JP4232021B2 - 内燃機関における可変動弁装置の故障検出装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関（以下、エンジンという）における可変動弁装置の故障検出装置に関するものである。

運転領域に応じた最適なエンジン出力特性を実現するために、吸排気弁の開弁時期やリフト量を切換可能な可変動弁装置を備えたエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該特許文献１に記載されたエンジンは、カムスプロケットに内蔵したカム位相可変機構によりクランクシャフトに対する吸気側や排気側のカムシャフトの位相を変更可能なように構成され、エンジンの運転領域に応じてカムシャフトの位相を調整して吸気弁や排気弁の開弁時期を制御している。

カム位相可変機構はエンジンの潤滑用オイルを作動油として作動するが、作動油に含まれる不純物や切削加工時の切り粉等（以下、異物という）が油圧経路を閉塞させたり、或いは異物が摺動部分に噛み込んだりして作動不良を生じる虞がある。そこで、上記特許文献１に記載されたエンジンでは、車両減速に伴うＦ／Ｃ（燃料カット）中のように吸排気弁の開弁時期が変化してもエンジントルクが変動しない運転状態のときに、カム位相可変機構を最進角位置と最遅角位置との間で強制的に往復動させるクリーニング処理を実施して、異物の詰まりや噛み込みの低減を図っている。
特開２００３−８３１３１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたエンジンが実施するクリーニング処理では、異物の詰まりや噛み込みの予防効果はあるものの、実際に異物の詰まりや噛み込みが発生した場合の対策にはなり得ない。従って、異物の詰まりや噛み込みが生じた場合には、当該クリーニング処理を実施しない可変動弁装置と同様に、正常なカム位相制御を継続不能になることから、例えば不適切なカム位相制御の継続によりエンジンの排ガス特性が悪化する等のトラブルが避けられなかった。

本発明の目的は、作動油に含まれる異物の詰まりや噛み込みに起因する作動不良を的確に検出し、もって、不適切なカム位相制御の継続によるトラブルを確実に回避することができる内燃機関における可変動弁装置の故障検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、カムシャフトにより駆動されて吸気弁又は排気弁の少なくとも一方を開閉駆動する動弁機構と、油圧供給源から供給される作動油を切換える作動油切換手段と、内燃機関の運転状態に基づいて作動油切換手段を制御する制御手段と、カムシャフトとクランクシャフトとの間に設けられて、作動油切換手段から作動油の供給を受けて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と共に、作動油切換手段からの作動油の供給を受けてシリンダ内で切換えられるロックピンを備え、ロックピンによりカムシャフトを機関始動時に相当する所定位相で固定し得るカム位相可変機構とを備えた可変動弁装置において、シリンダ内のロックピンの切換位置に応じて該シリンダ内の作動油の油圧を検出可能または検出不能となる切換位置検出手段と、作動油切換手段が切換えられたにも拘わらず、切換位置検出手段が作動油切換手段の切換状態に対応する油圧検出状態にならなかったときに故障判定を下す故障判定手段とを備えたものである。

従って、内燃機関の運転状態に基づいて制御手段に制御された作動油切換手段により油圧供給源からの作動油が切換えられ、その切換状態に応じてカム位相可変機構によりクランクシャフトに対するカムシャフトの位相が変更されて、動弁機構を介して吸気弁や排気弁の開弁時期が調整される。一方、機関停止時にはカムシャフトが所定位相に変更されてロックピンにより固定され、その後の始動時には、油圧供給源の油圧が上昇するまでロックピンによりカムシャフトが始動時に相当する位相を固定されることで円滑な始動が図られる。

そして、このように内燃機関の運転中には作動油切換手段の切換に応じてロックピンが切換えられ、このロックピンの切換位置に応じて切換位置検出手段がシリンダ内の作動油の油圧を検出可能または検出不能となり、作動油切換手段が切換えられたにも拘わらず、切換位置検出手段が作動油切換手段の切換状態に対応する油圧検出状態にならなかったときには、故障判定手段により故障判定が下される。
つまり、このときにはロックピンの摺動部分に作動油中の異物が噛み込んでロックピンの摺動を妨げていると考えられ、ロックピンの切換不能により不適切なカム位相制御が継続されると、内燃機関の排ガス特性を悪化させる等のトラブルの要因となる。このような故障が判定されることにより、例えばカム位相可変機構によるカム位相制御を中止したり、或いはカム位相可変機構の修理を実施する等の対処が可能となるため、不適切なカム位相制御の継続によるトラブルを回避可能となる。

請求項２の発明は、請求項１において、制御手段が、内燃機関の燃料カット中、若しくはカムシャフトの位相変化に伴う機関トルクの変化量が小さい領域での運転中に、内燃機関の運転状態に関わらず作動油切換手段を切換制御してカム位相可変機構によりカムシャフトを強制的に所定の位相に駆動する強制駆動処理を実行し、故障判定手段が、制御手段により強制駆動処理が実行されて作動油切換手段が切換えられたときに、切換位置検出手段の油圧検出状態に基づいて故障の有無を判定するものである。

従って、内燃機関の燃料カット中、若しくはカムシャフトの位相変化に伴う機関トルクの変化量が小さい領域での運転中に、制御手段が実行する強制駆動処理により内燃機関の運転状態に関わらず作動油切換手段が切換制御されて、カム位相可変機構によりカムシャフトが強制的に所定の位相に駆動される。そして、このときの切換位置検出手段の油圧検出状態に基づいて故障の有無が判定される。

強制駆動処理は、カムシャフトの位相変化が機関トルクに影響しない燃料カット中、若しくはカムシャフトの位相変化に伴う機関トルクの変化量が小さい運転領域で行われるため車両の走行状態への影響は小さく、ドライバビリティを悪化させることなく実行可能であり、しかも、カム位相可変機構が強制的に駆動されることから、異物による油圧経路の閉塞やロックピンの摺動部分への異物の噛み込みが発生し難くなり、これらのトラブルの予防効果が得られる。

以上説明したように請求項１の発明の内燃機関における可変動弁装置の故障検出装置によれば、ロックピンの切換不能に起因するカム位相可変機構の作動不良を的確に検出し、もって、不適切なカム位相制御の継続によるトラブルを確実に回避することができる。

請求項３の発明の内燃機関における可変動弁装置の故障検出装置によれば、請求項１に加えて、ドライバビリティを悪化させることなく故障判定を実施できると共に、カム位相可変機構の強制駆動により、異物による油圧経路の閉塞やロックピンの摺動部分への異物の噛み込み等のトラブルを予防することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明を吸気側のカム位相を制御するカム位相可変機構を備えた可変動弁装置の故障検出装置に具体化した第１実施例を説明する。
図１は本実施形態のカム位相可変機構を示す側断面図、図２は同じくカム位相可変機構を示す断面図である。

エンジンのシリンダヘッド１上には動弁機構１ａが設けられ、当該動弁機構１ａにより各気筒の図示しない吸気弁及び排気弁が開閉駆動されるように構成されている。シリンダヘッド１上の軸受部２には吸気側のカムシャフト３が回転可能に支持され、カムシャフト３の回転に伴って吸気弁が開閉駆動される。カムシャフト３の前端にはタイミングプーリ４が回動可能に嵌め込まれ、タイミングプーリ４はタイミングベルト５を介して図示しないクランクシャフトにより図２の矢印方向に同期して回転駆動される。

タイミングプーリ４にはカム位相可変機構１３が設けられ、当該カム位相可変機構１３により吸気側のカム位相が変更される。以下、カム位相可変機構１３の構成を説明すると、カム位相可変機構１３のハウジング６及びハウジングカバー７はタイミングプーリ４の前面に固定され、これらの部材６，７の内部にはカムシャフト３の軸心を中心とした略一文字状をなす油圧室８が形成されている。油圧室８内にはベーンロータ９が配設され、ベーンロータ９の中心部はカムシャフト３の前端に対してカムボルト１０で固定され、カムボルト１０の頭部１０ａはハウジングカバー７により形成された油分配室１１内に位置している。

ベーンロータ９は円弧状をなす中心部９ａの両側にベーン９ｂを形成してなり、中心部９ａを油圧室８に形成した円弧状の摺接面８ａに当接させると共に、両ベーン９ｂの先端を油圧室８の外周面８ｂに当接させている。このベーンロータ９により油圧室８は計４つに区画され、以下の説明では、両ベーン９ｂのスプロケット回転側の油圧室８をそれぞれ遅角油圧室１２ａ、両ベーン9ｂのスプロケット反回転側の油圧室８をそれぞれ進角油圧室１２ｂと称する。

そして、ベーンロータ９は、図２に実線で示すように遅角油圧室１２ａの容積を最大とする最遅角位置と、図示しない進角油圧室１２ｂの容積を最大とする最進角位置との間で、カムシャフト３の軸線を中心として回動し得る。その結果、タイミングプーリ４に対するカムシャフト３の位相が変化して、吸気弁の開弁時期が変更される。
尚、図示はしないが、タイミングベルト５には排気側のタイミングプーリも連結されており、排気側ではタイミングプーリに対してカムシャフトが固定されて、所期の固定されたタイミングで排気弁が開閉駆動される。

ベーンロータ９の一方のベーン９ｂには、ハウジングカバー７側に開口するシリンダ１５が形成され、シリンダ１５内にはロックピン１６が摺動可能に配設されて、スプリング１７により常にハウジングカバー７側に付勢されている。ハウジングカバー７には、ベーンロータ９の最遅角位置においてロックピン１６が嵌合可能なようにロック凹部１８が形成され、ロックピン１６は、先端をロック凹部１８内に嵌合させる図１に示すロック位置と、先端をロック凹部１８内から離脱させる図示しないロック解除位置との間で切換え得る。

シリンダ１５内は、ベーンロータ９に形成された第２ロック油路１９、及びタイミングプーリ４に形成された第１ロック油路２０を介して遅角油圧室１２ａ内と連通し、ベーンロータ９の遅角側への回動時には、遅角油圧室１２ａ内の油圧が第２ロック油路１９及び第１ロック油路２０を経てシリンダ１５内に作用し、ロックピン１６をロック位置に切換える。又、ロック凹部１８内は、ハウジングカバー７に形成されたロック解除油路２１を介して油分配室１１内と連通し、ベーンロータ９の進角側への回動時には、進角油圧室１２ｂ内の油圧がロック解除油路２１を経てロック凹部１８内に作用し、ロックピン１６をロック解除位置に切換える。

一方、各進角油圧室１２ｂ内はベーンロータ９に形成された第４進角油路２４を介して上記油分配室１１内と連通し、油分配室１１内は、カムボルト１０を貫通する第３進角油路２５、カムシャフト３に形成された第２進角油路２６及び第１進角油路２７を介して、カムシャフト３の外周全周に形成されたオイル溝２８内と連通し、オイル溝２８は軸受部２に形成された進角供給油路２９を介してオイルコントロールバルブ３０（作動油切換手段であり、以下、ＯＣＶという）に対してカムシャフト３の回転角度に関わらず常に連通している。

又、各遅角油圧室１２ａ内は、ベーンロータ９に形成された第２遅角油路３１、カムシャフト３に形成された第１遅角油路３２を介して、カムシャフト３の外周全周に形成されたオイル溝３３内と連通し、オイル溝３３は軸受部２に形成された遅角供給油路３４を介して上記ＯＣＶ３０に対してカムシャフト３の回転角度に拘わらず常に連通している。
ＯＣＶ３０の切換に応じてエンジン潤滑用のオイルポンプ３５から吐出される作動油（エンジンオイル）が進角供給油路２９又は遅角供給油路３４の一方に選択的に供給されると共に、他方から排出される作動油がオイルパン３６に戻される。

ベーンロータ９には第２遅角油路３１と隣接するように第１油圧センサ４０（油圧検出手段）が配設され、第１油圧センサ４０により第２遅角油路３１内の油圧Ｐ1が検出される。又、ベーンロータ９にはロックピン１６のシリンダ１５と隣接するように第２油圧センサ４１（位置検出手段）が配設され、第２油圧センサ４１は、ロックピン１６がロック解除位置のときにはロックピン１６に遮られてシリンダ１５内の油圧Ｐ2を検出不能となり、ロックピン１６がロック位置になるとシリンダ１５内と連通して油圧Ｐ2を検出可能となる。これらの第１及び第２油圧センサ４０，４１の信号線４０ａ，４１ａはベーンロータ９内を経てカムシャフト３の外周に形成されたスリップリング４２に接続され、カムシャフト３の回転中でもスリップリング４２を介して各油圧センサ４０，４１からの検出信号を出力可能となっている。

車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）４４が設置されている。ＥＣＵ４４の入力側には、上記スリップリング４２を介して第１及び第２油圧センサ４０，４１が接続されると共に、エンジン回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ４５、エンジンの吸気負圧Ｐbを検出する吸気圧センサ４６等の各種センサ類が接続され、ＥＣＵ４４の出力側には、上記ＯＣＶ３０及び車両の運転席に設けられた警告灯４７（報知手段）等のデバイス類が接続されている。

そして、ＥＣＵ４４は各種センサ類からの検出情報に基づいて燃料噴射制御や点火時期制御を実行してエンジンを運転すると共に、上記ＯＣＶ３０を駆動してカム位相可変機構１３により吸気側のカム位相を制御する（制御手段）。更に、本実施形態では油圧経路に起因するカム位相可変機構１３の故障を判定しており、以下、ＥＣＵ４４によって実行されるカム位相可変機構１３の制御状況及びその故障判定処理について説明する。

まず、通常時のカム位相可変機構１３の作動状況を述べると、ＥＣＵ４４は図示しないマップに従ってエンジン回転速度Ｎeや吸気負圧Ｐbから設定された進角量（最遅角位置を基準とした進角量）を算出し、算出した進角量に基づいてＯＣＶ３０を駆動制御する。例えば、車両発進時には、吸気負圧Ｐbの増加に伴って最遅角位置より大きな進角量が設定され、ＥＣＵ４４によりＯＣＶ３０は図１とは逆位置に切換えられる。その結果、オイルポンプ３５からの作動油は進角供給油路２９、第１進角油路２７、第２進角油路２６、第３進角油路２５、油分配室１１、第４進角油路２４を経て進角油圧室１２ｂ内に導入され、その油圧によりベーンロータ９は進角側に回動する。

ベーンロータ９が目標の進角量に達したとき、ＥＣＵ４４はＯＣＶ３０を中立位置に切換えて進角油圧室１２ｂへの作動油の供給を中止し、その時点のベーンロータ９の回動位置を保持する。エンジンの運転中は、以上のようにＯＣＶ３０の切換制御が繰り返されて、ベーンロータ９と共にカムシャフト３の位相が変更され、吸気弁の開弁時期が調整される。

一方、エンジン停止の際には、エンジン回転速度Ｎeの低下に基づいてマップから最遅角位置に相当する進角量（即ち、進角量０）が設定される。ＯＣＶ３０の切換に伴って、オイルポンプ３５からの作動油は遅角供給油路３４、第１遅角油路３２、第２遅角油路３１を経て遅角油圧室１２ａ内に導入され、更に第１及び第２ロック油路２０，１９を経てシリンダ１５内に導入される。遅角油圧室１２ａ内の油圧によりベーンロータ９が最遅角位置まで回動すると共に、シリンダ１５内の油圧とスプリング１７の付勢力によりロックピン１６がロック位置に切換えられて、ベーンロータ９は最遅角位置に保持されて次回の始動に備える。

その後の始動時には、ＥＣＵ４４によりＯＣＶ３０は図１に示す位置に切り換えられる。オイルポンプ３５の吐出圧が低いクランキング当初、ベーンロータ９はロックピン１６によって最遅角位置に保持され続け、遅角側に設定された吸気弁の開弁時期によって始動性の向上が図られる。クランキングの継続によってオイルポンプ３５の油圧が立ち上げられると、その作動油は遅角供給油路３４、第１遅角油路３２、第２遅角油路３１を経て遅角油圧室１２ａ内に導入され、更に第１及び第２ロック油路２０，１９を経てシリンダ１５内に導入される。

その後、上記した車両発進時等のように最遅角位置より進角側の進角量が設定されると、オイルポンプ３５からの作動油が進角油圧室１２ｂ内に導入され、更にロック解除油路２１を経てロック凹部１８内に導入される。ロック凹部１８内の油圧によりスプリング１７の付勢力に抗してロックピン１６がロック解除位置に切換えられると共に、進角油圧室１２ｂ内の油圧によりベーンロータ９が進角側に回動され、以降は上記のようにマップから求めた進角量に基づいてカム位相の制御が継続される。

一方、エンジン運転中においてＥＣＵ４４は図３に示す故障判定ルーチンを所定の制御インターバルで実行しており、まず、ステップＳ２で燃料噴射制御で燃料カットを実行中か否かを判定し、判定がＮＯ（否定）のときには一旦ルーチンを終了する。又、車両減速に伴って燃料カットが行われると、ＥＣＵ４４はステップＳ２でＹＥＳ（肯定）の判定を下してステップＳ４に移行し、カム位相可変機構１３の強制駆動処理を実行する。

強制駆動処理は、マップから求めた進角量に関わらずカム位相可変機構１３を強制的に駆動する処理であり、本実施形態では強制駆動処理として、マップに基づく現在の進角量から一旦最遅角位置まで駆動した後に元の進角量に戻す処理を行っている。これにより強制駆動処理時には、オイルポンプ３５からの作動油が遅角供給油路３４、第１遅角油路３２、第２遅角油路３１を経て遅角油圧室１２ａ内に導入されて、ベーンロータ９を最遅角位置に回動させると共に、更に作動油は第１及び第２ロック油路２０，１９を経てシリンダ１５内に導入されて、ロックピン１６をロック位置に切換える。

次いで、ＥＣＵ４４はステップＳ６に移行して第１油圧センサ４０により検出された油圧Ｐ1が予め設定された所定値Ｐ0以上であるか否かを判定する。遅角側への位相制御に伴ってオイルポンプ３５から遅角油圧室１２ｂまでの油圧経路、及びシリンダ１５までの油圧経路は油圧上昇するが、上昇時の油圧より若干低い値に上記所定値Ｐ0が設定されている。従って、油圧経路を経て正常に作動油が供給されているときには、ＥＣＵ４４はステップＳ６でＹＥＳの判定を下してステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では第２油圧センサ４１により検出された油圧Ｐ2が上記所定値Ｐ0以上であるか否かを判定する。ロックピン１６が正常にロック位置に切換えられたときには、第２油圧センサ４１はロックピン１６に遮られることなくシリンダ１５内の油圧を検出可能となるため、油圧Ｐ2は所定値Ｐ0以上となり、ＥＣＵ４４はステップＳ８でＹＥＳの判定を下した後にルーチンを終了する。尚、油圧Ｐ1，Ｐ2に対して共通の所定値Ｐ0を適用せずに、異なる値として所定値Ｐ0を設定してもよい。

ここで、燃料カット中のエンジンはトルクを発生しないため、このようにカム位相可変機構１３の強制駆動処理によりカム位相が一時的に最遅角位置まで制御されても、何ら支承なく通常通りの車両減速が行われる。
一方、ＥＣＵ４４は上記ステップＳ６の判定がＮＯのときには故障判定を下し（故障判定手段）、ステップＳ１０に移行してカム位相制御の禁止処理を行う。具体的には、ＯＣＶ３０を中立位置に切換えて、その時点のベーンロータ９の回動位置を保持したままカム位相制御を中止させる。続くステップＳ１２では警告灯４７を点灯表示し、その後にルーチンを終了する。これらの処理の結果、以降は吸気側のカム位相を固定したままエンジンが運転されると共に、このようなカム位相可変機構１３の故障が運転者に報知されることになる。又、ＥＣＵ４４は上記ステップＳ８の判定がＮＯのときにも故障判定を下して（故障判定手段）ステップＳ１０に移行するため、この場合も上記と同じくカム位相制御が中止されると共に、運転者への報知が行われる。

ここで、強制駆動処理にも拘わらず第２遅角油路３１の油圧Ｐ1が所定値Ｐ0に達しない要因としては、オイルポンプ３５の故障により正常な吐出量が得られなかったり、或いはオイルポンプ３５から第２遅角油路３１までの油圧経路にオイル漏れや作動油中の異物による閉塞等が生じていることが考えられ、この場合には必然的に正常なベーンロータ９の回動に基づくカム位相制御が期待できなくなる。

又、強制駆動処理にも拘わらずシリンダ１５の油圧Ｐ2が所定値Ｐ0に達しないのは、ロックピン１６がロック位置に切換不能であることを意味する。その要因としては、シリンダ１５とロックピン１６との摺動部分に作動油中の異物が噛み込んでロックピン１６の摺動を妨げていることが考えられ、この場合には必然的に正常なロックピン１６の切換が期待できなくなる。

そして、上記何れの場合でも結果としてカム位相制御が不適切に実施されてしまい、この不適切なカム位相制御の継続によりエンジンの排ガス特性が悪化する等の不具合が生じてしまう。本実施形態のカム位相可変機構１３の故障検出装置では、このような状況を的確に検出してカム位相制御を中止することから、エンジン性能の若干の低下はあるものの上記排ガス特性の悪化のような深刻な事態を確実に回避することができる。又、警告灯４７の表示に基づいて運転者はカム位相可変機構１３の故障を確実に把握できるため、修理等の対処を速やかに実施して本来のエンジン性能を逸早く回復させることができる。

一方、強制駆動処理時に故障が検出されない場合であっても、燃料カットの度に強制駆動処理が実行されることから、異物による油圧経路の閉塞、或いはシリンダ１５とロックピン１６との摺動部分への異物の噛み込みが発生し難くなり、これらのトラブルの予防効果を得ることもできる。
［第２実施形態］
次に、本発明を吸気側のカムを切換制御するカム切換機構を備えた可変動弁装置の故障検出装置に具体化した第２実施例を説明する。

図４は本実施形態のカム切換機構を示す断面図、図５は同じくカム切換機構を示す図４のV−V線断面図、図６はカム切換機構の低速モード時を示す部分拡大断面図、図７はカム切換機構の高速モード時を示す部分拡大断面図、図８はカム切換機構の油圧経路を示す断面図、図９は低速モード及び高速モードでの吸気弁の開弁特性を示す図である。
図４，５に示すように、エンジンの各気筒上方のシリンダヘッド５１には、各気筒毎に各々リターンスプリング（図示せず）により常閉とされる２つの吸気弁５２，５３と２つの排気弁５４，５５とが備えられており、これら吸気弁５２，５３、排気弁５４，５５を駆動するために動弁機構５６が備えられている。

この動弁機構５６は、吸気弁５２，５３を駆動する吸気弁駆動系と、排気弁５４，５５を駆動する排気弁駆動系とに分けられる。吸気弁駆動系は、カムシャフト５７と、カムシャフト５７に固設されたカム５７ａ〜５７ｃと、ロッカシャフト５８と、ロッカシャフト５８に揺動自在に軸支されてカム５７ａ，５７ｂによって揺動するロッカアーム５９，６０（被動ロッカアーム）と、同じくロッカシャフト５８に揺動自在に軸支されてカム５７ｃによって揺動するロッカアーム６１（駆動ロッカアーム）とを備えている。

一方、排気弁駆動系は、吸気系と共用のカムシャフト５７と、カムシャフト５７に固設されたカム５７ｄ，５７ｅと、ロッカシャフト６２と、ロッカシャフト６２に揺動自在に軸支されてカム５７ｄ，５７ｅによって揺動するロッカアーム６３，６４とを備えている。
そして、動弁機構５６の上記吸気弁駆動系の部分に、カムを切換えるためのカム切換機構６５が設けられている。以下カム切換機構６５の構成の詳細について説明する。

吸気弁駆動用のロッカアーム５９〜６１のうちロッカアーム５９，６０は、一端のアジャストスクリュ５９ａ、６０ａを吸気弁５２，５３のステム端部に当接させており、吸気弁５２はロッカアーム５９の揺動に応じて開閉し、吸気弁５３はロッカアーム６０の揺動に応じて開閉するよう構成されている。
詳しくは、ロッカアーム５９は、他端のローラ５９ｂがエンジンの低速回転時に対応した低速カムプロフィルの形成された低速カム５７ａに当接しており、当該低速カム５７ａに倣い揺動することで、吸気弁５２を図９に一点鎖線で示すような特性で開閉するよう構成されている。また、ロッカアーム６０は、他端のローラ６０ｂがエンジンの低速回転時に対応した低速カムプロフィルの形成された低速カム５７ｂに当接しており、当該低速カム５７ｂに倣い揺動することで、吸気弁５３をやはり図９に実線で示すような特性で開閉するよう構成されている。

一方、ロッカアーム６１は、一端に形成された一対の当接突起６１ａ，６１ａ（係合突起）がロッカアーム５９，６０に向けて延びており、他端に設けられたローラ６１ｂがエンジンの高速回転時に対応した高速カムプロフィル（つまり、低速カム５７ａ，５７ｂより作動角及びリフト量が大きい）の形成された高速カム５７ｃに当接している。即ち、ロッカアーム６１は当該高速カム５７ｃに倣い揺動し、これにより、当接突起６１ａ，６１ａの先端部６１ｃ，６１ｃの先端面６１ｄ，６１ｄがロッカアーム５９，６０と当接可能である。

ロッカアーム６１は、当該ロッカアーム６１がカム５７ｃから離間しないようにアームスプリング６６によって付勢されている。詳しくは、図４に示すように、アームスプリング６６はスプリング本体６６ａとスプリング本体６６ａを内蔵するケーシング６６ｂとから構成されており、ロッカアーム６１がケーシング６６ｂを介してスプリング本体６６ａの付勢力により押されることによりローラ６１ｂがカム５７ｃと当接している。なお、アームスプリング６６はロッカシャフト５８回りに取り付けられたホルダ６７の先端６７ａに支持されており、一方ホルダ６７の後端６７ｂはシリンダヘッド５１に立設されたリブ６８の上端と当接している。これにより、ホルダ６７のロッカシャフト５８回りの回転が抑止され、スプリング本体６６ａの付勢力がロッカアーム６１に良好に伝達される。

当接突起６１ａの先端面６１ｄがロッカアーム５９，６０と当接する位置には、それぞれシリンダ６９，６９が形成されており、シリンダ６９の内部には上方位置（第１切換位置）と下方位置（第２切換位置）との間で摺動自在にピストン７０が内装され、当該ピストン７０は磁気を有する材料で製作されている。
詳しくは、シリンダ６９のうち当接突起６１ａの先端面６１ｄがロッカアーム５９，６０と当接する位置には、摺動面の一部が開口してそれぞれ開口部７１が形成されており、当接突起６１ａは、当該開口部７１からシリンダ６９の内部に挿入可能である。

シリンダ６９内には、ピストン７０の側面７０ａが開口部７１を封鎖しないようにピストン７０をシリンダ６９の下方位置側に付勢するスプリング７２が設けられている。又、シリンダ６９内は油路５８ｂを介してロッカシャフト５８内に形成された油路５８ａと連通し、油路５８ａ，５８ｂを通じてエンジン潤滑用のオイルポンプから作動油が供給されるように構成されている。

従って、作動油の供給によりシリンダ６９内の油圧が高められると、図７に示すように、ピストン７０は、一端に油圧を受けてスプリング７２の付勢力に抗して開口部７１を封鎖するようにシリンダ６９の上方位置側に向けてシリンダ６９内を摺動する。一方、シリンダ６９内の油圧が低められると、図６に示すように、ピストン７０は、スプリング７２の付勢力により、ピストン７０の側面７０ａが開口部７１を封鎖しないようにシリンダ６９内の下方位置側に戻される。

詳しくは、ロッカシャフト５８の油路５８ａの上流側には、シリンダ６９内に供給する作動油の油圧を調整する油圧調整装置７３が設けられており、当該油圧調整装置７３の切換に伴って油圧が高められると、ピストン７０がシリンダ６９の上方位置側に摺動して開口部７１を封鎖し、油圧調整装置７３の切換に伴って油圧が低められると、ピストン７０がスプリング７２の付勢力によってシリンダ６９内の下方位置側に戻される。

油圧調整装置７３は、図８に示すように、オイルポンプからの作動油をロッカシャフト５８内の油路５８ａに供給する第１乃至第３油路７３ａ〜７３ｃと、第３油路７３ｃに介装されたＯＣＶ７３ｄ（作動油切換手段）と、フィルタ７３ｅとから構成されている。
オイルポンプからの作動油はＯＣＶ７３ｄの開度に応じてシリンダ６９内に供給され、シリンダ６９内の作動油の油圧が高められると、ピストン７０は側面７０ａが開口部７１を封鎖するように摺動し、一方、シリンダ６９内の作動油の油圧が低められると、ピストン７０の側面７０ａが開口部７１を封鎖しないように戻される。

一方、第３油路７３ｃのＯＣＶ７３ｄより上流側箇所には第３油圧センサ７４（油圧検出手段）が配設され、第３油圧センサ７４により第３油路７３ｃ内の油圧Ｐ3が検出される。ロッカアーム５９，６０の上方位置には磁気センサ７５（位置検出手段）が配設され、磁気センサ７５はシリンダヘッド５１上を隠蔽している図示しないヘッドカバーの内壁からブラケットを介して支持されている。図６，７に示すように、吸気弁５２，５３の閉弁時に対応するロッカアーム５９，６０の揺動位置（以下、検出揺動位置と称する）において磁気センサ７５はロッカアーム５９，６０のシリンダ６９と相対向するように位置決めされており、シリンダ６９内のピストン７０が上方位置に摺動して磁気センサ７５に接近しているときには当該ピストン７０の磁気を検出し、ピストン７０が下方位置に戻されて磁気センサ７５から離間しているときには当該ピストン７０の磁気を検出しなくなる。

第１実施形態と同様に可変動弁装置の制御はＥＣＵ７６により行われ、ＥＣＵ７６の入力側には、上記第３油圧センサ７４及び磁気センサ７５が接続されると共に、エンジン回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ７７、エンジンの吸気負圧Ｐbを検出する吸気圧センサ７８等の各種センサ類が接続され、ＥＣＵ７６の出力側には、上記ＯＣＶ７３ｄ及び車両の運転席に設けられた警告灯７９（報知手段）等のデバイス類が接続されている。

そして、ＥＣＵ７６は上記ＯＣＶ７３ｄを駆動してカム切換機構６５により吸気側のカム５７ａ〜５７ｃを切換制御すると共に（制御手段）、油圧経路に起因するカム切換機構６５の故障を判定している。
まず、通常時のカム切換機構６５の作動状況を述べると、ＥＣＵ７６は図示しないマップに従ってエンジン回転速度Ｎeや吸気負圧Ｐbから運転モード（低速モード及び高速モード）を設定し、設定した運転モードに基づいてＯＣＶ７３ｄを駆動制御する。

例えば、エンジン回転速度Ｎe及び吸気負圧Ｐbが共に低い領域では運転モードとして低速モードが設定され、図８に示すように、ＯＣＶ７３ｄは小径通路を連通させるように切換えられる。小径通路は、主にロッカシャフト５８の軸受部の潤滑を目的とした小断面積の通路のため、シリンダ６９内の油圧が低められる。よって、このときのピストン７０はスプリング７２の付勢力により側面７０ａが開口部７１を封鎖しないようにシリンダ６９内に埋没してシリンダ６９内の下方位置に戻されて、開口部７１からシリンダ６９内に向けて空間６９ａが形成される（図６参照）。このように開口部７１からシリンダ６９内に向けて空間６９ａが形成されると、ロッカアーム６１の揺動時において、図６中に二点鎖線で示すように、ロッカアーム６１の上記当接突起６１ａの先端部６１ｃが一切ロッカアーム５９，６０と当接することなく当該空間６９ａ内に出没することになり、この場合には、ロッカアーム５９，６０は各々対応する低速カム５７ａ，５７ｂに倣い揺動して吸気弁５２，５３を開閉駆動する。つまり、吸気弁５２，５３が図９（ａ）に実線と一点鎖線で示すようなバルブリフトでそれぞれ開閉する。

一方、エンジン回転速度Ｎe及び吸気負圧Ｐbが共に高い領域では運転モードとして高速モードが設定され、ＯＣＶ７３ｄは図示しない大径通路を連通させるように切換えられる。大径通路は、潤滑に加えてシリンダ６９への油圧付加を目的とした大断面積の通路のため、シリンダ６９内の油圧が高められる。よって、このときのピストン７０はスプリング７２の付勢力に抗して上方位置に摺動して側面７０ａが開口部７１を封鎖し当該開口部７１を塞ぐように作動する（図７参照）。このようにピストン７０が開口部７１を塞ぐように作動すると、ロッカアーム６１の揺動時において、ロッカアーム６１の上記当接突起６１ａの先端面６１ｄがピストン７０の側面７０ａと当接することになり、この場合には、ロッカアーム５９，６０のローラ５９ｂ，６０ｂは、各々対応する低速カム５７ａ，５７ｂからは離間し、ロッカアーム５９，６０はロッカアーム６１を介して高速カム５７ｃに倣いロッカアーム６１と一体に揺動して吸気弁５２，５３を共に開閉駆動する。つまり、吸気弁５２，５３が図９（ｂ）に実線で示すようなバルブリフトで同時に開閉する。

一方、エンジン運転中においてＥＣＵ７６は図１０に示す故障判定ルーチンを所定の制御インターバルで実行しており、まず、ステップＳ２２で燃料噴射制御で燃料カットを実行中か否かを判定する。車両減速に伴って燃料カットが行われると、ＹＥＳの判定を下してステップＳ２４に移行し、カム切換機構６５の強制駆動処理を実行する。本実施形態では強制駆動処理として高速モードへの切換を行っている。燃料カット時にはアクセルオフによる吸気負圧Ｐbの低下に基づいて低速モードが設定されるが、強制駆動処理の実行によりＯＣＶ７３ｄが一時的に大径通路側に切換えられ、動弁機構５６は低速モードから一旦高速モードに切換えられ、その後に低速モードに戻される。

ＥＣＵ７６は続くステップＳ２６で、強制駆動処理時に第３油圧センサ７４により検出された油圧Ｐ3が予め設定された所定値Ｐ0以上であるか否かを判定する。高速モードへの切換時には、ＯＣＶ７３ｄの大径通路を経た作動油の供給を受けてシリンダ６９内の油圧が高められるため、同時に第３油路７３ｃ内の油圧Ｐ3も上昇して所定値Ｐ0以上となり、ＥＣＵ７６はステップＳ２６でＹＥＳの判定を下してステップＳ２８に移行する。

ステップＳ２８では磁気センサ７５によりピストン７０の磁気が検出されたか否かを判定する。ピストン７０が正常に上方位置に切換えられたときには、ロッカアーム５９，６０が検出揺動位置に達する度に磁気センサ７５によりピストン７０が検出されるため、ＥＣＵ７６はステップＳ２８でＹＥＳの判定を下した後にルーチンを終了する。第１実施形態で述べたように、このときのエンジンはトルクを発生しない燃料カット中のため、カム切換機構６５の強制駆動処理により高速モードに切換えられても車両減速への影響はない。

一方、ＥＣＵ７６は上記ステップＳ２６の判定がＮＯのときには故障判定を下し（故障判定手段）、ステップＳ３０に移行してカム切換制御の禁止処理を行う。具体的には、ＯＣＶ７３ｄを小径通路側に戻した上で、カム切換制御を中止させる。続くステップＳ３２では警告灯７９を点灯表示し、その後にルーチンを終了する。これらの処理の結果、以降は吸気側を低速モードに固定したままエンジンが運転されると共に、このようなカム切換機構６５の故障が運転者に報知されることになる。又、ＥＣＵ７６は上記ステップＳ２８の判定がＮＯのときにも故障判定を下して（故障判定手段）ステップＳ３０に移行するため、この場合も上記と同じくカム切換制御が中止されると共に、運転者への報知が行われる。

ここで、強制駆動処理にも拘わらず第３油路７３ｃ内の油圧Ｐ3が所定値Ｐ0に達しない要因としては、オイルポンプの故障により正常な吐出量が得られなかったり、或いはオイルポンプから第３油路７３ｃまでの油圧経路にオイル漏れや作動油中の異物による閉塞等が生じていることが考えられ、この場合には必然的に正常な高速モードへの切換が期待できなくなる。

又、強制駆動処理にも拘わらず磁気センサ７５によりピストン７０の磁気が検出されないのは、ピストン７０が上方位置に切換不能であることを意味する。その要因としては、シリンダ６９とピストン７０との摺動部分に作動油中の異物が噛み込んでピストン７０の摺動を妨げていることが考えられ、この場合には必然的に正常なピストン７０の切換が期待できなくなる。

そして、上記何れの場合でも結果としてカム切換制御が不適切に実施されてしまい、この不適切なカム位相制御の継続によりエンジンの排ガス特性が悪化する等の不具合が生じてしまう。本実施形態のカム切換機構６５の故障検出装置では、このような状況を的確に検出して低速モードに固定した上でカム切切換制御を中止することから、エンジン性能の若干の低下はあるものの上記排ガス特性の悪化のような深刻な事態を確実に回避することができる。又、警告灯７９の表示に基づいて運転者はカム切換機構６５の故障を確実に把握できるため、修理等の対処を速やかに実施して本来のエンジン性能を逸早く回復させることができる。

一方、強制駆動処理時に故障が検出されない場合であっても、燃料カットの度に強制駆動処理が実行されることから、異物による油圧経路の閉塞、或いはシリンダ６９とピストン７０との摺動部分への異物の噛み込みが発生し難くなり、これらのトラブルの予防効果を得ることもできる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記第１実施形態では吸気側のカムシャフト３の位相を変更するカム位相可変機構１３に適用し、第２実施形態では吸気側のカム５７ａ〜５７ｃを切換えるカム切換機構６５に適用したが、適用対象となる可変動弁装置の構成はこれらに限ることはなく、例えば排気側に設けられたカム位相可変機構３１やカム切換機構６５に適用してもよい。

又、第２実施形態のカム切換機構６５のように低速モードと高速モードとの間で運転モードを切換える代わりに、休筒モードを実行するようにカム切換機構６５を構成してもよい。即ち、カム切換機構６５の低速カム５７ａ，５７ｂを廃止すると、ピストン７０が上方位置のときには、高速カム７３ｃによりロッカアーム５９〜６１が揺動されて吸気弁５２，５３を開閉駆動し、ピストン７０が下方位置のときには、ロッカアーム５９，６０の揺動が中止されて吸気弁５２，５３を閉弁保持する構成が得られる。よって、当該構成をエンジンの特定気筒に適用すれば、通常の運転域ではピストン７０を上方位置に保持してエンジンを運転し、低回転域等ではピストン７０を下方位置に切換えて吸気弁の閉弁保持により休筒運転を実現できる。そして、このように構成された休筒運転用のカム切換機構においても、上記第２実施形態と同様の故障判定の実施すれば、油圧不足やピストン７０の切換不能に起因するカム切換機構の作動不良を的確に検出して、不適切なカム切換制御の継続によるトラブルを回避することができる。

又、上記第１実施形態では、強制駆動処理としてカム位相を一時的に最遅角位置まで駆動すると共に、遅角側への駆動に伴う油圧上昇やロックピン１６の切換状態を検出可能なように第１及び第２油圧センサ４０，４１を設けたが、逆に強制駆動処理として最進角位置まで駆動し、進角側への駆動に伴う油圧上昇やロックピン１６の切換状態を検出可能なように第１及び第２油圧センサ４０，４１を設けてもよい。同様に上記第２実施形態では、強制駆動処理として運転モードを一時的に高速モードに切換えると共に、高速モードへの切換に伴う油圧上昇やピストン７０の切換状態を検出可能なように第３油圧センサ７４及び磁気センサ７５を設けたが、逆に強制駆動処理として低速モードに切換え、低速モードへの切換に伴う油圧上昇やピストン７０の切換状態を検出可能なように第３油圧センサ７４及び磁気センサ７５を設けてもよい。

一方、上記各実施形態では、燃料カットを実行する毎（図３のステップＳ２、図１０のステップＳ２２）に強制駆動処理を実行したが、強制駆動処理の実行タイミングはこれに限定されるものではなく、例えばエンジン始動から停止までの１ドライブサイクル中において、初回の燃料カット時のみに強制駆動処理を実行するようにしてもよい。
更に、燃料カット以外の運転中に強制駆動処理を実行してもよく、例えばカム位相制御による吸気側のカム位相の変化、或いはカム切換制御による運転モードの切換が行われても、それに起因するトルク変化が小さい運転領域であれば、燃料カット以外のときに強制駆動処理を実行してもよい。

又、強制駆動処理を行うことなく、通常のエンジン運転中に行われるカム位相制御やカム切換制御に基づいて故障検出を行ってもよい。即ち、この場合には図３のステップＳ２，４、若しくは図１０のステップＳ２２，２４の燃料カット判定及び強制駆動処理に代えて、図１１に示すように、ステップＳ４２でカム位相可変機構１３の駆動要求、或いはカム切換機構６５の駆動要求があるか否かを判定する。カム位相制御やカム切換制御においてマップ設定値に基づいてカム位相や運転モードを切換えるべく駆動要求があったときには、ステップＳ４２でＹＥＳの判定を下して図３のステップＳ６或いは図１０のステップＳ２６に移行する。そして、駆動要求に応じた方向へのカム位相や運転モードの切換が行われなかった場合には故障判定を下して、カム位相制御やカム切換制御の中止及び運転者への報知で対処する。

このように構成した場合には、上記各実施形態と同様に不適切なカム位相制御やカム切換制御の継続によるトラブルを回避できる一方、強制駆動処理による異物に起因するトラブルの予防効果は得られないものの、故障判定のために特別に強制駆動処理を実施する必要がないことから、カム位相可変機構１３やカム切換機構６５の消耗を軽減できるという別の効果を得ることができる。

第１実施形態のカム位相可変機構を示す側断面図である。 同じくカム位相可変機構を示す断面図である。 第１実施形態のＥＣＵが実行する故障判定ルーチンを示すフローチャートである。 第２実施形態のカム切換機構を示す断面図である。 同じくカム切換機構を示す図４のV−V線断面図である。 カム切換機構の低速モード時を示す部分拡大断面図である。 カム切換機構の高速モード時を示す部分拡大断面図である。 カム切換機構の油圧経路を示す断面図である。 低速モード及び高速モードでの吸気弁の開弁特性を示す図である。 第２実施形態のＥＣＵが実行する故障判定ルーチンを示すフローチャートである。 故障判定ルーチンの別例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ａ，５６ 動弁機構
３，５７ カムシャフト
１３ カム位相可変機構
１６ ロックピン
３０，７３ｄ ＯＣＶ（作動油切換手段）
４０ 第１油圧センサ（油圧検出手段）
４１ 第２油圧センサ（位置検出手段）
４４，７６ ＥＣＵ（制御手段、故障判定手段）
４７，７９ 警告灯（報知手段）
５２，５３ 吸気弁
５４，５５ 排気弁
５９，６０ ロッカアーム（被動ロッカアーム）
６１ ロッカアーム（駆動ロッカアーム）
６１ａ 当接突起（係合突起）
６５ カム切換機構
７０ ピストン
７４ 第３油圧センサ（油圧検出手段）
７５ 磁気センサ（位置検出手段）

Claims (2)

1. カムシャフトにより駆動されて吸気弁又は排気弁の少なくとも一方を開閉駆動する動弁機構と、
   油圧供給源から供給される作動油を切換える作動油切換手段と、
   内燃機関の運転状態に基づいて上記作動油切換手段を制御する制御手段と、
   上記カムシャフトとクランクシャフトとの間に設けられて、上記作動油切換手段から作動油の供給を受けて上記クランクシャフトに対する上記カムシャフトの位相を変更すると共に、該作動油切換手段からの作動油の供給を受けてシリンダ内で切換えられるロックピンを備え、該ロックピンにより上記カムシャフトを機関始動時に相当する所定位相で固定し得るカム位相可変機構と
   を備えた可変動弁装置において、
   上記シリンダ内の上記ロックピンの切換位置に応じて該シリンダ内の作動油の油圧を検出可能または検出不能となる切換位置検出手段と、
   上記作動油切換手段が切換えられたにも拘わらず、上記切換位置検出手段が上記作動油切換手段の切換状態に対応する油圧検出状態にならなかったときに故障判定を下す故障判定手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関における可変動弁装置の故障検出装置。
2. 上記制御手段は、上記内燃機関の燃料カット中、若しくは上記カムシャフトの位相変化に伴う機関トルクの変化量が小さい領域での運転中に、該内燃機関の運転状態に関わらず上記作動油切換手段を切換制御して上記カム位相可変機構により上記カムシャフトを強制的に所定の位相に駆動する強制駆動処理を実行し、
   上記故障判定手段は、上記制御手段により強制駆動処理が実行されて上記作動油切換手段が切換えられたときに、上記切換位置検出手段の油圧検出状態に基づいて故障の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関における可変動弁装置の故障検出装置。

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