JP2000034910A - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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JP2000034910A
JP2000034910A JP20197198A JP20197198A JP2000034910A JP 2000034910 A JP2000034910 A JP 2000034910A JP 20197198 A JP20197198 A JP 20197198A JP 20197198 A JP20197198 A JP 20197198A JP 2000034910 A JP2000034910 A JP 2000034910A
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camshaft
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栄一 小松
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】可変バルブタイミング機構を具備する内燃機関
において、部品点数を増加させることなく、バルブ開閉
タイミングをより確実、かつ正確に制御できるようにす
る。 【解決手段】吸気バルブ2または排気バルブ3のいずれ
か一方のバルブをクランクシャフト5の回転と常に同期
させて一定のタイミングで開閉するとともに、可変バル
ブタイミング機構4によって、他方のバルブの開閉タイ
ミングを変化させ得るものであって、クランク角センサ
6を前記一方のバルブの開閉駆動用カムシャフトに配設
し、該カムシャフトの回転位相を直接的に検出し得るよ
うに構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸排気バルブの相
対的な開閉タイミングを変え得る可変バルブタイミング
機構を有した内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】可変バルブタイミング機構とは、常に同
一位相差で開閉していた吸気バルブと排気バルブとの開
閉位相差を、運転状況に応じて変化させ、内燃機関の出
力、燃費の向上や排気ガス中の不良成分低減、アイドル
回転の安定化等を目的として開発されたものである。例
えば、特開平7−150989号公報に開示されている
ように、クランクシャフト、排気カムシャフトおよび吸
気カムシャフトにそれぞれ取り付けられたプーリをタイ
ミングベルトで連動させる一方、吸気カムシャフトに取
り付けられたプーリの吸気カムシャフトに対する取付角
度を自在に変え得るように構成して、吸気バルブの開閉
タイミングを可変にしたものが知られている。
【0003】このような可変バルブタイミング機構にお
いては、吸気カムシャフトに配設された吸気カム角セン
サによって吸気カムシャフトの回転位相を検出するとと
もに、クランクシャフトに配設されたクランク角センサ
によりクランクシャフトの回転位相を検出し、このクラ
ンクシャフトの回転位相を基準として得られる吸気カム
シャフトの回転位相が所望の値となるように、コントロ
ーラ等によって制御している。ここで、クランクシャフ
トの回転位相を基準としているのは、クランクシャフト
と排気カムシャフトとが常に同期回転しており、クラン
クシャフトの回転位相を間接的に排気カムシャフトの回
転位相とみなせるからである。すなわち、このようなも
のにおいては、クランク角センサを排気カム角センサと
して兼用している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クラン
クシャフトと吸気あるいは排気カムシャフトとの距離が
比較的長いことから、タイミングベルトの共振や伸びに
起因して、クランクシャフトと排気カムシャフトとの間
に不測の回転位相差が生じる場合がある。この現象はタ
イミングチェーンによるものでも同様に生じ得るが、こ
の結果、基準となるべき排気カムシャフトの回転位相、
すなわち排気バルブの開閉タイミングの検出値が実際の
ものとは異なった誤差のあるものとなる。そして、この
誤った値を用いて制御する結果、吸気バルブの開閉タイ
ミングに目標とは異なるずれが生じ、例えば、吸気バル
ブと排気バルブとが双方開いているオーバーラップ期間
をパラメータとして制御されているEGR(排気ガス再
循環装置)のコントロールが不安定になるなどして、燃
費悪化や、排気ガス中の不良成分増大などの現象を招く
おそれがある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題に着目してなされたものであって、クランク角センサ
をカムシャフトに配設することにより、タイミングベル
ト等に起因する検出誤差を排除し、バルブ開閉タイミン
グをより確実、かつ正確に制御できるようにすることを
主たる目的としている。
【0006】
【発明の実施の形態】すなわち、本発明に係る内燃機関
は、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方のバル
ブをクランクシャフトの回転と常に同期させて一定のタ
イミングで開閉するものであって、他方のバルブの開閉
タイミングを変化させ得る可変バルブタイミング機構
と、前記クランクシャフトの回転位相を検出するための
クランク角センサから出力される位相信号を基準とし
て、前記他方のバルブの開閉タイミングを測定しこの測
定した開閉タイミングが所望の値となるように前記可変
バルブタイミング機構を制御する制御手段とを具備し、
前記クランク角センサが、前記一方のバルブの開閉駆動
用カムシャフトに配設され、該カムシャフトの回転位相
を直接的に検出し得るように構成したものであることを
特徴とする。
【0007】このようなものであれば、クランク角セン
サが、一方のバルブを開閉駆動するカムシャフトの回転
位相を直接検出するため、タイミングベルト等の振れや
伸び等の影響を極めて小さくでき、一方のバルブ開閉タ
イミングの検出誤差を可及的に低減できる。したがっ
て、一方のバルブ開閉タイミングを基準として行われる
他方のバルブ開閉タイミングの制御をより正確かつ確実
に行えるようになり、燃費悪化や、排気ガス中の不良成
分増大などの現象を防止することができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図1〜図7を参
照して説明する。図1は、本実施例のシステム構成の概
略を示す全体模式図であり、図2、図3、図4は、ぞれ
ぞれ、エンジン1のシリンダカバー等を外した状態を示
す平面図、部分側面図、部分背面図である。このエンジ
ン1は、3気筒のDOHCタイプのものであり、各気筒
毎に設けられた吸気バルブ2及び排気バルブ3と、吸気
バルブ2及び排気バルブ3をそれぞれ開閉駆動するため
の吸気カムシャフト7及び排気カムシャフト8と、可変
バルブタイミング機構4と、この可変バルブタイミング
機構4を制御する制御手段9とを少なくとも搭載する。
【0009】排気カムシャフト8は、エンジン1の出力
軸であるクランクシャフト5と常に同位相差を持って同
期回転させるべく、その一端部に一体的に設けたプーリ
10と、クランクシャフト5に一体的に設けたプーリ1
1とをタイミングベルト12で連結してある。吸気カム
シャフト7には、ドリブンギヤ14が一体的に取り付け
てあり、このドリブンギヤ14が、排気カムシャフト8
に設けられたドライブギヤ13に噛合するようにしてあ
る。なお、これらドライブギヤ13、ドリブンギヤ14
は、後述する可変バルブタイミング機構4の構成要素で
もある。
【0010】可変バルブタイミング機構4は、排気カム
シャフト8に回動可能に支持させたドライブギヤ13
と、このドライブギヤ13に噛合し吸気カムシャフト7
に一体的に設けたドリブンギヤ14と、このドライブギ
ヤ13の排気カムシャフト8に対する相対的な位相を所
定範囲(本実施例ではクランク角度に換算して60゜に
設定されている)内で所望の角度に設定するための位相
可変手段15とを具備する。なお、以降でクランク角度
を示す時には単位表示としてCAを付すこととする。位
相可変手段15は、外部電気信号により制御可能な電磁
式のスプール型切換弁であるオイルコントロールバルブ
15aと、このオイルコントロールバルブ15aを介し
て駆動され、ドライブギヤ13を排気カムシャフト8に
対し前記所定範囲内で所望の位置に回動させ固定するア
クチュエータ部15bとから構成している。このアクチ
ュエータ部15bは、内部構造は省略するがベーン型遥
動ピストン機構を利用したものである。そして、このド
ライブギヤ13の排気カムシャフト8に対する相対的な
位相を変えることにより、このドライブギヤ13にドリ
ブンギヤ14を介して連結されている吸気カムシャフト
7の、排気カムシャフト8に対する相対的な位相を変え
得るように構成している。
【0011】しかして、本実施例では、吸気カムシャフ
ト7にその回転位相を直接的に検出するための吸気カム
タイミングセンサ16を設けるとともに、排気カムシャ
フト8にその回転位相を直接的に検出するためのクラン
ク角センサ6を設けている。吸気カムタイミングセンサ
16は、吸気カムシャフト7の反プーリ側の端部に一体
回転するように固定した吸気側シグナルロータ16a
と、シリンダヘッド1aに支持されこの吸気側シグナル
ロータ16aの外周に近接する部位に配置した電磁ピッ
クアップ16bとを具備する。吸気側シグナルロータ1
6aは、図4に示すように、円環状のもので、吸気カム
シャフト7にその中心軸を一致させて外嵌してある。そ
して、3気筒であることから、その外周には120゜間
隔で3つの信号用突起16cが突設してある。そして電
磁ピックアップ16bからは、これら信号用突起16c
が吸気カムシャフト7の回転により電磁ピックアップ1
6bを通過する度にピーク波形の現れる吸気バルブタイ
ミング信号aが出力されるように構成している。なお、
この吸気バルブタイミング信号はaは波形整形されて図
7に示すようなものとなる。
【0012】クランク角センサ6は、排気カムシャフト
8のプーリ側の端部に一体回転するように固定した排気
側シグナルロータ6aと、シリンダヘッド1aに支持さ
れこの吸気側シグナルロータ6aの外周に近接する部位
に配置した電磁ピックアップ6bとを具備する。排気側
シグナルロータ6aは、図5に示すように、円環状のも
ので、排気カムシャフト8にその中心軸を一致させて取
り付けている。そして、その外周には120゜間隔で3
つの信号用突起6cが突設してあるとともに、何れかの
信号用突起6cに近接させて1つの気筒判別用突起6d
が突設してある。そして電磁ピックアップ16bから
は、これら信号用突起6cあるいは気筒判別用突起6d
が吸気カムシャフト7の回転により電磁ピックアップ6
bを通過する度にピーク波形の現れる排気バルブタイミ
ング信号b及び気筒判別信号cが出力されるように構成
している。なお、この排気バルブタイミング信号はbは
波形整形されて図7に示すようなものとなる。
【0013】制御手段9は、入出力インタフェース9
a、9b、CPU9c、メモリ9d等を有してなるもの
で、クランク角センサ6から得られる排気バルブタイミ
ング信号b及び気筒判別信号cと、吸気カムタイミング
センサ16から得られる吸気バルブタイミング信号aと
が入力インタフェース9aに少なくとも入力されるよう
にしている。また出力インタフェース9bからは少なく
とも可変バルブタイミング機構4を制御するためのバル
ブタイミング制御信号dを出力するようにしている。
【0014】この制御手段9には、その他にエンジン回
転数信号、吸気管圧力信号等の運転状況を示唆する信号
が種々入力されるようにしてあり、これらから判断した
運転状況に応じて、吸気バルブ2の目標開閉タイミング
を設定する。そして、図7に示すように、排気バルブタ
イミング信号bに対する吸気バルブタイミング信号aの
位相差T(T’)から、実際の吸気バルブ2の開閉タイ
ミングを算出し、これが前記目標開閉タイミングとなる
ように、メモリ9cに記憶させたプログラムに基づいて
バルブタイミング制御信号dを出力し、吸気バルブ2の
開閉タイミングをフィードバック制御するようにしてい
る。具体的には、図6、図7に示すように、吸気バルブ
2の開閉タイミングを、60゜CAの位相範囲内で制御
している。なお図6において、縦軸はバルブリフト量を
示し、横軸はクランクシャフト5の位相(角度)を示し
ている。このようにしてエンジン1の出力向上やアイド
ル回転の安定化等を図っている。
【0015】このように構成した本実施例によれば、ク
ランク角センサ6が、排気カムシャフト8の回転位相を
直接的に検出するため、タイミングベルト12等の振れ
や伸び等の影響を極めて小さくでき、基準となる排気バ
ルブ3の開閉タイミングの検出誤差を可及的に低減でき
る。したがって、吸気バルブ2の開閉タイミングの制御
をより正確かつ確実に行えるようになり、燃費悪化や、
排気ガス中の不良成分増大などの現象を防止することが
できるようになる。また、クランク角センサ6を構成す
る電磁ピックアップ6bが、クランクシャフト5に配設
する場合よりも上方に配置可能となるため、配線やコネ
クタの着脱が比較的容易になるという副次的な効果も生
ずる。
【0016】なお、本発明は上述した実施例に限られる
ものではない。例えば、本実施例では吸気カムシャフト
の位相を可変としていたが、排気カムシャフトの位相を
可変としたものに本発明を適用しても同様の効果を奏し
得る。また、クランク角センサはクランクシャフトに対
し位相の変わらない方のカムシャフトに配設されていれ
ばよく、その部位は前記実施例に限られない。また、排
気カムシャフトと吸気カムシャフトとを、ベルト方式、
あるいはチェーン方式で連動させるように構成したもの
に本発明を適用しても構わない。
【0017】その他、本発明は、図示例に限られずその
趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【0018】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
クランクシャフトの回転と常に同期回転する一方のバル
ブの開閉駆動用カムシャフトに、クランク角センサを配
設し、その位相を直接的に検出し得るようにしているの
で、部品点数を増加させることなく、タイミングベルト
等の振れや伸び等の影響を極めて小さいものにして、一
方のバルブ開閉タイミングの検出誤差を可及的に低減で
きる。したがって、一方のバルブ開閉タイミングを基準
として行われる他方のバルブ開閉タイミングの制御をよ
り正確かつ確実に行えるようになり、燃費悪化や、排気
ガス中の不良成分増大などの現象を防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における内燃機関の可変バル
ブタイミング機構を主として示す模式的構成図。
【図2】同実施例における内燃機関のシリンダカバーを
取り外した状態の平面図。
【図3】図2における部分側面図。
【図4】図2における部分背面図。
【図5】同実施例の排気側シグナルロータを示す正面
図。
【図6】同実施例のバルブ開閉タイミングを示すタイミ
ングチャート。
【図7】同実施例のタイミング信号を示すタイミングチ
ャート。
【符号の説明】
1…内燃機関(エンジン) 2…吸気バルブ(他方のバルブ) 3…排気バルブ(一方のバルブ) 4…可変バルブタイミング機構 5…クランクシャフト 6…クランク角センサ 7…吸気カムシャフト 8…排気カムシャフト 9…制御手段
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 35/00 362 F02D 35/00 362A 45/00 362 45/00 362A F02P 7/067 301 F02P 7/067 301Z Fターム(参考) 3G016 AA08 AA12 AA19 BA03 BA06 BA22 BA25 BA38 CA24 CA46 CA48 DA01 DA27 GA00 3G019 AA05 AB05 AC06 HA03 HA11 3G084 AA03 BA23 DA02 DA04 DA10 EB11 FA11 FA33 FA38 3G092 AA11 AA13 DA10 EA03 EA04 EC01 FA06 FA15 FA24 HA05X HE01X HE03X HE05X

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一
    方のバルブをクランクシャフトの回転と常に同期させて
    一定のタイミングで開閉するものであって、他方のバル
    ブの開閉タイミングを変化させ得る可変バルブタイミン
    グ機構と、前記クランクシャフトの回転位相を検出する
    ためのクランク角センサから出力される位相信号を基準
    として、前記他方のバルブの開閉タイミングを測定しこ
    の測定した開閉タイミングが所望の値となるように前記
    可変バルブタイミング機構を制御する制御手段とを具備
    し、前記クランク角センサが、前記一方のバルブの開閉
    駆動用カムシャフトに配設され、該カムシャフトの回転
    位相を直接的に検出し得るように構成したものであるこ
    とを特徴とする内燃機関。
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