)、作動角の検出データを更新する(作動角検出手段)よう構成されている(図18参照)。
【0078】
図20のフローチャートは、前記揺動位置センサ116、ポジションセンサ114及びリファレンスセンサ115を用いた作動角検出の様子を詳細に示すものである。
【0079】
まず、S41では、リファレンスセンサ(カムセンサ)115からのリファレンス信号REFの発生の有無を判別する。
そして、リファレンス信号REFが発生すると、S42へ進み、カウンタtを0にリセットする。
【0080】
S43では、前記ポジションセンサ114からポジション信号POSが出力される毎に、前記カウンタtをカウントアップさせる。
S44では、前記揺動位置センサ116からの検出信号(検出信号BS)の発生を判別する。前記揺動位置センサ116から検出信号(検出信号BS)が出力されるまでは、S43に戻って前記カウンタtのカウントアップを継続させ、前記揺動位置センサ116から検出信号(検出信号BS)が出力されると、S45へ進む。
【0081】
S45では、そのときのカウンタtの値を、前記位相差D1に相当する値として求め、次のS46では、前記位相差D1から吸気弁の作動角を求める。
S47では、前記揺動位置センサ116から次に出力される検出信号(検出信号AS)に備えて、ポジション信号POSが出力される毎にカウンタtをカウントアップさせ、S48では、前記揺動位置センサ116からの検出信号(検出信号AS)の発生を判別する。
【0082】
そして、前記揺動位置センサ116から検出信号(検出信号AS)が出力されると、S49へ進み、そのときのカウンタtの値を、前記位相差D2に相当する値として求め、次のS50では、前記位相差D2から吸気弁の作動角を再度求め、作動角の検出データを更新する。
【0083】
上記のようにして、作動角の絶対値を検出することができるので、イグニッションスイッチ(IGSW)がONされたときに、前回運転時の作動角の検出値が記憶されていないと判断されたときに、最小作動角方向へ駆動させる代わりに、図20のフローチャートに示す揺動位置センサ116を用いた作動角の検出を行わせるようにしても良い。
【0084】
即ち、前記図11のフローチャートに代えて、図21のフローチャートに従って作動角の初期値を設定させるようにすることができる。
図21のフローチャートにおいて、S51で、前回の運転時における作動角の検出値が記憶保持されていると判断されたときには、S52へ進み、前記記憶されている作動角を初期値として設定する。
【0085】
一方、S51で、前回の運転時における作動角の検出値が記憶保持されていないと判断された場合には、そのときの作動角(制御シャフト16の回転位置)が不明であるので、S53以降へ進む。
【0086】
S53では、前記図20に示したルーチンに従って作動角の検出を行わせ、S54では、作動角の検出が行われたか否かを判別する。図20に示したルーチンによる最初の作動角の検出が有ると、S55へ進み、前記揺動位置センサ116を用いた作動角の検出結果を初期値に設定する。
【0087】
その後の作動角の変化は、前記図12及び図13のフローチャートに従って制御シャフト16の回転角の検出に基づいて行わせる。
また、前記図20に示したルーチンによる作動角の検出を運転中継続的に行わせ、前記図20に示したルーチンによって作動角の検出が行われる毎に該検出値を基準作動角として設定させると共に、該基準作動角の更新設定毎に前記カウント値C,Coldをゼロリセットして、前記図20に示したルーチンによって作動角の検出が行われる間における作動角の変化を、ギヤセンサ106の検出信号に基づいて行わせるようにしても良い。
【0088】
図22は、前記図20に示したルーチンによる作動角の検出を運転中継続的に行わせる場合の基準作動角の更新、及び、前記カウント値C,Coldのリセットの様子を示すものである。
【0089】
S61では、前記図20に示したルーチンによって作動角の検出を行わせ、S62では、前記図20に示したルーチンのS46又はS50で作動角の検出が行われたか否かを判別する。
【0090】
前記図20に示したルーチンで作動角の検出が行われると、S63へ進み、該検出結果を基準作動角に設定し、次のS64では、前記カウント値C,Coldをゼロリセットする。
【0091】
上記カウント値C,Coldのゼロリセットにより、前記図13に示すルーチンでは、前記図20に示したルーチンによる作動角の検出が行われてからの制御シャフト16の回転角がカウントされることになり、該カウント結果に基づいて前記図12のフローチャートに従って周期ST毎に作動角の検出が行われる(図23参照)。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施態様における可変動弁装置を示す断面図(図2のA−A線断面図)。
【図2】上記可変動弁装置の側面図。
【図3】上記可変動弁装置の平面図。
【図4】上記可変動弁装置に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図5】上記可変動弁装置における揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図6】上記可変動弁装置の低速低負荷時の作用を示す断面図(図2のB−B線断面図)。
【図7】上記可変動弁装置の高速高負荷時の作用を示す断面図(図2のB−B練断面図)。
【図8】上記可変動弁装置のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図9】上記可変動弁装置における制御シャフトの駆動系及び該駆動系に備えられたセンサを示す図。
【図10】上記可変動弁装置の制御システムを示すブロック図。
【図11】ギヤセンサを用いた作動角検出の様子を示すフローチャート。
【図12】ギヤセンサを用いた作動角検出の様子を示すフローチャート。
【図13】ギヤセンサを用いた作動角検出の様子を示すフローチャート。
【図14】ギヤセンサを用いた作動角検出の様子を示すタイムチャート。
【図15】作動角の絶対値検出に用いるポジションセンサとリファレンスセンサとを示す図。
【図16】作動角の絶対値検出に用いる揺動位置センサを示す図。
【図17】カムシャフトと揺動角度との関係、及び、前記揺動位置センサの検出位置を示す線図。
【図18】リファレンス信号と前記揺動位置センサからの検出信号との相関を示すタイムチャート。
【図19】リファレンス信号と前記揺動位置センサからの検出信号との位相差D1,D2と作動角との相関を示す線図。
【図20】揺動位置センサを用いた作動角の検出を示すフローチャート。
【図21】揺動位置センサを用いた作動角の検出結果を初期値としてギヤセンサによる作動角の検出を行わせる実施の形態を示すフローチャート。
【図22】揺動位置センサを用いて作動角が検出される毎に基準値を更新し、ギヤセンサによる作動角の検出を行わせる実施の形態を示すフローチャート。
【図23】揺動位置センサを用いて作動角が検出される毎に基準値を更新し、ギヤセンサによる作動角の検出を行わせる実施の形態を示すタイムチャート。
【図24】従来の可変動弁装置を示す断面図。
【符号の説明】
11…シリンダヘッド
12…吸気弁
13…カムシャフト
15…カム
16…制御シャフト
17…制御カム
17a…厚肉部
18…ロッカアーム
18b…一端部
18c…他端部
19…バルブリフター
20…揺動カム
23…端部
24a…基円面
24b…カム面
25…リンクアーム
25a…基部
25b…突出端
25c…嵌合穴
26…リンク部材
26a,26b…両端部
21,28,29…ピン
101…アクチュエータ
102…コントローラ
106…ギヤセンサ
114…ポジションセンサ
115…リファレンスセンサ
116…揺動位置センサ
Claims (6)
- カムシャフトと略平行に配設された制御シャフトと、該制御シャフトの外周に偏心して固定された制御カムと、該制御カムに揺動自在に軸支されたロッカアームと、前記カムシャフトの回転に応じて前記ロッカアームの一端部を揺動駆動する揺動駆動手段と、前記ロッカアームの他端部に連係して揺動して機関弁を開作動させる揺動カムと、前記制御シャフトをギヤを介して回転駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを機関の運転状態に応じて制御する制御手段と、を含んでなる内燃機関の可変動弁装置において、前記ギヤの歯を非接触に検出するギヤセンサと、前記制御シャフトの基準回転位置から前記ギヤセンサで検出されたギヤの歯数を計数する歯数計数手段と、該歯数計数手段で計数されたギヤの歯数と前記基準回転位置とに基づいて、前記制御シャフトの回転位置を検出する制御位置検出手段と、を含んでなる内燃機関の可変動弁装置における制御位置検出装置。
- 前記揺動駆動手段が、前記カムシャフトの外周に偏心して固定された回転カムと、基端部に前記回転カムが回転自在に嵌合される嵌合穴を有すると共に、先端部が前記ロッカアームの一端部と回転自在に連係するリンクアームと、から構成されると共に、前記揺動カムが、前記カムシャフトに揺動自在に軸支されることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の可変動弁装置における制御位置検出装置。
- イグニッションスイッチがONされたときに、前記制御シャフトを回転範囲の一方端のストッパ突き当て位置に向けて回転駆動させるべく前記アクチュエータを強制的に制御する初期位置駆動手段を備え、該初期位置駆動手段によって回転駆動されるストッパ突き当て位置を前記基準回転位置とすることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の可変動弁装置における制御位置検出装置。
- 前記制御位置検出手段で検出された前記制御シャフトの回転位置を機関の停止中に記憶保持する制御位置記憶手段を備え、機関の再始動後は前記記憶された回転位置を前記基準回転位置として、前記制御シャフトの回転位置の検出を行わせることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の可変動弁装置における制御位置検出装置。
- 前記カム軸の回転に同期して基準信号を発生するカムセンサと、前記ロッカアーム又は揺動カムが所定の揺動位置にあることを検出する揺動位置センサと、前記カムセンサからの基準信号の発生時点から前記揺動位置センサからの検出信号が発生するまでの位相差を計測する位相差計測手段と、該位相差計測手段で検出された位相差に基づいて前記機関弁の作動角を検出する作動角検出手段と、を備え、
イグニッションスイッチのON後に前記作動角検出手段で最初に検出された作動角を前記基準回転位置に相当する値として、前記制御位置検出手段における回転位置の検出を行わせることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の可変動弁装置における制御位置検出装置。 - 前記カム軸の回転に同期して基準信号を発生するカムセンサと、前記ロッカアーム又は揺動カムが所定の揺動位置にあることを検出する揺動位置センサと、前記カムセンサからの基準信号の発生時点から前記揺動位置センサからの検出信号が発生するまでの位相差を計測する位相差計測手段と、該位相差計測手段で検出された位相差に基づいて前記機関弁の作動角を検出する作動角検出手段と、を備え、
前記揺動位置センサからの検出信号が発生する毎に、前記作動角検出手段で検出された作動角を前記基準回転位置に相当する値として設定し、前記作動角検出手段で作動角が検出される間において、前記制御位置検出手段における回転位置の検出を行わせることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の可変動弁装置における制御位置検出装置。
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