JP4265336B2 - 内燃機関の弁駆動システム及び方法、並びに動力出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁を駆動する弁駆動システムの技術分野に属する。

一般の内燃機関の吸気弁及び排気弁は、内燃機関のクランク軸から取り出された動力によって開閉駆動されている。しかし、近年では電動モータによって吸気弁や排気弁を駆動することが試みられている。例えば特許文献１には、カム軸をモータで駆動して吸気弁を開閉させる弁駆動装置が開示されている。

また、例えば特許文献２には、吸気量の制御を行うために吸気弁又は排気弁の作用角や位相を連続的に可変とすることができる内燃機関の可変動弁機構において、吸気弁又は排気弁の弁体を電磁力により駆動する電磁駆動弁機構も開示されている。

特開平８−１７７５３６号公報

特開平１０−１６９４１８号公報

しかしながら、上述した特許文献２等に開示された電磁駆動弁機構によって弁体の開閉駆動を行う場合、或いは特許文献１等に開示されたカム軸の電動モータによる回転によってクランク軸とは独立して弁体の開閉駆動を行う場合には、一般のクランク軸から取り出される動力によって開閉駆動を行う場合とは異なり、弁駆動システムをクランク軸の回転、即ちピストン運動と高い精度で同期させる必要性がある。そして、故障により或いは何らかの拍子にその同期が大きくずれた場合、内燃機関の性能低下のみならず、弁体とピストンとの衝突又は吸気弁と排気弁との衝突が発生し、内燃機関の破損につながりかねないという技術的な問題点がある。

他方、これを防止するために、最大リフト状態でも弁体とピストンが接触しないようにピストンの上部に逃がし等を設ける設計も考えられるが、燃焼室の形状により設計上の制約を受けることが多い。仮に、この設計を実現しても、ディーゼルエンジン等に必要な高い圧縮比が確保しにくいという技術的な問題点がある。

そこで本発明は、例えば上記問題点に鑑みなされたものであり、例えば電動モータによって弁体を開閉駆動する弁駆動システムを持つ内燃機関において、弁駆動システムとクランク軸の回転との同期制御に異常が発生した場合に、当該異常による悪影響を低減可能な内燃機関の弁駆動システム並びに該弁駆動システム及び内燃機関を備えた動力出力装置を提供することを課題とする。

本発明の第１の弁駆動システムは上記課題を解決するために、内燃機関において気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を、該内燃機関におけるピストン運動と同期して駆動すべく回転駆動力を発生させる電動モータと、前記回転駆動力を前記電動モータから前記弁に伝える第1状態と、前記回転駆動力を前記電動モータから前記弁に伝えないことにより前記弁の開閉動作を停止させるか又は前記弁を低リフト化させる第２状態とに切換え可能な伝達手段と、前記弁と前記ピストン運動との同期が異常であるか否かを判定する判定手段と、前記同期が異常であると判定された場合には、前記伝達手段を前記第２状態へ切り替えるフェイルセーフ手段とを備え、前記伝達手段は、前記弁側に連結されたロッカーアームと、前記第１状態で前記ロッカーアームに係合可能であると共に前記電動モータ側に連結されたロストモーションアームと、前記第２状態で前記電動モータの動力と異なる前記内燃機関の動力による油圧力又は該動力によらない電磁力によって前記ロストモーションアームを前記ロッカーアームから分離させる連結分離手段とを備える。

本発明の第１の弁駆動システムによれば、正常時には、第１状態或いは通常状態にある、例えばロックピン、ロッカーアーム、ロストモーションアーム等を含んでなる伝達手段を介して、電動モータで発生された回転駆動力は、弁に伝えられる。ここでは例えば、リンク機構又はカム機構により、電動モータからの回転駆動力は、直線運動に変換された後、最終的に弁に伝達される。これにより、弁は、ピストン運動と同期して駆動されて、吸気及び排気が正常に行われる。本発明では、電動モータを利用しているので、当該弁駆動システムを、可変動弁機構として構築することも容易であり、従って、可変動弁機構による各種利益を享受可能となる。

ここで特に、弁とピストン運動との同期が異常となると、その旨が、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）等から構成される判定手段により判定される。すると、同じく例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）等から構成されるフェイルセーフ手段によって、伝達手段は、その第２状態へ切り換えられる。続いて、このように第２状態とされた伝達手段によって、弁の開閉動作は停止されるか、又は弁は低リフト化される。

一般に、ピストン運動と弁との間で同期が異常である場合、電磁駆動弁や電動モータを停止したり、電磁駆動弁を低リフト側に制御する方法も考えられるが、エンジン回転中の瞬時に、このような制御を行うことは、困難である。そして、敢えてこれを行おうとすれば、駆動部のモータの大出力化及び大型化を招いてしまう。他方、吸気弁又は排気弁を直接駆動する電磁駆動弁で、機械的な弁停止機構を組み込むと、体格増や動弁系の慣性質量が増加し、駆動部の出力が更に必要となってしまう。これらに対して、上述した本発明の如く、伝達手段において、例えば、機械的に連結したり分離したりすることが可能な構成であれば、応答性を早めることも比較的容易であり、該応答性を高めることで、例えば、エンジン１サイクルの間に、開弁を停止したり、低リフト化したりを行うことも可能となる。従って、同期がずれた弁がピストンと衝突して故障するといった事態も未然防止できるので、実践上遥かに有利となる。

以上のように、本発明の第１の弁駆動システムによれば、例えば電動モータによって吸気弁又は排気弁を開閉駆動する弁駆動システムを持つ内燃機関において、弁駆動システムとクランク軸の回転との同期制御に異常が発生した場合であっても、フェイルセーフ処理を適切に実行できるので、当該異常による悪影響を低減できる。特に、自動車に搭載された内燃機関に本発明を適用すれば、安全な走行或いは退避走行を可能とし得る。

本発明の第１の弁駆動システムでは特に、前記伝達手段は、前記弁側に連結されたロッカーアームと、前記第１状態で前記ロッカーアームに係合可能であると共に前記電動モータ側に連結されたロストモーションアームと、前記第２状態で前記電動モータの動力と異なる前記内燃機関の動力による油圧力又は該動力によらない電磁力によって前記ロストモーションアームを前記ロッカーアームから分離させる連結分離手段とを備える。
即ち、本発明に係る「第１状態」は、前記回転駆動力を前記電動モータから前記弁に伝える状態であるのに対し、本発明に係る「第２状態」は、前記回転駆動力を前記電動モータから前記弁に伝えないことにより前記弁の開閉動作を停止させるか又は前記弁を低リフト化させる状態である。

従って本発明の第１の弁駆動システムによれば、同期が異常であると判定されると、例えば油圧式又は電磁式のアクチュエータ等からなる連結分離手段によって、ロストモーションアームがロッカーアームから分離される。これにより、伝達手段は、その第２状態へ切り換えられる。従って、比較的簡易な機械的構成を利用して、迅速に弁の開閉動作を停止できるか、又は迅速に弁を低リフト化できる。

本発明の第２の弁駆動システムは上記課題を解決するために、内燃機関において気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を、該内燃機関におけるピストン運動と同期して駆動すべく回転駆動力を発生させる電動モータと、前記内燃機関の目標回転数を決定する回転数決定手段と、前記内燃機関の実回転数を検出する回転数検出手段と、前記決定された目標回転数と前記検出された実回転数との差に基づいて、前記弁と前記ピストン運動との同期が異常であるか否かを判定する判定手段とを備える。

本発明の第２の弁駆動システムによれば、正常時には、電動モータで発生された回転駆動力は、弁に伝えられる。ここで、弁とピストン運動との同期が異常となると、その旨が、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）等から構成される判定手段により判定される。そして特に、当該同期が異常であるか否かの判定は、回転数決定手段により決定された内燃機関の目標回転数と、回転数検出手段により検出された内燃機関の実回転数との差に基づいて行われる。

一般に、クランク回転（ピストン運動）をセンサを使って測定し、他方で、動弁系運動（カム回転）をセンサを使って測定することで、これらが同期するように、動弁系の運動を制御したりする。しかるに、断線、劣化等のセンサの故障、モータの故障や劣化、フリクションの増加などの要因によっても、同期がずれる場合が発生し得る。更に、クランク軸やピストン軸の故障、フリクションの増加などによっても、同期がずれる可能性がある。従って、同期が異常であるか否かを、このようにセンサ出力に頼って測定するのでは、正確に同期が異常であるか否かを判定することは困難或いは実践上不可能である。この結果、不正確な判定結果に応じて、不必要な或いは有害なフェイルセーフ処理を誤まったタイミングで行いかねない。或いは、フェイルセーフ処理を実行すべきタイミングに、これを実行しない事態も起こりえる。これらに対して、上述した本発明の如く、目標回転数と実回転数との差に基づいて、非常に正確に同期が異常であるか否かを判定できるので、適切なタイミングで適切なフェイルセーフ処理を実行可能となる。この結果、同期がずれた弁がピストンと衝突して故障するといった事態も未然防止できるので、実践上遥かに有利となる。

以上のように、本発明の第２の弁駆動システムによれば、例えば電動モータによって吸気弁又は排気弁を開閉駆動する弁駆動システムを持つ内燃機関において、弁駆動システムとクランク軸の回転との同期制御に異常が発生した場合であっても、当該異常を非常に正確に判定できるので、当該判定結果に応じて各種のフェイルセーフ処理を行うようにすれば、当該異常による悪影響を低減できる。特に、自動車に搭載された内燃機関に本発明を適用すれば、安全な走行或いは退避走行を可能とし得る。

本発明の第２の弁駆動システムの一態様では、前記内燃機関の目標回転数を決定する回転数決定手段と、前記内燃機関の実回転数を検出する回転数検出手段とを更に備えており、前記判定手段は、前記決定された目標回転数と前記検出された実回転数との差に基づいて、前記弁と前記ピストン運動との同期が異常であるか否かを判定する。

この態様によれば、例えば各種回転数センサ及び計算機能を有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）等から構成される回転数決定手段は、例えば、クランク軸における実回転の測定データ（又は、ピストン運動の測定データ）Ｎcrkと要求トルク等から目標回転数Ｎを決定する。また、例えば各種回転数センサを含んでなる回転数検出手段は、カム回転数又はリンク回転数Ｎcamなどを検出する。従って、判定手段は、これらの差に基づいて、比較的迅速にして正確に判定可能となる。

本発明の第２の弁駆動システムの他の態様では、前記判定手段は、前記差が所定閾値に達した又は超えた場合に、前記同期が異常であると判定する。

この態様によれば、例えば、クランク軸の実回転Ｎcrkと要求トルク等から決定した目標回転数Ｎと吸気弁のカム（又は、リンク）の実回転Ｎcam1との差ΔＮ１が、所定閾値ΔＮに比較される。或いは、目標回転数Ｎと排気弁のカム（又は、リンク）の実回転Ｎcam2との差ΔＮ２が、所定閾値ΔＮに比較される。そして、このような比較の結果として、同期が異常であるか正常であるかを判定するので、比較的迅速にして正確に判定可能となる。

本発明の第２の弁駆動システムの他の態様では、前記回転数検出手段は、前記内燃機関のカムの回転数を測定するカム回転数測定手段からなり、前記回転数決定手段は、前記内燃機関の要求トルク並びにエンジン回転数又はクランク軸回転数に基づいて、前記目標回転数を算出する目標カム回転数算出手段からなる。

この態様によれば、カム回転数測定手段により測定されたカムの回転数と、目標カム回転数算出手段により要求トルク並びにエンジン回転数又はクランク軸回転数に基づいて算出された目標回転数とに基づいて、判定手段は、比較的迅速にして正確に判定可能となる。

本発明の第１又は第２の弁駆動システムの他の態様では、前記内燃機関は、複数の気筒を有しており、当該弁制御システムは、前記複数の気筒に対して夫々設けられている。

この態様によれば、複数の気筒を有する内燃機関において、複数の気筒に対して夫々、相互から独立してフェイルセーフ処理を行ったり、相互から独立して同期が異常であることを判定したりが可能となる。従って、同期が異常となった気筒についてのみ、動作を停止するなどの退避走行等も可能となる。

本発明の第１の弁駆動方法は上記課題を解決するために、内燃機関において気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を、該内燃機関におけるピストン運動と同期して駆動すべく回転駆動力を発生させる電動モータと、前記回転駆動力を前記電動モータから前記弁に伝える第1状態と前記弁の開閉動作を停止させるか又は前記弁を低リフト化させる第2状態とに切換え可能な伝達手段とを備えた内燃機関の弁駆動システムにおける弁駆動方法であって、前記電動モータにより前記駆動力を発生させる駆動工程と、前記弁と前記ピストン運動との同期が異常であるか否かを判定する判定工程と、前記同期が異常であると判定された場合には、前記伝達手段を前記第２状態へ切り替えるフェイルセーフ工程とを備える。

本発明の第１の弁駆動方法によれば、上述した本発明の第１の弁駆動システムの場合と同様に、弁とピストン運動との同期が異常となると、その旨が、判定工程により判定される。すると、フェイルセーフ工程によって、伝達手段は、その第２状態へ切り換えられる。続いて、このように第２状態とされた伝達手段によって、弁の開閉動作は停止されるか、又は弁は低リフト化される。従って、本発明の第２の弁駆動方法によれば、例えば電動モータによって吸気弁又は排気弁を開閉駆動する弁駆動システムを持つ内燃機関において、弁駆動システムとクランク軸の回転との同期制御に異常が発生した場合であっても、フェイルセーフ処理を適切に実行できるので、当該異常による悪影響を低減できる。

本発明の第２の弁駆動方法は上記課題を解決するために、内燃機関において気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を、該内燃機関におけるピストン運動と同期して駆動すべく回転駆動力を発生させる電動モータを備えた内燃機関の弁駆動システムにおける弁駆動方法であって、前記内燃機関の目標回転数を決定する回転数決定工程と、前記内燃機関の実回転数を検出する回転数検出工程と、前記決定された目標回転数と前記検出された実回転数との差に基づいて、前記弁と前記ピストン運動との同期が異常であるか否かを判定する判定工程とを備える。

本発明の第２の弁駆動方法によれば、上述した本発明の第２の弁駆動システムの場合と同様に、弁とピストン運動との同期が異常となると、その旨が、判定工程により判定される。そして特に、当該同期が異常であるか否かの判定は、回転数決定工程により決定された内燃機関の目標回転数と、回転数検出工程により検出された内燃機関の実回転数との差に基づいて行われる。従って、本発明の第２の弁駆動システムによれば、例えば電動モータによって吸気弁又は排気弁を開閉駆動する弁駆動システムを持つ内燃機関において、弁駆動システムとクランク軸の回転との同期制御に異常が発生した場合であっても、当該異常を非常に正確に判定できるので、当該判定結果に応じて各種のフェイルセーフ処理を行うようにすれば、当該異常による悪影響を低減できる。

本発明の動力出力装置は上記課題を解決するために、上述した本発明の第１又は第２の弁駆動システム（但し、その各種態様を含む）と該内燃機関とを備える。

本発明の動力出力装置によれば、上述した本発明の第１又は第２の弁駆動システムを備えるので、弁駆動システムとクランク軸の回転との同期制御に異常が発生した場合であっても、当該異常による悪影響を低減でき、特に自動車に本発明を適用した場合には、安全な走行或いは退避走行を可能とし得る。

本発明の内燃機関の弁駆動システムによれば、例えば電動モータによって吸気弁又は排気弁を開閉駆動する弁駆動システムを持つ内燃機関において、弁駆動システムとクランク軸の回転との同期制御に異常が発生した場合であっても、当該異常による悪影響を低減可能となる。例えば、自動車の内燃機関に搭載した場合には、安全な走行或いは退避走行を可能ならしめる。

以下、本発明に係る内燃機関の弁駆動システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。以下では説明の便宜上、第１から第４実施形態の弁駆動システムの夫々について、本発明に係る「電動モータ」及び「伝達手段」を含んでなる機械的部分について先ず一通り説明し（図１から図１０参照）、その後、これら第1から第４実施形態に共通する、本発明に係る「判定手段」及び「フェイルセーフ手段」の一例を構成する「電子制御ユニット（ＥＣＵ）」等を用いての同期制御異常の具体的な検出方法並びに同期制御異常時の吸気弁又は排気弁の具体的な停止制御方法等について後述する（図１１から図１３参照）。

尚、以下の実施形態において、同期制御されているピストンの運動と吸気弁又は排気弁の運動との同期が、故障等の何らかの原因により異常である時を、単に「同期制御異常時」と適宜称する。また、このような同期の異常を、単に「同期制御異常」と適宜称する。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る内燃機関の弁駆動システムの構成及び動作について、図１から図５を参照しながら詳細に説明する。

先ず、図１を参照しながら、第１実施形態に係る内燃機関の弁駆動システムの全体構成について説明する。ここに、図１は、第１実施形態に係る弁駆動システムが組み込まれた内燃機関の全体構成の外観斜視図である。

内燃機関１は、複数（図では４つ）のシリンダ（気筒）２が一方向に並べられ、各シリンダ２にピストン３が上下動自在に装着された多気筒直列式ガソリンエンジンとして構成されている。各シリンダ２の上方には２本の吸気弁４及び２本の排気弁５がそれぞれ設けられており、これらの吸気弁４及び排気弁５がピストン３の上下動に同期して、弁駆動システム１０にて開閉駆動されることにより、シリンダ２への吸気及びシリンダ２からの排気が行われる。

弁駆動システム１０は、各シリンダ２の吸気側に１つずつ設けられた弁駆動装置１１Ａと、各シリンダ２の排気側に１つずつ設けられた弁駆動装置１１Ｂとを備えている。これらの弁駆動装置１１Ａ及び１１Ｂはいずれもカムを利用して吸気弁４又は排気弁５を駆動するものである。弁駆動装置１１Ａの構成は互いに等しく、また弁駆動装置１１Ｂの構成は互いに等しい。尚、複数の弁駆動装置１１Ａは、例えば一つのシリンダ２のみを停止させるなど、相互に独立して駆動可能に構成されてもよく、相互に連動して駆動可能に構成されてもよい。同様に複数の弁駆動装置１１Ｂは、相互に独立して駆動可能に構成されてもよく、相互に連動して駆動可能に構成されてもよい。

次に、図２を参照しながら、第１実施形態に係る内燃機関の部分構成、即ち、一つのシリンダについての弁駆動装置について説明する。ここに、図２は、第１実施形態に係る弁駆動システムが組み込まれた内燃機関の部分構成、即ち、一つのシリンダについての弁駆動装置の外観斜視図である。

図２に示されているように、一つのシリンダ２には、吸気用及び排気用の弁駆動装置１１Ａ及び１１Ｂが、対をなして設けられている。なお、弁駆動装置１１Ａ及び１１Ｂは互いに類似した構成を有しており、まず吸気側の弁駆動装置１１Ｂについて説明する。

吸気側の弁駆動装置１１Ｂは、電動モータ（以下適宜、単に「モータ」と称する）１２を含んでなり、モータ１２の回転運動を、直線運動即ち吸気弁４の直線的な開閉運動に変換することが可能に構成されている。モータ１２には、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。モータ１２には、その回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリエンコーダ等の位置検出センサが内蔵されている。

弁駆動装置１１Ｂは、一本のカム軸１４Ｂと、モータ１２の回転運動をカム軸１４Ｂに伝達するギア列１５と、吸気弁４を駆動するロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂと、カム軸１４Ｂと、ロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂとの間に介在されるロストモーションアーム３０とを備えている。カム軸１４Ｂはシリンダ２毎に独立して設けられている。言い換えれば、シリンダ２毎にカム軸１４Ｂは分かれている。ギア列１５は、モータ１２の出力軸（不図示）に取り付けられたモータギア１８の回転を中間ギア１９を介してカム軸１４Ｂと一体のカム駆動ギア２０に伝達することにより、モータ１２に同期してカム軸１４Ｂを回転させる。

カム軸１４Ｂには単一の高リフトカム２１が一体に回転可能に設けられている。高リフトカム２１はカム軸１４Ｂと同軸のベース円の一部を膨らませた板カムの一種として形成されている。全ての弁駆動装置１１Ｂの間で高リフトカム２１のプロファイル（外周の輪郭）は互いに等しい。高リフトカム２１のプロファイルはその全周に亘って負の曲率が生じないように、つまり半径方向外側に向かって凸曲面を描くように設定されている。

ロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂは、ロッカーアームシャフト１６Ｃを中心として揺動可能に設けられている。吸気弁４は弁スプリング２３によってロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂ側に付勢され、それにより吸気ポートのバルブシート（不図示）に吸気弁４が密着して吸気ポートが閉じられる。

他方、図２に示すように、排気弁５側の弁駆動装置１１Ａでは、弁駆動装置１１Ｂと同様に、カム軸１４Ａにカム２１が設けられ、弁特性調整機構１７が設けられ、カム２１がロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂを弁特性調整機構１７を介して駆動している。尚、この弁特性調整機構１７は、吸気弁４側の弁駆動装置１１Bにおいて設けられてもよい。

ロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂも吸気側と同様にロッカーアームシャフト１６Ｃを中心として揺動可能に設けられている。排気弁５は弁スプリング２３によってロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂ側に付勢され、それにより吸気ポートのバルブシート（不図示）に排気弁５が密着して排気ポートが閉じられる。ロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂの他端部はアジャスター２４と接している。アジャスター２４がロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂの他端部を押し上げることにより、ロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂはその一端部が排気弁５の上端部と接触した状態に保たれる。

弁特性調整機構１７は、カム２１の回転運動をロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂに揺動運動として伝達する仲介手段として機能するとともに、カム２１の回転運動とロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂの揺動運動との相関関係を変更することにより排気弁５のリフト量及び作用角を変化させるリフト量及び作用角変更手段としても機能する。

弁駆動装置１１Ａのこれら以外の部分は弁駆動装置１１Ｂと共通であり、それらの共通部分の説明は省略する。

排気弁５に関しても、弁駆動装置１１Ｂのモータ１２によるカム軸１４Ｂの駆動速度を種々変化させることにより、排気弁５の位相や作用角を様々に変化させることができる。

弁駆動装置１１Ａもシリンダ２毎に独立して設けられ、かつカム軸１４Ａもシリンダ２毎に独立しているので、排気弁５の動作特性をシリンダ２毎に独立して最適な状態に設定することができる。これにより、各排気弁５の動作特性に関する自由度を従来よりも高めることができる。

尚、吸気側の弁駆動装置１１Ｂにおいては、高リフトカム２１がロストモーションアーム３０を介してロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂを押し下げる途中でモータ１２を停止させ、その停止位置からカム軸１４Ｂを逆転させることにより吸気弁４のリフト量を変化させることができる。但し、その場合の最大リフト量は高リフトカム２１のカムノーズがロストモーションアーム３０の図示しないローラを乗り越える際のリフト量に制限される。このようなモータ１２の逆転によるリフト量の制御は、排気側の弁駆動装置１１Ａにおいても実行可能である。また、このロストモーションアーム３０に係る機構は、排気弁５側の弁駆動装置１１Ａにおいて設けられてもよい。

次に、図３及び図４を参照しながら、第１実施形態に係る弁駆動装置の構成について詳細に説明する。ここに、図３は、第１実施形態に係る弁駆動装置の構成要素、即ち、ロッカーアーム、ロストモーションアーム及び吸気弁の外観斜視図である。図４は、第１実施形態に係る弁駆動装置の、正常時の場合のロッカーアーム、ロストモーションアーム及び高リフトカム等の構成を示した図式的断面図である。

図３及び図４に示された第１実施形態に係る弁駆動装置は、大別すると、ロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂ、ロストモーションアーム３０、高リフトカム２１、並びに吸気弁４を備えて構成されている。

ロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂは、基本的には吸気弁４又は排気弁５を開閉する機能を有し、第１実施形態に係る弁駆動装置では、分割され、後述するロストモーションアーム３０の両側に並列的に位置する。これら両方のロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂは、高リフトカム２１とは当接せず、ロッカーアームシャフト１６Ｃを支点にして揺動可能に配置される。両方のロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂの内部には、後述する２つのロックピン１８Ａ及び１８Ｂが係合可能な係合穴１９が、同軸上に設けられている。一方のロッカーアーム１６Ａの係合穴１９の内部には、後述するリターンスプリング１６Ｆが設けられている。他方のロッカーアーム１６Ｂの内部には、係合穴１９と連通した油圧室１６Ｅが設けられている。また、両方のロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂの内部には、油圧室１６Ｅと連通した潤滑オイルの通路１６Ｄが設けられている。

ロストモーションアーム３０は、両方のロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂに挟まれて位置すると共に、後述する高リフトカム２１と接触するローラ３１を備えて構成されている。特に、ロストモーションアーム３０は、ロストモーションを形成する図示しないロストモーションスプリングと当接している。このロストモーションスプリングの付勢力によりロストモーションアーム３０は、ローラ３１を介して高リフトカム２１と常時接触し、ロッカーアームシャフト１６Ｃを支点にロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂと独立して、若しくは、一体となって連動して、揺動可能である。ロストモーションアーム３０の内部には、前述したロックピン１８Ａ及び１８Ｂが係合するための係合穴１９が、同軸上に設けられている。尚、ロックピン１８Ａ及び１８Ｂは、係合穴１９と共に、図３において矢印で示される盛り上がった部分の内部にロッカーアームシャフト１６Ｃの軸方向に設けられる。また、ロストモーションアーム３０の内部には、前述した油圧室１６Ｅと連通した潤滑オイルの通路１６Ｄが設けられている。

吸気弁４が２つ、夫々に対応するロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂと当接され、連動するように配置されている。

高リフトカム２１がカム軸１４Ｂを軸として回転し、ロストモーションアーム３０のローラ３１と接触するように配置されている。高リフトカム２１は、高回転域で高トルクを発生するカムプロファイルに設定される。高リフトカム２１は、例えば、通常のカムよりもリフト量、リフト期間（作用角）の大きい、高速型出力カムである。

次に、図５及び前述した図４を参照しながら、第１実施形態に係る弁駆動装置の動作について詳細に説明する。ここに、図５は、第１実施形態に係る弁駆動装置の、同期制御異常時の場合のロッカーアーム、ロストモーションアーム、吸気弁及び高リフトカム等の構成を示した図式的断面図である。

図４及び図５で示されるように、前述したロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂとロストモーションアーム３０には、ロッカーアームシャフト１６Ｃから所定の距離で離れた揺動部位において、ロッカーアームシャフト１６Ｃの軸方向に、それぞれ、係合穴１９が形成されている。これら係合穴１９の内部には、合計２個のロックピン１８Ａ及び１８Ｂが挿入されており、作動油圧に応動してこれらのロックピン１８Ａ及び１８Ｂがロッカーアームシャフト１６Ｃの軸方向に摺動することが可能である。

尚、本発明に係る「伝達手段」の一例が上述した、ロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂ、ロストモーションアーム３０、係合穴１９、ロックピン１８Ａ及び１８Ｂ及び後述する油圧力及び電磁力を発生させる各種アクチュエータによって構成されている。これらのうち、本発明に係る「連結分離手段」が、油圧力及び電磁力を発生させる各種アクチュエータによって構成されている。

図４で示されるように、正常時には、リターンスプリング１６Ｆの付勢力により、ロックピン１８Ｂが、一方のロッカーアーム１６Ａ及びロストモーションアーム３０の内部の係合穴１９に係合すると同時に、ロックピン１８Ａがロックピン１８Bより押され、ロストモーションアーム３０及び他方のロッカーアーム１６Ｂの内部の係合穴１９に係合する。すると、両方のロッカーアーム１６Ａ及び１６B並びにロストモーションアーム３０が連結され、一体となる。よって、高リフトカム２１の回転運動がロストモーションアーム３０に設けられたローラ３１及び両方のロッカーアーム１６Ａ及び１６Bを介して、吸気弁４又は排気弁５に伝達されることによって、吸気弁４又は排気弁５の開閉が可能となる。

即ち、正常時は、ロストモーションアーム３０とその両側のロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂとが連結され、一体となり、高リフトカム２１のカムプロファイルにしたがったバルブタイミングで吸気弁４又は排気弁５の開閉が可能となる。

他方で、図５で示されるように、ピストン３の運動と吸気弁４又は排気弁５の運動との同期が異常である時である「同期制御異常時」には、後述の如き本発明に係る「判定手段」及び「フェイルセーフ手段」の一例としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）の制御下で、油圧力を発生させる各種アクチュエータが作動され、ロックピン１８Ａが収装された油圧室１６Ｅに通路１６Ｄを介して圧油が導かれ、２つのロックピン１８Ａ及び１８Ｂが所定量だけリターンスプリング１６Ｆの付勢力に抗して左側方向に押し込まれて、ロックピン１８Ａがロストモーションアーム３０の係合穴１９にちょうど格納される。ここに本実施形態において、同期制御異常は、例えば、カム軸の回転数と、クランク軸の回転数及び内燃機関の要求トルクから求められた目標のカム軸の回転数との差が所定閾値より大きい状態を意味する。特に、この所定閾値は、カムの位相と、リフト量をパラメータとして決定してもよい。

尚、ロックピン１８Ａの長さは、ロストモーションアーム３０の幅の長さと殆ど又は完全に同じように設計されている。そして、ロックピン１８Ａによって、左側に押し込まれたロックピン１８Ｂがロッカーアーム１６Ａの中に格納される。このことにより、ロストモーションアーム３０とその両側に位置するロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂとの連結が解除され、高リフトカム２１の回転運動がロストモーションアーム３０を支える図示しないロストモーションスプリングに吸収され、吸気弁４又は排気弁５に当接しているロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂには伝達されない。よって、吸気弁４又は排気弁５の開閉が停止される。

以上より、第１実施形態による弁駆動装置によれば同期制御異常が発生した場合に吸気弁又は排気弁を迅速に的確なタイミングで停止することが可能となり、安全に退避走行することが可能となる。

尚、以上説明した第1実施形態における、同期制御異常の具体的な検出方法並びに同期制御異常時の吸気弁又は排気弁の具体的な停止制御方法については、後述する（図１１及び図１２等参照）。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る内燃機関の弁駆動装置の構成及び動作について、図６及び図７に加えて前述した図３を適宜参照しながら詳細に説明する。ここに、図６は、第２実施形態に係る弁駆動装置の、正常時の場合のロッカーアーム、ロストモーションアーム、高リフトカム及び低リフトカム等の構成を示した図式的断面図である。図７は、第２実施形態に係る、同期制御異常時の場合のロッカーアーム、ロストモーションアーム、高リフトカム及び低リフトカム等の構成を示した図式的断面図である。尚、図６及び図７を参照して第２実施形態を説明するにあたって、第１実施形態と同様の構成要素については同様の参照符号を付し、それらの説明は適宜省略する。

第２実施形態は、図６及び図７において、第１実施形態を基本として、同期制御異常時には、ＥＣＵの制御下で、ロストモーションアーム３０とその両側のロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂとの連結が解除され、低リフトカム２２Ａ及び２２Ｂにより両側のロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂを介して吸気弁４又は排気弁５を開閉することが可能となる。第２実施形態に係るその他の構成及び動作については第１実施形態と同様である。

図６及び図７で示された第２実施形態に係る内燃機関の可変動弁機構は、第１実施形態の構成要素に加えて、低リフトカム２２Ａ及び２２Ｂを備えて構成されている。低リフトカム２２Ａ及び２２Ｂは、低回転域で高トルクを発生する又は燃費重視型のカムプロファイルに設定される。例えば、低リフトカム２２Ａ及び２２Ｂは、高リフトカム２１よりもカムリフト量が相対的に小さい、低速型出力カムである。低リフトカム２２Ａ及び２２Ｂはこの高リフトカム２１と共に、同一のカム軸１４Ｂに並列的に設けられる。

次に、図６及び図７を参照しながら、第２実施形態の動作について詳細に説明する。

図６で示されるように、正常時には、第１実施形態と同様に動作し、ロストモーションアーム３０とその両側のロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂとが連結され、一体となり、高リフトカム２１のカムプロファイルにしたがったバルブタイミングで吸気弁４又は排気弁５の開閉が可能となる。

図７で示されるように、同期制御異常時には、第１実施形態と同様に動作し、ロストモーションアーム３０とその両側に位置するロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂとの連結が解除され、高リフトカム２１の回転運動がロストモーションアーム３０を支える図示しないロストモーションスプリングに吸収され、吸気弁４又は排気弁５に当接しているロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂには伝達されない。特に、第２実施形態では、第１実施形態とは、異なり、吸気弁４又は排気弁５に当接しているロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂは、ロストモーションアーム３０との連結が解除された場合には、常に低リフトカム２２Ａ及び２２Ｂに、ローラ１６ａ及び１６ｂを介して当接しているので、低リフトカム２２Ａ及び２２Ｂの回転運動がロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂに伝達され、低リフトカム２２Ａ及び２２Ｂのカムプロファイルにしたがったバルブタイミングで吸気弁４又は排気弁５の開閉が可能となる。

以上より、第２実施形態による弁駆動装置によれば同期制御異常が発生した場合に吸気弁又は排気弁を迅速に的確なタイミングで低リフト量で駆動することが可能となり、安全に退避走行することが可能となる。

尚、以上説明した第２実施形態における、同期制御異常の具体的な検出方法並びに同期制御異常時の吸気弁又は排気弁の具体的な低リフト化制御方法については、後述する（図１１及び図１３等参照）。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る内燃機関の弁駆動装置の構成及び動作について、図８及び図９を参照しながら詳細に説明する。

先ず、図８及び図９を参照しながら、第３実施形態のフィンガーフォロア式アーム部が設けられた弁駆動装置の構成について詳細に説明する。ここに、図８は、第３実施形態に係る弁駆動装置の構成要素、即ち、ＨＬＡ（油圧ラッシュアジャスター）、ロッカーアーム、ローラ、ノーズ及び吸気弁を示した外観斜視図である。図９は、第３実施形態に係る弁駆動装置の、ＨＬＡの詳細構成を示した図式的断面図である。

図８及び図９に示された第３実施形態に係る弁駆動装置は、大別すると、ＨＬＡ６０、ロッカーアーム１６Ａ、弁特性調整機構５０、吸気弁４及びシリンダヘッド７０を備えて構成されている。

ＨＬＡ６０は、ピボット部６１、ピストン６２、ガイド部６３、ロックピン１８Ｅ、圧縮スプリング６４及びロストモーションスプリング６５を備えて構成されている。

ロッカーアーム１６Ａは、ＨＬＡ６０のピボット部６１と一端側において当接すると共に、他端側の下面に位置するバルブ接触部１６Ｇにおいて吸気弁４の弁棒の上端と当接している。また、弁特性調整機構５０のノーズ５２Ａと、他端側の上面において当接している。

弁特性調整機構５０は、第１リング５１、ローラ５１Ａ、第２リング５２、ノーズ５２Ａ及び支持軸５３を備えて構成されている。

吸気弁４は前述のようにロッカーアーム１６Ａの下面に位置するバルブ接触部１６Ｇと当接している。

シリンダヘッド７０は、オイル通路７１を備えて構成されている。特に、シリンダヘッド７０は、ＨＬＡ６０の、周囲に配設されており、オイル通路７１に連結された周期路とは別のエンジンオイル周期路と流体連通するオイル通路７２を形成している。オイル通路７１は、本実施形態のＨＬＡを作動させるのに必要な周知の「加圧流体源」を有している。したがって、オイル通路７１内の図示されていない電磁弁等によりオイル圧力を制御し、相対的低い圧力または相対的高い圧力を選択的に生成することが可能となる。

次に、図８及び図９を参照しながら、第３実施形態の詳細構成に加えて動作について説明する。

図９で示されるように、正常時には、ＥＣＵの制御下で、オイル通路７１は、相対的に低い圧力になるので、ロックピン１８Ｅは、外側に移動され、ピストン６２とガイド部６３は連結されるので、ピボット部６１は固定され、ピボット部６１の垂直移動は行われない。よって、圧縮スプリング６４を内部に設けたＨＬＡ６０により、ロッカーアーム１６Ａとノーズ５２Ａとの接触部の遊びが無くされながら、カムの回転運動がローラ５１Ａ、第１リング５１、第２リング５２、ノーズ５２Ａ及びロッカーアーム１６Ａを介して、吸気弁４に伝達され、吸気弁４に開閉が可能となる。

より詳細には、図８に示すように、弁特性調整機構５０は、支持軸５３と、支持軸５３上に配置された第１リング５１と、その両側に配置された２つの第２リング５２とを備えている。支持軸５３は内燃機関１のシリンダヘッド７０等に固定的に取り付けられる。第１リング５１及び第２リング５２は支持軸５３に対して周方向に揺動可能に支持されている。第１リング５１の外周にはローラ５１Ａが回転自在に取り付けられ、第２リング５２の外周にはノーズ５２Ａが形成されている。

弁特性調整機構５０は、そのローラ５１Ａがカムに、ノーズ５２Ａが各吸気弁４に対応するロッカーアーム１６Ａの一端部にそれぞれ対向するようにして内燃機関１に取り付けられる。カムの回転に伴ってローラ５１Ａが図示しないカムノーズと接触して押し下げられると、ローラ５１Ａを支持する第１リング５１が支持軸５３上で回転し、その回転運動が支持軸５３を介して第２リング５２に伝達されて第１リング５１と同一方向に回転する。

これら第２リング５２の回転によりノーズ５２Ａがロッカーアーム１６Ａの一端部を押し下げ、それにより吸気弁４が図示しない弁スプリングに抗して下方に変位して吸気ポートが開かれる。

図示しないカムノーズがローラ５１Ａを乗り越えると図示しない弁スプリングの力で吸気弁４が押し上げられて吸気ポートが閉じる。このようにして図示しないカム軸の回転運動が吸気弁４の開閉運動に変換される。

他方、同期制御異常時には、ＥＣＵの制御下で、オイル通路７１は、相対的に高い圧力になるので、ロックピン１８Ｅは、中に移動され、ピストン６２とガイド部６３の連結は解除され、ピボット部６１のピストンは、ロストモーションスプリング６５により摺動自在になることで、ピボット位置も摺動自在になり、弁特性調整機構５０のノーズ５２Ａはロッカーアーム１６Ａに当接した状態ではあるが、カムの回転運動はロッカーアーム１６Ａにおけるピボット位置が摺動するので、吸気弁４には伝達されず、吸気弁４の開閉は停止される。

以上より、第３実施形態による弁駆動装置によれば同期制御異常が発生した場合に吸気弁又は排気弁を迅速に的確なタイミングで停止することが可能となり、安全に退避走行することが可能となる。

尚、以上説明した第３実施形態における、同期制御異常の具体的な検出方法並びに同期制御異常時の吸気弁又は排気弁の具体的な停止制御方法については、後述する（図１１及び図１２等参照）。

（第４実施形態）
第４実施形態に係る内燃機関の弁駆動装置の構成及び動作について、図１０を参照しながら詳細に説明する。

先ず、図１０を参照しながら、第４実施形態に係る弁駆動装置の構成について詳細に説明する。ここに、図１０（ａ）は、第４実施形態に係る弁駆動装置１１Ｃの構成要素、即ち、第１及び第２リンク、コイルスプリング、ロックピン及び吸気弁等の構成及び動作を示した図式的正面図であり、図１０（ｂ）はその側面図である。

図１０に示された第４実施形態に係る内燃機関の弁駆動装置１１Ｃはリンク機構を利用して吸気弁４又は排気弁５をバルブシートＶＳに対して開閉駆動するものであり、駆動源としての電動モータ１２と、そのモータ１２の回転運動を吸気弁４の開閉運動に変換する動力伝達機構１００とを備えている。動力伝達機構１００は、モータ１２によって回転駆動される回転部材としての偏心プレート１０１と、偏心プレート１０１の回転中心から偏心した位置に第１軸受け２００を介して回転自在に連結された第１リンク１０３と、吸気弁４の上端部に第２軸受け２１０の連結ピン１０４を介して回転自在に連結された第２リンク１０５とを有している。特に、偏心プレート１０１と第１リンク１０３とは後述されるロックピン１８Ｄ及びリターンスプリング２０Ａによって正常時に連結され、モータ１２の回転運動を往復運動に変換するクランク機構として機能し、第１リンク１０３及び第２リンク１０５の組み合わせがリンク機構を構成する。

第１リンク１０３の先端にはガイド筒１０６が設けられ、その内部にはコイルスプリング１０７及びこれを押えるスライダ１０８が収容されている。コイルスプリング１０７はスライダ１０８をガイド筒１０６の内部の端面に押し付けられるよう幾らか圧縮された状態でガイド筒１０６の内部に収容されている。そして、第２リンク１０５の先端はガイド筒１０６の内部に挿入されてスライダ１０８と連結されている。これにより、動力伝達機構１００は、リンク機構の一種であるスライダクランク機構として構成されている。

次に、図１０を参照しながら、第４実施形態の弁駆動装置１１Ｃの正常時の動作について詳細に説明する。

図１０で示されるように、正常時には、リターンスプリング２０Ａの付勢力によって第１軸受け２００の内部に設けられたロックピン１８Dが第１リンク１０３の係合穴２０Cに係合されることによって、第１リンク１０３と偏心プレート１０１が第１軸受け２００を介して連結され、電動モータ１２の回転運動がリンク機構により吸気弁４に伝達されることで、吸気弁４の開閉が可能となる。

より詳細には、偏心プレート１０１と第１リンク１０３との連結位置が図１０で示された位置にあるときに吸気弁４がバルブシートＶＳに密着しかつスライダ１０８がガイド筒１０６の内部の上端に突き当たっているとすれば、この位置から偏心プレート１０１を図１０の時計方向（矢印ＣＷ方向）に回転させることにより、ガイド筒１０６にてスライダ１０８を押し下げ、その動きを第２リンク１０５を介して吸気弁４に伝えて吸気弁４を開くことができる。この場合の吸気弁４のバルブシートＶＳからのリフト量はこの基準位置からの偏心プレート１０１の回転角に相関し、この回転角を大きくすればリフト量も増加する。

他方、同期制御異常時には、ＥＣＵの制御下で、ロックピン１８Dが収装された油圧室２０Bに圧油が導かれ、油圧力がロックピン１８Ｄに作用し、ロックピン１８Dが所定量だけリターンスプリング２０Ａの付勢力に抗して右側方向に押し込まれることで、第１リンク１０３と第１軸受け２００との連結が解除される。このことにより、第１リンク１０３は、第１軸受け２００の内部のガイド穴２０１を摺動自在、即ち、ロストモーション状態となり、第１リンク１０３と偏心プレート１０１との連結が解除され、モータの回転運動は吸気弁４に伝達されず、吸気弁４は開閉されない。

尚、以上説明した第４実施形態における、同期制御異常の具体的な検出方法並びに同期制御異常時の吸気弁又は排気弁の具体的な停止制御方法については、後述する（図１１及び図１２等参照）。

（電子制御ユニット（ＥＣＵ））
次に、本発明に係る第１から第４実施形態に共通する、内燃機関の弁駆動システム及び該内燃機関を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）の構成について、図１１を参照しながら詳細に説明する。ここに、図１１は、本発明に係る内燃機関の弁駆動システム及び該内燃機関を制御するＥＣＵ、各種センサ、各種弁等を示す概念図である。

ＥＣＵ６は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従って、正常走行時における内燃機関を統括制御する。更にＥＣＵ６は、本発明に係る「判定手段」、「フェイルセーフ手段」及び「回転数決定手段」の一例を構成しており、前述したように本発明に係る「伝達手段」を構成するロストモーションアーム３０等を制御する。

具体的には、ＥＣＵ６は、本発明に係る「回転数検出手段」の一例を夫々構成する、カム角センサ（位相角差検出センサ）１４Ｃ及び内燃機関１に取り付けられたクランク角センサ４０（エンジン回転数センサ）に加え、図示しないアクセルポジションセンサ、車速センサ等のその他のセンサとが電気配線を介して接続されている。更に、ＥＣＵ６には、ロックピン１８Ａ及び１８Ｂ、ロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂ、ロストモーションアーム３０等を含んでなる連結分離伝達機構８０及びその他のアクチュエータが電気配線を介して接続されている。

ＥＣＵ６は、正常走行時やカム回転とクランク回転との同期制御異常時に、これら各種センサの出力信号（電気信号）を、予め設定されたプログラムに対する入力パラメータとして所定種類の各種制御信号を生成する。そして、該各種制御信号によって、連結分離伝達機構８０による連結又は連結解除の時期、並びにその他のアクチュエータの駆動量を制御する。

ＥＣＵ６には、内燃機関１の走行時における各シリンダ２のクランク軸の回転数、カム軸の回転数、又は要求トルクを記憶し、目標のカム軸の回転数と実際のカム軸の回転数との差を計算するためのバックアップＲＡＭ７が設けられている。

ＥＣＵ６は、目標カム回転数算出手段として、測定されたクランク軸の回転数、即ち、エンジン回転数及び各種センサ量から求められた内燃機関の要求トルクに応じて、目標のカム軸の回転数を算出する。この目標となるカム軸の回転数は、クランク軸の回転数及び内燃機関の要求トルクをパラメータとして一義的に決定される。このような一義的な決定は、例えば、予め作成されたテーブルからの取得に基づいて或いは所定関数による計算に従って、迅速に決定される。

クランク角センサ４０は、本発明に係る「回転数検出手段」或いは「目標カム回転数算出手段」の一例をその他のセンサと共に構成し、クランク軸の現在のクランク角度又は回転角速度を検出する。より詳細には、クランク角センサ４０は、被検出物（例えば、金属など）を検出することが可能な磁気式センサなどであり、内燃機関１内の図示しないクランク軸近傍の所定の位置に設けられる。即ち、クランク軸上の所定の位置には、外周に凹凸が形成された歯車（以下、「シグナルロータ」と呼ぶ。）が取り付けられるが、クランク角センサ２４０は、そのシグナルロータの歯数を検出することが可能な位置に設けられる。また、クランク角センサ２４０は、クランク角度を例えば１０〜３０度程度の分解能で検出することができる。クランク軸が回転するとシグナルロータもそれに連動して回転する。このとき、クランク角センサ２４０は、そのシグナルロータの歯数を検出し、パルス信号としてＥＣＵ６などに出力する。ＥＣＵ６は、クランク角センサ４０から出力されたパルス信号をカウントして、それをクランク角度に変換する。これにより、ＥＣＵ６などは、クランク角度を検出する。また、クランク角センサ４０は、内燃機関１内に直接設けられるため、クランク角度を絶対角度として検出することができる。

カム角センサ１４Ｃは、本発明に係る「回転数検出手段」、より具体的には、「カム回転数測定手段」の一例を構成し、同一シリンダ２ごとの吸気弁又は排気弁ごとに設けられている。例えば、前述した図１においては、各気筒において、吸気弁４を駆動するカム軸に対して１個、排気弁を駆動するカム軸に対して１個の合計２個のカム角センサ１４Ｃが設けられるので、４気筒であれば、２×４＝８個のカム角センサ１４Ｃが設けられる。カム角センサ１４Ｃによれば、排気弁５及び吸気弁４の開閉時期を制御するカム軸１４Ａ及び１４Ｂの現在のカム角度や角速度を知ることができる。

以上のようにして、ＥＣＵ６は、クランク角センサ４０及びカム角センサ１４Ｃからの情報、即ち、クランク軸の現在のクランク角度や角速度の情報並びに排気弁５及び吸気弁４の開閉時期を制御するカム軸の現在のカム角度や回転角速度の情報に基づいて、同期制御異常が発生したか否かを判定することができる。そして、次に説明するように、同期制御異常が発生したと判定された場合、油圧力又は電磁力により連結分離伝達機構８０の一例を構成するロックピンを作動させ、吸気弁又は排気弁を停止させるか、又は低リフト量へ切り換えることが可能となる（図１２及び図１３参照）。

（同期制御異常時における制御方法）
以下、図１２を参照して、第１、第３及び第４実施形態に係るＥＣＵにより制御される、同期制御異常時のフェイルセーフ処理について説明する。ここに、図１２は、これらの実施形態に係る同期制御異常フェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。このフェイルセーフ処理ルーチンは、予めＥＣＵのＲＯＭに記憶されているルーチンであり、内燃機関１００の動作中に定期的又は不定期的に、主にＥＣＵによって実行されるルーチンである。このルーチンは好ましくは、エンジンストロークに比べて十分に短い時間で（例えば数ｍｓｅｃ或いは数μｓｅｃのオーダで）、繰り返して実行されることにより、同期制御異常が発生した場合にも、ピストンと弁との接触等によりエンジンが故障する事態を未然防止することも可能である。

図１２において先ず、ＥＣＵ６の制御下で、カム角センサ１４Ｃが故障か否かが判定される（ステップＳ１０１）。このような判定は、例えば、カム角センサ１４Ｃの出力信号を入力パラメータとしてＥＣＵ６において判定される。ここで、カム角センサ１４Ｃが故障でない場合は（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、吸気弁４に対応するカムの回転数“Ｎｃａｍ１”及び排気弁５に対応するカムの回転数“Ｎｃａｍ２”がカム角センサ１４Ｃによって測定され、ＥＣＵ６によって取得される（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０１〜Ｓ１０２と並列に、即ちこれらと同時に又は相前後して、ＥＣＵ６の制御下で、クランク角センサ４０が故障か否かが判定される（ステップＳ１０３）。このような判定は、例えば、クランク角センサ４０の出力信号を入力パラメータとしてＥＣＵ６において判定される。ここで、クランク角センサ４０が故障でない場合は（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、クランクの回転数“Ｎｃｒｋ”がクランク角センサ４０によって測定され、ＥＣＵ６によって取得される（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０１〜Ｓ１０２及びステップＳ１０３〜Ｓ１０４と同時に又は相前後して、ＥＣＵ６の制御下で、アクセルポジションセンサ等のその他のセンサが故障か否かが判定される（ステップＳ１０５）。このような判定は、例えば、アクセルポジションセンサ等の出力信号を入力パラメータとしてＥＣＵ６において判定される。ここで、アクセルポジションセンサ等が故障でない場合は（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ＥＣＵ６によって要求トルク“Ｔｒｑ”がアクセルポジションセンサ等によって測定された測定値に基づいて計算される（ステップＳ１０６）。

続いて、ステップＳ１０４において取得されたクランクの回転数“Ｎｃｒｋ”及びステップＳ１０６において計算された要求トルク“Ｔｒｑ”から、ＥＣＵ６の制御下で、目標となるカムの回転数“Ｎ”が計算される（ステップＳ１０７）。

以上のようにステップＳ１０１〜Ｓ１０２、ステップＳ１０３、Ｓ１０４及びＳ１０７並びにステップＳ１０５〜Ｓ１０７の処理が終了すると、続いて、ＥＣＵ６の制御下で、吸気弁４に対応するカムの回転数“Ｎｃａｍ１”と目標のカムの回転数“Ｎ”との差“ΔＮ１”が計算され、該差が所定閾値“ΔＮ”より大きいか否かが判定される。排気弁５に対応するカムの回転数“Ｎｃａｍ２”と目標となるカムの回転数“Ｎ”との差“ΔＮ２”についても同様の判定がなされる（ステップＳ１０８）。ここで、上記のように計算された差“ΔＮ１”又は“ΔＮ２”が所定閾値“ΔＮ”より大きい場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、同期制御異常が発生しているとして、ＥＣＵ６の制御下で、油圧力又は電磁力を発生させる各種アクチェータが作動され、ロックピン等の連結分離伝達機構８０に油圧力又は電磁力が作用される（ステップＳ１０９）。

続いて、例えば、ロストモーションアーム等の連結分離伝達機構８０によって、カムの回転運動が吸気弁４又は排気弁５に伝達されず、吸気弁４又は排気弁５は開閉駆動されず、停止される（ステップＳ１１０）。

続いて、運転者等への警告ランプ等が点滅され、内燃機関１が停止される（ステップＳ１１１）。

他方、ステップＳ１０１、ステップＳ１０３及びステップＳ１０５の判定の結果、各種センサが故障である場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ、ステップＳ１０３：Ｙｅｓ及びステップＳ１０５：Ｙｅｓ）も、運転者等への警告ランプ等が点滅され、内燃機関１が停止される（ステップＳ１１１）。尚、これらの場合には、同期制御異常の判定（ステップＳ１０８）は実行されない。

他方、ステップＳ１０８の判定の結果、前述した差が所定閾値“ΔＮ”以下である場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、同期制御異常が発生しないとして、当該フェイルセーフルーチンの１サイクルを終了する。

尚、図１２の実施形態では、同期制御異常が一度発生すると（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、弁停止（ステップＳ１０９〜Ｓ１１０）を経て、警告及び内燃機関の停止（ステップＳ１１１）まで実施するように構成したが、ステップＳ１１０の後に、再び、通常動作を試みるように構成してもよい。即ち、信号エラー等で突発的に同期制御異常が検出された場合であって且つ弁駆動機構（図１から図１０等参照）に何ら異常がない場合には、仮に一度、同期制御異常が発生しても、修理に回す必要はないため、このような場合に、通常の動作の続行を試みさせる意義がある。

以下、図１３を参照して、第２実施形態に係るＥＣＵにより制御される、同期制御異常フェイルセーフ処理について説明する。ここに、図１３は、第２実施形態に係る同期制御異常フェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。このフェイルセーフ処理ルーチンは、主にＥＣＵ６によって実行され、そのＥＣＵ６等の構成は前述した第１、第３及び第４実施形態に係るフェイルセーフ処理ルーチンと同様である。尚、図１３において、第１、第３及び第４実施形態に係るフェイルセーフ処理ルーチンを示した図１２と同様のステップには同様のステップ番号を付し、それらの説明は適宜省略する。

図１３において、ステップＳ１０１からステップＳ１０９については、前述した第１、第３及び第４実施形態に係るフェイルセーフ処理ルーチンを示した図１２と同様である。

図１３に示したフェイルセーフ処理では特に、ステップＳ１０８の判定で、同期制御異常が発生していると判定された場合には（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、各種アクチェータの作動（ステップＳ１０９）に続いて、例えば、ロストモーションアーム等の連結分離伝達機構８０によって、高リフトカム２１の回転運動が吸気弁４又は排気弁５に伝達されず、低リフトカム２２Ａ及び２２Ｂの回転運動が吸気弁４又は排気弁５に伝達され、吸気弁４又は排気弁５は低リフト量で開閉駆動される（ステップＳ２００）。

続いて、低リフトフラグ“Ｆ”に“Ｏｎ”が代入され（ステップＳ２０１）、当該フェイルセーフルーチンの１サイクルを終了する。

他方、ステップＳ１０８の判定の結果、前述した計算されたカムの回転数“Ｎｃａｍ１”及び“Ｎｃａｍ２”と目標となるカムの回転数“Ｎ”との差“ΔＮ１”又は“ΔＮ２”が所定閾値“ΔＮ”以下である場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、同期制御異常は発生していないとして、更に、低リフトフラグ“Ｆ”が“Ｏｎ”であるか否かが判定される（ステップＳ２０２）。ここで、低リフトフラグ“Ｆ”が“Ｏｎ”である場合は（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６の制御下で、油圧力又は電磁力を発生させる各種アクチュエータの作動が停止され、ロックピン等の連結分離伝達機構８０に油圧力又は電磁力が作用されず、リターンスプリング１６Ｆ等の付勢力が作用され、例えばロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂとロストモーションアーム３０等は連結され、一体となる（ステップＳ２０３）。

続いて、例えば、ロッカーアーム１６Ａ及び１６Ｂとロストモーションアーム３０等が一体となることによって、低リフトカム２１の回転運動が吸気弁４又は排気弁５に伝達されず、高リフトカム２２Ａ及び２２Ｂの回転運動が吸気弁４又は排気弁５に伝達され、吸気弁４又は排気弁５は高リフト量で開閉駆動される（ステップＳ２０４）。即ち、一度、同期制御異常が発生して低フラグがＯＮされた場合であっても、信号エラー等で突発的に同期制御異常が検出された場合であって且つ弁駆動装置（図１から図１０等参照）に何ら異常がない場合には、ステップＳ２０２〜Ｓ２０４の処理を経て、通常動作を行う状態に回復させることが可能となる。

続いて、低リフトフラグ“Ｆ”に“Ｏｆｆ”が代入され（ステップＳ２０５）、当該フェイルセーフルーチンの１サイクルを終了する。

他方、ステップＳ２０２の判定の結果、低リフトフラグ“Ｆ”が“Ｏｎ”でない場合は（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、そのまま、当該フェイルセーフルーチンの１サイクルを終了する。即ち、当該フェイルセーフルーチンの前回のサイクルで、同期制御異常が発生していないので、通常動作を続行させることが可能となる。

他方、ステップＳ１０１、ステップＳ１０３及びステップＳ１０５の判定の結果、各種センサが故障である場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ、ステップＳ１０３：Ｙｅｓ及びステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、第１、第３及び第４実施形態に係るフェイルセーフ処理ルーチンを示した図１２と同様に、運転者等への警告ランプ等が点滅され、内燃機関が停止される（ステップＳ１１１）。

本実施形態では主に、吸気弁４を駆動するものとして説明するが、排気弁５を駆動する場合も同様の構成でよい。

第１又は第２実施形態では、油圧力をロックピンに作動させることによって弁停止又は低リフトカムへの切換を実現し、他方、油圧力をロックピンに作動させないことにより吸気弁又は排気弁の高リフトカムによる開閉駆動への切替えを実現しているが、これは内燃機関に求められる特性に合わせて、これとは逆の構成及び動作を採用してもよい。

本実施形態では、連結分離伝達機構８０の切替えを行うためにロックピンの移動を潤滑オイルの油圧力を用いているが、その他の流体（液体や気体）の圧力、又は、電磁力等を用いてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の弁駆動システム及び方法並びにそのような弁駆動システムを具備してなる動力出力装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の第１実施形態に係る弁駆動システムが組み込まれた内燃機関の全体構成の外観斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る弁駆動システムが組み込まれた内燃機関の部分構成、即ち、１つのシリンダについての弁駆動装置の外観斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る弁駆動装置の構成要素、即ち、ロッカーアーム、ロストモーションアーム及び吸気弁の外観斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る弁駆動装置の、正常時の場合のロッカーアーム、ロストモーションアーム及び高リフトカム等の構成を示した図式的断面図である。 本発明の第１実施形態に係る弁駆動装置の、同期制御異常時の場合のロッカーアーム、ロストモーションアーム及び高リフトカム等の構成を示した図式的断面図である。 本発明の第２実施形態に係る弁駆動装置の、正常時の場合のロッカーアーム、ロストモーションアーム、高リフトカム及び低リフトカム等の構成を示した図式的断面図である。 本発明の第２実施形態に係る弁駆動装置の、同期制御異常時の場合のロッカーアーム、ロストモーションアーム、高リフトカム及び低リフトカム等の構成を示した図式的断面図である。 本発明の第３実施形態に係る弁駆動装置の構成要素、即ち、ＨＬＡ（油圧ラッシュアジャスター）、ロッカーアーム、ローラ、ノーズ及び吸気弁を示した外観斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る弁駆動装置の一例である、ＨＬＡの詳細構成を示した図式的断面図である。 本発明の第４実施形態に係る弁駆動装置の構成要素、即ち、第１及び第２リンク、コイルスプリング、ロックピン及び吸気弁等の構成及び動作を示した図式的正面図（図１０（ａ））及びその側面図（図１０（ｂ））である。 本発明に係る内燃機関の弁駆動システム及び該内燃機関を制御するＥＣＵ、各種センサ、各種アクチュエータ等を示す概念図である。 本発明の第１、第３及び第４実施形態に係る同期制御異常のフェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。 本発明の第２実施形態に係る同期制御異常のフェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダ（気筒）
４ 吸気弁
５ 排気弁
６ ＥＣＵ
７ バックアップＲＡＭ
１０ 弁駆動システム
１１Ａ 弁駆動装置
１１Ｂ 弁駆動装置
１１Ｃ 弁駆動装置
１２ 電動モータ
１４Ａ カム軸（カムの回転軸）
１４Ｂ カム軸（カムの回転軸）
１４Ｃ カム角センサ
１５ ギア列
１６Ａ ロッカーアーム
１６ａ ローラ
１６Ｂ ロッカーアーム
１６ｂ ローラ
１６Ｃ ロッカーアームシャフト
１６Ｄ 通路
１６Ｅ 油圧室
１６Ｆ リターンスプリング
１６Ｇ バルブ接触部
１７ 弁特性調整機構（一例）
１８Ａ ロックピン
１８Ｂ ロックピン
１８Ｃ ロックピン
１８Ｄ ロックピン
１８Ｅ ロックピン
１９ 係合穴
２０Ａ リターンスプリング
２０Ｂ 油圧室
２０Ｃ 係合穴
２１ 高リフトカム
２１ａ ノーズ部
２１ｂ ノーズ部
２２Ａ 低リフトカム
２２Ｂ 低リフトカム
２３ 弁スプリング
３０ ロストモーションアーム
３１ ローラ
４０ クランク角センサ
５０ 弁特性調整機構（他の一例）
５１ 第１リング
５１Ａ ローラ
５２ 第２リング
５２Ａ ノーズ
５３ 支持軸
６０ ＨＬＡ
６１ ピボット部
６２ ピストン
６３ ガイド部
６４ 圧縮スプリング
６５ ロストモーションスプリング
７０ シリンダブロック
７１ オイル通路
８０ 連結分離伝達機構
１００ 動力伝達機構
１０１ 偏心プレート（回転部材）
１０３ 第１リンク（リンク部）
１０４ 連結ピン
１０５ 第２リンク（リンク部）
１０６ ガイド筒
１０７ コイルスプリング
１０８ スライダ
２００ 第１軸受け
２０１ ガイド穴
２１０ 第２軸受け
ＶＳ バルブシート

Claims (7)

1. 内燃機関において気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を、該内燃機関におけるピストン運動と同期して駆動すべく回転駆動力を発生させる電動モータと、
   前記回転駆動力を前記電動モータから前記弁に伝える第1状態と、前記回転駆動力を前記電動モータから前記弁に伝えないことにより前記弁の開閉動作を停止させるか又は前記弁を低リフト化させる第２状態とに切換え可能な伝達手段と、
   前記弁と前記ピストン運動との同期が異常であるか否かを判定する判定手段と、
   前記同期が異常であると判定された場合には、前記伝達手段を前記第２状態へ切り替えるフェイルセーフ手段と
   を備え、
   前記伝達手段は、前記弁側に連結されたロッカーアームと、
   前記第１状態で前記ロッカーアームに係合可能であると共に前記電動モータ側に連結されたロストモーションアームと、
   前記第２状態で前記電動モータの動力と異なる前記内燃機関の動力による油圧力又は該動力によらない電磁力によって前記ロストモーションアームを前記ロッカーアームから分離させる連結分離手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の弁駆動システム。
2. 前記内燃機関の目標回転数を決定する回転数決定手段と、
   前記内燃機関の実回転数を検出する回転数検出手段と
   を更に備えており、
   前記判定手段は、前記決定された目標回転数と前記検出された実回転数との差に基づいて、前記弁と前記ピストン運動との同期が異常であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の弁駆動システム。
3. 前記判定手段は、前記差が所定閾値に達した又は超えた場合に、前記同期が異常であると判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の弁駆動システム。
4. 前記回転数検出手段は、前記内燃機関のカムの回転数を測定するカム回転数測定手段からなり、
   前記回転数決定手段は、前記内燃機関の要求トルク並びにエンジン回転数又はクランク軸回転数に基づいて、前記目標回転数を算出する目標カム回転数算出手段からなることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の弁駆動システム。
5. 前記内燃機関は、複数の気筒を有しており、
   当該弁制御システムは、前記複数の気筒に対して夫々設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の弁駆動システム。
6. 内燃機関において気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を、該内燃機関におけるピストン運動と同期して駆動すべく回転駆動力を発生させる電動モータと、前記回転駆動力を前記電動モータから前記弁に伝える第1状態と前記回転駆動力を前記電動モータから前記弁に伝えない第2状態とに切換え可能な伝達手段とを備え、
   前記伝達手段は、前記弁側に連結されたロッカーアームと、
   前記第１状態で前記ロッカーアームに係合可能であると共に前記電動モータ側に連結されたロストモーションアームと、
   前記第２状態で前記電動モータの動力と異なる前記内燃機関の動力による油圧力又は該動力によらない電磁力によって前記ロストモーションアームを前記ロッカーアームから分離させる連結分離手段と
   を備えた内燃機関の弁駆動システムにおける弁駆動方法であって、
   前記電動モータにより前記駆動力を発生させる駆動工程と、
   前記弁と前記ピストン運動との同期が異常であるか否かを判定する判定工程と、
   前記同期が異常であると判定された場合には、前記伝達手段を前記第２状態へ切り替えるフェイルセーフ工程と
   を備えたことを特徴とする弁駆動方法。
7. 請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の弁駆動システムと該内燃機関とを備えたことを特徴とする動力出力装置。

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