(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインロッカアームの最大揺動角を大小に切り換える揺動角切換手段により吸気弁および／または排気弁の弁特性切り換えが可能な内燃機関の弁特性切換装置において、
前記最大揺動角の大小を検出する最大揺動角検出手段を前記メインロッカアームの側方に非接触の状態で配設し、
前記メインロッカアームの側面視の方向における前記最大揺動角検出手段の検知部と前記メインロッカアームのそれぞれの投影の重なりに応じて、前記最大揺動角検出手段が前記最大揺動角の大小を検出することにより、前記揺動角切換手段による弁特性切換状態を検知するようにしたことを特徴とする内燃機関の弁特性切換装置。
【請求項２】
前記揺動角切換手段は油圧によって切換動作が行われるものであり、前記最大揺動角検出手段は、前記油圧の供給源から最も離れて位置する前記ロッカアームの側方に非接触状態で配設されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の弁特性切換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の弁特性切換装置に関し、特に、内燃機関の吸気弁や排気弁において、運転状態に応じてそのバルブタイミングないしバルブリフト量の切り換えが可能な内燃機関の弁特性切換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のバルブタイミングやリフト量など弁特性を切換えるようにした内燃機関にあっては、高速時と低速時とで吸気弁や排気弁のバルブリフト等を切り換えるための弁特性切換装置が設けられているが、例えば高いバルブリフト量が要求される高速回転への低速回転からの移行時、あるいは低いバルブリフト量であるべき低速回転への高速回転からの移行時に適切なバルブリフトの切り換えが行われないと機関の特性にマッチせず、折角の機能が発揮されないのみならず、カムとカムフォロアの接触面に異常が発生するなど色々な不都合が発生する。そこで、切り換えが行われた吸気弁および／または排気弁のバルブリフト量を検出して切り換えが行われたかどうかを検知し、バルブタイミング切換装置の故障を判断するようにした提案として特開平２−３０８９１１号公報に開示されているものがある。
【０００３】
本例は、弁と共に揺動する強磁性体の変位に応じてセンサから検知信号を出力させ、弁のリフト量が設定された所定量の範囲にあるか否か、更にまた所定量の範囲外で所定時間その状態が継続されたか否かによってバルブタイミング切換装置の故障発生の有無を判断するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、弁のリフト量を検出するために、バルブスプリングリテーナの下方あるいはロッカアームの下方にバルブリフト検出手段としてセンサを配設すると共にバルブスプリングリテーナあるいはロッカアームから直接に強磁性体の被検出体を突設し、センサと被検出体との相対位置から弁のリフト量を検出するようにしている。そのために、例えば内燃機関の高速回転時等にあってバルブないし動弁系側に異常な動作が発生した場合、被検出体とセンサ本体とが干渉する虞がある。
【０００５】
また、動弁系側に異常な動作が発生した場合でもセンサ本体と被検出体との間に干渉が発生しないようにとセンサと被検出体の間に距離を置いたのではセンサからの信号出力が低下し誤検出の虞がある。更にまた、バルブやロッカアームなど動体側に被検出体を設けるために、それだけ動体側の慣性重量が増すことになりバルブの作動機能を低下させるという問題もあった。
【０００６】
本発明の目的は、上述したような従来の問題に着目し、その解決を図るべく、メインロッカアームの最大揺動角が小さい低リフト状態とロッカアームの最大揺動角が大きい高リフト状態とを動弁系とはかかわりない位置で非接触状態を保って判別することにより弁特性切換機構が正常に作用したか否かを判断することのできる内燃機関の弁特性切換装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、メインロッカアームの最大揺動角を大小に切り換える揺動角切換手段により吸気弁および／または排気弁の弁特性切り換えが可能な内燃機関の弁特性切換装置において、前記最大揺動角の大小を検出する最大揺動角検出手段を前記メインロッカアームの側方に非接触の状態で配設し、前記メインロッカアームの側面視の方向における前記最大揺動角検出手段の検知部と前記メインロッカアームのそれぞれの投影の重なりに応じて、前記最大揺動角検出手段が前記最大揺動角の大小を検出することにより、前記揺動角切換手段による弁特性切換状態を検知するようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
請求項１記載の本発明によれば、揺動角切換手段によりメインロッカアームの最大揺動角が大小いずれかに切り換えられるとその切換え状態が最大揺動角検出手段によって最大揺動角検出手段とメインロッカアームとが非接触状態で検出されるもので、これにより揺動角切換手段による弁特性の切り換えが正常に行われたか否かを検出できる。
【０００９】
請求項２記載の発明では、最大揺動角検出手段が油圧の供給源から最も離れて位置するメインロッカアームの弁特性切換状態を検出することができる。
【００１０】
【実施例】
以下に、図面に基づいて本発明の実施例を具体的に説明する。
【００１１】
まず、図１および図２に従って本発明の一実施例による動弁装置の構成について述べることとする。
【００１２】
なお、本例はＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカム）方式の直列４気筒内燃機関に適用した場合の例を示す。すなわち、図１に示すように各気筒には２つの弁（ここでは吸気弁）２に対応した単一のメインロッカアーム１が設けられていて、メインロッカアーム１の基端は、各気筒に共通な中空のメインロッカシャフト３を介して、シリンダヘッド１００に揺動自在に支持されており、メインロッカアーム１の二股の各先端部１Ａは吸気弁２のステム頂部に当接する。
【００１３】
メインロッカアーム１は平面視においてほぼ二股状に形成され、メインロッカアーム１の二股に形成されたそれぞれの腕部１Ｅ，１Ｅのほぼ中央部には低速用カムフォロア４が設けられている。
【００１４】
５は、メインロッカアーム１の二股に形成された股部上方に支持軸（以下でサブシャフトという）６によって揺動自在に支持されるサブロッカアームであり、７はサブロッカアーム５の端部に設けた高速カムフォロアである。なお、高速カムフォロア７と２つの低速カムフォロア４とは図２の（Ａ）に示すようにカム軸８の方向に配列されている。９および１０はカム軸８と一体に形成された高速カムおよび低速カムであり、上述の高速カムフォロア７および低速カムフォロア４は、高速カム９および低速カム１０にそれぞれ接することで、駆動される。
【００１５】
１１は、レバー部材であり、図２の（Ａ），（Ｂ）に示すようにメインロッカアーム１にレバー支持軸１２を介して回動自在に支持される。１３はレバー部材１１の一方の端部に設けた係合端であり、後述するようにレバー部材１１を回動させることにより、その係合端１３をサブロッカアーム５の係止部５Ａに係合させることでサブロッカアーム５とメインロッカアーム１とを結合状態に保ち、高速カムフォロア７を介して高速カム９のカムプロフィールを吸気弁２に伝達させることができる（高速カムフォロア７の能動状態）。
【００１６】
ついで、図２に従い、本発明にかかる高低速切換え機構について説明しておく。
【００１７】
なお、図２の（Ａ）は低速運転状態に適した作動状態（以下で第１作動状態という）を示す。図２において、５Ｂはサブロッカアーム５に穿設した第１プランジャ収納孔、１Ｂはメインロッカアーム１に穿設した第２プランジャ収納孔、また、１Ｃは同じくメインロッカアーム１に穿設した第３プランジャ収納孔である。２１は第１プランジャ収納孔５Ｂに摺動自在に嵌合された第１プランジャ、２２は第１プランジャ２１の先端部をメインロッカアーム１の突き当て部１Ｄに向けて偏倚させているばねである。
【００１８】
一方、第２プランジャ収納孔１Ｂには、ロッカシャフト３の中心部に設けたオイル通路３Ａからオイルを導くためのオイル通路２５が連通されていて、収納孔１Ｂに摺動自在に保たれる第２プランジャ２６を油圧により動作させることで、図２の（Ｂ）に示すようにレバー部材１１の係合端１３をサブロッカアーム５の係止部５Ａに係合させることができる。２７は第３プランジャ収納孔１Ｃに摺動自在に保たれる第３プランジャ、２８は第３プランジャ２７をレバー部材１１に向けて偏倚させている復帰ばねである。
【００１９】
図１を参照して油圧送給切換装置について説明する。ハウジング３０はシリンダヘッド１００の後端側側部に取付けられ、その内部に不図示の動弁装置の油圧制御用弁を有し、かつ、図示しないオイルポンプに連通する出口ポート４２が形成されている。ハウジング３０の外部には油圧制御用弁を駆動させる電磁弁３１が固定されており、電磁弁３１の動作に応じて油圧制御用弁がオイルポンプと出口ポート４２とを連通あるいは遮断するように出口ポート４２の上流に配置されている。
【００２０】
５０はシリンダヘッド１００に一端が固定されている揺動角検出手段であり、この揺動角検出手段５０により以下に述べるようにしてメインロッカアーム１の揺動状態を検出し、動弁装置が第１作動状態にあるか第２作動状態にあるかを検知するもので、以下でこの揺動角検出手段５０を状態切換検知センサと呼ぶことにする。なお、本例の場合、状態切換検知センサ５０は油圧送給切換手段として設けられている電磁弁３１から最も離れた吸気弁２のメインロッカアーム１側面対向位置に状態切換検知センサ５０の検出部５０Ａが非接触状態の形で保持されるように設置される。
【００２１】
なお、かかる非接触型の状態切換検知センサ５０の好適例として、検出部５０Ａの検出方向に存在する強磁性体の有無が検知可能な磁気センサ（電磁ピックアップ）が挙げられる。但し、切換状態検知センサ５０としては、電磁ピックアップに限られるものではなく、非接触型である限りどのようなセンサであってもよい。
【００２２】
図４は本発明にかかる制御用回路の構成を示す。この図に示すように６０はエンジン７０の電子制御部（ＥＣＵ）であり、記憶装置として各種制御用のプログラム等が格納されているＲＯＭ６１およびエンジン７０の状態等を一時的に記憶するＲＡＭ６２，制御のためのタイマ６３等を有すると共に、中央演算処理装置ＣＰＵとしての機能を具えている。また、３２は電磁弁（ソレノイドバルブ）３１の励磁または消磁によりエンジン７０のメインロッカアーム揺動角の切換手段８０に油圧の供給または供給停止が行われる油圧切換装置である。なお、本例では吸気弁側と排気弁側との双方に状態切換検知センサ５０を設けた場合を示した。７１はエンジン７０の回転数を検出している回転数検知センサである。また、ここでは本発明にかかわる部分のみを示したが、エンジン７０からＥＣＵ６０には回転数検知センサ７１により検出されるエンジン回転数の他、冷却水温度や潤滑油温度その他エンジン７０の運転状態にかかわる各種データや情報が送給されるものである。
【００２３】
次に本発明の作用について説明する。
【００２４】
いま、図２の（Ａ）に示すような第１作動状態にあるときは、図１に示すようにハウジング３０の出口ポート４２からシリンダヘッド１００のロッカシャフト３内に設けたオイル通路３Ａには油圧が供給されず、レバー部材１１は、図２の（Ａ）に示すように復帰ばね２８によって偏倚される第３プランジャにより時計回りの方向に回動された位置に保たれる。かくして、サブロッカアーム５はその揺動が許容される状態にあり、高速カム９が高速カムフォロア７に摺接しても第１プランジャ２１およびばね２２が高速カム９のカムプロフィールを吸収するだけで弁２には、高速カム９のリフトが伝達されず、低速カム１０が、低速カムフォロア４に摺接することで、低速カム１０による低バルブリフト分だけ弁２の弁軸がリフト動作する（第１の作動状態）。
【００２５】
また、高速時の第２作動状態への切換時には、図４に示す電子制御部６０により制御される油圧送給切換装置（図１，図３参照）の電磁弁３１が駆動されてオイルポンプの油圧を出口ポート４２からロッカシャフト３のオイル通路３Ａに導き、ここから各気筒ごとのメインロッカアーム１に設けた第２プランジャ収容室１Ｂに油圧が供給される。
【００２６】
従って、図２の（Ｂ）に示すように油圧によって第２プランジャ２６が第２プランジャ収容室１Ｂから突出し、レバー部材１１の作動端１１Ｂに作用することで、レバー部材１１を反時計回りの方向に回動させる。この場合、レバー部材１１は第３プランジャ２７を復帰ばね２８のばね力に抗して第３プランジャ収容孔１Ｃ内に押し戻すように動作しつつサブロッカアーム５の掛止端５Ａに係合され、かくして高速運転状態に適した高速カム９による高バルブリフト分だけ弁２の弁軸がリフト動作する（第２の作動状態）。
【００２７】
続いて図３に従って状態切換検知センサ５０による状態切換の検出動作について説明する。
【００２８】
図３において、その（Ａ）はエンジンの低速運転状態にあって動弁系が第１作動状態に保たれるときの状態切換検知センサ５０とその被検知体となるサブシャフト６との相対位置を、また、（Ｂ）は高速運転状態にあって、動弁系が第２作動状態に保たれているときの上記相対位置をそれぞれ示すものである。すなわち、第１作動状態ではメインロッカアーム１の揺動角が小さく、また、第２作動状態ではメインロッカアーム１の揺動角が大きい。そこで、揺動角が大きいほどメインロッカアーム１のメインロッカシャフト３の周りの回動角が大きくなることを利用し、本例の場合、回動角に応じて変位するサブシャフト６と状態切換検知センサ５０の検知部５０Ａとの紙面鉛直方向の干渉の有無を検知するようにした。
【００２９】
そのために、本例ではサブシャフト６の側面６Ａと状態切換検知センサ検知部５０Ａ先端面とは（Ａ）に示す第１作動状態ではそれぞれの投影が重ならず、（Ｂ）に示す第２作動状態で上記投影の一部が重なり合うようにする。なお、第２作動状態にあるときでもサブシャフト側面６Ａと検知部５０Ａの先端面との間には隙間が保たれるもので、このような配置になる状態切換検知センサでは一般に鉄系金属材料で形成されているサブシャフト６との間で本例の場合、電磁ピックアップとして機能する。そこで、状態切換検知センサ検知部５０Ａとの間のフラックスの変化により第１作動状態から第２作動状態への切換えおよび第２作動状態から第１作動状態への切換えを例えば２値化された信号の０，１によって検出することができる。
【００３０】
ついで、図５に従い本発明による作動状態切換時の切換検出動作の手順について説明する。
【００３１】
まず、ステップＳ１で作動状態が第１作動状態（低中速）から第２作動状態（高速）に切換えられる条件になったか否かが判断されるもので、ここで、その条件とは回転数検知センサ７１から検出された回転数の他、不図示のセンサからの冷却水温度やエンジン負荷が予め設定されている切換条件の数値に対応する。そこで、ステップＳ１において、その条件になったとの判断の場合は吸気弁および／または排気弁の動弁機構が第１作動状態から第２作動状態に切換えられる。
【００３２】
すなわち、ステップＳ１において肯定の判断であれば、ステップＳ２に進んで電磁弁３１のソレノイドを励磁し、油圧切換装置３２を介して油圧をオイル通路３Ａに送給する。そして、この油圧により図２の（Ｂ）に示したように第２プランジャ２６を第２プランジャ収納孔１Ｂからレバー部材１１の作動端１１Ｂに向けて突出させ、レバー部材１１を反時計回りの方向に回動させて高速に対応する第２作動状態とすることができる。また、ステップＳ１において、切換条件になっていないとの判断であれば、低中速に対応する第１作動状態を維持すべく、ステップＳ４に進んで電磁弁３１のソレノイドを消磁状態に保ち、油圧をオイル通路３Ａに送給せず、図２の（Ａ）に示した状態に保たれる。
【００３３】
かくして、ステップＳ５に進むが、先に述べたステップＳ３とステップＳ５とにおける判断が状態切換検知センサ５０からの検出信号によって行われるものである。すなわち、ステップＳ３の場合、もし正常に作動状態の切換えがステップＳ２で行われていれば、図３の（Ｂ）に示す高リフト状態に動弁機構が保たれている筈で、従って状態切換検知センサ５０からは、この状態を検出した信号例えば２値信号の場合は１に対応する信号が出力されなければならない。また、ステップＳ５の場合は、ステップＳ４の消磁により低中速に対応する第１作動状態、すなわち図３の（Ａ）に示す低リフト状態に保たれる筈である。従って、状態切換検知センサ５０からは、この状態に対応した信号、例えば２値信号の場合は０に対応する信号が出力されるべきである。
【００３４】
そこで、ステップＳ３またはステップＳ５のいずれかで肯定の判断の場合は、正常に切換動作が実施されたものとの判断に基づいて、ステップＳ１に戻り以下の動作手順が繰返される。また、ステップＳ３において否定の場合はステップＳ６に進み、ステップＳ５において否定の場合はステップＳ７に進む。そして、ステップＳ６またはステップＳ７においてタイマ６３により所定の時間の経過が計時されても作動状態が切換えられないとの判断の場合は共にステップＳ８に進み、ここで、フェイルセーフ制御すなわちエンジン７０に異常が発生しないような一連の処理（例えば、燃料噴射量を作動状態に応じて調整する処理）がなされた上、ステップＳ９で例えば警告ランプ等による警告がなされて切換検出動作の手順を終了する。
【００３５】
そして、特に状態切換検知センサ５０がメインロッカアーム１の側面対向位置に非接触状態で配置されるので、メインロッカアーム１とサブロッカアーム５とからなる動弁系の慣性重量が増加せず、高低速切換機構の切換状態が検知できる。また、状態切換検知センサ５０を油圧の供給源（オイルポンプ）からの作動油が最も遅れて到達するメインロッカアーム１の側面対向位置に非接触状態で配置すれば、作動油の油圧低下等による高低速切換機構の切換異常を１つの状態切換検知センサ５０で検知することができる。
【００３６】
なお、以上に述べた実施例では、動弁系のうち、吸気弁にかかわる切換動作のみについて説明したが、図４に示したように吸気弁と排気弁との双方に作動状態切換手段を有するものや、そのいずれか一方のみに作動状態切換手段を有するものにも本発明が適用されることがいうまでもない。
【００３７】
また、状態切換手段（揺動角検出手段）としては上述の実施例で説明したような電磁ピックアップに限られるものではなく、要は、非接触状態でメインロッカアームが大きい揺動角で動作するか小さい揺動角で動作するかを判別可能な手段であれば、どのような検知手段であってもよい。更にまた、上述の実施例ではその被検知体としてサブシャフトの端面を設定したが、かかる被検知体もサブシャフトに限らず、動弁機構の動作の妨げにならず、しかもメインロッカアームの揺動の大小が判別できるものである限り、どのような箇所を設定してもよいことは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、メインロッカアームの最大揺動角を大小に切り換える揺動角切換手段により吸気弁および／または排気弁の弁特性切り換えが可能な内燃機関の弁特性切換装置において、前記最大揺動角の大小を検出する最大揺動角検出手段を前記メインロッカアームの側方に非接触の状態で配設し、前記最大揺動角検出手段を介して前記揺動角切換手段による弁特性切換状態を検知するようにしたので、動弁系の作動切換えに異常が発生して構成部材の干渉等により不都合が発生するのを防止できると共に、異常発生を検出する最大揺動角検出手段自体の被検出体との間の干渉による不具合、不都合を解消することができる。特に、請求項１記載の発明によれば、最大揺動角を検出するための被検出体を動弁系の一部に一体に設ける必要がなく、また、被検出体と検出手段とが常に非接触状態に保たれるので、動作の妨げとなる虞がなく、また、被検出体の慣性重量も増加しないので弁の作動機能を低下させることなく動弁系にエンジンの運転状態に対応した作動状態が常に正常に保たれるようにすることができる。請求項２記載の発明では、最大揺動角検出手段が油圧の供給源から最も離れて位置する１つのメインロッカアームの弁特性切換状態を監視するだけで油圧の供給源とメインロッカアームの揺動切換手段との間の油圧系のトラブル（揺動角切換手段へ十分に油圧が作用しない等）を検知できるので、最大揺動角検出手段をメインロッカアーム毎に設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明バルブタイミング切換装置の構成をシリンダヘッドの上面側から見て示す上面図である。
【図２】本発明にかかる弁リフト切換手段の構成を低中速時の第１作動状態（Ａ）および高速時の第２作動状態（Ｂ）によって示す説明図である。
【図３】本発明による第１作動状態（Ａ）および第２作動状態（Ｂ）での状態切換検知動作の説明図である。
【図４】本発明にかかる制御用回路の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明による状態切換検知動作の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  メインロッカアーム
２  弁
３  メインロッカシャフト
３Ａ  オイル通路
４  低速カムフォロア
５  サブロッカアーム
６  支持軸（サブシャフト）
７  高速カムフォロア
８  カム軸
９  高速カム
１０  低速カム
１１  レバー部材
１２  レバー支持軸
１３  係合端
２１  第１プランジャ
２２  ばね
２６  第２プランジャ
２７  第３プランジャ
２８  復帰ばね
３１  電磁弁
３２  油圧切換装置
５０  揺動角検出手段（状態切換検知センサ《電磁ピックアップ》）
５０Ａ  検出部
６０  ＥＣＵ（電子制御部）
６１  ＲＯＭ
６２  ＲＡＭ
６３  タイマ
７０  エンジン
７１  回転数検知センサ
８０  揺動角切換手段
１００  シリンダヘッド
【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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