JP4048832B2 - Engine valve gear - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タペットを介して弁を直接駆動する形式のエンジンの動弁装置に関し、車両の内燃機関の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンのシリンダに備えられた吸気弁や排気弁を開閉駆動する動弁装置として、燃費や出力の向上を図るため、運転状態に応じて開閉時期やリフト量等を変更したり、あるいは低負荷運転時に吸気二弁のうち片弁を停止したりする油圧作動式の可変動弁機構を有するものがある。本出願人も、カムシャフトに設けられたカムに常時接触してカムの回転を往復運動に変換し、これを弁に伝達するタペットを用いた直接駆動式の可変動弁装置として、特開2002−54413号公報に開示のものを提案している。この動弁装置では、円筒状のタペットを中央のセンタタペットとこれを挟んで両側に位置するサイドタペットとに三分割すると共にこれらのタペットを係合離脱させるロック機構を設け、サイドタペットを介して低リフト用カムによって弁をリフトさせるか、ロック機構で係合させたセンタタペットとサイドタペットとを介して高リフト用カムによって弁をリフトさせるかによって、弁のリフト量を可変としている。さらにこのような構成とすることにより、タペットのカムに対する摺動長さを確保した上で、従来の分割タイプのタペットで問題であったタペットを摺動自在に収容するタペットガイドの偏磨耗の低減が可能となっている。
【0003】
ところでこのような動弁装置において、高リフトや低リフト等の弁のリフト特性が切換指令に応じて確実に切り換わっているか否かを判定することは、健全なエンジンの運転を維持する上で重要である。つまり、指令通りに弁のリフト特性が切り換らないと、要求されたリフト特性から期待されるエンジンの状態と実際のエンジンの状態とが整合しなくなり、所定の出力が得られなくなる等の不具合が生じることがある。
【0004】
例えば特開平3−67009号公報には、弁のリフト特性を切り換えるための切換機構の切換不良を検出することが可能な動弁装置が開示されている。この動弁装置は、弁をロッカシャフトに枢支されたロッカアームを介して間接的に駆動する形式のもので、油圧駆動されて移動するピストン等を有するロック機構によって、第1〜第3ロッカアームが係合離脱自在とされている。すなわち、ロック機構は、エンジンの低速運転に際して各ロッカアームをそれぞれ離脱させ、また、エンジンの高速運転に際しては第1及び第3ロッカアームを係合させると共に第2及び第3ロッカアームを係合させるように構成されている。その場合のロック機構の切換不良を検出するため、上記ピストンの位置を直接的に検出する位置センサがロック機構の近傍に取り付けられている。こうすることにより、ピストンの位置が位置センサによって直接検出されるから、この検出信号に基づいてピストンが所定の位置にあるか否か、ひいてはロック機構の切換不良を確実に判定することが可能となっている。
【0005】
さらに、同じく弁をロッカアームを介して間接的に駆動する形式の動弁装置におけるリフト特性の切換不良を判定する技術としては、特開平7−233742号公報に開示のように、気筒に設けられた筒内圧センサで検出された筒内圧に基づくもの、特開平5−79363号公報に開示のように、切り換えを行うための電磁弁等の油圧制御系の作動不良を検出するもの、あるいは特開平6−317208号公報に開示のように、切換機構へ供給される油圧に基づくもの等がある。
【0006】
また、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変更する形式の可変バルブタイミング装置における異常を判定する技術として、特開平5−106472号公報に開示のように、吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップとノックセンサによって検出されるエンジンの振動状態とに基づくものや、特開平8−326516号公報に開示のように、吸気量の変化量に基くもの等がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特開2002−54413号公報に開示の三分割タイプのタペットを備えたエンジンにおいて、このエンジンを高速運転すべく離脱状態のセンタタペットと両側のサイドタペットとを係合するように、油圧駆動されて移動するプランジャやロックピンを有するロック機構に作動指令があった場合、センタタペットと両サイドタペットとが係合しないという切換不良が生じると、センタタペットは、両サイドタペット内において、該センタタペットを高リフト用カム側に付勢するスプリングに支持されただけのフリー状態となる。その場合、このセンタタペットに対応配置された高リフト用カムが高速回転駆動されるため、高リフト用カムの高いノーズ部によって該センタタペットは両サイドタペットの内方に弾かれるように押し込まれ、該センタタペットは衝撃的に下動すると共に高リフト用カムの動作に追随することなく高リフト用カムから一旦離反することがある。下動したセンタタペットは次いで弾かれるように上動し、下動中離反していた高リフト用カムに衝突するようになる。
【0008】
こうして指令通りにロック機構が作動しないと、前述のように要求されたリフト特性から期待されるエンジンの状態と実際のエンジンの状態とが整合しなくなり、所定の出力が得られなくなる等の不具合が生じる。
【0009】
また、センタタペットの衝撃的な上下動が継続すると、衝突のためセンタタペットや高リフト用カムが損傷したり、あるいは過度の圧縮のためスプリングが破損したりするおそれがある。
【0010】
なお、付勢力の大きいスプリングを採用して、前述のロック機構の切換不良時においてもセンタタペットを高リフト用カムに常時接触させるようにすることが考えられるが、一方で低速運転時に高リフト用カムで両サイドタペットから離脱されてフリー状態のセンタタペットを両サイドタペットの内方に押し込む際の押込力が大きくなってエンジンのエネルギ損失を招くから、この方策は好ましいものにはなり得ない。このような理由から、スプリングの付勢力は、フリー状態のセンタタペットが高リフト用カムに追随可能且つエンジンの大きなエネルギ損失を招かない程度に設定されるのが通例である。
【0011】
すなわち、ロック機構がエンジンの運転状態に応じて正常に作動しているか否かを判定すると共に作動に異常があればそれを早期に感知することは重要であって、三分割タイプのタペットを備えた動弁装置に対しても、例えば上記特開平3−67009号公報に記載の位置センサを適用し、ロック機構に備えられたプランジャまたはロックピンの移動を直接検出する方法が好ましいと考えられるが、その場合には、該センサをロック機構が収容されて往復運動するタペットに追随可能に、しかもシリンダヘッド内の限定されたスペースに設置しなければならないことから、このようなセンサの設置には問題がある。
【0012】
そこで、本発明は、係合離脱自在に分割されたタペットを介して弁を直接駆動する形式のエンジンの動弁装置における上記問題に鑑み、これらのタペットを係合離脱させるロック機構の作動不良を判定可能とすることを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【0014】
まず、請求項1に記載の発明は、シリンダヘッドに設けられたガイド孔に摺動自在に収容された円筒形のタペットと、該タペットを介してバルブを駆動するカムを備えたカムシャフトとを有し、上記タペットが第1タペットと第2タペットとに分割されていると共に、第1タペットと第2タペットとを係合離脱させるロック機構と、第1タペットをカム側に付勢するスプリングと、エンジンの運転状態に応じてロック機構の作動を制御する制御手段とが備えられており、且つ、上記カムシャフトには、各タペットごとに第1タペットと第2タペットとにそれぞれ対応する第1カムと該第1カムよりリフト量が小さい第2カムとが備えられ、第1タペットと第2タペットとが離脱状態にあるときには第2タペットを介して第2カムとバルブとが連結される一方、第1タペットと第2タペットとが係合状態にあるときには第1タペット及び第2タペットを介して第1カムとバルブとが連結されるように構成されたエンジンの動弁装置に関するもので、上記第1カムと第1タペットとの衝突による振動を検出する振動検出手段と、上記ロック機構が第1タペットと第2タペットとを係合するように制御される運転状態において、該検出手段からの検出信号に基づいてロック機構による第1タペットと第2タペットの離脱状態から係合状態への切換不良を判定する切換不良判定手段とが備えられていることを特徴とする。
【0015】
この発明によれば、振動を検出することにより上記切換不良を判定することができる。したがって、異常を早期に感知することが可能となり、要求されたリフト特性から期待されるエンジンの状態と実際のエンジンの状態とが整合しなくなる等の不具合を速やかに回避することができる。
【0016】
また、切換不良時に第1タペットの衝撃的な上下動が継続すると、衝突のため第1タペットや第1カムが損傷したり、あるいは過度の圧縮のためスプリングが破損したりするおそれがあるが、この発明によれば、異常が早期に感知されるから、これらの懸念を回避することができる。
【0017】
なお、上記第2カムは、プロフィールが真円とされたものも含む。
【0018】
次に、請求項2に記載の発明は、上記請求項1に記載のエンジンの動弁装置において、振動検出手段は、カムシャフトの振動を検出することを特徴とする。
【0019】
この発明によれば、切換不良時の第1タペットと第1カムとの衝突による振動が伝達され易いカムシャフトの振動を検出するから、切換不良の判定精度が向上する。
【0020】
また、請求項3に記載の発明は、上記請求項2に記載のエンジンの動弁装置において、振動検出手段は、カムシャフトを支持するカムキャップに取り付けられていることを特徴とする。
【0021】
振動検出手段を回転駆動されるカムシャフトに直接取り付けることは困難であるが、カムシャフトを直接支持するカムキャップへの取り付けは容易であるから、この発明によれば、上記衝突によるカムシャフトの振動を簡素な構成でしかも確実に検出することができる。
【0022】
また、請求項4に記載の発明は、上記請求項3に記載のエンジンの動弁装置において、振動検出手段による振動の検出対象時期は、該検出手段近傍に備えられた第1カムが所定のカムアングル範囲に位置する時期に設定されていることを特徴とする。
【0023】
第1タペットと第1カムとの衝突が生じるとすれば、そのときの第1カムの配置位置つまりカムアングルは、概ね所定の範囲に限定される。したがって、この発明によれば、衝突が生じるであろうと想定される所定のカムアングル範囲に注目して振動の検出を行うため、衝撃的に上動する第1タペットと第1カムとの衝突に起因するカムシャフトの振動を確実に検出することができるようになり、切換不良の判定精度が向上する。
【0024】
また、気筒別に第1カムのカムアングルが設定されているから、振動が検出されたカムアングルに基づいて切換不良が発生した気筒を特定することができ、修復作業の迅速化を図ることができる。
【0025】
また、請求項5に記載の発明は、上記請求項2に記載のエンジンの動弁装置において、ロック機構は油圧制御弁を介して供給される油圧によって作動すると共に該油圧を検出する油圧検出手段が備えられ、切換不良判定手段は、上記ロック機構の作動指令時に該油圧検出手段によって検出された油圧と振動検出手段からの検出信号とに基づいて、切換不良を判定することを特徴とする。
【0026】
この発明によれば、ロック機構へ供給される油圧を検出する油圧検出手段によって検出された油圧に基づいて油圧制御系側の不良要因を排除した上で、振動検出手段からの検出信号に基づいてロック機構における切換不良を判定することができるから、切換不良の判定精度が向上する。つまり、ロック機構への作動指令に応じて油圧制御弁が正常に動作すると、ロック機構の離脱から係合への切り換えを可能にする作動油圧が供給される。通常、このときの油圧は高い。したがって、油圧検出手段によって油圧を検出することにより、例えば油圧が高く且つ振動が検出された場合はロック機構側に問題が、一方、油圧が低く且つ振動が検出された場合は油圧制御系側に問題があるものと判断することができるから、ロック機構における切換不良の判定精度が向上するのである。
【0027】
そして、請求項6に記載の発明は、上記請求項2に記載のエンジンの動弁装置において、吸気量を検出する吸気量検出手段が備えられ、切換不良判定手段は、ロック機構の作動指令時に該吸気量検出手段によって検出された実吸気量と設定吸気量との偏差と振動検出手段からの検出信号とに基づいて、切換不良を判定することを特徴とする。
【0028】
一般に、比較的低いエンジン回転数の運転領域では、切換不良のため第1タペットと第1カムとの衝突が生じたとしても、その場合の衝突は軽度のものであるから、振動検出手段によるカムシャフトの振動の検出は困難である。つまり、振動検出手段に基く切換不良の判定には限界がある。
【0029】
一方、吸気弁のリフト特性が低リフトから高リフトへ、あるいは高リフトから低リフトへ正常に切り換わると、それに応じて吸気量が変化するから、この吸気量をエアフローセンサのような吸気量検出手段で検出することにより、ロック機構における離脱から係合、あるいは係合から離脱への切換不良を判定することができる。しかし、複数気筒のエンジンに単一のエアフローセンサが設けられている場合、一部の気筒のみに切換不良が生じたときには、正常な他の気筒によって異常が平均化されて切換不良を精度よく判定することができなくなることがある。その解消策として、気筒ごとにエアフローセンサを設けることが考えられるが、コスト面で不利となる。
【0030】
また、切換不良の精度よい判定には、判定基準となる吸気量として、例えば多様なスロットル開度とエンジン回転数とで整理された吸気量の精密なマップが必要となる。その場合、この膨大化したマップを格納するために、エンジンに対する各種の制御を行うコントロールユニットのメモリの相当部分が占有されるから、コントロールユニットの負荷面で問題となる。その解消策として、エンジンの運転状態を強制的に所定の状態とし、そのときの吸気量を検出するようにすれば上記メモリの問題を軽減することは可能であるが、運転中に強制的に所定の状態とするのは健全なエンジンの運転を維持する点からは問題であり、一方、上記所定の状態が実現される機会を待つのもその不確実性のため合理的とはいえない。
【0031】
それに対してこの発明によれば、エンジン回転数に応じて、吸気量に基づく切換不良の判定と、振動検出手段からの検出信号に基づく切換不良の判定とを採用することができるから、マップの構成を簡素化することが可能となってこのマップを格納するためのメモリが少なくて済むと共に、比較的低いエンジン回転数から比較的高いエンジン回転数に亘るエンジンの広い運転領域における切換不良の判定が可能となる。
【0032】
しかも、振動検出手段によって検出された振動に基くことにより、一部の気筒に切換不良が発生して吸気量の偏差が小さい場合においても、この切換不良を確実に判定することができる。
【0033】
また、吸気量検出手段によって検出された吸気量に基づくことにより、ロック機構における離脱から係合への切換不良に加え、係合から離脱への切換不良の判定も可能となる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るエンジンの動弁装置について説明する。
【0035】
[エンジンの概略構成]
図1及び図2に示すように、このエンジンは、4気筒A1〜A4を備えると共に、シリンダブロック1、シリンダヘッド2、及びシリンダヘッドカバー3を有している。そして、一気筒A1〜A4あたり、二つの吸気ポート(図1には一方のみ図示)Pin,Pin及び吸気弁11,11、並びに二つの排気ポート(同じく一方のみ図示)Pex,Pex及び排気弁12,12が設けられた4弁式の16バルブエンジンであり、各気筒A1〜A4ごとに四つのタペット(図1には二つのみ図示)13…13が備えられている。
【0036】
また、このエンジンは、各タペット13に対して、吸気及び排気カムシャフト14,15にそれぞれ形成されたプロフィールの異なる3枚のカム16,16,17(図1には2枚のカム16,17を図示)が配設された可変動弁式のエンジンである。
【0037】
[シリンダヘッド]
シリンダヘッド2は、シリンダヘッド基部20と、該基部20から立設された側壁部21,22,23とを有している。また、シリンダヘッド基部20は、燃焼室Bに臨む吸気ポートPin,Pin及び排気ポートPex,Pex等が形成されると共に、図示しない燃料噴射弁や吸気及び排気マニホルド等が組み付けられる部分である。そして、このシリンダヘッド2は、シリンダヘッド基部20を貫通してシリンダブロック1に突入する図示しないヘッドボルトにより該シリンダブロック1に組み付けられている。
【0038】
そして、シリンダヘッド2の基部20には、支持部材30が備えられている。この支持部材30は、シリンダヘッド2の側壁部21〜23で囲まれた空間内で水平に広がっており、吸気及び排気カムシャフト14,15の下部を軸受けする縦壁部31…31と、タペット13…13を摺動自在に収容するタペットガイド32…32とを有する。縦壁部31…31の上面には、吸気及び排気カムシャフト14,15の上部を軸受けするカムキャップ33…33がボルト34…34,34a…34aで結合されている。これにより、カムシャフト14,15を軸受けする軸受部35…35が構成される。なお、ボルト34a…34aは、縦壁部31…31を貫通してシリンダヘッド基部20に突入し、カムキャップ33…33を縦壁部31…31に結合すると共に支持部材30をシリンダヘッド2に共締めしている。
【0039】
また、支持部材30の図例上左右は、三箇所でボルト36…36によりシリンダヘッド2に組み付けられている。
【0040】
また、支持部材30には、吸気系側及び排気系側の両側に各気筒A1〜A4のタペットガイド32…32に近接して、吸気及び排気カムシャフト14,15に平行に、タペット13…13に作動油圧を供給するためのオイルギャラリ37,38が形成されている。そして、オイルギャラリ38の図例上右方側には、作動油圧を検出するための油圧センサ39が介設されている。
【0041】
また、支持部材30には、各気筒A1〜A4ごとの点火プラグ(図示せず)が挿通するための孔を有する円柱状の点火プラグ取付部40…40が形成されている。図例上左方側の点火プラグ取付部40は、後述のロック機構に供給する作動油圧を制御するための油圧制御弁41を取り付ける取付部と一体に柱状の二円連接形状に形成されている。
【0042】
そして、左右方向に中間に位置する吸気系側及び排気系側の軸受部35,35におけるカムキャップ33,33の上面には、本発明の特徴部分であるカムシャフト14,15の振動を検出するための振動センサ42,42が、カムキャップ33,33に一体に形成された突起部33a,33aを介してそれぞれ取り付けられている。なお、振動センサ42,42は吸気系側及び排気系側にそれぞれ一個取り付けられているが、その個数は適宜増減可能である。
【0043】
[カム]
プロフィールの異なる3枚のカム16,16,17のうち、特許請求の範囲に記載の第2カムに相当する両端の低リフト用カム16,16はプロフィールが同一に設定され、同じく第1カムに相当する中央の高リフト用カム17は上記カム16,16とプロフィールが異なって設定されている。すなわち、両端の低リフト用カム16,16は小さいリフト量を、中央の高リフト用カム17は大きいリフト量を提供する。
【0044】
なお、低リフト用カム16の代わりにほぼ真円のプロフィールとされた極低リフト用カム(1〜2mm程度のリフト量を提供)を用いることができる。これは、燃料噴射弁を吸気ポートPin,Pinに設けてポート噴射を実行する場合に、低リフト用カム16に真円のプロフィールのものを用いると、完全弁停止状態になる。そうすると、吸気ポートPin,Pin内に燃料が溜まり、次に高リフト用カム17に切り換えたとき、この燃料が一気に燃焼室B内に吸入されるという不具合が生じることになる。このような不具合を回避するため、上記極低リフト用カムを用いるのである。したがって、直噴エンジンにおいては、プロフィールが真円とされて実質リフト量が零のカムを用い、完全弁停止状態としてもよい。
【0045】
[タペット]
略円筒形のタペット13の下部には、吸気弁11あるいは排気弁12のステムエンド51が当接する。このステムエンド51には、シリンダヘッド基部20との間に介装されたバルブスプリング52を受けるスプリング受け53が備えられている。このバルブスプリング52は、吸気弁11あるいは排気弁12をそれぞれ吸気ポートPinあるいは排気ポートPexが閉成する方向に付勢している。
【0046】
図3に示すように、タペットガイド32に収容されたタペット13は、高リフト用カム17に当接する平面54aが矢印aで示す該カム17の摺動方向に長辺となるように構成されたセンタタペット54と、低リフト用カム16,16に当接する平面55a,55aが同じく矢印aで示す該カム16,16の摺動方向に長辺となるように構成されて上記センタタペット54を挟むように位置するサイドタペット55,55とに三分割されている。この場合、上記センタタペット54とサイドタペット55,55とは、それぞれ特許請求の範囲に記載の第1タペットと第2タペットとに他ならない。
【0047】
以下、一例として、一方の吸気ポートPinに対応するタペット13の構成につき、図4〜図7に基いて詳しく説明する。
【0048】
<センタタペット>
図4、図6、及び図7に示すように、センタタペット54には、吸気カムシャフト14に設けられた高リフト用カム17に当接する略矩形状の平面54aが矢印aで示す該カム17の摺動方向に沿って形成されている。また、センタタペット54には、平面54aのカム摺動方向に沿った縁部から下方に延びる二つの外側面54b,54bと、平面54aのカム摺動方向の両端部から下方に延びる二つの円弧状の外周面54c,54cとが形成されている。
【0049】
そして、センタタペット54の外周面54c,54cの両側には、サイトタペット55,55方向に延びる延設部54d…54dが形成されており、これらの延設部54d…54dには、サイドタペット55,55と摺接する受け面54e…54eが形成されている。なお、延設部54d…54dつまり受け面54e…54eの基端部には、比較的浅い凹部54f…54fが設けられている。
【0050】
また、センタタペット54の平面54aの裏側には、カム摺動方向に直交するようにつまり吸気カムシャフト14に平行に、下方に延びる突出部54gが形成されており、該突出部54gには、これを貫通するようにロック孔54hが形成されている。そして、平面54aの裏側には、上記突出部54gを挟むように一対のスプリング座部54i,54i(図6には一方のみ図示)が形成されている。
【0051】
<サイドタペット>
図5〜図7に示すように、サイドタペット55,55には、吸気カムシャフト14に設けられた低リフト用カム16,16に当接する二つの平面55a,55aが、矢印aで示す該カム16,16の摺動方向に沿って形成されている。また、サイドタペット55,55には、平面55a,55aのカム摺動方向に沿った縁部から下方に延びる二つの内側面55b,55bと、平面55a,55aの吸気カムシャフト14方向の両端部から下方に延びる略円弧状の二つの外周面55c,55cとが形成されている。
【0052】
そして、両サイドタペット55,55を下部位置において連結し、ステムエンド51との当接部を提供する連結部55dが形成されている。この連結部55dのカム摺動方向に沿った両端部近傍には、一対のプリング座部55e,55eが形成されている。
【0053】
また、サイドタペット55,55には、内側面55b,55bのカム摺動方向の両端部からセンタタペット54方向に延びる突出部55f…55fが、センタタペット54と非接触状態で形成されている。なお、該突出部55f…55fは、センタタペット54の凹部54f…54fに対応位置するように設けられている。
【0054】
また、サイドタペット55,55には、平面55a,55aのカム摺動方向の両端部つまり上記突出部55f…55fから下方に延びて、センタタペット54の受け面54e…54eに摺接する摺接面55g…55gが形成されている。
【0055】
また、サイドタペット55,55には、一方の外周面55cから他方の外周面55cを貫通するように、タペット13の軸心を通り吸気カムシャフト14方向に平行なロック孔55h,55hが形成されている。これらのロック孔55h,55hは、センタタペット54の平面54aとサイドタペット55,55の平面55a,55aとが面一の状態のとき、センタタペット54のロック孔54hと一直線状に連通するように形成されている。
【0056】
また、サイドタペット55,55側の一対のスプリング座部55e,55eとセンタタペット54側の一対のスプリング座部54i,54iとの間に、センタタペット54を高リフト用カム17側に付勢する一対のスプリング56,56が介装されている。その場合、スプリング56,56の上端部は、側面視でセンタタペット54に設けられた突出部54gとオーバラップするように配設されている。なお、スプリング56,56の付勢力は、両サイドタペット55,55から離脱されてフリー状態のセンタタペット54が高リフト用カム17に追随可能且つエンジンの大きなエネルギ損失を招かない程度に設定されている。
【0057】
そして、上記連結部55dには、この連結部55dに剛性を付与するリブ55iが両サイドタペット55,55に亘って形成され、該リブ55iの中間部位に突出部55i′が設けられている。その場合、突出部55i′とセンタタペット54の突出部54gとの間の間隔は、両突出部54g,55i′が当接したときに上記スプリング56,56が破損しないような間隔に設定されている。
【0058】
こうすることにより、センタタペット54は両サイドタペット55,55間に組み込まれ、これらのタペット54,55,55の外周面54c,54c,55c,55cとタペットガイド32とが摺動可能になると共に、センタタペット54の受け面54e…54eとサイドタペット55,55の摺接面55g…55gとが摺動可能になる。そして、センタタペット54はスプリング56,56を介装されてサイドタペット55,55に組み込まれており、該スプリング56,56の付勢力に抗してサイドタペット55,55に対して相対移動可能になる。
【0059】
<ロック機構>
サイドタペット55,55に対して相対移動可能に組み込まれたセンタタペット54と、吸気弁11のステムエンド51に連結されたサイドタペット55,55とを係合離脱させるロック機構について、図6及び図7に基づいて説明する。
【0060】
前述のように、センタタペット54のロック孔54hとサイドタペット55,55のロック孔55h,55hとは、センタタペット54の平面54aとサイドタペット55,55の平面55a,55aとが面一の状態のとき、吸気カムシャフト14の方向に一直線状に連通している。
【0061】
一方のサイドタペット55のロック孔55hには、油圧によりセンタタペット54のロック孔54hに進出するプランジャ57が、センタタペット54のロック孔54hには、該プランジャ57に押されて他方のサイドタペット55のロック孔55hに進出するロックピン58が、そして、ロックピン58の周囲には、該ロックピン58のプランジャ57寄りの箇所に設けられたフランジ部58aを介してロックピン58を常時プランジャ57側に付勢するスプリング59が、それぞれ配置されている。
【0062】
また、センタタペット54のロック孔54hには、ロックピン58の両端近傍にブッシュ60,61がそれぞれ挿入固定されている。上記ブッシュ60,61のうちプランジャ57寄りのブッシュ60は、ロックピン58のフランジ部58aに当接して、該ロックピン58のセンタタペット54の外側面54bを超えるプランジャ57側への移動を規制する。他方のブッシュ61は、上記フランジ部58aとの間に上記スプリング59を圧縮保持する。
【0063】
また、両サイドタペット55,55のロック孔55h,55hには別なるブッシュ62,63がそれぞれ挿入固定されている。上記ブッシュ62,63のうちのプランジャ57側のブッシュ62は、ロックピン58に臨んで開口した構成とされ、内方にプランジャ57を摺動嵌合する。他方のブッシュ63は、突入するロックピン58の先端部を収容するもので、該ロックピン58の所定長さ以上の突入を規制するストッパ部63aを有している。
【0064】
そして、上記ブッシュ62,63のセンタタペット54側の端部62a,63bは、センタタペット54の外側面54b,54bとサイドタペット55,55の内側面55b,55bとの間の間隙G,Gにそれぞれ所定長さだけ突出するように配置されている。
【0065】
こうして、ロック孔54h,55h,55h、プランジャ57,ロックピン58、スプリング59等によりロック機構が構成されている。
【0066】
<タペットの回り止め機構>
図6及び図7に示すように、タペット13において、上記ブッシュ63のタペット13外周側に設けられたボール支持部63cにボール部材64が一部突出するように支持されており、一方、タペットガイド32のタペット13との摺動面には、タペット13の摺動方向に沿ってガイド溝32aが上記ボール部材64と係合可能に形成されている。
【0067】
こうすることにより、ボール部材64とガイド溝32aとの係合を介して、タペットガイド32内におけるタペット13の軸心周りの回転が規制されるようになる。その結果、タペット13つまりセンタタペット54及びサイドタペット55,55と各カム16,16,17との良好な摺動位置関係が維持される。
【0068】
<タペットの上方抜け防止機構>
前述のように、サイドタペット55,55のロック孔55h,55hに固定されたブッシュ62,63のセンタタペット54側の端部62a,63bは、センタタペット54側に所定長さだけ突出するように配置されている。一方、図4、図6、及び図7に示すように、センタタペット54の外側面54b,54bには、ロック孔54h,54h周りに凹状の円弧状周面とされた当接面54j′,54j′を有する当接部54j,54jが、両サイドタペット55,55方向に所定長さだけ突設されている。
【0069】
センタタペット54にはスプリング56,56による上方への付勢力が常時作用しているが、上記のような構成とすることにより、センタタペット54側の当接面54j′,54j′とサイドタペット55,55側のブッシュ62,63の端部62a,63bとが係合したとき、タペット13からのセンタタペット54の上方への抜け出しが規制される。なお、上記構成は、サイドタペット55,55に対するセンタタペット54の下方への移動を規制するものはないので、後述のように非ロック状態において、該センタタペット54はスプリング56,56の付勢力に抗して下方に移動可能である。
【0070】
<タペット潤滑用の油受け凹部>
図1及び図3に示すように、タペットガイド32の各カム16,16,17側の開口部周囲のカム摺動方向に沿う部位に、潤滑油をタペットガイド32とタペット13詳しくはタペットガイド32とセンタタペット54及びサイドタペット55,55との摺動面に供給する油受け凹部32b,32b,32c…32cが設けられている。これらの油受け凹部32b,32b,32c…32cは、タペット13側で下方に傾斜するように設けられている。
【0071】
こうすることにより、簡素化された構成によって、タペットガイド32とタペット13との摺動面に潤滑油を良好に供給することができると共に潤滑油を効率よく回収することができる。
【0072】
[タペットへの作動油圧の供給]
図1及び図2に示すように、シリンダヘッド2の長手方向つまりカムシャフト14,15方向に延びるオイルギャラリ37,38からの油圧を各タペット13…13のロック機構へ供給するよう、オイルギャラリ37,38から分岐して各タペットガイド32…32の内周面に開口する分岐油路37a…37a,38a…38aがそれぞれ設けられている。
【0073】
一例として、分岐油路37aのタペットガイド32の内周面における開口部は、サイドタペット55,55の平面55a,55aが低リフト用カム16,16のベースサークル部に当接した状態で、図7に示すように、一方のサイドタペット55に設けられた油路71と連通する。そして、このサイドタペット55には、油路71と連通する油路72、及びブッシュ62に形成された開口部62bを介して油路72とプランジャ57背部の空間62cとを連通する油路73が設けられている。
【0074】
また、図2に示すように、支持部材30には、図示しないオイルポンプつまり油圧源からの作動油圧を油圧制御弁41に導入するための流入油路74と、作動油圧を油圧制御弁41からオイルギャラリ37,38へ供給するための流出油路75とが設けられている。
【0075】
こうすることにより、タペット13のロック機構におけるプランジャ57を作動させるための油圧は油圧制御弁41により制御され、ロック機構をロック状態とするエンジンの高速運転時に分岐油路37aを介して上記空間62cに供給される。すなわち、作動油圧は流入油路74を経て油圧制御弁41に導入され、油圧制御弁41がオンされると、この油圧制御弁41から流出油路75を通ってオイルギャラリ37に導かれ、サイドタペット55,55の平面55a,55aが低リフト用カム16,16のベースサークル部に当接し、分岐油路37aのタペットガイド32の内周面における開口部がサイドタペット55の油路71と連通した状態で、分岐油路37aを経て油路71に導入され、油路71から油路72及び油路73を経てブッシュ62の開口部62bを介してプランジャ57背部の空間62cに供給される。一方、油圧制御弁41がオフされると、空間62cから作動油圧が解放される。
【0076】
[制御システム]
図8に示すように、エンジンに対する各種の制御を行うコントロールユニット80は、エンジン水温を検出する水温センサ81、エンジンの回転数を検出するエンジン回転センサ82、吸気及び排気カムシャフト14,15のクランクシャフトに対する位相角を検出するカムアングルセンサ(図例では一方のみ示す)83,83、吸気通路に配設されてエンジンに吸入される空気量つまり吸気量を検出するエアフローセンサ84、カムシャフト14,15の振動を検出する振動センサ42,42、及びオイルギャラリ38に介設されてロック機構へ供給される作動油圧を検出する油圧センサ39等からの検出信号を入力する一方、油圧制御弁41の作動を制御する制御信号を出力する。
【0077】
そして、コントロールユニット80は、そのメモリに、例えばスロットル開度とエンジン回転数とで整理された吸気量マップを格納する。
【0078】
[タペットの動作例]
次に、一例として、吸気系側のタペット13の動作例を説明する。
【0079】
<正常動作>
まず、エンジンを低速運転するため低リフト用カム16,16によって吸気弁11をリフトさせる場合、油圧制御弁41をオフしてプランジャ57背部の空間62cに対する作動油圧を解放して、該プランジャ57をブッシュ62内に収容すると共に、スプリング59の付勢力によりロックピン58のフランジ部58aとブッシュ60との当接を介して該ロックピン58をロック孔54h内に位置させる。
【0080】
こうすることにより、ロック機構の非ロック状態が実現されて、センタタペット54と両サイドタペット55,55とは離脱状態となり、センタタペット54は両サイドタペット55,55に対して相対移動可能となる。すなわち、図9に示すように、吸気カムシャフト14に設けられて矢印b方向に回転する低リフト用カム(図例では一方のみ示す)16,16が両サイドタペット55,55の平面55a,55aをそれぞれ押圧することにより該サイドタペット55,55を矢印c方向に押し下げる結果、ステムエンド51を介して吸気弁11を低リフトさせることができる。一方、センタタペット54は両サイドタペット55,55の動作とは無関係に、センタタペット54と両サイドタペット55,55との間に介装されたスプリング56,56の付勢力に抗して高リフト用カム17によって平面54aが押圧されて矢印c方向に押し下げられる。
【0081】
その場合、図3〜図7に示すように、タペット13をセンタタペット54とその両側に位置するサイドタペット55,55とに分割すると共に、センタタペット54におけるカム摺動方向の外周面54c,54cの両側に、サイドタペット55,55の外周面55c,55cに重なるように両側に延びる延設部54d…54dを設けたから、サイドタペット55,55をタペットガイド32に押し付ける力が該延設部54d…54dつまり受け面54e…54eを介してセンタタペット54側に分散するようになる。したがって、カム16,16,17の摺動長を確保した上で、従来のようなタペット13とタペットガイド32との間の偏摩耗を低減させて耐摩耗性を向上させることができる。
【0082】
また、センタタペット54と両サイドタペット55,55とを係合離脱させるロック機構の両側に、センタタペット54を高リフト用カム17側に付勢する一対のスプリング56,56を配設したから、サイドタペット55,55に対するセンタタペット54の相対移動量ひいては吸気弁11のリフト量をより大きく設定することができる。
【0083】
次に、エンジンを高速運転するため高リフト用カム17によって吸気弁11をリフトさせる場合、油圧制御弁41をオンしてプランジャ57背部の空間62cに作動油圧を供給すると、プランジャ57の進出によってロックピン58はスプリング59の付勢力に抗してブッシュ63側に移動され、ロックピン58の先端がブッシュ63のストッパ部63aに当接した時点でロックピン58の移動は規制される。
【0084】
こうすることにより、一方のサイドタペット55とセンタタペット54とはプランジャ57とロック孔54h内のブッシュ60との係合を介して連結され、同時にセンタタペット54と他方のサイドタペット55とはロックピン58とロック孔55h内のブッシュ63との係合を介して連結され、ひいてはセンタタペット54と両サイドタペット55,55とがロック状態になる。この状態で、図10に示すように、矢印b方向に高速回転する高リフト用カム17がセンタタペット54の平面54aを押圧することにより、連結されたセンタタペット54と両サイドタペット55,55とは一体で矢印c方向に移動し、ステムエンド51を介して吸気弁11を高リフトさせることができる。
【0085】
<異常動作>
ところで、ロック機構によるセンタタペット54と両サイドタペット55,55の離脱状態から係合状態への切換不良が生じると、図11に示すように、センタタペット54は両サイドタペット55,55内方でフリー状態となると共に矢印b方向に高速回転する高リフト用カム17の高いノーズ部で弾かれるように矢印c方向に押し込まれる。つまり、センタタペット54は衝撃的に下動してその平面54aが高リフト用カム17から一旦離反すると共にセンタタペット54を支持するスプリング56,56は図9に示す正常動作時に比較して大きく圧縮される。その場合、スプリング56,56が破損するほど圧縮されるより先に、センタタペット54の突出部54gとサイドタペット55,55の連結部55dに設けられた突出部55i′とが当接するように該突出部55i′を設けているから、スプリング56,56の破損を回避することができる。
【0086】
衝撃的に下動したセンタタペット54は、突出部54gを介してサイドタペット55,55の突出部55i′に当接し、次いで鎖線の矢印d方向に弾かれるように上動し、鎖線で示すように平面54aを介して高リフト用カム17に衝突する。その際、この高リフト用カム17が形成された吸気カムシャフト14の振動が生じることになる。つまり、上記衝突はセンタタペット54の衝撃的な下動ののちの上動時に、図12に示すように、リフト量変化に負の加速度が生じる所定のリフト量範囲すなわち所定のカムアングル範囲で生じるから、このカムアングル範囲を振動検出対象範囲とした上で、該範囲内において、縦壁部31と協働して吸気カムシャフト14を支持するカムキャップ33の上面に取り付けられた振動センサ42によって振動を検出することにより、上記衝突が生じたつまりロック機構における切換不良が発生したと正確に判定することができる。
【0087】
また、振動センサ42を切換不良時のセンタタペット54と高リフト用カム17との衝突による振動が伝達され易い吸気カムシャフト14を上方から支持するカムキャップ33に取り付けたから、上記振動を簡素な構成でしかも確実に検出することができる。
【0088】
なお、センタタペット54の上記上下動の間、サイドタペット55,55は平面55a,55aを介して低リフト用カム16,16に接触している。
【0089】
[ロック機構における切換不良の判定例]
次に、コントロールユニット80が実行するロック機構における切換不良の判定例につき、図13に示すフローチャートに基いて説明する。
【0090】
エンジンが例えば低リフト用カム16による低速運転状態にある場合、コントロールユニット80は、ステップS1で、水温センサ81による水温が60℃を超えているか否かを判定し、NOであればステップS2で、エンジン回転センサ82によるエンジン回転数Neが所定値Ne1に達するのを待ち、ステップS3で、油圧制御弁41をオンしてタペット13を高リフト作動させるように指令する。すなわち、センタタペット54とサイドタペット55,55とをこれまでの離脱状態から係合状態へ切り換えるよう、ロック機構を作動させる。
【0091】
この場合、ロック機構が正常に作動すれば、センタタペット54と両サイドタペット55,55とがロック状態になり、タペット13は図10に示すように動作する。それに対してロック機構が正常に作動しなければ、センタタペット54は図11に基いて説明したような異常な動作を示すのである。
【0092】
次いで、ステップS4で、オイルギャラリ38に設けられた油圧センサ39による油圧Pが、油圧制御弁41がオンされた場合に期待される油圧に基いて設定された所定値P1を超えているか否かを判定し、YESであれば油圧制御弁41は正常に作動して、オイルギャラリ38ひいてはオイルギャラリ37には所定の作動油圧が供給されていることを意味するから、次にステップS5で、エアフローセンサ84による吸気量つまり実吸気量Qと、例えばスロットル開度とエンジン回転数Neとで整理された吸気量マップで設定されている設定吸気量Q1との偏差が、所定値ΔQより小さいか否かを判定する。すなわち、コントロールユニット80の指令の通りロック機構が作動したことにより吸気弁11のリフト量が高くなって、実吸気量Qが許容範囲内で設定吸気量Q1に達しているか否かを判定する。
【0093】
そして、ステップS5でYESであれば、実吸気量Qが設定吸気量Q1に見合う値であったことになるから、この場合にはさらにステップS6で、上記所定値Ne1より高いエンジン回転数Ne2で、所定のカムアングル範囲において振動センサ42による振動の検出信号を入力したか否かを判定し、NOであればつまり切り換えが正常に行われたと判定すればステップS7で、上記エンジン回転数Ne2以上のエンジン回転数Neの高速運転を許容する。
【0094】
一方、上記ステップS1でYESであれば、ステップS8で、エンジンの高速運転を禁止つまり運転状態を低リフト用カム16による運転に限定する。
【0095】
また、上記ステップS4でNOであれば、油圧制御弁41に異常があったと判断し、ステップS5でNOであれば、実吸気量Qが増加しないのはロック機構における切換不良があったためと判断し、そして、ステップS6でYESであれば、振動が検出されたのはロック機構における切換不良があったためと判断し、いずれの場合もステップS9で、警告灯を点灯させると共にこれまでの高速運転から低速運転に切り換えるように制御する。
【0096】
このように、ロック機構における切換不良が判定されると共に運転状態は速やかに低速運転とされるから、要求されたリフト特性から期待されるエンジンの状態と実際のエンジンの状態とが整合しなくなる等の不具合が速やかに回避される。しかも、運転状態が速やかに低速運転とされるから、センタタペット54の衝撃的な上下動が抑制され、その結果、センタタペット54、高リフト用カム17、及びスプリング56,56等の損傷は回避される。
【0097】
また、油圧センサ39によって検出された油圧に基くことにより、油圧制御弁41側の異常を判定することができるから、油圧センサ39と振動センサ42とを併用することにより、例えば油圧Pが所定値P1を超えて高く且つ振動が検出された場合はロック機構側の異常、一方、油圧Pが所定値P1より低く且つ振動が検出された場合は油圧制御弁41側の異常と判断することができ、ロック機構における切換不良の判定精度が向上する。
【0098】
また、センタタペット54と高リフト用カム17との衝突が生じるであろうと想定される所定のカムアングル範囲において振動センサ42によって振動を検出するから、ロック機構における切換不良の判定精度が向上する。さらに、振動が検出されたときのカムアングルセンサ83からの検出信号に基けば、どの気筒A1〜A4で振動つまりロック機構の切換不良が発生したかを特定することができるから、遅滞なく異常箇所を修復することが可能になる。なお、カムアングルセンサ83の代わりにクランクアングルセンサを採用し、所定のクランクアングル範囲を検出対象に設定した上で振動を検出するようにしてもよい。
【0099】
また、所定のエンジン回転数Ne1からエンジン回転数Ne2までの運転領域では、振動検出による切換不良の判定は困難であるが、吸気量Qに基く切換不良の判定を採用したから、上記領域における切換不良も判定可能となる。そして、エンジン回転数Ne2以上の運転領域では、振動センサ42による切換不良の判定が可能であるから、従来問題であったコントロールユニット80のメモリに格納される吸気量マップの膨大化が抑制される。
【0100】
しかも、振動センサ42によって検出された振動に基くことにより、例えば一部の気筒A1〜A4に切換不良が発生して実吸気量Qと設定吸気量Q1との偏差が小さい場合においても、ロック機構における切換不良を確実に判定することができる。
【0101】
さらに、吸気量Qに基くことにより、離脱から係合への切換不良に加え、係合から離脱への切換不良も判定可能となり、切換不良を判定するシステムとして利用範囲が拡大される。
【0102】
なお、上記実施の形態に係る動弁装置は本発明を具現化した一例であって、本発明はこれに限定されるものではなく、上記請求項に記載の範囲に含まれるものであればよい。
【0103】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、係合離脱自在に分割されたタペットを介して弁を直接駆動する形式のエンジンの動弁装置において、振動検出手段を採用することによりこれらのタペットを係合離脱させるロック機構の作動不良を判定することができ、しかも油圧検出手段や吸気量検出手段と組合わせることで判定精度の向上を図ることができる。異常な運転状態を早期に感知することができる本発明は、エンジンの動弁装置が備えられた車両分野に広く好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係るエンジンのシリンダヘッドの縦断面図である。
【図2】 支持部材を組み付けたシリンダヘッドの平面図である。
【図3】 図1のア−ア線による矢視図である。
【図4】 センタタペットの斜視図である。
【図5】 サイドタペットの斜視図である。
【図6】 タペットを中心とした要部縦断面図である。
【図7】 図6のイ−イ線による断面図である。
【図8】 制御システム図である。
【図9】 低速運転指令時且つ非ロック時のカムとタペットとの配置例を示す要部断面図である。
【図10】 高速運転指令時且つロック時のカムとタペットとの配置例を示す要部断面図である。
【図11】 高速運転指令時且つ非ロック時のカムとタペットとの配置例を示す要部断面図である。
【図12】 振動を検出する対象となるカムアングル範囲を示す図である。
【図13】 ロック機構における切換不良の判定例を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
2 シリンダヘッド
11 吸気弁(バルブ)
12 排気弁(バルブ)
13 タペット
14 吸気カムシャフト
15 排気カムシャフト
16 低リフト用カム(第2カム)
17 高リフト用カム(第1カム)
32 タペットガイド(ガイド孔)
33 カムキャップ
39 油圧センサ(油圧検出手段)
41 油圧制御弁
42 振動センサ(振動検出手段)
54 センタタペット(第1タペット)
55 サイドタペット(第2タペット)
56 スプリング
80 コントロールユニット(制御手段、切換不良判定手段)
84 エアフローセンサ(吸気量検出手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve operating apparatus for an engine that directly drives a valve via a tappet, and belongs to the technical field of an internal combustion engine of a vehicle.
[0002]
[Prior art]
As a valve operating device that opens and closes intake and exhaust valves provided in engine cylinders, in order to improve fuel efficiency and output, change the opening and closing timing, lift amount, etc. according to the operating state, or low load operation Some of the two intake valves have a hydraulically operated variable valve mechanism that stops one valve. The present applicant also discloses a direct drive variable valve operating apparatus using a tappet that constantly contacts a cam provided on a camshaft to convert the rotation of the cam into a reciprocating motion and transmits this to a valve. The one disclosed in Japanese Patent No. -54413 is proposed. In this valve operating apparatus, a cylindrical tappet is divided into a center tappet at the center and side tappets located on both sides of the center tappet, and a lock mechanism for engaging and disengaging these tappets is provided. The lift amount of the valve is variable depending on whether the valve is lifted by a low lift cam or by a high lift cam via a center tappet and a side tappet engaged by a lock mechanism. Furthermore, by adopting such a configuration, it is possible to reduce the uneven wear of the tappet guide that slidably accommodates the tappet, which has been a problem with the conventional split type tappet, while ensuring the sliding length of the tappet with respect to the cam. Is possible.
[0003]
By the way, in such a valve operating device, it is necessary to determine whether or not the lift characteristics of a valve such as a high lift or a low lift are switched according to the switching command in order to maintain a healthy engine operation. is important. In other words, if the valve lift characteristics do not switch as commanded, the engine status expected from the requested lift characteristics will not match the actual engine status, resulting in failure to obtain a predetermined output. May occur.
[0004]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-67009 discloses a valve operating device that can detect a switching failure of a switching mechanism for switching a lift characteristic of a valve. This valve operating apparatus is of a type in which the valve is indirectly driven via a rocker arm pivotally supported by a rocker shaft, and the first to third rocker arms are moved by a lock mechanism having a hydraulically driven piston and the like. Engagement release is possible. That is, the lock mechanism is configured to disengage each rocker arm during low-speed operation of the engine, and to engage the first and third rocker arms and engage the second and third rocker arms during high-speed operation of the engine. Has been. In order to detect a switching failure of the lock mechanism in that case, a position sensor for directly detecting the position of the piston is attached in the vicinity of the lock mechanism. By doing so, the position of the piston is directly detected by the position sensor, and therefore it is possible to reliably determine whether or not the piston is at a predetermined position based on this detection signal, and consequently, the switching failure of the lock mechanism. It has become.
[0005]
Further, as a technique for determining a failure in switching of lift characteristics in a valve gear of the same type that indirectly drives a valve via a rocker arm, it is provided in a cylinder as disclosed in JP-A-7-233742. Based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-79363, or to detect malfunction of a hydraulic control system such as a solenoid valve for switching, As disclosed in JP-A-317208, there are those based on the hydraulic pressure supplied to the switching mechanism.
[0006]
Further, as a technique for determining an abnormality in a variable valve timing device of a type that changes the phase of the camshaft with respect to the crankshaft, as disclosed in JP-A-5-106472, a valve overlap between an intake valve and an exhaust valve There are those based on the vibration state of the engine detected by the knock sensor, and those based on the amount of change in the intake air amount as disclosed in JP-A-8-326516.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the engine provided with the three-division type tappet disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-54413, hydraulic pressure is applied so that the center tappet in the disengaged state and the side tappets on both sides are engaged to operate the engine at high speed. When there is an operation command for a lock mechanism having a plunger or a lock pin that is driven and moved, if there is a switching failure in which the center tappet and both side tappets do not engage, the center tappet is The center tappet is in a free state only supported by a spring that biases the center tappet toward the high lift cam. In that case, since the high lift cam arranged corresponding to the center tappet is driven to rotate at a high speed, the center tappet is pushed by the high nose portion of the high lift cam so as to be repelled inward of both side tappets, The center tappet may be moved down impactively and may once separate from the high lift cam without following the operation of the high lift cam. The center tappet that has moved down then moves upward so as to be repelled, and collides with the high lift cam that has been separated during the downward movement.
[0008]
If the lock mechanism does not operate as instructed in this way, the engine state expected from the requested lift characteristics and the actual engine state do not match as described above, and a predetermined output cannot be obtained. Arise.
[0009]
Further, if the shocking vertical movement of the center tappet continues, the center tappet and the high lift cam may be damaged due to a collision, or the spring may be damaged due to excessive compression.
[0010]
It is possible to use a spring with a large urging force so that the center tappet is always in contact with the high lift cam even in the case of the switching failure of the locking mechanism described above. This measure cannot be preferred because the pushing force when the free center tappet is pushed into the inner side of both side tappets due to the cams being separated from the both side tappets increases the energy loss of the engine. For this reason, the biasing force of the spring is usually set so that the free center tappet can follow the high lift cam and does not cause a large energy loss of the engine.
[0011]
In other words, it is important to determine whether or not the lock mechanism is operating normally according to the operating state of the engine and to detect it early if there is an abnormality in operation. For example, the position sensor described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-67009 is applied to the valve operating apparatus, and a method of directly detecting the movement of the plunger or the lock pin provided in the lock mechanism is considered preferable. In that case, the sensor must be installed in a limited space in the cylinder head so as to be able to follow the tappet that reciprocates while the lock mechanism is accommodated. There's a problem.
[0012]
Therefore, in view of the above problem in the valve operating device of the engine in which the valve is directly driven through the tappet divided so as to be freely disengageable, the present invention eliminates the malfunction of the lock mechanism that engages and disengages these tappets. It is an object to enable determination.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
[0014]
First, the invention described in
[0015]
According to the present invention, the switching failure can be determined by detecting vibration. Therefore, it is possible to detect an abnormality at an early stage, and it is possible to quickly avoid problems such as the engine state expected from the requested lift characteristics and the actual engine state becoming inconsistent.
[0016]
Further, if the shocking vertical movement of the first tappet continues at the time of switching failure, the first tappet and the first cam may be damaged due to a collision, or the spring may be damaged due to excessive compression. According to the present invention, since an abnormality is sensed at an early stage, these concerns can be avoided.
[0017]
Note that the second cam includes a cam whose profile is a perfect circle.
[0018]
Next, the invention according to
[0019]
According to the present invention, since the vibration of the camshaft, in which the vibration due to the collision between the first tappet and the first cam at the time of switching failure is easily transmitted, is detected, the switching failure determination accuracy is improved.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in the engine valve operating device according to the second aspect, the vibration detecting means is attached to a cam cap that supports the camshaft.
[0021]
Although it is difficult to directly attach the vibration detecting means to the camshaft that is rotationally driven, it is easy to attach the camshaft to the cam cap that directly supports the camshaft. Can be reliably detected with a simple configuration.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, in the engine valve operating apparatus according to the third aspect, the first cam provided in the vicinity of the detection means has a predetermined timing when the vibration is detected by the vibration detection means. It is set at the time when it is located in the cam angle range.
[0023]
If a collision occurs between the first tappet and the first cam, the arrangement position of the first cam, that is, the cam angle at that time, is generally limited to a predetermined range. Therefore, according to the present invention, since the vibration is detected by paying attention to the predetermined cam angle range where the collision is assumed to occur, the collision between the first tappet and the first cam that moves up impactively is detected. The resulting camshaft vibration can be reliably detected, and the determination accuracy of switching failure is improved.
[0024]
Further, since the cam angle of the first cam is set for each cylinder, the cylinder in which the switching failure has occurred can be identified based on the cam angle in which vibration is detected, and the repair work can be speeded up. .
[0025]
According to a fifth aspect of the present invention, in the valve operating apparatus for an engine according to the second aspect, the lock mechanism is operated by the hydraulic pressure supplied via the hydraulic control valve and detects the hydraulic pressure. The switching failure determination means determines switching failure based on the hydraulic pressure detected by the hydraulic pressure detection means and the detection signal from the vibration detection means when the lock mechanism operation command is issued.
[0026]
According to this invention, after eliminating the failure factor on the hydraulic control system side based on the hydraulic pressure detected by the hydraulic pressure detection means for detecting the hydraulic pressure supplied to the lock mechanism, based on the detection signal from the vibration detection means. Since the switching failure in the lock mechanism can be determined, the determination accuracy of the switching failure is improved. That is, when the hydraulic control valve operates normally in response to an operation command to the lock mechanism, hydraulic pressure that enables switching from disengagement of the lock mechanism to engagement is supplied. Usually, the hydraulic pressure at this time is high. Therefore, by detecting the oil pressure by the oil pressure detecting means, for example, when the oil pressure is high and vibration is detected, there is a problem on the lock mechanism side, whereas when the oil pressure is low and vibration is detected, the oil pressure control system side is detected. Since it can be determined that there is a problem, the determination accuracy of the switching failure in the lock mechanism is improved.
[0027]
According to a sixth aspect of the present invention, in the valve operating apparatus for an engine according to the second aspect of the present invention, an intake air amount detecting means for detecting an intake air amount is provided, and the switching failure determining means is provided at the time of operating the lock mechanism. Switching failure is determined based on a deviation between the actual intake air amount detected by the intake air amount detecting means and the set intake air amount and a detection signal from the vibration detecting means.
[0028]
In general, even in the operation region where the engine speed is relatively low, even if a collision between the first tappet and the first cam occurs due to poor switching, the collision in that case is slight. It is difficult to detect shaft vibration. That is, there is a limit to the determination of switching failure based on the vibration detection means.
[0029]
On the other hand, if the lift characteristics of the intake valve switch normally from low lift to high lift or from high lift to low lift, the intake air amount changes accordingly, so this intake air amount is detected as an air flow sensor. By detecting with the means, it is possible to determine the failure of switching from disengagement to engagement or from engagement to disengagement in the lock mechanism. However, when a single airflow sensor is provided in a multi-cylinder engine, if switching failure occurs in only some of the cylinders, abnormalities are averaged by other normal cylinders, and switching failure is accurately determined. You may not be able to. As a solution for this, an air flow sensor may be provided for each cylinder, but this is disadvantageous in terms of cost.
[0030]
In addition, in order to accurately determine the switching failure, for example, a precise map of the intake air amount that is organized by various throttle openings and engine speeds is required as the intake air amount serving as a determination criterion. In that case, in order to store this enormous map, a considerable part of the memory of the control unit that performs various controls on the engine is occupied, which causes a problem in terms of load of the control unit. As a solution, it is possible to reduce the memory problem by forcing the engine operating state to a predetermined state and detecting the intake air amount at that time. The predetermined state is problematic from the point of maintaining healthy engine operation. On the other hand, waiting for an opportunity to realize the predetermined state is not reasonable due to its uncertainty.
[0031]
On the other hand, according to the present invention, it is possible to employ the determination of the switching failure based on the intake air amount and the determination of the switching failure based on the detection signal from the vibration detection means according to the engine speed. It is possible to simplify the configuration and require less memory to store this map, and determine switching failure in a wide engine operating range from a relatively low engine speed to a relatively high engine speed. Is possible.
[0032]
In addition, based on the vibration detected by the vibration detecting means, even when a switching failure occurs in some cylinders and the deviation of the intake air amount is small, this switching failure can be reliably determined.
[0033]
Further, based on the intake air amount detected by the intake air amount detection means, it is possible to determine the failure of switching from engagement to disengagement in addition to the failure to switch from disengagement to engagement in the lock mechanism.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an engine valve gear according to an embodiment of the present invention will be described.
[0035]
[Schematic configuration of the engine]
As shown in FIGS. 1 and 2, the engine includes four cylinders A <b> 1 to A <b> 4 and a
[0036]
Further, this engine has three
[0037]
[cylinder head]
The
[0038]
A
[0039]
Further, the left and right sides of the supporting
[0040]
Further, the
[0041]
The
[0042]
Then, vibrations of the
[0043]
[cam]
Of the three
[0044]
Instead of the
[0045]
[Tuppet]
The
[0046]
As shown in FIG. 3, the
[0047]
Hereinafter, as an example, the configuration of the
[0048]
<Center tappet>
As shown in FIGS. 4, 6, and 7, the
[0049]
Further, extending
[0050]
Further, on the back side of the
[0051]
<Side tappet>
As shown in FIGS. 5 to 7, the
[0052]
And both
[0053]
The
[0054]
Further, the
[0055]
Further, the
[0056]
Further, the
[0057]
The connecting
[0058]
By doing so, the
[0059]
<Lock mechanism>
A lock mechanism that engages and disengages the
[0060]
As described above, the
[0061]
A
[0062]
[0063]
Further,
[0064]
The ends 62a and 63b of the
[0065]
Thus, the
[0066]
<Tuppet detent mechanism>
As shown in FIGS. 6 and 7, in the
[0067]
By doing so, the rotation around the axis of the
[0068]
<Tappet upward slip prevention mechanism>
As described above, the
[0069]
The
[0070]
<Oil receiving recess for tappet lubrication>
As shown in FIGS. 1 and 3, the
[0071]
By doing so, it is possible to satisfactorily supply the lubricating oil to the sliding surface between the
[0072]
[Supplying hydraulic pressure to tappet]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0073]
As an example, the opening in the inner peripheral surface of the
[0074]
Further, as shown in FIG. 2, the
[0075]
By doing so, the hydraulic pressure for operating the
[0076]
[Control system]
As shown in FIG. 8, a
[0077]
Then, the
[0078]
[Operation example of tappet]
Next, as an example, an operation example of the
[0079]
<Normal operation>
First, when the
[0080]
By doing so, the unlocking state of the locking mechanism is realized, the
[0081]
In this case, as shown in FIGS. 3 to 7, the
[0082]
In addition, since a pair of
[0083]
Next, when the
[0084]
By doing so, one
[0085]
<Abnormal operation>
By the way, if the switching failure from the disengaged state of the
[0086]
The
[0087]
In addition, since the
[0088]
During the vertical movement of the
[0089]
[Judgment example of switching failure in lock mechanism]
Next, an example of determining a switching failure in the lock mechanism executed by the
[0090]
For example, when the engine is in a low speed operation state by the
[0091]
In this case, if the lock mechanism operates normally, the
[0092]
Next, in step S4, whether or not the oil pressure P by the
[0093]
If YES in step S5, the actual intake air amount Q is a value commensurate with the set intake air amount Q1, and in this case, in step S6, the engine speed Ne2 is higher than the predetermined value Ne1. Then, it is determined whether or not a vibration detection signal from the
[0094]
On the other hand, if “YES” in the step S1, the high speed operation of the engine is prohibited, that is, the operation state is limited to the operation by the
[0095]
If NO in step S4, it is determined that there is an abnormality in the
[0096]
As described above, since the switching failure in the lock mechanism is determined and the operation state is quickly set to the low speed operation, the engine state expected from the requested lift characteristics and the actual engine state are not matched. Will be avoided immediately. In addition, since the operation state is quickly changed to the low speed operation, the shocking vertical movement of the
[0097]
Further, since the abnormality on the
[0098]
In addition, since vibration is detected by the
[0099]
In addition, in the operation range from the predetermined engine speed Ne1 to the engine speed Ne2, it is difficult to determine a switching failure by vibration detection. However, since the switching failure determination based on the intake air amount Q is adopted, the switching in the above region is performed. Defects can also be determined. In the operating region where the engine speed is Ne2 or more, since it is possible to determine the switching failure by the
[0100]
In addition, based on the vibration detected by the
[0101]
Further, based on the intake air amount Q, it is possible to determine not only a switching failure from disengagement to engagement but also a switching failure from engagement to disengagement, and the use range is expanded as a system for determining a switching failure.
[0102]
The valve gear according to the above embodiment is an example embodying the present invention, and the present invention is not limited to this, as long as it is within the scope of the above claims. .
[0103]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a valve operating apparatus for an engine in which a valve is directly driven via a tappet divided so as to be freely disengaged, these tappets can be obtained by adopting vibration detection means. The malfunction of the lock mechanism to be engaged and disengaged can be determined, and the determination accuracy can be improved by combining with the oil pressure detecting means and the intake air amount detecting means. The present invention, which can detect an abnormal driving state at an early stage, is widely suitable in the field of vehicles equipped with an engine valve gear.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a cylinder head of an engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a cylinder head assembled with a support member.
FIG. 3 is a view taken in the direction of the arrows in FIG.
FIG. 4 is a perspective view of a center tappet.
FIG. 5 is a perspective view of a side tappet.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a main part centering on a tappet.
7 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG.
FIG. 8 is a control system diagram.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an essential part showing an arrangement example of cams and tappets at the time of a low speed operation command and when not locked.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of arrangement of cams and tappets at the time of high-speed operation command and when locked.
FIG. 11 is a cross-sectional view of the main part showing an arrangement example of cams and tappets at the time of high-speed operation command and when not locked.
FIG. 12 is a diagram illustrating a cam angle range that is a target for detecting vibration;
FIG. 13 is a flowchart for explaining a determination example of switching failure in the lock mechanism.
[Explanation of symbols]
2 Cylinder head
11 Intake valve
12 Exhaust valve
13 Tappet
14 Intake camshaft
15 Exhaust camshaft
16 Low lift cam (second cam)
17 High lift cam (first cam)
32 Tappet guide (guide hole)
33 Cam cap
39 Hydraulic sensor (hydraulic detection means)
41 Hydraulic control valve
42 Vibration sensor (vibration detection means)
54 Center tappet (1st tappet)
55 Side tappet (second tappet)
56 Spring
80 Control unit (control means, switching failure judgment means)
84 Airflow sensor (intake air amount detection means)
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