(57)【要約】【課題】電動モータの回転位置とカムの回転位置との対応関係を精度良く把握できる弁駆動システムを提供する。【解決手段】本発明の弁駆動システムは、電動モータ８Ａの回転運動をカム９Ａを介して内燃機関１の気筒２に設けられた吸気弁３の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構１０Ａと、電動モータ８Ａから吸気弁３までの運動伝達経路に設けられ、カム９Ａの回転運動を所定の位置で阻止することによりカム９Ａの回転を制限可能な機構部２１Ａと、電動モータ８Ａの回転位置を検出する回転位置検出センサ３７とを備える。機構部２１Ａにてカム９Ａの回転運動が阻止された状態で電動モータ８Ａの回転位置を回転位置検出センサ３７から取得し、かつその状態で取得した電動モータ８Ａの回転位置に基づいて電動モータ８Ａの回転位置とカム９Ａの回転位置との対応関係を記憶する。【選択図】図１
2008095657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの回転運動をカムを介して内燃機関の気筒に設けられた弁の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構と、前記電動モータから前記弁までの運動伝達経路に設けられ、前記カムの回転運動を所定の位置で阻止することにより前記カムの回転を所定角度範囲に制限可能な回転角度制限機構と、前記電動モータの回転位置を検出するモータ回転位置検出手段と、前記回転角度制限機構にて前記カムの回転運動が阻止された状態で前記電動モータの回転位置を前記モータ回転位置検出手段から取得し、かつ前記状態で取得した前記電動モータの回転位置に基づいて前記電動モータの回転位置と前記カムの回転位置との対応関係を記憶する位置学習手段と、を備えることを特徴とする弁駆動システム。
【請求項２】
前記回転角度制限機構は、前記運動伝達経路に設けられた回転部材の回転中心よりも半径方向外側に位置するようにして前記回転部材に設けられた回転規制部と、前記回転規制部の通過範囲に干渉する制限位置と前記通過範囲から離れた非制限位置との間で移動可能な可動部材とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の弁駆動システム。
【請求項３】
前記回転部材は前記カムと一体回転可能に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の弁駆動システム。
【請求項４】
前記回転部材には、前記回転規制部として、前記カムの回転を制限できる範囲が互いに異なるように構成された複数の回転規制部が同一円周上に並ぶように設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の弁駆動システム。
【請求項５】
前記可動部材が前記制限位置に移動して前記カムの回転運動が阻止された場合、前記カムの回転運動が阻止された状態から前記カムが反転するように前記電動モータを制御するモータ制御手段と、前記カムの回転運動が阻止された状態から前記カムが反転して次に前記カムの回転運動が阻止されるまでの回転角度を取得する制限角度取得手段とを更に備えることを特徴とする請求項４に記載の弁駆動システム。
【請求項６】
前記可動部材が前記制限位置に移動して前記カムの回転運動が阻止された場合、前記カムの回転運動が阻止された状態から前記カムが反転するように前記電動モータを制御するモータ制御手段と、前記カムの回転運動が阻止された状態から前記カムが反転して次に前記カムの回転運動が阻止されるまでの前記カムの回転角度を取得する制限角度取得手段と、前記制限角度取得手段が取得した前記回転角度と前記所定角度範囲との差を算出し、その算出結果に基づいて前記位置学習手段が記憶する前記対応関係を補正する補正手段と、を更に備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の弁駆動システム。
【請求項７】
前記所定角度範囲が前記内燃機関のピストンと前記弁とが干渉しない範囲に設定されており、
前記内燃機関のクランク軸の回転と前記カムの回転とが非同期である場合に、前記カムの回転が前記所定角度範囲に制限されるように前記回転角度制限機構を制御するフェールセーフ手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の弁駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動モータの回転運動をカムを介して内燃機関の気筒に設けられた弁の開閉運動に変換して伝達し、電動モータの回転位置とカムの回転位置との対応関係を記憶する弁駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような弁駆動システムとして、電動モータを一定速度で回転させた状態でカム軸の回転に要する電動モータのトルクを検出し、そのトルク変化に基づいて電動モータの回転位置とカムの回転位置との対応関係を記憶する初期化処理を実行するものが知られている（特許文献１）。このシステムは電動モータのトルクが最大値となった時にカムの回転位置が弁に最大リフト量を与える位置となる関係を初期化処理において利用する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８３６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電動モータのトルクはその回転速度が同一であってもカムを潤滑する潤滑油の温度変化に伴う粘度変化や潤滑油の劣化等の諸要因により変化する。このため、電動モータのトルクの変化に基づいて電動モータの回転位置とカムの回転位置との対応関係を把握したのでは、上記の諸要因の影響を受けることで実際の対応関係との間にずれが生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、電動モータの回転位置とカムの回転位置との対応関係を精度良く把握できる弁駆動システム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】
【０００６】
本発明の弁駆動システムは、電動モータの回転運動をカムを介して内燃機関の気筒に設けられた弁の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構と、前記電動モータから前記弁までの運動伝達経路に設けられ、前記カムの回転運動を阻止することにより前記カムの回転を所定角度範囲に制限可能な回転角度制限機構と、前記電動モータの回転位置を検出するモータ回転位置検出手段と、前記回転角度制限機構にて前記カムの回転運動が阻止された状態で前記電動モータの回転位置を前記モータ回転位置検出手段から取得し、かつ前記状態で取得した前記電動モータの回転位置に基づいて前記電動モータの回転位置と前記カムの回転位置との対応関係を記憶する位置学習手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この弁駆動システムによれば、カムの回転運動が阻止される際のカムの回転位置が予め設定されているので、カムの回転運動が阻止された際の電動モータの回転位置に基づいて電動モータの回転位置とカムの回転位置とを対応付けることができる。この対応関係は電動モータのトルクの変化とは無関係であるから、トルクの変化をもたらす諸要因の影響が排除されて、実際の対応関係との間のずれを低減できる。
【０００８】
回転角度制限機構はカムの回転を機械的に制限できるものであれば、その構成に特段の制限はない。例えば、前記回転角度制限機構は、前記運動伝達経路に設けられた回転部材の回転中心よりも半径方向外側に位置するようにして前記回転部材に設けられた回転規制部と、前記回転規制部の通過範囲に干渉する制限位置と前記通過範囲から離れた非制限位置との間で移動可能な可動部材とを備えていてもよい（請求項２）。この態様によれば、可動部材が非制限位置から制限位置へ移動することにより、可動部材が回転規制部の通過範囲に干渉して回転部材の自由な回転を阻止することができる。これにより、動力伝達機構による電動モータの回転運動の伝達が運動伝達経路内で制限されるため、カムの回転角度を制限することができる。
【０００９】
回転部材は、運動伝達経路に設けられたものであれば十分である。例えば、電動モータからカムが設けられたカム軸までの間にギア列等の伝達機構が設けられている場合には、そのギア列を構成するギアを回転部材として設けてもよい。また、そのギアと一体回転するギア軸に別部品としての回転部材を設けるようにしてもよい。更に、前記回転部材は前記カムと一体回転可能に設けられていてもよい（請求項３）。この場合、カムと回転部材との間にバックラッシやクリアランス等の遊びが存在しないため、そのような遊びを考慮せずにカムの回転を正確に制限できる。これにより、電動モータの回転位置とカムの回転位置との対応関係を精度よく取得することができる。
【００１０】
回転部材に設けられる回転規制部は、所定の位置でカムの回転運動を阻止できる限りどのような形態でもよくまたその数に制限はない。従って、複数の回転規制部を回転部材に設けてもよい。その場合、前記回転規制部には、前記回転規制部として、前記カムの回転を制限できる範囲が互いに異なるように構成された複数の回転規制部が同一円周上に並ぶように設けられてもよい（請求項４）。この場合、複数の回転規制部が同一円周上に並んでいるので、それぞれの回転規制部を利用してカムの回転を制限するために一つの可動部材を回転部材に対して進退させるだけで足りる。また、カムの回転を制限できる範囲が回転規制部毎に異なっているので、カムが制限される範囲を確認することにより、いずれの回転規制部でカムの回転が制限されているかを判別することが可能となる。
【００１１】
このような判別を実現するため、本発明の弁駆動システムの一態様においては、前記可動部材が前記制限位置に移動して前記カムの回転運動が阻止された場合、前記カムの回転運動が阻止された状態から前記カムが反転するように前記電動モータを制御するモータ制御手段と、前記カムの回転運動が阻止された状態から前記カムが反転して前記カムの回転運動が阻止されるまでの回転角度を取得する制限角度取得手段とを更に備えてもよい（請求項５）。この場合、カムの回転運動が阻止された状態からカムを反転させて次にカムの回転運動が阻止されるまでの回転角度を取得することにより、回転規制部によってカムの回転が制限された範囲が判明する。従って、その範囲に基づいていずれの回転規制部でカムの回転が制限されていたかを判別することが可能となる。
【００１２】
回転規制部に可動部材を干渉させる態様では、可動部材を回転規制部に干渉させてカムの回転運動を強制的に阻止しているため、この干渉が繰り返されることにより、回転規制部及び可動部材のそれぞれが機械的に摩耗して規制範囲に誤差が生じる可能性がある。そこで、本発明の弁駆動システムの一態様においては、前記可動部材が前記制限位置に移動して前記カムの回転運動が阻止された場合、前記カムの回転運動が阻止された状態から前記カムが反転するように前記電動モータを制御するモータ制御手段と、前記カムの回転運動が阻止された状態から前記カムが反転して次に前記カムの回転運動が阻止されるまでの前記カムの回転角度を取得する制限角度取得手段と、前記制限角度取得手段が取得した前記回転角度と前記所定角度範囲との差を算出し、その算出結果に基づいて前記位置学習手段が記憶する前記対応関係を補正する補正手段と、を更に備えてもよい（請求項６）。この態様によれば、回転規制部と可動部材とに生じた摩耗を考慮して対応関係が補正されるので、その摩耗を原因とした実際の対応関係とのずれを低減できる。
【００１３】
回転角度制限機構が制限できる所定角度範囲は適宜に設定してよい。例えば、所定角度範囲は弁の最大リフト量が得られる範囲よりも狭い範囲に設定してもよいし、更には内燃機関のピストンと弁とが干渉しない範囲、つまりバルブスタンプが生じない範囲に設定されてもよい。所定角度範囲をバルブスタンプが生じない範囲に設定した場合には、前記内燃機関のクランク軸の回転と前記カムの回転とが非同期である場合に、前記カムの回転が前記所定角度範囲に制限されるように前記回転角度制限機構を制御するフェールセーフ手段を更に備えてもよい（請求項７）。この態様によれば、内燃機関のクランク軸の回転とカムの回転とが非同期である場合に、回転角度制限機構にてカムの回転が制限される。その制限下においては、カムの回転がピストンと弁とが干渉しないように設定された所定角度範囲を超えることがないため、バルブスタンプを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の弁駆動システムによれば、カムの回転運動が阻止される際のカムの回転位置が予め設定されているので、カムの回転運動が阻止された際の電動モータの回転位置に基づいて電動モータの回転位置とカムの回転位置とを対応付けることができる。この対応関係は電動モータのトルクの変化とは無関係であるから、トルクの変化をもたらす諸要因の影響が排除されて実際の対応関係との間のずれを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の形態）
図１は本発明の第１の形態に係る弁駆動システムが適用された内燃機関の要部を模式的に示し、図２は図１の内燃機関を同図の矢印II-IIの方向から見た状態を示している。内燃機関１は車両に走行用動力源として搭載されるもので、４つの気筒２が一列に配置された直列４気筒型内燃機関である。４つ（図６では２つのみを示す）の気筒２のそれぞれには、本発明に係る弁としての吸気弁３が２本ずつ不図示の排気弁が２本ずつ設けられている。吸気弁３はそのステム３ａが不図示のシリンダヘッドのステムガイドに通されることによりステム３ａの軸線方向に往復運動可能に設けられている。吸気弁３はバルブスプリング（不図示）の圧縮反力によってバルブフェースが吸気ポートのバルブシートに密着する方向に付勢されている。また、各気筒２にはコネクティングロッド４を介してクランク軸５に連結されたピストン６が往復運動可能な状態で設けられている。
【００１６】
内燃機関１には、吸気弁３の開閉のために第１の可変動弁機構７Ａ及び第２の可変動弁機構７Ｂが設けられている。一方の可変動弁機構７Ａは外側の２気筒、即ち１番目及び４番目の気筒２の吸気弁３の開閉を担当し、他方の可変動弁機構７Ｂは内側の２気筒、即ち２番目及び３番目の気筒３の開閉を担当する。なお、図１では３番目及び４番目の気筒２に関する図示を省略している。可変動弁機構７Ａは、電動モータ８Ａと、この電動モータ８Ａの回転運動を後述するカム９Ａを介して吸気弁３の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構１０Ａとを有している。可変動弁機構７Ｂも同様に、電動モータ８Ｂと、この電動モータ８Ｂの回転運動を後述するカム９Ｂを介して吸気弁３の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構１０Ｂとを有する。各カム９Ａ、９Ｂと各吸気弁３との間にはバルブリフタ１１が介在している。
【００１７】
第１の電動モータ８Ａ及び第２の電動モータ８Ｂは互いに同一の構成を有し、例えば回転速度の制御が可能なＤＣブラシレスモータ等が使用される。また、各電動モータ８Ａ、８Ｂはその回転位置を検出するモータ回転位置検出手段としてレゾルバ、ロータリエンコーダ等の回転位置検出センサ３７を内蔵する。
【００１８】
動力伝達機構１０Ａは、ギア列１２Ａとカム機構１３Ａとを備えている。ギア列１２Ａは電動モータ８Ａの出力軸と一体回転するモータギア１４Ａと、このモータギア１４Ａと噛み合うカム駆動ギア１５Ａとを有する。カム機構１３Ａは、カム駆動ギア１５Ａと同軸かつ一体回転可能に設けられたカム軸１６Ａを備えており、そのカム軸１６Ａには１番目及び４番目の気筒２の吸気弁３を開閉するためのカム９Ａが一体回転可能に設けられている。図２に示すように、実線で示された１番目の気筒側のカム９Ａと、破線で示した４番目の気筒側のカム９Ａはノーズの頂点が周方向に互いに１８０°ずれるようにしてカム軸１６Ａにそれぞれ設けられている。そのため、１番目の気筒２の吸気弁３及び４番目の気筒２の吸気弁３の開弁時期は互いに重ならない。ギア列１２Ａは電動モータ８Ａとカム９Ａとの間の減速比が２：１になるように構成されている。
【００１９】
一方、図１に示すように、動力伝達機構１０Ｂも動力伝達機構１０Ａと同様に、ギア列１２Ｂとカム機構１３Ｂとを備えている。ギア列１２Ｂはモータギア１４Ｂとカム駆動ギア１５Ｂとの間に中間ギア１６が介在する点を除き動力伝達機構１０Ａのギア列１２Ａと同一の構成を有している。また、カム機構１３Ｂは、カム駆動ギア１５Ｂと同軸かつ一体回転可能に設けられるとともに、動力伝達機構１０Ａのカム軸１６Ａの外周に同軸的に組み合わされる中空軸状のカム軸１６Ｂを備えている。そのカム軸１６Ｂには２番目及び３番目の気筒２の吸気弁３を開閉するためのカム９Ｂが一体回転可能に設けられている。図示を省略したが、２番目の気筒側のカム９Ｂと３番目の気筒側のカム９Ｂとは、カム９Ａの場合と同様にノーズの頂点が周方向に互いに１８０°ずれるようにしてカム軸１６Ｂにそれぞれ設けられていて、２番目の気筒２の吸気弁３及び３番目の気筒２の吸気弁３の開弁時期が互いに重ならないようになっている。ギア列１２Ｂは電動モータ８Ｂとカム９Ｂとの間の減速比が２：１になるように構成されている。
【００２０】
内燃機関１には、カム９Ａ及びカム９Ｂのそれぞれの回転を制限する手段として回転角度制限ユニット２０が設けられている。回転角度制限ユニット２０は、カム９Ａの回転を制限する回転角度制限機構としての第１の機構部２１Ａと、カム９Ｂの回転を制限する回転角度制限機構としての第２の機構部２１Ｂとが一体化されている。機構部２１Ａは、カム軸１６Ａに一体回転可能に設けられた回転部材としての円板状のフランジ２２Ａと、そのフランジ２２Ａに対して進退する可動部材としてのストッパピン２３Ａとを備える。機構部２１Ｂも同様に、カム軸１６Ｂに一体回転可能に設けられた回転部材としてのフランジ２２Ｂと、そのフランジ２２Ｂに対して進退する可動部材としてのストッパピン２３Ｂとを備える。
【００２１】
フランジ２２Ａには、図２にも示すように回転規制部としての二つの溝状長穴２４Ａ、２５Ａが設けられている。各溝状長穴２４Ａ、２５Ａはフランジ２２Ａの周方向に延びるように円弧状に形成されており、ストッパピン２３Ａを挿入可能な大きさを有している。なお、二つの溝状長穴２４Ａ、２５Ａの周方向に関する寸法は互いに相違するようになっているが詳しい説明は後述する。一方、フランジ２２Ｂにも、フランジ２２Ａと同様の二つの溝状長穴２４Ｂ、２５Ｂが設けられており、各溝状長穴２４Ｂ、２５Ｂはストッパピン２３Ｂを挿入可能な大きさを有し、かつ周方向に関する寸法は互いに相違するようになっている。
【００２２】
これらのストッパピン２３Ａ、２３Ｂは油圧を利用した油圧機構２６にて図１に示す制限位置と図３に示す非制限位置との間で駆動される。図１の制限位置ではストッパピン２３Ａが溝状長穴２４Ａ、２５Ａのいずれか一方に挿入され、かつストッパピン２３Ｂが溝状長穴２４Ｂ、２５Ｂのいずれか一方に挿入されるので、ストッパピン２３Ａが溝状長穴２４Ｂ、２５Ｂのいずれかの通過範囲に干渉し、かつストッパピン２３Ｂが溝状長穴２４Ｂ、２５Ｂのいずれかの通過範囲に干渉する。これにより、カム９Ａ、９Ｂの回転が制限される。一方、非制限位置では、ストッパピン２３Ａが溝状長穴２４Ａ、２５Ａのいずれかの通過範囲から離れ、かつストッパピン２３Ｂが溝状長穴２４Ｂ、２５Ｂの通過範囲から離れることになる。これにより、カム９Ａ、９Ｂの回転の制限が解除される。
【００２３】
油圧機構２６には内燃機関１を駆動源とするオイルポンプ（不図示）にて生成された油圧、つまり内燃機関１の運転に伴って生成される油圧が供給される。油圧機構２６はストッパピン２３Ａが収められる油圧室２７ａ及びストッパピン２３Ｂが収められる油圧室２７ｂがそれぞれ形成されたハウジング２７と、各油圧室２７ａ、２７ｂに連通する供給通路２８と、各油圧室２７ａ、２７ｂへの油圧の供給及びその遮断とを切替える手段として供給通路２８に設けられた電磁弁２９とを備えている。ストッパピン２３Ａは油圧室２７ａ内を摺動する鍔状のピストン部３０Ａを有しており、その油圧室２７ａ内に設けられた付勢手段としてのスプリング３１の圧縮反力によって制限位置側に付勢されている。一方、ストッパピン２３Ｂも同様に油圧室２７ｂ内を摺動する鍔状のピストン部３０Ｂを有しており、その油圧室２７ｂ内に設けられた付勢手段としてのスプリング３１の圧縮反力によって制限位置側に付勢されている。これにより、電磁弁２９にて供給通路２８が開かれると、各油圧室２７ａ、２７ｂに油圧がそれぞれ導かれる。これらの油圧がストッパピン２３Ａのピストン部３０Ａに、ストッパピン２３Ｂのピストン部３０Ｂにそれぞれ作用することで、各ストッパピン２３Ａ、２３Ｂはスプリング３１の反力に抗して制限位置から非制限位置へ移動する。一方、電磁弁２９にて供給通路２８が閉じられると油圧の供給が遮断されるので、各ストッパピン２３Ａ、２３Ｂはスプリング３１の圧縮反力によって非制限位置から制限位置へ移動する。
【００２４】
図４は図２のフランジ２２Ａ及びカム９Ａを拡大して示し、１番目の気筒側に設けられたカム９Ａを実線で、４番目の気筒側に設けられたカム９Ａを破線でそれぞれ示している。なお、フランジ２２Ｂは、フランジ２２Ａと同一であるため図４を代用することにより説明を省略する。図４に示すように、二つの溝状長穴２４Ａ、２５Ａはそれらの周方向に関する寸法が互いに相違している。つまり、二つの溝状長穴２４Ａ、２５Ａはストッパピン２３Ａが溝状長穴２４Ａに挿入された場合と、ストッパピン２３Ａが溝状長穴２５Ａに挿入された場合とでカム９Ａの回転を制限できる角度範囲が相違するように構成される。換言すれば、二つの溝状長穴２４Ａ、２５Ａは周方向の両端とフランジ２２Ａの回転中心Ｃとを結んだ中心角β１、β２が互いに相違している。図示の形態では、溝状長穴２４Ａの中心角β１が溝状長穴２５Ａの中心角β２よりも小さくなるように構成されている。また、フランジ２２Ａが図４の矢印方向（時計方向）に回転した場合にストッパピン２３Ａが突き当てられる溝状長穴２４Ａ、２５Ａの一端Ｐ１、Ｐ２はフランジ２２Ａの回転中心Ｃを通る直線Ｌ上に並んでいる。上述したように、１番目の気筒側に設けられたカム９Ａと４番目の気筒側に設けられたカム９Ａとは位相が互いに１８０°ずれているため、１番目の気筒側に設けられたカム９Ａのノーズの頂点Ｑ１と溝状長穴２４Ａの一端Ｐ１とを回転中心Ｃで結ぶ中心角αは、４番目の気筒側に設けられたカム９Ａのノーズの頂点Ｑ２と溝状長穴２５Ａの一端Ｐ２とを回転中心Ｃで結ぶ中心角αと等しくなる。
【００２５】
本形態の弁駆動システムは、以上の構成を持つ回転角度制限ユニット２０を利用して、カム９Ａの回転位置と電動モータ８Ａの回転位置との関係とカム９Ｂの回転位置と電動モータ８Ｂの回転位置との関係とをそれぞれ把握して、これらの関係が適正に保持されるようにしている。図４から明らかなように、カム９Ａが回転運動中にストッパピン２３Ａが非制限位置から制限位置へ移動した場合、カム９Ａの回転運動はストッパピン２３Ａが溝状長穴２４Ａ、２５Ａの一端Ｐ１、Ｐ２のいずれかに突き当たることにより阻止される。ストッパピン２３Ａが溝状長穴２４Ａ、２５Ａの一端Ｐ１、Ｐ２のいずれかに突き当たる位置が本発明の所定の位置に相当する。溝状長穴２４Ａ、２５Ａの一端Ｐ１、Ｐ２のいずれによってカム９Ａの回転運動が阻止されたかを特定できれば、一端Ｐ１、Ｐ２からカム９Ａのノーズの頂点までの角度αが既定値であるのでカム９Ａの回転位置を特定できる。このとき、回転運動が阻止された状態における電動モータ８Ａの回転位置を回転位置検出センサ３７より取得すれば、電動モータ８Ａの回転位置とカム９Ａの回転位置との対応関係を把握できる。また、これと同様の考え方で電動モータ８Ｂの回転位置とカム９Ｂの回転位置との対応関係も把握できる。
【００２６】
図１に示すように、本形態の弁駆動システムには、各電動モータ８Ａ、８Ｂの動作制御を行うとともに、上記の考え方に基づいて電動モータ８Ａの回転位置とカム９Ａの回転位置との対応関係及び電動モータ８Ｂの回転位置とカム９Ｂの回転位置との対応関係をそれぞれ把握するためにエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３５が設けられている。ＥＣＵ３５はマイクロプロセッサ及びその主記憶装置としてのＲＡＭ、ＲＯＭを備えたコンピュータとして構成され、各電動モータ８Ａ、８Ｂの制御や上記対応関係の把握の他にも燃料噴射量、点火時期等の各種パラメータを所定のロジックに基づいて制御する。ＥＣＵ３５には各電動モータ８Ａ、８Ｂの制御に必要な情報の入力手段として、クランク軸５の回転位置に応じた信号を出力するクランク角センサ３６や、スロットル開度センサ、エアフローメータ（いずれも不図示）等の各種センサが接続される。また、ＥＣＵ３５には各電動モータ８Ａ、８Ｂに内蔵された回転位置検出センサ３７の出力信号もＥＣＵ３５に入力される。
【００２７】
次に、ＥＣＵ３５による制御について説明する。なお、以下では１番目及び４番目の気筒２に関する制御を説明するが、２番目及び３番目の気筒２に関する制御ついても同様である。図５はＥＣＵ３５が電動モータ８Ａの回転位置とカム９Ａの回転位置との対応関係を把握するために所定間隔で繰り返し実行するカム位置学習制御の制御ルーチンの一例を示している。この制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ３５は本発明に係る位置学習手段として機能する。
【００２８】
この制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ３５はまずステップＳ１で学習開始条件が成立したか否かを判定する。学習開始条件は位置学習の必要性を考慮して適宜に設定される。例えば内燃機関１の始動時に、又は内燃機関１の運転時間の積算値が閾値を超えた場合等に、この開始条件が成立するとしてよい。学習開始条件が成立したと判断した場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は処理を待つ。ステップＳ２では、カム９Ａ（カム軸１６Ａ）が一方向に回転を開始するように電動モータ８Ａの動作を制御する。次に、ステップＳ３でストッパピン２３Ａを非制限位置から制限位置に切り変えられるように電磁弁２９を制御する。これにより、ストッパピン２３Ａがフランジ２２Ａの溝状長穴２４Ａ、２５Ａのいずれかに挿入される。次に、ステップＳ４で、カム９Ａの回転運動が阻止されたか否か、つまり溝状長穴２４Ａ、２５Ａのいずれかの一端Ｐ１、Ｐ２に突き当たってカム９Ａの動作が制限されたか否かを判定する。この判定は適宜に行ってよい。例えば、電動モータ９Ａのトルク変動に相関する物理量である電動モータ９Ａへの供給電流を監視し、その電流値が所定の判定値を超えた場合に回転運動が阻止されたと判定してよい。また電動モータ９Ａが内蔵する回転位置検出センサ３７は、回転運動が阻止された場合にはその出力信号が止まるため、このような信号の変化に基づいて回転運動が阻止されたか否かを判定することもできる。
【００２９】
回転運動が阻止された場合にはステップＳ５に進み、回転運動が阻止された際における電動モータ９Ａの回転位置θをＥＣＵ３５が持つＲＡＭに記憶する。回転位置θは電動モータ９Ａの所定の回転原点からの回転角度で定義され、回転位置検出センサ３７からの信号に基づいて取得される。次いで、ステップＳ６において、カム９Ａのノーズの頂点位置に対する電動モータの回転位置θｎを算出する。カム９Ａの回転運動は溝状長穴２４Ａ、２５Ａのいずれかにストッパピン２３Ａが突き当たることによって阻止されるが、これらのいずれにストッパピン２３Ａが挿入されたかをこの時点で判別できない。そのため、１番目の気筒側のカム９Ａに関して言えば、そのカム９Ａのノーズの頂点位置に対する電動モータ８Ａの回転位置θｎは、電動モータ８Ａとカム９Ａとの間の減速比を考慮して、θ−２α又はθ−２（α＋１８０°）のいずれかとなる（図４参照）。そこで、ステップＳ７〜Ｓ１２の処理を行うことにより、いずれの長穴にストッパピン２３Ａが挿入されてカム９Ａの回転運動が阻止されたかを判別し、その判別結果に基づいて回転位置θｎを確定させている。
【００３０】
ステップＳ７では、カム９Ａの回転運動が阻止された状態からカム９Ａが反転するように電動モータ８Ａを制御する。この時点で、ストッパピン２３Ａは制限位置に切り替えられたままであるので、カム９Ａが反対方向に回転するとストッパピン２３Ａが溝状長穴２４Ａ、２５Ａの反対側の他端Ｐ′１、Ｐ′２（図４参照）に突き当たり、カム９Ａの反対方向の回転運動が阻止される。ステップＳ７を実行することにより、ＥＣＵ３５は本発明に係るモータ制御手段として機能する。回転運動が阻止されたか否かは上記ステップＳ４と同様の方法で判定し、回転運動が阻止された場合にはステップＳ９に進む。ステップＳ９では、カム９Ａの一方向への回転運動が阻止された状態からカム９Ａの反対方向への回転運動が阻止されるまでのカム９Ａの回転角度βを取得する。回転角度βは、反対方向への回転運動が阻止された際における電動モータ８Ａの回転位置θ′を回転位置検出センサ３７からの信号に基づいて取得し、この回転位置θ′からステップＳ５で記憶した回転位置θを減じた上で１／２を乗ずることによって取得される。即ち、回転角度βは、β＝（θ′−θ）／２である。ステップＳ９を実行することにより、ＥＣＵ３５は本発明に係る制限角度取得手段として機能する。
【００３１】
次に、ステップＳ１０で、回転角度βが溝状長穴２４Ａの中心角β１と等しいか否かを判定する。β＝β１の場合はストッパピン２３Ａが溝状長穴２４Ａに挿入されて、カム９Ａの回転運動が阻止されたことになる。そこで、ステップＳ１１に進んで、１番目の気筒側に設けられたカム９Ａのノーズの頂点位置に対する電動モータ８Ａの回転位置θｎをθ−２αとして確定させるとともに、４番目の気筒側に設けられたカム９Ａのノーズの頂点位置に対する電動モータ８Ａの回転位置θｎをθ−２（α＋１８０°）として確定させる。一方、β≠β１の場合はストッパピン２３Ａが溝状長穴２５Ａに挿入されて、カム９Ａの回転運動が阻止されたことになる。そこで、ステップＳ１２に進んで、ステップＳ１１の場合と反対に回転位置θｎを確定させる。即ち、１番目の気筒側に設けられたカム９Ａのノーズの頂点位置に対する電動モータ８Ａの回転位置θｎをθ−２（α＋１８０°）として確定させるとともに、４番目の気筒側に設けられたカム９Ａのノーズの頂点位置に対する電動モータ８Ａの回転位置θｎをθ−２αとして確定させる。
【００３２】
次に、ステップＳ１３では、確定した回転位置θｎを、本発明に係る対応関係としてＥＣＵ３５が持つＲＡＭに記憶させる。そして、ステップＳ１４で、ストッパピン２３Ａを制限位置から非制限位置に切り変えられるように電磁弁２９を制御して今回のルーチンを終了する。
【００３３】
図５のルーチンによれば、カム９Ａの回転運動が阻止される際のカム９Ａの回転位置が予め設定されているので、カム９Ａの回転運動が阻止された際の電動モータ８Ａの回転位置θに基づいて電動モータ８Ａの回転位置とカムの回転位置とが対応付けられる。この対応関係は電動モータ８Ａのトルクの変化とは無関係であるから、トルクの変化をもたらす諸要因の影響が排除されて実際の対応関係との間のずれを低減することができる。
【００３４】
（第２の形態）
次に、本発明の弁駆動システムの第２の形態を説明する。この形態は、図４に示した各溝状長穴の大きさ、つまり中心角β１、β２の上限がピストン６と吸気弁３とが干渉しない限度で設定されていること、及びクランク軸５の回転とカム９Ａ、９Ｂの回転が非同期の場合に、バルブスタンプを防止するためにカム９Ａ、９Ｂの回転を制限することを特徴としている。この特徴以外は第１の形態と同一であるので、以下、第１の形態との共通部分については説明を省略する。
【００３５】
内燃機関１が正常に運転されるためには、クランク軸５の回転とカム軸１６Ａ、１６Ｂの回転とを同期させる必要がある。その同期は、ＥＣＵ３５がクランク軸５に設けられたクランク角センサ３６の出力信号と各電動モータ８Ａ、８Ｂが内蔵する回転位置検出センサ３７の出力信号とを参照して、電動モータ８Ａ、８Ｂの動作を制御することにより実現されている。何らかの要因で内燃機関１に異常が発生した故障時には、これらの同期が崩れる場合があり得る。非同期の状態で何らかの故障対策が行われたり、内燃機関１の運転が続行されると、バルブスタンプが生じるおそれがある。そこでＥＣＵ３５は故障時におけるバルブスタンプを回避するための以下のフェールセーフ制御を実行する。この制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ３５は本発明に係るフェールセーフ手段として機能する。
【００３６】
図６はフェールセーフ制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ３５によって予め保持されており、ＥＣＵ３５はこれを適宜に読み出して繰り返し実行する。まず、ＥＣＵ３５はステップＳ２１においてクランク角センサ３６及び回転位置検出センサ３７のそれぞれからの出力信号に基づいて、クランク軸５の回転位置とカム軸１６Ａ、１６Ｂの回転位置とを検出する。次に、ＥＣＵ３５はステップＳ２２において、クランク軸５の回転とカム軸１６Ａ、１６Ｂの回転とが同期しているか否かをステップＳ２１の検出結果に基づいて確認する。その結果、これらが同期していない非同期の場合は、ステップＳ２３に進み、これらの同期が確認された場合にはステップＳ２６に進む。
【００３７】
ステップＳ２３では、内燃機関１に何らかの異常が発生したことを運転者に報知するため、警告アラーム等の警告情報を出力させる。次に、ステップＳ２４ではストッパピン２３Ａ、２３Ｂを非制限位置から制限位置に切り変えられるように電磁弁２９を制御する。そしてステップＳ２５において、カム９Ａ、９Ｂの動作が停止するように電動モータ８Ａ、８Ｂを制御して、今回のルーチンを終了する。
【００３８】
一方、ステップＳ２６では、ストッパピン２３Ａ、２３Ｂを制限位置から非制限位置に切り変えられるように電磁弁２９を制御して今回のルーチンを終了する。なお、同期が確認できている正常時にはステップＳ２８が繰り返し実行されるので、ストッパピン２３Ａ、２３Ｂは非制限位置に保持される。
【００３９】
図６の制御が実行されることにより、クランク軸５とカム軸１６Ａ、１６Ｂとが非同期になった場合にはストッパピン２３Ａ、２３Ｂが制限位置に切替えられる。本形態では、各溝状長穴の大きさ、つまり図４に示す中心角β１、β２の上限がピストン６と吸気弁３とが干渉しない限度で設定されているため、回転角度制限ユニット２０によってカム１６Ａ、１６Ｂの回転角度がピストン６と吸気弁３とが干渉しない範囲に物理的に制限される。これにより、バルブスタンプを確実に回避することができ信頼性が向上する。
【００４０】
（第３の形態）
次に、本発明の弁駆動システムの第３の形態を説明する。この形態はカム位置学習制御の内容が相違することを除き、第１の形態と同一の構成を有している。以下、相違点について説明し第１の形態との共通点については説明を省略する。図７は本形態に係るカム位置学習制御の制御ルーチンを示している。この図において図５と同一処理には同一の符号を付して説明を省略する。上述したように、カム９Ａの回転運動を阻止する操作は溝状長穴２４Ａ、２５Ａにストッパピン２３Ａが突き当たってこれらが干渉するものであるため、この操作が繰り返されると溝状長穴２４Ａ、２５Ａ及びストッパピン２３Ａが摩耗し、溝状長穴２４Ａ、２５Ａの中心角β１、β２が設計値よりも大きくなる可能性がある。中心角β１、β２が設計値よりも大きくなると、カム９Ａのノーズ頂点Ｑ１までの角度αが小さくなるため（図４参照）、カム９Ａのノーズの頂点位置に対する電動モータ８Ａの回転位置θｎに誤差が発生する。そこで、ＥＣＵ３５は図７に示す制御ルーチンを実行してその誤差を低減している。
【００４１】
図７において、ＥＣＵ３５はステップＳ１〜ステップＳ９を実行して回転角度βを取得し、次のステップＳ３０において、回転角度βと中心角β１との差ｄが所定値ｄ１以下であるか否かを判定する。この所定値ｄ１は、いずれの長穴にストッパピン２３Ａが挿入されてカム９Ａの回転運動が阻止されたかを判別できるように、中心角β１と中心角β２との差（＝｜β１−β２｜）よりも小さい値に設定される。ステップＳ３０において、差ｄが所定値ｄ１以下の場合はストッパピン２３Ａが溝状長穴２４Ａに挿入されてカム９Ａの回転運動が阻止されたことになる。そこで、ステップＳ３１に進み、上記の差ｄの存在を考慮して、１番目の気筒側に設けられたカム９Ａのノーズの頂点位置に対する電動モータ８Ａの回転位置θｎをθ−２α＋ｄとして算出するとともに、４番目の気筒側に設けられたカム９Ａのノーズの頂点位置に対する電動モータ８Ａの回転位置θｎをθ−２（α＋１８０°）＋ｄとして算出する。一方、ステップＳ３０において、差ｄが所定値ｄ１を超えている場合はストッパピン２３Ａが溝状長穴２５Ａに挿入されてカム９Ａの回転運動が阻止されたことになるため、ステップＳ３２に進み、上記の差ｄの存在を考慮して、１番目の気筒側に設けられたカム９Ａのノーズの頂点位置に対する電動モータ８Ａの回転位置θｎをθ−２（α＋１８０°）＋ｄとして算出するとともに、４番目の気筒側に設けられたカム９Ａのノーズの頂点位置に対する電動モータ８Ａの回転位置θｎをθ−２α＋ｄとして算出する。これにより、ステップＳ１３で記憶する回転位置θｎが上記の差ｄを原因とした実際の値とのずれが低減するようにＥＣＵ３５にて補正されることになる。本形態において、図７の制御ルーチンを実行することによりＥＣＵ３５は本発明に係る位置学習手段として、同図のステップＳ７を実行することにより、ＥＣＵ３５は本発明に係るモータ制御手段として、同図のステップＳ９を実行することにより、ＥＣＵ３５は本発明に係る制限角度取得手段として、同図のステップＳ３０〜ステップＳ３２を実行することにより、ＥＣＵ３５は本発明に係る補正手段としてそれぞれ機能する。
【００４２】
本発明は以上の各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。回転角度制限機構の構成は、上述した形態に制限されない。図示の形態では回転規制部としての溝状長穴が凹部、可動部材としてのストッパピンが凸部として実施され、凹部と凸部とが噛み合うことにより回転部材の回転を阻止する。しかし、これら凹部と凸部との関係を入れ変えることは容易である。つまり、回転が阻止される側を凸部とし、回転を阻止する側を凹部としてもよい。また、凸部と凸部とを干渉させる形態でもよい。また、カム軸１６Ａ、１６Ｂに回転部材を設けるだけでなく、カム軸１６Ａ、１６Ｂそのものを回転部材として利用してもよい。更に、カム軸の他、電動モータからカムまでの運動伝達経路に設けられた部材、例えば中間ギア等を回転部材として利用してもよい。要はカム軸の回転角度が所定角度範囲に物理的に制限できる機構であればよい。
【００４３】
図８Ａ及び図８Ｂの形態は、図１に示す形態の第１の変形例に相当し、図８Ａが制限位置の状態を図８Ｂが非制限位置の状態をそれぞれ示している。以下では図１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。この変形例は、各カム軸１６Ａ、１６Ｂの軸線に対して垂直の方向に各ストッパピン２３Ａ、２３Ｂを移動させる油圧機構１２６を備えた回転角度制限ユニット１２０が設けられている。カム軸１６Ａの外周面及びカム軸１６Ｂの外周面にそれぞれ回転規制部としての湾曲溝１２４Ａ、１２４Ｂが形成されており、各カム軸１６Ａ、１６Ｂは回転部材に相当する。ハウジング１２７には、ストッパピン２３Ａが収容される油圧室１２７ａと、ストッパピン２３Ｂが収容される油圧室１２７ｂとがそれぞれ形成される。これにより、図１の形態と同等の機能を発揮でき、特に各カム軸９Ａ、９Ｂの軸線と平行な方向に関する回転角度制限ユニット１２０の寸法の増大を抑制できる。
【００４４】
また、上述した各形態の油圧機構は油圧の供給により制限位置から非制限位置へ切り替えているが、これとは反対に図９に示すように油圧の供給により非制限位置から制限位置へ切り替えることも可能である。図９に示す形態は図１の形態の第２の変形例に相当し、図１の形態と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。この油圧機構２２６は回転角度制限ユニット２２０に組み込まれ、スプリング３１が各ストッパピン２３Ａ、２３Ｂに対して図１の形態の逆向きに付勢するようになっている。このスプリング３１によって各ストッパピン２３Ａ、２３Ｂは非制限位置側に付勢されている。油圧機構２２６はストッパピン２３Ａが収められる油圧室２２７ａ及びストッパピン２３Ｂが収められる油圧室２２７ｂがそれぞれ形成されたハウジング２２７と、各油圧室２２７ａ、２２７ｂに連通する供給通路２２８とを備えている。供給通路２２８には内燃機関１にて生成された油圧が導かれ、その供給通路２２８を開閉する図１の形態と同一の電磁弁２９が設けられている。これにより、電磁弁２９にて供給通路２２８が開かれると、各油圧室２２７ａ、２２７ｂに油圧がそれぞれ導かれる。これらの油圧がストッパピン２３Ａのピストン部３０Ａに、ストッパピン２３Ｂのピストン部３０Ｂにそれぞれ作用することで、各ストッパピン２３Ａ、２３Ｂはスプリング３１の反力に抗して図８の実線で示す非制限位置から破線で示す制限位置へ移動する。一方、電磁弁２９にて供給通路２２８が閉じられると油圧の供給が遮断されるので、各ストッパピン２３Ａ、２３Ｂはスプリング３１の圧縮反力によって制限位置から非制限位置へ移動する。油圧機構２２６は、いわゆるハイブリッド車両に搭載される内燃機関のように始動時の回転速度が高い内燃機関や、高回転高負荷領域を多用する内燃機関への適用に適している。
【００４５】
上述した各形態では、可動部材の駆動手段として、油圧を利用する油圧機構２６、１２６、２２６を設けたが、可動部材を移動できる形態であればどのような手段で実現してもよい。例えば、電磁力を利用して可動部材を制限位置と非制限位置との間で移動させる得る駆動手段を用いてもよい。そのような電磁力を利用した駆動手段の一例を図１０に示す。図１０の形態は図１の形態の第３の変形例に相当し、図１の形態と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。この電磁駆動機構５０は回転角度制限ユニット３２０に組み込まれる。各ストッパピン２３Ａ、２３Ｂは摺動自在かつスプリング３１にて実線で示す制限位置側に付勢された状態でハウジング３２７に収容され、そのハウジング３２７には電流の供給により磁力を発生するソレノイド５１が設けられている。ソレノイド５１に電流が供給されると、各ストッパピン２３Ａ、２３Ｂは制限位置からスプリング３１の圧縮反力に抗して破線で示す非制限位置へ移動する。一方、電流の供給が停止されると、各ストッパピン２３Ａ、２３Ｂはスプリング３１の圧縮反力により非制限位置から制限位置へ移動する。これにより、ソレノイド５１への電流供給を制御することで、上述した油圧機構と同等に機能させることができる。なお、電磁力を利用する場合には、各ストッパピン２３Ａ、２３Ｂの少なくとも一部が磁性体で構成される必要がある。
【００４６】
図１の形態及びその変形例では、電動モータ８Ａを駆動源としたカムの回転を制限する第１の機構部２１Ａと、電動モータ８Ｂを駆動源としたカムの回転を制限する第２の機構部２１Ｂとを一体化した回転角度制限ユニット２０、１２０、２２０、３２０を設けたが、これらの機構部２１Ａ、２１Ｂを一体化することは必須ではなく、これらを別体に設けてそれぞれを回転角度制限機構として機能させても構わない。
【００４７】
以上の説明では、専ら吸気弁の開閉を担当する可変動弁機構について説明したが、図示しない排気弁を担当する可変動弁機構についても以上の説明が当てはまる。従って、本発明の適用によって排気弁を駆動するカムの回転角度を制限することができる。また排気弁の開閉を担当する可変動弁機構を第２の形態と同様に構成することで、ピストンと排気弁との干渉を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の形態に係る弁駆動システムが適用された内燃機関の要部を模式的に示した図。
【図２】図２の内燃機関を同図の矢印II-IIの方向から見た状態を拡大して示した図。
【図３】図１の形態の非制限位置の状態を示した図。
【図４】図２のフランジ及びカムを拡大して示した図。
【図５】第１の形態に係るカム位置学習制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図６】第２の形態に係るフェールセーフ制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図７】第３の形態に係るカム位置学習制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図８Ａ】図１の形態の第１の変形例の要部を示し、制限位置の状態を示した図。
【図８Ｂ】図１の形態の第１の変形例の要部を示し、非制限位置の状態を示した図。
【図９】図１の形態の第２の変形例の要部を示した図。
【図１０】図１の形態の第３の変形例の要部を示した図。
【符号の説明】
【００４９】
１  内燃機関
２  気筒
３  吸気弁（弁）
８Ａ、８Ｂ  電動モータ
９Ａ、９Ｂ  カム
１０Ａ、１０Ｂ  動力伝達機構
２１Ａ  第１の機構部（回転角度制限機構）
２１Ｂ  第２の機構部（回転角度制限機構）
２２Ａ、２２Ｂ  フランジ（回転部材）
２３Ａ、２３Ｂ  ストッパピン（可動部材）
２４Ａ、２４Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ  溝状長穴（回転規制部）
３５  ＥＣＵ（位置学習手段、モータ制御手段、制限角度取得手段、補正手段、フェールセーフ手段）
３７  回転位置検出センサ（モータ回転位置検出手段）
【図１】
2008095657.tif 000003
【図２】
2008095657.tif 000004
【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】
2008095657.tif 000009
【図８Ａ】
2008095657.tif 000010
【図８Ｂ】
2008095657.tif 000011
【図９】
2008095657.tif 000012
【図１０】
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