JP4192186B2 - 内燃機関の可変動弁装置における作動角検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸・排気弁のリフト量（制御軸の作動角）を機関運転状態に応じて可変にできる内燃機関の可変動弁装置において、前記作動角を検出する作動角センサの故障を判定する装置に関する。

周知のように、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、その一例として特許文献１に記載されているものが知られている。

図２２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軸２が設けられていると共に、該カム軸２の外周にカム２ａが一体に設けられている。また、カム軸２の側部には制御軸３が平行に配置されており、この制御軸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。

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の上方にカム軸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。

また、前記制御軸３は、図２３に示すように、ＤＣサーボモータ等のアクチュエータにより、減速ギアを介し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。

そして、図２２において、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制御軸３の作動角の変化を伴って可変制御するようになっている。なお、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。

また、上記のように、吸気弁６の開閉時期及びバルブリフト量を、ロッカアーム５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、図２３に示すように、前記揺動支点を変化させるための制御軸３の作動角（回転位置）をポテンショメータ等の作動角センサ（制御用）によって検出し、この検出された作動角信号に基づき、コントロールユニットＣＰＵにおいて、検出結果と目標とを比較し、制御軸３の作動角（回転位置）を目標のバルブ特性に対応する目標作動角（回転位置）に精度良く制御するように駆動制御信号をフィードバック制御するようになっていた。
特開昭５５−１３７３０５号公報

以上詳細に説明してきたように、本発明請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角センサ故障判定装置では、上述のように、回転数検出手段で検出された内燃機関の回転数と吸入空気量検出手段で検出された内燃機関の吸入空気量からリフト量計算マップで求められた機関弁のリフト量に基づいて換算される制御軸の作動角と、制御用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角とを比較した偏差を求め、該偏差が所定値以上である時に制御用作動角検出手段の故障を検出する故障判定手段を備えた構成としたことで、ポテンショメータ等の接触式の制御用作動角センサと同一検出精度の診断用の作動角センサの設置を省略することができ、これにより、システム全体としてのコストを下げることができるようになるという効果が得られる。

また、請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角センサ故障判定装置では、請求項１記載の発明において、前記故障判定手段により前記制御用作動角検出手段の故障判定がなされなかった時は、前記リフト計算マップにおけるリフト量の値を、制御用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角に対応する機関弁の実リフト量に書き換える書き換え手段を備えている構成としたことで、内燃機関の固体差および経年変化による誤差を修正することができるようになるという効果が得られる。

また、請求項３記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角センサ故障判定装置では、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、前記ロッカアームまた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と前記揺動位置センサからの検出信号と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制御軸の作動角を検出する診断用作動角検出手段と、該診断用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角と、前記制御用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角とを比較した偏差を求め、該偏差が所定値以上である時に前記制御用作動角検出手段の故障を検出する故障判定手段と、を備え、前記揺動位置センサが、前記ロッカアームまたは揺動カムに設けた突起と、該突起を非接触に検出するセンサ本体とで構成したことで、ポテンショメータ等の接触式の制御用作動角センサと同一検出精度の診断用の作動角センサの設置を省略することができ、これにより、システム全体としてのコストを下げることができるようになるという効果が得られる。

しかしながら、上述の従来装置では、制御軸３の作動角を検出する作動角センサ（制御用）の故障を検知するために、該制御用作動角センサの他に、故障診断用の作動角センサを前記制御用作動角センサと同一軸上に配置し、両作動角センサで検出される両作動角信号の差によって故障状態を検出するように構成されたものであったため、２個のセンサの設置により、コストが高くつくという問題点があった。

本発明は、上述の従来の問題点に着目してなされたもので、システム全体としてのコストを下げることができる内燃機関の可変動弁装置における作動角センサ故障判定装置を提供することを目的とするものである。

上述の目的を達成するために、本発明請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角センサ故障判定装置では、カム軸と略平行に配設された制御軸と、該制御軸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、前記カム軸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、前記制御軸の作動角を検出する制御用作動角検出手段と、前記制御用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角信号に基づいて前記制御軸を機関の運転状態に応じた目標作動角位置に回転駆動させる制御手段と、含んでなる内燃機関の可変動弁装置において、内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、内燃機関の回転数と吸入空気量より機関弁のリフト量が予め算出されたリフト計算マップと、前記回転数検出手段で検出された内燃機関の回転数と前記吸入空気量検出手段で検出された内燃機関の吸入空気量から前記リフト量計算マップで求められた機関弁のリフト量に基づいて換算される制御軸の作動角と、前記制御用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角とを比較した偏差を求め、該偏差が所定値以上である時に前記制御用作動角検出手段の故障を検出する故障判定手段と、を備えている手段とした。

請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角センサ故障判定装置では、請求項１記載の発明において、前記故障判定手段により前記制御用作動角検出手段の故障判定がなされなかった時は、前記リフト計算マップにおけるリフト量の値を、制御用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角に対応する機関弁の実リフト量に書き換える書き換え手段を備えている手段とした。

請求項３記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角センサ故障判定装置では、カム軸と略平行に配設された制御軸と、該制御軸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、前記カム軸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、前記制御軸の作動角を検出する制御用作動角検出手段と、前記制御用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角信号に基づいて前記制御軸を機関の運転状態に応じた目標作動角位置に回転駆動させる制御手段と、含んでなる内燃機関の可変動弁装置において、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、前記ロッカアームまた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と前記揺動位置センサからの検出信号と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制御軸の作動角を検出する診断用作動角検出手段と、該診断用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角と、前記制御用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角とを比較した偏差を求め、該偏差が所定値以上である時に前記制御用作動角検出手段の故障を検出する故障判定手段と、を備え、前記揺動位置センサが、前記ロッカアームまたは揺動カムに設けた突起と、該突起を非接触に検出するセンサ本体とから構成されている手段とした。

作用

本発明請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角センサ故障判定装置では、上述のように、回転数検出手段で検出された内燃機関の回転数と吸入空気量検出手段で検出された内燃機関の吸入空気量からリフト量計算マップで求められた機関弁のリフト量に基づいて換算される制御軸の作動角と、制御用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角とを比較した偏差を求め、該偏差が所定値以上である時に制御用作動角検出手段の故障を検出するもので、これにより、前記制御用作動角検出手段と同一検出精度の診断用の作動角検出手段の設置が省略される。

請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角センサ故障判定装置では、請求項１記載の発明において、前記故障判定手段により前記制御用作動角検出手段の故障判定がなされなかった時は、書き換え手段において、前記リフト計算マップにおけるリフト量の値を、制御用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角に対応する吸気弁の実リフト量への書き換えが行われるもので、これにより、内燃機関の固体差および経年変化による誤差が修正される。

請求項３記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角センサ故障判定装置では、位相差計測手段において、カムセンサで検出されたカム軸の回転に同期した基準信号と揺動位置センサで検出されたロッカアームまたは揺動カムの揺動位置検出信号との位相差が計測されると共に、該位相差に基づいて診断用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角と、制御用作動角検出手段で検出された制御軸の作動角とを比較した偏差を求め、該偏差が所定値以上である時に制御用作動角検出手段の故障を検出するもので、これにより、前記制御用作動角検出手段と同一検出精度の診断用の作動角検出手段の設置が省略される。

以下、本発明の実施例を説明する。

図１〜図３は、本発明の実施例１におけるエンジン（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ＶＥＬ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、吸気弁の数を限定するものでないことは明らかである。

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）を介して摺動自存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軸１３と、該カム軸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、前記カム軸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軸１６と、該制御軸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。

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。前記カム軸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、一端部に設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。

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軸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軸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。

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、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから径方向へ所定量だけ偏心している。

また、この各偏心カム１５は、カム軸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軸挿通孔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。

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に回転自存に支持されている。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が圧入されるピン孔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。

前記各制御カム１７は、夫々円筒状を呈し、制御軸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位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。

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にカム軸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。

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。

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がべースサークル区間になり、カム面２４ｂの前記べースサークル区間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。

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。なお、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。なお、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。

前記制御軸１６は、一端部に設けられたＤＣサーボモータ等のアクチュエータ１０１によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっており、図９に示すように、前記アクチュエータ１０１は、制御手段としてのコントロールユニットＣＰＵからの制御信号によって制御されるようになっている。前記コントロールユニットＣＰＵは、クランク角センサ１０３，エアフローメータ１０４，水温センサ１０５，エンジンの回転数センサ１０６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角度位置に制御軸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。

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、コントロールユニットＣＰＵ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６Ａ，Ｂに示すように制御軸１６の軸心Ｐ２から左上方の回動位置に保持され、厚肉部１７ａがカム軸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、全体がカム軸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。

従って、図６Ａ，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６Ｂ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。

一方、機関の高速高負荷時に移行した揚合は、コントロールユニットＣＰＵ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７Ａ，Ｂに示すように制御軸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、今度は全体がカム軸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。

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７Ａ，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をリンクアーム２５を介して押し上げると、バルブリフター１９に対するそのリフト量Ｌ２は図７Ｂに示すように大きくなる。

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。

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、カム軸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も機関巾方向へ廷設する必要がなくカム軸の直上位置に「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、カム軸１３の配置を変更することなく、現行のカム軸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。

さらに、偏心カム１５と揺動カム２０とをカム軸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、カム軸１３と揺動カム２０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。

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。

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。従って、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 なお、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。

ところで、上記可変動弁においては、目標のバルブ特性に対応する角度位置に制御軸１６を駆動し、実際のバルブ特性を前記目標のバルブ特性に制御するが、前記制御軸１６の駆動精度や、前記制御軸１６の角度位置とバルブ特性との関係にばらつきがあると、目標のバルブ特性に精度良く実際のバルブ特性を制御することができなくなる。そこで、この発明の実施例１では、図１０のブロック図に示すように、前記揺動支点を変化させるための制御軸１６の作動角（回転位置）をポテンショメータ等の作動角センサ（制御用作動角検出手段）１０２によって検出し、この検出された作動角信号に基づき、コントロールユニットＣＰＵにおいて、検出結果としての作動角と目標作動角とを比較し、制御軸１６の作動角（回転位置）を目標のバルブ特性に対応する目標作動角（回転位置）となるようにＤＣサーボモータ等のアクチュエータ１０１に対する駆動制御信号をフィードバック制御するようになっている。なお、前記アクチュエータ１０１と制御軸１６との間には減速ギア１０７が介装されている。

次に、前記制御軸１６の作動角を検出する作動角センサ１０２の故障を検知する故障判定手段の内容を図１０のブロック図に基づいて説明する。即ち、図１０に示すように、前記コントロールユニットＣＰＵには、エンジン回転数Ｎ信号、吸入空気量Ｑ信号、スロットル開度ＴＶＯ信号が入力され、これらの信号に基づいて、作動角センサ１０２の故障検知が行われる。

次に、前記制御軸１６の作動角を検出する作動角センサ１０２の故障検知方法を、図１１のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ１では、エンジンがほぼ定常であるか否かを判定し、定常でない時は、定常になるまでこのステップＳ１を繰り返す。そして、エンジンがほぼ定常になると、ステップＳ２において、エンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑより吸気弁１２のリフト量を予め算出設定されたリフト計算マップ（Ｑ−Ｎマップ）により、吸気弁１２のリフト量を計算する。

ステップＳ３では、前記吸気弁１２のリフト量を作動角に変換し、この作動角をステップＳ４において作動角センサ１０２で検出された作動角と比較し、両者の偏差を求める。

ステップＳ５では、前記偏差が規定値以内であるか否かを判定し、規定値以内である時は、ステップＳ６において作動角センサ１０２のＯＫ判定をした後、ステップＳ７においてリフト計算Ｑ−Ｎマップの値を実リフトに置き換えた後、これで一回のフローを終了する。

また、前記ステップＳ５において、前記偏差が規定値以上である時は、ステップＳ８において作動角センサ１０２のＮＧ判定をした後、ステップＳ９において、センサ故障時処理を行った後、これで一回のフローを終了する。

次に、前記ステップＳ１におけるエンジン定常判定の内容を、図１２のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ１−１では、現在のエンジン回転数Ｎを取り込み、ステップＳ１−２では、所定時間Ｔｎ［sec ］前のエンジン回転数と比較し、両回転数値の偏差を求める。

ステップＳ１−３では、前記偏差、即ち、所定時間Ｔｎ［sec ］間のエンジン回転数の変化量が所定の範囲ΔＮ以内であるか否かを判定し、所定の範囲ΔＮを越えている時は、ステップＳ１−１３に進んでエンジン非定常時と判定し、これで一回のフローを終了する。また、所定の範囲ΔＮ以内である時は、ステップＳ１−４に進んで現在の吸入空気量Ｑを取り込み、ステップＳ１−５では、所定時間Ｔｑ［sec ］前の吸入空気量と比較し、両吸入空気量の偏差を求める。

ステップＳ１−６では、前記偏差、即ち、所定時間Ｔｑ［sec ］間の吸入空気量の変化量が所定の範囲ΔＱ以内であるか否かを判定し、所定の範囲を越えている時は、ステップＳ１−１３に進んでエンジン非定常時と判定し、これで一回のフローを終了する。また、所定の範囲ΔＱ以内である時は、ステップＳ１−７に進んで現在のスロットル開度ＴＶＯを取り込み、ステップＳ１−８では、所定時間Ｔｔ［sec ］前のスロットル開度と比較し、両開度の偏差を求める。

ステップＳ１−９では、前記偏差、即ち、所定時間Ｔｔ［sec ］間のスロットル開度の変化量が所定の範囲ΔＴＶＯ以内であるか否かを判定し、所定の範囲を越えている時は、ステップＳ１−１３に進んでエンジン非定常時と判定し、これで一回のフローを終了する。また、所定の範囲ΔＴＶＯ以内である時は、ステップＳ１−１０に進んで、エンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑよりスロットル開度を予め算出設定されたスロットル開度計算マップ（Ｑ−Ｎマップ）により、スロットル開度Ｔｈを計算する。なお、前記Ｑ−Ｎマップは、エンジン回転数ＮとエンジントルクＴＲＱより現在のスロットル開度ＴＶＯを予め算出設定されたマップと、エンジン回転数ＮとエンジントルクＴＲＱより現在の吸入空気量Ｑを予め算出設定されたマップとに基づいて作成される。

ステップＳ１−１１では、前記計算によるスロットル開度Ｔｈと現在のスロットル開度ＴＶＯとの偏差の絶対値が所定の範囲ΔＴｈ以内であるか否かを判定し、所定の範囲を越えている時は、ステップＳ１−１３に進んでエンジン非定常時と判定し、これで一回のフローを終了する。また、所定の範囲ΔＴｈ以内である時は、ステップＳ１−１２に進んでエンジン定常時と判定し、これで一回のフローを終了する。

即ち、この発明の実施例１では、エンジンの回転数Ｎと吸入空気量Ｑからリフト量計算マップで求められた吸気弁のリフト量に基づいて換算される制御軸１６の作動角と、制御用作動角センサ１０２で検出された制御軸１６の作動角とを比較した偏差を求め、該偏差が所定値以上である時に制御用作動角センサ１０２の故障を検出する構成としたことで、前記ポテンショメータ等の接触式の制御用作動角センサ１０２と同一検出精度の診断用の作動角センサの設置を省略することができ、これにより、システム全体としてのコストを下げることができるようになるという効果が得られる。

また、前記故障判定において、前記制御用作動角センサ１０２の故障判定がなされなかった時は、書き換え手段において、前記リフト計算マップにおけるリフト量の値を、制御用作動角センサ１０２で検出された制御軸１６の作動角に対応する吸気弁１２の実リフト量への書き換えを行うようにしたことで、エンジンの固体差および経年変化による誤差を修正することができるようになるという効果が得られる。

次に、本発明の実施例２の内燃機関の可変動弁装置における作動角センサ故障判定装置について説明する。なお、可変動弁機構ＶＥＬの基本構成（図１〜図８）は前記発明の実施例１と同じであるため、その説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

図１３は、本発明の実施例２の可変動弁装置の制御システムを示すブロック図であり、この図に示すように、制御用作動角センサ１０２の故障判断に用いられる診断用の作動角を検出するためのセンサとして、非接触式センサが設けられている。

以下に、前記非接触式センサ（診断用作動角検出手段）の構成について説明する。まず、図１４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、カム軸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とを設けてある。

なお、前記ポジションセンサ１１４、リファレンスセンサ１１５としては、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。

一方、前記ロッカアーム１８または揺動カム２０が所定の揺動位置になった時に検出信号を出力する揺動位置センサ（非接触式センサ）１１６が設けられる（図１５参照）。

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）、または、揺動カム２０の揺動支点（カム軸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または揺動カム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、カム軸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。

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、カム軸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に示すように制御軸１６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。

そこで、この発明の実施例２では、リファレンス信号ＲＥＦの発生時点（カム軸１３の基準位置、即ち、吸気弁１２の最大リフト位置）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（診断用作動角検出手段）よう構成されている。

図２０のフローチャートは、前記診断用作動角の検出制御を詳細に示すものであり、まず、ステップＳ１１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、ステップＳ１２へ進み、カウンタｔを０にリセットする。

ステップＳ１３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。ステップＳ１４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、ステップＳ１３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、ステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５では、その時のカウンタｔの値を、前記位相差Ｄ１に相当する値として求め、次のステップＳ１６では、前記位相差Ｄ１から制御軸１６の作動角を求める。

ステップＳ１７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、ステップＳ１８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。

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、ステップＳ１９へ進み、その時のカウンタｔの値を、前記位相差Ｄ２に相当する値として求め、次のステップＳ２０では、前記位相差Ｄ２から制御軸１６の診断用作動角を再度求め、作動角の検出データを更新し、これで一回のフローを終了する。

次に、故障判断制御の内容を、図２１のフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ２１では、制御用作動角センサ検出作動角と診断用作動角とを比較して両者の偏差を求める。

ステップＳ２２では、前記偏差が規定値以内であるか否かを判定し、規定値以内である時は、ステップＳ２３において作動角センサ１０２ののＯＫ判定をし、また、規定値以上である時は、ステップＳ２４において作動角センサ１０２のＮＧ判定をした後、これで一回のフローを終了する。

以上説明してきたように、この発明の実施例２では、診断用作動角検出手段として、前記ロッカアーム１８または揺動カム２０の揺動位置を検出する構成とし、突起とホール素子ＩＣセンサとの組み合わせから等からなる非接触式のセンサを用いたことで、ポテンショメータ等の接触式の制御用作動角センサと同一検出精度の診断用の作動角センサの設置を省略することができ、これにより、システム全体としてのコストを下げることができるようになるという効果が得られる。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、具体的な構成はこれら発明の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、発明の実施例では、機関弁として吸気弁を例にとったが、排気弁についても適用することができる。また、本発明が適用される可変動弁機構としては、この発明の実施例で例示した構造のものに限定されるものではなく、従来例に示した構造のものや、その他の可変動弁機構にも全て本発明を適用することができる。

本発明の実施例１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）。 上記可変動弁装置の側面図。 上記可変動弁装置の平面図。 上記可変動弁装置に使用される偏心カムを示す斜視図。 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。 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）。 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線断面図）。 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。 上記可変動弁装置の主に作動角制御システムを示すブロック図。 上記可変動弁装置の主に作動角センサ故障検知システムを示すブロック図。 上記可変動弁装置の主に作動角センサ故障検知内容を示すフローチャート。 上記フローチャートにおけるエンジン定常判定内容を示すフローチャート。 本発明の実施例２における可変動弁装置の主に作動角センサ故障検知システムを示すブロック図。 上記制御システムを構成するポジションセンサとリファレンスセンサとを示す図。 本発明の実施例２における可変動弁装置の作動角制御および作動角センサ故障検知システムを示すブロック図。 上記制御システムを構成する揺動位置センサを示す図。 カム軸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。 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。 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。 本発明の実施例における作動角検出の様子を示すフローチャート。 上記可変動弁装置の主に作動角センサ故障検知内容を示すフローチャート。 従来の可変動弁装置を示す断面図。 従来の可変動弁装置の主に作動角制御システムを示すブロック図。

符号の説明

１２ 吸気弁
１３ カム軸
１５ 偏心カム（揺動駆動手段）
１６ 制御軸
１７ 制御カム
１８ ロッカアーム
２０ 揺動カム
２３ 端部
２５ リンクアーム（揺動駆動手段）
ＣＰＵ コントロールユニット（制御手段，故障判定手段）
１０１ アクチュェータ
１０２ 作動角センサ（制御用作動角検出手段）
１０４ エアフローメータ（吸入空気量検出手段）
１０６ 回転数センサ（回転数検出手段）

Claims (6)

1. 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機関の運転状態に応じた角度位置に回転駆動させる制御手段と、
   を含んでなる内燃機関の可変動弁装置において、
   前記機関と同期して作動する作動部材の基準角度位置毎のリファレンス信号を発生すると共に単位角度位置毎のポジション信号を発生する非接触式のカムセンサと、
   前記ロッカアーム又は揺動カムの所定の揺動位置毎に揺動位置信号を発生する非接触式の揺動位置センサと、
   前記カムセンサからのリファレンス信号及びポジション信号と前記揺動位置センサからの揺動位置信号と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、
   を含んでなる内燃機関の可変動弁装置における作動角検出装置。
2. 前記非接触式のカムセンサが、前記作動部材の基準角度位置及び単位角度位置毎に形成されたリファレンス用被検出部及びポジション用被検出部と、前記機関の非作動部に設けられ前記リファレンス用被検出部及びポジション用被検出部を各々非接触に検出して前記基準角度位置毎のリファレンス信号を発生するリファレンス検出部及び単位角度位置毎のポジション信号を発生するポジション検出部とによって構成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作動角検出装置。
3. 前記非接触式の揺動位置センサが、前記ロッカアーム又は揺動カムに形成された揺動位置用被検出部と、該揺動位置用被検出部を非接触に検出して前記所定の揺動位置毎に揺動位置信号を発生する揺動位置検出部とによって構成され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作動角検出装置。
4. 前記リファレンス用被検出部及び前記ポジション用被検出部又は前記揺動位置用被検出部又はを、突起部又は凹部にて形成すると共に、前記リファレンス検出部及び前記ポジション検出部又は前記揺動位置検出部をホール素子ＩＣによって構成したことを特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角検出装置。
5. 前記作動角検出手段が、前記リファレンス信号と前記揺動位置信号との間における前記ポジション信号の発生数を計数することで、前記リファレンス信号と前記揺動位置信号との位相差を計測し、前記位相差に基づいて前記機関弁の作動角を検出する構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角検出装置。
6. 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１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁装置における作動角検出装置。

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