(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関と独立した原動機により回転又は揺動されるカムがバルブを開閉する動弁システムにおいて、カムの回転が停止された際のバルブスタンプを回避することを課題とする。【解決手段】本発明は、内燃機関と独立した原動機により回転又は揺動されるカムがバルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、前記カムの回転位置が前記バルブを開弁させる範囲にある時に、カムのノーズ部分とバルブとを同極に磁化することにより、前記カムに回転力を付加するようにした。【選択図】図６
2010013973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と独立した原動機により回転又は揺動されるカムがバルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、
前記カムの回転位置が前記バルブを開弁させる範囲にある時に、前記原動機から独立して前記カムに回転力を付加する動力付加機構を備えることを特徴とする内燃機関の動弁システム。
【請求項２】
請求項１において、前記動力付加機構は、前記カムのノーズ部分と前記バルブとを同極に磁化する機構であることを特徴とする内燃機関の動弁システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記動力付加機構は、前記バルブが開弁状態で停止した時に前記カムに回転力を付加することを特徴とする内燃機関の動弁システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と独立した原動機により回転駆動されるカムがバルブを開閉させる動弁システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関と独立した原動機（例えば、電動モータ）によりカムを回転駆動する動弁システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００５−５４７３２号公報
【特許文献２】実開昭６１−１９８５０４号公報
【特許文献３】特開２００７−２８５２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記したような動弁システムでは、内燃機関の出力軸（クランクシャフト）とカムとが機械的に連結されない。このため、動弁システムにフェイルが発生した場合等に、カムとクランクシャフトとが同期しなくなり、カムとピストンとの干渉（バルブスタンプ）が発生する可能性があった。
【０００４】
これに対し、フェイル発生時にカムの回転を停止させる方法が考えられるが、バルブが開弁した状態でカムが回転停止すると、バルブスタンプを回避しきれない可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、内燃機関と独立した原動機により回転又は揺動されるカムがバルブを開閉させる動弁システムにおいて、カムの回転が停止された際のバルブスタンプの発生を回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関と独立した原動機により回転又は揺動されるカムがバルブを開閉させる内燃機関の動弁システムにおいて、
前記カムの回転位置が前記バルブを開弁させる範囲にある時に、前記原動機から独立して前記カムに回転力を付加する動力付加機構を備えるようにした。
【０００７】
かかる発明によれば、カムの回転が停止された時（原動機の作動が停止された時）にバルブが開弁状態にあると、動力付加機構がカムに回転力を付加する。動力付加機構による回転力の付加は、バルブが閉弁状態になるまで付加されることが好ましいが、バルブのリフト量がバルブスタンプを発生し得ない量となるまで付加されればよい。
【０００８】
その結果、カムの回転位置がバルブを開弁させる範囲（言い換えれば、バルブスタンプが発生し得る範囲）に属する状態でカムが停止しなくなる。このため、バルブとピストンとの干渉を回避することが可能となる。
【０００９】
本発明にかかる動力付加機構としては、カムのノーズ部分とバルブとを同極に磁化する機構を例示することができる。また、原動機が電動モータである場合には、バルブが開弁状態になる時に電動モータの出力軸にコギングトルクが作用するように電動モータを取り付けることにより、該電動モータを動力付加機構として機能させてもよい。
【００１０】
尚、本発明にかかる動力付加機構は、動弁システムにフェイルが発生した場合に加え、内燃機関がフューエルカット運転される場合や、内燃機関が減筒運転される場合等にも有
効である。すなわち、内燃機関がフューエルカット運転される場合や内燃機関が減筒運転される場合に動力付加機構が作動すると、カムの停止位置を制御しなくとも吸気バルブを閉弁状態にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関と独立した原動機により回転又は揺動されるカムがバルブを開閉させる動弁システムにおいて、カムの回転が停止された際のバルブスタンプの発生を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
＜実施例１＞
【００１４】
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図７に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を備えた４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。
【００１６】
内燃機関１の各気筒２には、ピストン３が摺動自在に内装されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介してクランクシャフト５と連結されている。
【００１７】
気筒２の内部は、吸気ポート６及び排気ポート７と連通している。気筒２内における吸気ポート６の開口端は、吸気バルブ８により開閉される。気筒２内における排気ポート７の開口端は、排気バルブ９により開閉される。吸気バルブ８と排気バルブ９は、吸気側駆動機構１０と排気側駆動機構１１とにより各々開閉駆動される。
【００１８】
前記吸気ポート６は、吸気通路６０と連通している。吸気通路６０を流れる吸気は、吸気ポート６へ導かれる。吸気ポート６へ導かれた吸気は、吸気バルブ８の開弁時に気筒２内へ吸入される。その際、吸気通路６０に取り付けられた燃料噴射弁１２が吸気ポート６へ向けて燃料を噴射すると、該燃料も吸気とともに気筒２内へ吸入される。
【００１９】
気筒２内に導かれた燃料及び吸気（混合気）は、点火プラグ１３が発生する火花を火種として燃焼される。気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気バルブ９の開弁時に排気ポート７へ排出される。排気ポート７は排気通路７０と連通しており、前記した既燃ガスが排気ポート７から排気通路７０を介して大気中へ排出される。
【００２０】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１４が併設されている。ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ１４には、クランクポジションセンサ１５、水温センサ１６、イグニッションスイッチ１７等の各種センサと電気的に接続されている。
【００２１】
クランクポジションセンサ１５は、クランクシャフト５の回転位置に応じた信号を出力するセンサである。水温センサ１６は、内燃機関１を循環する冷却水の温度に応じた信号を出力するセンサである。
【００２２】
ＥＣＵ１４は、前記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁１２、点火プラグ１
３、吸気側駆動機構１０、及び排気側駆動機構１１を電気的に制御する。
【００２３】
ここで、図２に基づいて吸気側駆動機構１０の構成を説明する。図２中の＃１〜♯４は、内燃機関１の１番気筒〜４番気筒を各々表している。尚、１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の燃焼順序は、１番気筒（＃１）→３番気筒（＃３）→４番気筒（＃４）→２番気筒（＃２）である。
【００２４】
１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の各々には、２つの吸気バルブ８が設けられている。吸気バルブ８のステム基端には、バルブリフタ８０が取り付けられている。吸気バルブ８は吸気側バルブスプリング８７によって閉弁方向へ付勢されており、その付勢力によってバルブリフタ８０が第１吸気カム８１又は第２吸気カム８２に押し付けられている。
【００２５】
第１吸気カム８１は、１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）の吸気バルブ８を開閉駆動させるカムであり、第１吸気カムシャフト８３に固定されている。第２吸気カム８２は、２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）の吸気バルブ８を開閉駆動するカムであり、第２吸気カムシャフト８４に固定されている。すなわち、本実施例では、燃焼時期が３６０度異なる２つの気筒が１本の吸気カムシャフトを共用するように構成されている。
【００２６】
第１吸気カムシャフト８３と第２吸気カムシャフト８４は、同軸に配置されるとともに、互いに独立して周方向へ回転或いは揺動可能に内燃機関１に支持されている。
【００２７】
第１吸気カムシャフト８３の一端には、第１ドリブンギヤ８５が固定されている。第１ドリブンギヤ８５は、第１モータ１８の出力軸に固定された第１出力ギア１９と噛合している。以下では、第１ドリブンギヤ８５及び第１出力ギア１９を第１減速機構と総称する。
【００２８】
この場合、第１モータ１８の回転トルクは、第１減速機構を介して第１吸気カムシャフト８３へ伝達される。よって、第１モータ１８は、第１減速機構を介して第１吸気カムシャフト８３を周方向へ回転又は揺動させることができる。
【００２９】
第２吸気カムシャフト８４の外周面の一部には、第２ドリブンギヤ８６が同軸に固定されている。第２ドリブンギヤ８６は、第２モータ２１の出力軸に固定された第２出力ギア２２と噛合している。以下では、第２ドリブンギヤ８６及び第２出力ギア２２を第２減速機構と総称する。第２減速機構による減速比は、前述した第１減速機構と同等であるものとする。
【００３０】
この場合、第２モータ２１の回転トルクは、第２減速機構を介して第２吸気カムシャフト８４へ伝達される。よって、第２モータ２１は、第２減速機構を介して第２吸気カムシャフト８４を周方向へ回転又は揺動させることができる。
【００３１】
尚、第１吸気カムシャフト８３には、該第１吸気カムシャフト８３の回転位置を検出する第１カムポジションセンサ３０が取り付けられている。第２吸気カムシャフト８４には、該第２吸気カムシャフト８４の回転位置を検出する第２カムポジションセンサ３１が取り付けられている。これら第１カムポジションセンサ３０及び第２カムポジションセンサ３１の検出信号は、ＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。
【００３２】
また、第１モータ１８は、出力軸の回転角度（位相）を検出する第１レゾルバ２０を備えており、第１レゾルバ２０の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。第２モータ２１は、出力軸の回転角度を検出する第２レゾルバ２３を備えており、第２レゾルバ２３の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。
【００３３】
排気側駆動機構１１の構成については説明を省略するが、吸気側駆動機構１０と同様にモータとカムシャフトが各々２つ設けられるように構成されてもよく、又は、モータとカムシャフトが各々１つ設けられるように構成されてもよい。
【００３４】
このように構成された動弁系では、ＥＣＵ１４がクランクシャフト５の回転に同期したタイミングで各モータを回転動作又は揺動動作させることにより、１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の吸気バルブ８及び排気バルブ９がクランクシャフト５の回転に同期したタイミング（すなわち、１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の燃焼サイクルに同期したタイミング）で開閉可能となる。
【００３５】
ところで、上記した動弁系にフェイルが発生した場合は、カムシャフトとクランクシャフト５とが同期しなくなる可能性がある。カムシャフトとクランクシャフト５とが同期しなくなると、吸気バルブ８又は排気バルブ９がピストン３と干渉（バルブスタンプ）する虞がある。これに対し、各モータに対する通電を停止する方法が考えられる。しかしながら、カムシャフトの停止位置によっては吸気バルブ８又は排気バルブ９が開弁状態となり、バルブスタンプを回避しきれない可能性がある。
【００３６】
そこで、本実施例の動弁システムは、カム（カムシャフト）の回転位置が吸気バルブ８又は排気バルブ９を開弁させる範囲にある時に、カム（カムシャフト）に回転力を付加することができる動力付加機構を備えるようにした。
【００３７】
以下、動力付加機構の構成について図３乃至図５に基づいて説明する。動力付加機構は、吸気側駆動機構１０と排気側駆動機構１１の各々に設けられる。吸気側駆動機構１０の動力付加機構と排気側駆動機構１１の動力付加機構とは同等の構成になるため、ここでは吸気側駆動機構１０の動力付加機構のみを説明する。
【００３８】
図３は、第２吸気カムシャフト８４の側面図である。図３において、２番気筒（＃２）の第２吸気カム８２と３番気筒（＃３）の第２吸気カム８２との間に位置する第２吸気カムシャフト８４には、カム側コイル８００が巻き付けられている。このカム側コイル８００は、該カム側コイル８００に対する励磁電流の印加／印加停止を切り換えるカム側スイッチ８０１と電気的に接続されている。カム側スイッチ８０１は、ＥＣＵ１４によって制御される。
【００３９】
尚、前記カム側スイッチ８０１からカム側コイル８００に対する励磁電流の流れは、２番気筒（＃２）の第２吸気カム８２の磁極がＮ極となり、３番気筒（＃３）の第２吸気カム８２の磁極がＳ極となるように定められている。
【００４０】
図４は、２番気筒（＃２）の吸気バルブ８及びバルブリフタ８０の断面図である。図４において、２番気筒（＃２）の吸気バルブ８のステムには、バルブ側コイル８０２が巻き付けられている。バルブ側コイル８０２は、該バルブ側コイル８０２に対する励磁電流の印加／印加停止を切り換えるバルブ側スイッチ８０３と電気的に接続されている。バルブ側スイッチ８０３は、ＥＣＵ１４によって制御される。
【００４１】
尚、前記バルブ側スイッチ８０３からバルブ側コイル８０２に対する励磁電流の流れは、ステムの基端（図４中の上端）側の磁極がＳ極となり、ステムの先端（図４中の下端）側の磁極がＮ極となるように定められている。この場合、バルブリフタ８０の磁極は、２番気筒（＃２）の第２吸気カム８２と同じＮ極になる。
【００４２】
また、図５は、３番気筒（＃３）の吸気バルブ８及びバルブリフタ８０の断面図である
。図５において、２番気筒（＃２）との差違は、バルブ側コイル８０２の巻き方向のみである。すなわち、３番気筒（＃３）のバルブ側コイル８０２の巻き方向は、２番気筒（＃２）のバルブ側コイル８０２の巻き方向と逆向きになっている。この場合、ステムの基端（図５中の上端）側の磁極がＮ極となり、ステムの先端（図５中の下端）側の磁極がＳ極となる。その結果、バルブリフタ８０の磁極は、３番気筒（＃３）の第２吸気カム８２と同じＳ極になる。
【００４３】
尚、３番気筒（＃３）のバルブ側コイル８０２の巻き方向を２番気筒（＃２）と逆向きにする代わりに、励磁電流の流れ方向を逆向きにしてもよい。
【００４４】
上記したカム側コイル８００、カム側スイッチ８０１、バルブ側コイル８０２、及びバルブ側スイッチ８０３は、動力付加機構に相当する。すなわち、ＥＣＵ１４がカム側コイル８００及びバルブ側コイル８０２に励磁電流が印加されるようにカム側スイッチ８０１及びバルブ側スイッチ８０３を制御すると、第２吸気カム８２とバルブリフタ８０とが同極に磁化される。その場合、第２吸気カム８２とバルブリフタ８０との間に斥力が働く。この斥力は、図６中の矢印Ｒが示すように、第２吸気カム８２のノーズ部分をバルブリフタ８０から離間させるべく第２吸気カム８２を回転させる。よって、第２吸気カム８２が吸気バルブ８を開弁させた状態にある時に上記した動力付加機構が作動すると、吸気バルブ８を閉弁状態へ移行させることができる。
【００４５】
尚、第１吸気カムシャフト８３に設けられる動力付加機構は、第２吸気カムシャフト８４に設けられる動力付加機構と同様の構成を有するものとする。
【００４６】
次に、本実施例における動力付加機構の制御手順について図７に沿って説明する。図７は、動力付加機構の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ１４のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１４によって周期的に実行される。
【００４７】
図７の制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１４は、先ずＳ１０１の処理を実行する。Ｓ１０１では、ＥＣＵ１４は、モータの停止要求が発生しているか否かを判別する。モータの停止要求は、動弁システムにフェイルが発生した場合に発生するものとする。
【００４８】
Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０５へ進み、動力付加機構を停止状態に維持する。
【００４９】
Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０２へ進む。Ｓ１０２では、ＥＣＵ１４は、モータの作動を停止させる。
【００５０】
続いて、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０３へ進み、動力付加機構を作動させる。例えば、ＥＣＵ１４は、カム側コイル８００及びバルブ側コイル８０２に励磁電流が印加されるようにカム側スイッチ８０１及びバルブ側スイッチ８０３を制御する。
【００５１】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ１４は、各バルブのリフト量が所定値以下になったか否かを判別する。所定値は、バルブスタンプを回避し得るリフト量の最大値であってもよく、又は零であってもよい。尚、Ｓ１０４の判別は、各カムシャフトの回転位置に基づいて判別することができる。各カムシャフトの回転位置は、レゾルバの出力信号やカムポジションセンサの出力信号に基づいて特定することができる。
【００５２】
Ｓ１０４において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０３へ戻り、動力付加機構の作動を継続する。一方、Ｓ１０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ
１０５へ進み、動力付加機構の作動を停止させる。
【００５３】
尚、フェイルの種類によっては、各バルブのリフト量を正確に検出することができない場合も考えられる。そのような場合は、ＥＣＵ１４は、前述したＳ１０４の処理を実行する代わりに、動力付加機構を所定時間作動させるようにしてもよい。所定時間は、開弁状態にあるバルブが動力付加機構によって閉弁させられるまでに要する時間であり、予め実験的に求められているものとする。
【００５４】
以上述べた実施例によれば、動弁システムにフェイルが発生した場合に、バルブスタンプの発生を回避することができる。
【００５５】
尚、第２吸気カム８２の磁極及びバルブリフタ８０の磁極は、前述した図３，４に示した例に限られるものではなく、各気筒２における第２吸気カム８２の磁極とバルブリフタ８０の磁極とが同極となるように定められればよい。
【００５６】
また、前述した図３，４では、第２吸気カム８２とバルブリフタ８０の双方が電磁石として機能する構成を示したが、第２吸気カム８２とバルブリフタ８０の何れか一方が永久磁石とされてもよい。
【００５７】
さらに、カム側コイル８００とバルブ側コイル８０２の配置は、前述した図３，４に示した配置に限られるものではなく、第２吸気カム８２とバルブリフタ８０を励磁可能であれば如何なる配置であってもよい。
【００５８】
また、本実施例では、動弁システムにフェイルが発生した時に動力付加機構が作動される例について述べたが、内燃機関１がフューエルカット運転される場合や、内燃機関１が減筒運転される場合等にも有効である。すなわち、内燃機関１がフューエルカット運転される場合や内燃機関１が減筒運転される場合に吸気側駆動機構１０の動力付加機構が作動させられれば、第１吸気カムシャフト８３及び第２吸気カムシャフト８４の停止位置を制御しなくとも吸気バルブ８を閉弁状態にすることができる。その結果、制御ロジックの簡略化を図ることができる。
【００５９】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図８基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００６０】
本実施例の動力付加機構は、モータのコギングトルクを利用してカム（カムシャフト）に回転力を付加する機構である。すなわち、図８に示すように、カムシャフトの回転位置がバルブを開弁させる回転位置にある時に、モータのコギングトルクが正の値を示すようにモータを取り付ける。詳細には、バルブリフト量が最大となる時にコギングトルクが極大となるようにモータを取り付ける。
【００６１】
かかる構成によると、モータの作動が停止された時にバルブが開弁状態にあっても、コギングトルクとバルブスプリングとの協働によってバルブを閉弁させるようにカムが回転させられる。その結果、バルブのリフト量がバルブスタンプを回避可能なリフト量となるまでカムを回転させることができる。このため、前述した第１の実施例と同様の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】吸気側駆動機構の概略構成を示す図である。
【図３】第２吸気カムシャフトの側面図である。
【図４】２番気筒の吸気バルブの側面図である。
【図５】３番気筒の吸気バルブの側面図である。
【図６】動力付加機構の作用を模式化した図である。
【図７】動力付加機構の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】コギングトルクの位相とカムの位相との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・ピストン
４・・・・コネクティングロッド
５・・・・クランクシャフト
６・・・・吸気ポート
７・・・・排気ポート
８・・・・吸気バルブ
９・・・・排気バルブ
１０・・・吸気側駆動機構
１１・・・排気側駆動機構
１４・・・ＥＣＵ
１８・・・第１モータ
２１・・・第２モータ
８０・・・バルブリフタ
８１・・・第１吸気カム
８２・・・第２吸気カム
８３・・・第１吸気カムシャフト
８４・・・第２吸気カムシャフト
８７・・・吸気側バルブスプリング
８００・・カム側コイル
８０１・・カム側スイッチ
８０２・・バルブ側コイル
８０３・・バルブ側スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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