(57)【要約】【課題】リフト量センサの故障時にも最低限のバルブ動作を確保して運転を継続させることが可能なカムレスエンジンのバルブ制御装置を提供する。【解決手段】摺動孔３の中間位置に接続され、摺動孔３内でピストン４を制御室２と反対側に摺動させた際に摺動孔３を介して制御室２と連通するリフト量制限用排出ライン１７と、リフト量制限用排出ライン１７に設けられたリフト量制限用電磁弁１８と、リフト量センサ６の故障時にリフト量制限用電磁弁１８を開弁し、リフト量制限用排出ライン１７を介して制御室２内の作動油を排出することで、ピストン４の摺動を制限し吸排気バルブ５のリフト量を制限するリフト量制限部１９と、を備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動油が供給される制御室と、
該制御室に連通された摺動孔と、
該摺動孔内に摺動自在に設けられたピストンと、
該ピストンの前記制御室と反対側に配置され、前記制御室内に作動油が供給された際に前記ピストンに押圧され開弁する吸排気バルブと、
該吸排気バルブのリフト量を検出するリフト量センサと、
前記リフト量センサで検出したリフト量に応じて前記制御室に供給する作動油量を制御するリフト量制御部と、
を備えたカムレスエンジンのバルブ制御装置において、
前記摺動孔の中間位置に接続され、前記摺動孔内で前記ピストンを前記制御室と反対側に摺動させた際に前記摺動孔を介して前記制御室と連通するリフト量制限用排出ラインと、
該リフト量制限用排出ラインに設けられたリフト量制限用電磁弁と、
前記リフト量センサの故障時に前記リフト量制限用電磁弁を開弁し、前記リフト量制限用排出ラインを介して前記制御室内の作動油を排出することで、前記ピストンの摺動を制限し前記吸排気バルブのリフト量を制限するリフト量制限部と、
を備えたことを特徴とするカムレスエンジンのバルブ制御装置。
【請求項２】
前記リフト量制御部は、前記リフト量センサで検出したリフト量と目標リフト量を比較し、両者の誤差が少なくなるようにフィードバック制御を行うよう構成され、
前記リフト量センサの故障時に、前記目標リフト量を、正常時よりも大きい値に設定する故障時目標リフト量制御部をさらに備える
請求項１記載のカムレスエンジンのバルブ制御装置。
【請求項３】
前記リフト量センサの故障時に、前記吸排気バルブのリフト量の制限により減少した吸入あるいは排出空気量を補うように前記吸排気バルブの開閉タイミングを制御する故障時開閉タイミング制御部をさらに備える
請求項１または２記載のカムレスエンジンのバルブ制御装置。
【請求項４】
複数の前記吸排気バルブのそれぞれに対応する前記リフト量制限用排出ラインを合流させ、その合流したリフト量制限用排出ラインに共通の前記リフト量制限用電磁弁を設けるよう構成した
請求項１〜３いずれかに記載のカムレスエンジンのバルブ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムレスエンジンのバルブ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンに対する排気ガス規制強化や燃費改善の要求拡大に伴い、エンジンの燃焼制御は高度化する傾向にある。燃焼制御の一つとして、吸排気バルブの開閉時期やリフト量をエンジンの運転状態に応じて変化させる可変動弁制御が知られている。例えば、カムシャフトを有するエンジンにおいては、カムシャフトで決まる吸排気バルブの開閉時期とリフト量とに対して変化を与える可変動弁制御が一般的に普及している。
【０００３】
これに対し、カムシャフトを用いずに、電磁弁で制御された油圧により、吸排気バルブをクランク角に対して機械的に固定されない開閉時期とリフト量とで作動させるカムレスエンジン（カムレス構造エンジン）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図２に示すように、従来のカムレスエンジンのバルブ制御装置１００では、開弁用電磁弁１０１を開弁し、図示しない専用の高圧供給ポンプによって昇圧された高圧の作動油を制御室１０２に供給することで、制御室１０２に連通した摺動孔１０３に摺動自在に設けられたピストン１０４を摺動させ、該ピストン１０４により吸排気バルブ１０５のステムエンドを押圧して吸排気バルブ１０５を開弁する。また、閉弁用電磁弁１０６を開弁し、制御室１０２内の作動油を低圧側に逃がすことで、バルブスプリング１０７のスプリング力により押し上げられて吸排気バルブ１０５が閉弁するように構成されている。開弁用電磁弁１０１と閉弁用電磁弁１０６は吸排気バルブ１０５毎に設けられ、例えば６気筒２４バルブエンジンでは、計４８個の電磁弁１０１，１０６が設けられることになる。
【０００５】
カムレスエンジンのバルブ制御装置１００では、開弁用電磁弁１０１へ出力するパルス信号のパルス幅（時間幅）により、制御室１０２に供給される作動油の量を制御し、これにより、制御室１０２内の圧力、すなわち吸排気バルブ１０５を押圧する圧力を制御して、吸排気バルブ１０５のリフト量（燃焼室内への吸排気バルブ１０５の突き出し量）を制御している。また、どのクランク角度で開弁用電磁弁１０１へパルス信号を出力するかを制御することにより、吸排気バルブ１０５が開弁するタイミングを制御している。吸排気バルブ１０５を閉じる場合の制御も同様であるが、閉弁時には基本的に全閉状態とし途中保持は行わないので、閉弁時に閉弁用電磁弁１０６へ加えるパルス信号のパルス幅は十分余裕をもった長い時間とする。
【０００６】
このように、カムレスエンジンでは、電磁弁１０１，１０６に加えるパルス信号のパルス幅やタイミングを制御することで、吸排気バルブ１０５のリフト量やタイミングをクランク角度に依らず自由に制御することが可能である。
【０００７】
カムレスエンジンのバルブ制御装置１００では、エンジン状態、オペレータ指示を基に性能（排ガス、出力、燃費）が最適となるように吸排気バルブ１０５の開閉タイミング、目標リフト量を算出して電磁弁１０１，１０６に動作指示（所望の開閉タイミング、リフト量となるようなパルス信号）を与えている。パルス幅とリフト量の関係は予めマップとしてＥＣＵ（電子制御ユニット）などのコントローラ内に搭載しておき、このマップを参照してパルス幅を決定するのが一般的である。
【０００８】
しかし、さまざまな要因で実リフト量と目標リフト量には誤差が生じる。カムレスエンジンのバルブ制御装置１００では、任意のタイミング、リフト量で吸排気バルブ１０５を開閉できるが故に、不適切なタイミングで吸排気バルブ１０５を過大にリフトさせることも可能であり、吸排気バルブ１０５とピストンが衝突してエンジンに多大なダメージを与えてしまうおそれもある。
【０００９】
そこで、カムレスエンジンのバルブ制御装置１００では、吸排気バルブ１０５に備えたリフト量センサ１０８で検出した実リフト量と目標リフト量を比較し、誤差が少なくなるようにフィードバック制御を行っている。従来より、エンジンサイクル毎にリフト量誤差を求め、次エンジンサイクルに反映する（つまり、リフト量誤差に基づいて次エンジンサイクルで出力するパルス信号のパルス幅を補正する）ことが行われている。
【００１０】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１〜４がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６１−２２３２０９号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／０８５８５８号
【特許文献３】特開平１１−２７０３７０号公報
【特許文献４】特開２００１−２８０１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、カムレスエンジンのバルブ制御装置１００では、実リフト量を目標リフト量に一致させるよう制御を行うため、吸排気バルブ１０５ごとにリフト量センサ１０８を設ける必要がある。
【００１３】
そのため、多気筒エンジンでは、リフト量センサ１０８の数が多くなり故障の確率が高まってしまう。従来のカムレスエンジンのバルブ制御装置１００では、吸排気バルブ１０５のピストンへの衝突によるエンジン破損を防止するため、リフト量センサ１０８が故障すると対応する吸排気バルブ１０５を開くことができないよう制御を行っており、ひとつでもリフト量センサ１０８が故障するとエンジン運転を続けることができなくなってしまう。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、リフト量センサの故障時にも最低限のバルブ動作を確保して運転を継続させることが可能なカムレスエンジンのバルブ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、作動油が供給される制御室と、該制御室に連通された摺動孔と、該摺動孔内に摺動自在に設けられたピストンと、該ピストンの前記制御室と反対側に配置され、前記制御室内に作動油が供給された際に前記ピストンに押圧され開弁する吸排気バルブと、該吸排気バルブのリフト量を検出するリフト量センサと、前記リフト量センサで検出したリフト量に応じて前記制御室に供給する作動油量を制御するリフト量制御部と、を備えたカムレスエンジンのバルブ制御装置において、前記摺動孔の中間位置に接続され、前記摺動孔内で前記ピストンを前記制御室と反対側に摺動させた際に前記摺動孔を介して前記制御室と連通するリフト量制限用排出ラインと、該リフト量制限用排出ラインに設けられたリフト量制限用電磁弁と、前記リフト量センサの故障時に前記リフト量制限用電磁弁を開弁し、前記リフト量制限用排出ラインを介して前記制御室内の作動油を排出することで、前記ピストンの摺動を制限し前記吸排気バルブのリフト量を制限するリフト量制限部と、を備えたカムレスエンジンのバルブ制御装置である。
【００１６】
前記リフト量制御部は、前記リフト量センサで検出したリフト量と目標リフト量を比較し、両者の誤差が少なくなるようにフィードバック制御を行うよう構成され、前記リフト量センサの故障時に、前記目標リフト量を、正常時よりも大きい値に設定する故障時目標リフト量制御部をさらに備えてもよい。
【００１７】
前記リフト量センサの故障時に、前記吸排気バルブのリフト量の制限により減少した吸入あるいは排出空気量を補うように前記吸排気バルブの開閉タイミングを制御する故障時開閉タイミング制御部をさらに備えてもよい。
【００１８】
複数の前記吸排気バルブのそれぞれに対応する前記リフト量制限用排出ラインを合流させ、その合流したリフト量制限用排出ラインに共通の前記リフト量制限用電磁弁を設けるよう構成してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、リフト量センサの故障時にも最低限のバルブ動作を確保して運転を継続させることが可能なカムレスエンジンのバルブ制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るカムレスエンジンのバルブ制御装置を示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はその要部拡大図である。
【図２】従来のカムレスエンジンのバルブ制御装置の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係るカムレスエンジンのバルブ制御装置を示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はその要部拡大図である。
【００２３】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、カムレスエンジンのバルブ制御装置１は、作動油が供給される制御室２と、制御室２に連通された摺動孔３と、摺動孔３内に摺動自在に設けられたピストン（油圧ピストン）４と、ピストン４の制御室２と反対側に配置され、制御室２内に作動油が供給された際にピストン４に押圧され開弁する吸排気バルブ５と、吸排気バルブ５のリフト量を検出するリフト量センサ６と、リフト量センサ６で検出したリフト量に応じて制御室２に供給する作動油量を制御するリフト量制御部７と、を備えている。
【００２４】
制御室２には、図示しない高圧供給ポンプによって昇圧された高圧の作動油を供給する作動油供給ライン８が接続されており、作動油供給ライン８には、制御室２内に供給する作動油量を制御する開弁用電磁弁９が設けられている。
【００２５】
摺動孔３は、制御室２から下方に延びるように形成され、ピストン４は、摺動孔３内を上下に摺動自在に設けられている。ピストン４の下端部は、吸排気バルブ５の上端部に接している。
【００２６】
吸排気バルブ５の軸方向中間位置には、フランジを構成するアッパーシート１０が形成されている。また、アッパーシート１０とシリンダヘッド１１との間には、吸排気バルブ５を閉弁方向（上方向）に向けて付勢するバルブスプリング１２が圧縮状態で介装されている。摺動孔３の下側（制御室２と反対側）の開口の周縁には、アッパーシート１０を閉弁方向に吸引する磁石１３が設けられている。シリンダヘッド１１には吸排気バルブ５を挿通させる孔１１ａが形成されている。
【００２７】
制御室２の上方には、制御室２と連通する油圧開放室１４が形成されている。油圧開放室１４内には、電磁ソレノイド（図示せず）によって開閉駆動される閉弁用電磁弁１５が設けられている。閉弁用電磁弁１５は、電磁ソレノイドがＯＮにされると、上方に移動して制御室２と油圧開放室１４とを連通させる一方、電磁ソレノイドがＯＦＦにされると、下方に移動して制御室２と油圧開放室１４とを遮断するように構成されている。油圧開放室１４は、作動油排出ライン２３を介して低圧側に接続されている。
【００２８】
リフト量制御部７は、ＥＣＵなどのコントローラ１６に搭載される。カムレスエンジンのバルブ制御装置１では、リフト量制御部７から開弁指示信号が出力され、この開弁指示信号がドライバ２０ａで駆動電流（パルス信号）に変換されて開弁用電磁弁９に入力される。開弁指示信号により開弁用電磁弁９が開に制御されると、作動油が作動油供給ライン８を介して制御室２へと供給される。これにより、制御室２内の作動油による開弁方向の力が、バルブスプリング１２及び磁石１３による閉弁方向の力よりも大きくなり、吸排気バルブ５が開弁作動される。
【００２９】
一方、カムレスエンジンのバルブ制御装置１では、リフト量制御部７から閉弁指示信号が出力され、この閉弁指示信号がドライバ２０ｂで駆動電流に変換されて閉弁用電磁弁１５に入力される。閉弁用電磁弁１５により閉弁用電磁弁１５が開に制御されると、制御室２内の作動油が油圧開放室１４から低圧側に回収される。これにより、バルブスプリング１２及び磁石１３による閉弁方向の力が、制御室２内の作動油による開弁方向の力よりも大きくなり、吸排気バルブ５が閉弁作動される。
【００３０】
リフト量制御部７は、エンジン状態、オペレータ指示を基に性能（排ガス、出力、燃費）が最適となるように吸排気バルブ５の開閉タイミング、目標リフト量を算出して、吸排気バルブ５のリフト量が目標リフト量となる開弁指示信号のパルス幅を決定し、所望の開閉タイミングとなるクランク角で開弁指示信号と閉弁指示信号をそれぞれ出力する。
【００３１】
また、リフト量制御部７は、リフト量センサ６で検出した実リフト量と目標リフト量を比較し、誤差が少なくなるようにフィードバック制御を行うよう構成されている。本実施の形態では、エンジンサイクル毎にリフト量誤差を求め、次エンジンサイクルに反映する（つまり、リフト量誤差に基づいて次エンジンサイクルで出力するパルス信号のパルス幅を補正する）ようにリフト量制御部７を構成した。
【００３２】
さて、本実施の形態に係るカムレスエンジンのバルブ制御装置１は、摺動孔３の中間位置に接続され、摺動孔３内でピストン４を制御室２と反対側に摺動させた際に摺動孔３を介して制御室２と連通するリフト量制限用排出ライン１７と、リフト量制限用排出ライン１７に設けられたリフト量制限用電磁弁１８と、リフト量センサ６の故障時にリフト量制限用電磁弁１８を開弁し、リフト量制限用排出ライン１７を介して制御室２内の作動油を排出することで、ピストン４の摺動を制限し吸排気バルブ５のリフト量を制限するリフト量制限部１９と、をさらに備えている。
【００３３】
摺動孔３の側面には排出孔１７ａが設けられ、その排出孔１７ａにリフト量制限用排出ライン１７の一端が接続される。リフト量制限用排出ライン１７の他端は低圧側（ここでは閉弁用電磁弁１５の下流側の作動油排出ライン２３）に接続されている。リフト量センサ６が正常であるときは、リフト量制限用電磁弁１８は閉じているので、ピストン４は制御室２に供給された作動油の圧力により最大稼働範囲内で自由に摺動することができ、従来通りの吸排気バルブ５の開閉動作が可能である。
【００３４】
リフト量センサ６の故障は、コントローラ１６で検出される。コントローラ１６は、例えば、リフト量センサ６の出力電圧が所定の閾値範囲内にない場合に、リフト量センサ６が故障したと判定するよう構成される。なお、リフト量センサ６の故障を判定する方法については、特に限定するものではない。
【００３５】
リフト量制限部１９は、コントローラ１６がリフト量センサ６の故障を検出したとき、リフト量制限時開弁指示信号を出力し、このリフト量制限時開弁指示信号がドライバ２０ｃで駆動電流に変換されてリフト量制限用電磁弁１８に入力される。リフト量制限時開弁指示信号によりリフト量制限用電磁弁１８が開に制御されると、ピストン４が摺動孔３内を下方に移動して排出孔１７ａが開口したときに、作動油がリフト量制限用排出ライン１７を介して低圧側に流出することになる。その結果、制御室２内の圧力が低下して排出孔１７ａより下方にピストン４が移動しなくなり、吸排気バルブ５のリフト量が制限される。
【００３６】
リフト量センサ６の故障時の吸排気バルブ５のリフト量は、排出孔１７ａの位置（上下方向の位置）により決定される。リフト量センサ６の故障時の吸排気バルブ５のリフト量は、適宜設定することが可能であるが、吸排気バルブ５とエンジンのピストンの衝突によるエンジン破損を防止するためできるだけ小さいことが望ましく、最低限のバルブ動作が可能な程度のリフト量とすることが望ましい。
【００３７】
上述のように、リフト量センサ６の故障時には、開弁用電磁弁９の開弁時間を長くして制御室２内に多くの作動油を供給しても、当該作動油は全てリフト量制限用排出ライン１７を介して低圧側に排出されることになり、目標リフト量にかかわらずリフト量は一定になる。そこで、外乱等に打ち勝って確実に吸排気バルブ５を開弁させるために、リフト量センサ６の故障時には、目標リフト量を大きめに設定することが望ましい。そこで、本実施の形態では、リフト量センサ６の故障時に、目標リフト量を、正常時よりも大きい値に設定する故障時目標リフト量制御部２１をさらに備えた。
【００３８】
リフト量センサ６が正常である場合、目標リフト量はリフト量制御部７にてエンジン運転状態等を基にマップを用いて求められる。故障時目標リフト量制御部２１は、リフト量センサ６の故障時に、リフト量制御部７で求めた正常時の目標リフト量を補正するように構成されてもよいし、また、リフト量センサ６の故障時用の目標リフト量のマップを別途設定し、当該マップを用いてリフト量センサ６の故障時用の目標リフト量を求めるように構成されてもよい。故障時目標リフト量制御部２１は、コントローラ１６に搭載される。
【００３９】
また、カムレスエンジンのバルブ制御装置１では、リフト量センサ６の故障時には吸排気バルブ５のリフト量が通常よりも小さくなっているため、吸排気バルブ５の開閉タイミングを通常通りとすると、吸入あるいは排出空気流量が不足する。そこで、本実施の形態では、リフト量センサ６の故障時に、吸排気バルブ５のリフト量の制限により減少した吸入あるいは排出空気量を補うように吸排気バルブ５の開閉タイミングを制御する故障時開閉タイミング制御部２２をさらに備えた。
【００４０】
リフト量センサ６が正常である場合、吸排気バルブ５の開閉タイミングはリフト量制御部７にてエンジン運転状態等を基にマップを用いて求められる。故障時開閉タイミング制御部２２は、リフト量制御部７で求めた正常時の開閉タイミングを補正するように構成されてもよいし、また、リフト量センサ６の故障時用の開閉タイミングのマップを別途設定し、当該マップを用いてリフト量センサ６の故障時用の開閉タイミングを求めるように構成されてもよい。故障時開閉タイミング制御部２２は、コントローラ１６に搭載される。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態に係るカムレスエンジンのバルブ制御装置１は、摺動孔３の中間位置に接続され、摺動孔３内でピストン４を制御室２と反対側に摺動させた際に摺動孔３を介して制御室２と連通するリフト量制限用排出ライン１７と、リフト量制限用排出ライン１７に設けられたリフト量制限用電磁弁１８と、リフト量センサ６の故障時にリフト量制限用電磁弁１８を開弁し、リフト量制限用排出ライン１７を介して制御室２内の作動油を排出することで、ピストン４の摺動を制限し吸排気バルブ５のリフト量を制限するリフト量制限部１９と、を備えている。
【００４２】
カムレスエンジンのバルブ制御においてリフト量センサ６は重要な役割を担っており、従来、リフト量センサ６の故障は即エンジン停止につながっていた。本実施の形態では、リフト量センサ６の故障時にリフト量制限用電磁弁１８を開弁して、摺動孔３の中間位置に接続されたリフト量制限用排出ライン１７から制御室２内の作動油を排出するよう構成されているため、リフト量センサ６の故障時に吸排気バルブ５のリフト量を制限することが可能となり、リフト量センサ６の故障時にも所望のタイミングで吸排気バルブ５の開閉を行い、かつエンジン破損を防いだ運転継続が可能となる。
【００４３】
つまり、本発明によれば、リフト量センサ６の故障時にも最低限のバルブ動作を確保して運転を継続させることが可能なカムレスエンジンのバルブ制御装置１を実現できる。その結果、エンジンベンチではリフト量センサ６の故障が発生しても試験継続の可能性が高くなり、カムレスエンジンを搭載した車両では、リフト量センサ６の故障が発生しても路上停止をすることなく近くのサービス工場まで移動することが可能になる。
【００４４】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００４５】
例えば、上記実施の形態では言及しなかったが、複数の吸排気バルブ５のそれぞれに対応するリフト量制限用排出ライン１７を合流させ、その合流したリフト量制限用排出ライン１７に共通のリフト量制限用電磁弁１８を設けるよう構成し、リフト量制限用電磁弁１８の数を減らすと共に、配管を簡易にすることも可能である。
【００４６】
この場合、１つの吸排気バルブ５でリフト量センサ６が故障すると、共通のリフト量制限用電磁弁１８が開に制御されるため、リフト量センサ６が故障した吸排気バルブ５とリフト量制限用排出ライン１７を共通としている全ての吸排気バルブ５が、リフト量センサ６の故障時の制御に切り替わることになる。ただし、リフト量センサ６が故障している時点でエンジンの正常な制御はできなくなっているので、リフト量センサ６の修理・交換は必須であり、当該修理・交換までの最低限のバルブ動作の確保という観点からは、このような構成でも十分な作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  カムレスエンジンのバルブ制御装置
２  制御室
３  摺動孔
４  ピストン
５  吸排気バルブ
６  リフト量センサ
７  リフト量制御部
１７  リフト量制限用排出ライン
１８  リフト量制限用電磁弁
１９  リフト量制限部
【図１】
2014088862.tif 000003
【図２】
2014088862.tif 000004