JP2003027909A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ノイズによる不具合を抑制しつつ、高精度なバ
ルブタイミング制御を行える機関のバルブタイミング制
御装置を提供する。 【解決手段】バルブタイミング制御装置１０は、前記カ
ム軸の回転位置を検出するカムセンサと、前記可変位相
機構の作動油の温度又は圧力のうち少なくとも一方を検
出する作動油状態検出手段と、前記クランク軸に対する
カム軸の回転位相が機関の運転状態に応じて設定される
目標回転位相となるように前記可変位相機構の駆動を制
御する制御回路と、を一体的に構成した制御ユニット１
２を備え、油圧によりクランク軸に対するカム軸４の回
転位相を変化させる可変位相機構１１と共に取付ブラケ
ット１３を介して機関本体に取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機関の吸気バル
ブ、排気バルブの開閉時期を可変制御する内燃機関のバ
ルブタイミング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から機関のクランクシャフトに対す
るカム軸の回転位相を油圧により変化させることで吸気
バルブ、排気バルブの開閉時期を制御するバルブタイミ
ング制御装置が知られている。この種のバルブタイミン
グ制御装置では、カム軸の回転位相を変化させるのに油
圧（作動油）を用いるものが一般的であり、例えば特開
平７−３３２１１８号公報に記載されたものがある。

【０００３】このものは、油圧を制御する電磁弁と該電
磁弁の駆動を制御する制御回路とを一体的に構成するこ
とで、電磁弁と制御回路を結ぶ配線で発生するノイズを
抑制すると共に、装置の機関本体への取り付けを容易に
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のも
のでは、シリンダヘッドのカム軸近傍に配置されるカム
センサからの出力信号が、カム軸から離れた位置に配設
される別体の制御回路に入力される構成となるため、ハ
ーネスが長くなり点火ノイズ等が混入しやすいといった
問題がある。

【０００５】また、カム軸の回転位相を精度よく制御す
るためには、作動油の特性に応じて前記電磁弁の駆動を
制御する必要があるが、上記従来のものではこれを直接
検出することができない。この場合、通常は機関の冷却
水温度等で代用することになるが、これでは高い精度を
確保することができない。本発明は、上記従来の問題に
鑑みなされたものであって、ノイズによる不具合を抑制
しつつ、吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミング
制御を高精度に行うことのできる内燃機関のバルブタイ
ミング制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため、請求項１に係
る発明は、機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相
を油圧式の可変位相機構によって変化させて吸気バルブ
又は排気バルブの開閉時期を制御する内燃機関のバルブ
タイミング制御装置であって、前記カム軸の回転位置を
検出するカムセンサと、前記可変位相機構の作動油の温
度又は圧力のうち少なくとも一方を検出する作動油状態
検出手段と、前記クランク軸に対するカム軸の回転位相
が機関の運転状態に応じて設定される目標回転位相とな
るように前記可変位相機構の駆動を制御する制御回路
と、を一体的に構成した制御ユニットを備え、該制御ユ
ニットを前記可変位相機構と共に機関本体に取り付け可
能に構成したことを特徴とする。

【０００７】請求項２に係る発明は、前記可変位相機構
は、内部の油圧室に供給される油圧により前記クランク
軸に対するカム軸の回転位相を変化させる可変位相機構
本体と、該可変位相機構本体の油圧室へ連通する油圧通
路と、該油圧通路に配設された電磁弁とで構成され、前
記制御回路は、該電磁弁の駆動を制御することを特徴と
する。

【０００８】請求項３に係る発明は、前記制御ユニット
が機関本体に取り付けられた状態において、前記作動油
状態検出手段の検出部が前記油圧通路に配置されるよう
構成したことを特徴とする。請求項４に係る発明は、前
記可変位相機構は、内部に油圧通路が形成されたブラケ
ットを備え、前記制御ユニットは、該ブラケットに対し
て固定されるよう構成したことを特徴とする。

【０００９】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、カムセン
サと作動油検出手段と制御回路とを一体的に構成した制
御ユニットを備えるので、カムセンサ及び作動油状態検
出手段と制御回路との配線を非常に短くすることがで
き、それぞれの出力信号にノイズが混入することを抑制
できる。

【００１０】特に、カムセンサ及び作動油状態検出手段
を、ハーネスを用いることなく制御回路基板上に直接あ
るいはコネクタを介して設けるようにすれば、出力信号
へのノイズ混入を確実に防止できる。そして、作動油の
温度又は圧力の少なくとも一方を検出する作動油検出手
段により、可変位相機構の油圧室近傍での作動油の状態
（作動油温度、作動油圧力のいずれか若しくは両方）を
検出できるので、これに応じて制御信号を調整すること
で吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミング制御の
精度を向上させることができる。

【００１１】また、制御ユニットは可変位相機構と共に
機関本体に取り付けられるので、機関本体への取り付け
が容易であると共に、両者を接続する配線も短くて済
む。例えば制御ユニット、可変位相機構のそれぞれに接
点部を設け、該接点部が接触するように構成すれば、制
御ユニットと可変位相機構間の配線が不要となり、制御
ユニットからの出力信号によるノイズの発生も抑制でき
る。

【００１２】請求項２に係る発明によれば、電磁弁の作
動油の状態を検出し、検出した作動油の状態に応じて電
磁弁の開閉駆動を最適に行えるので、高精度なバルブタ
イミング制御を行うことができる。請求項３に係る発明
によれば、作動油状態検出手段の検出部が可変位相機構
に連通する油圧通路に配置されるように構成するので、
可変位相機構の油圧室近傍において作動油の状態を検出
できるので、より高精度にバルブタイミング制御を行う
ことができる。

【００１３】例えば、作動油検出手段の検出部（センサ
素子等）のみを制御ユニットから突出させて、該検出部
を前記油圧通路に連通する穴等に嵌挿させるように構成
することで、作動油の状態を直接検出できる。請求項４
に係る発明によれば、前記可変位相機構に対して前記制
御ユニットを容易に固定することができ、機関本体への
組み付けもより容易になる。ここで、例えば取付ブラケ
ット側にその内部に形成された油圧通路に連通する穴部
を設けておき、これに対応する位置で作動油状態検出手
段の検出部を制御ユニットから突出させておけば、制御
ユニットを取付ブラケットに固定することで、作動油状
態検出手段の検出部が油圧通路内に配置され、作動油の
状態を直接検出できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す内
燃機関のシステム図である。図１において、機関（エン
ジン）１の吸気バルブ２及び排気バルブ３は、それそれ
吸気側カム軸４、排気側カム軸５により開閉駆動され
る。

【００１５】吸気側カム軸４及び排気側カム軸５は、タ
イミングチェーン（又はタイミングベルト）６を介しク
ランクシャフト７によって回転駆動される。クランクシ
ャフト７には、クランク角位置を検出するクランク角セ
ンサ８が設けられている。エンジン用コントロールユニ
ット９には、前記クランク角センサ８からの出力信号や
図示しない各種センサからの出力信号が入力され、燃料
噴射制御や点火時期制御等を行う。

【００１６】また、本実施形態においては、油圧式のバ
ルブタイミング制御装置１０が吸気側に設けられてお
り、吸気バルブ３の開閉時期（バルブタイミング）を変
化させる。バルブタイミング制御装置１０は、図２に示
すように、吸気側カム軸４と、可変位相機構１１と、制
御ユニット１２と、を含んで構成される。

【００１７】なお、図に示すように、可変位相機構１１
は可変位相機構本体１１ａと該可変位相機構本体１１ａ
への油圧の給排を制御する電磁切換弁９５とからなり、
可変位相機構１１側の信号入力部（具体的には、電磁切
換弁９５の信号入力部９５ｄ）と制御ユニット１２の信
号出力部１２ｄとが接触するよう構成され、ハーネスを
介することなく制御ユニット１２からの制御信号が直接
可変位相機構１１に入力されるようになっている。

【００１８】可変位相機構１１は、電磁切換弁９５によ
って給排する油圧によりクランクシャフト７に対する吸
気側カム軸４の回転位相を変化させるものであり、図３
に示すように、クランクシャフト７（ここでは、図示省
略）によってタイミングチェーンを介して回転駆動され
るカムスプロケット５１（タイミングスプロケット）
と、吸気側カム軸４の端部に固定されてカムスプロケッ
ト５１内に回転自在に収容される回転部材５３と、該回
転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回
転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転
部材５３との相対回転位置を所定の位置で選択的にロッ
クするロック機構６０とを備えている。

【００１９】前記カムスプロケット５１は、外周にタイ
ミングチェーン６（又はタイミングベルト）が噛合する
歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に
配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウ
ジング５６と、該ハウジング５６の前後の開口部を閉塞
するフロントカバー及びリアカバー（図示省略）とから
構成される。

【００２０】ハウジング５６は、その前後両端が開口形
成された円筒状を呈し、内周面には、（ハウジング５６
の）軸方向に沿って、横断面が台形形状を有する４つの
隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。回転部材５
３は、吸気側カム軸４の前端部に固定されており、円環
状の基部７７の外周面に、９０°間隔で４つのベーン７
８ａ、７８ｂ、７８ｃ、７８ｄ（順に、第１、第２、第
３、第４ベーンとする）が設けられている。

【００２１】なお、第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄ
は、図に示すように、それぞれ略台形状の断面形状を有
し、隔壁部６３の間に形成される凹部に配置される。こ
れにより第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ
凹部を回転方向前後に隔成し、該前後に隔成された凹部
がそれぞれ進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３を構成
する。

【００２２】ロック機構６０は、回転部材５３の最大遅
角側の回動位置（基準作動状態）において図示しない係
合孔に係合（係入）するロックピン８４を有している。
油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧を給排
する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油
圧を給排する第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を
有し、この２つの油圧通路９１、９２は、供給通路９３
とドレン通路９４ａ、９４ｂとがそれぞれ通路切り換え
用の電磁切換弁９５を介して接続されている。

【００２３】供給通路９３には、オイルパン９６内の油
を圧送する機関駆動のオイルポンプ９７が設けられてお
り、ドレン通路９４ａ、９４ｂは、その下流端がオイル
パン９６に連通している。第１油圧通路９１は、回転部
材５３の基部７７内で略放射状に形成されて各進角側油
圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続されてお
り、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口す
る４つの油孔９２ｄに接続されている。

【００２４】電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体に
よって前記第１、第２油圧通路９１、９２と供給通路９
３又はドレン通路９４ａ、９４ｂとの連通を切り換え制
御するようになっている。また、可変位相機構１１は、
図４に示すように、エンジン本体に取り付けられる取付
ブラケット１３を有し、該取付ブラケット１３は内部に
油圧通路１３ａが形成されると共に、後述するカムセン
サ２２用の貫通穴１３ｂ、該通路１３ａに連通し、後述
する油温センサ２３及び油圧センサ２４が挿入される油
温・油圧センサ用穴１３ｃが設けられている。なお、こ
の油圧通路１３ａが前記第１油圧通路９１及び第２油圧
通路９２を構成する。

【００２５】前記制御ユニット１２は、電磁アクチュエ
ータ９９に対する通電量をディザ信号が重畳されたデュ
ーティ制御信号に基づいて制御する。例えば、電磁アク
チュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ
信号）を出力すると、オイルポンプ９７から圧送された
作動油は、第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３
に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が第
１油圧通路９１を通って第１ドレン通路９４ａからオイ
ルパン９６内に排出される。

【００２６】この結果、遅角側油圧室８３の内圧が高
く、進角側油圧室８２の内圧が低くなり、回転部材５３
は第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｂを介して遅角側に回
転して最大遅角位置となる。一方、電磁アクチュエータ
９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を
出力すると、作動油が第１油圧通路９１を通って進角側
油圧室８２内に供給されると共に、遅角側油圧室８３内
の作動油が第２油圧通路９２及び第２ドレン通路９４ｂ
を通ってオイルパン９６に排出されて、遅角側油圧室８
３の内圧が低くなる。

【００２７】この結果、回転部材５３は第１〜第４ベー
ン７８ａ〜７８ｄを介して進角側に回転して最大進角位
置となる。ここで、制御ユニット１２は、図５に示すよ
うに、吸気側カム軸４の回転位置を検出するカムセンサ
２１、前記取付ブラケット１３に形成された油圧通路１
３ａ内の作動油の温度検出する油温センサ２２、作動油
の圧力を検出する油圧センサ２３と、制御回路２４と、
を含んで一体的に構成されており、前記ブラケット１３
に固定される。

【００２８】具体的には、樹脂製の筐体１２ａ、同じく
樹脂製の上カバー１２ｂ、制御回路２４からの熱を放出
するためのヒートシンクを兼用した下カバー１２ｃで構
成されるユニットケース内に制御回路２４を収納すると
共に、前記カムセンサ２１、油温センサ２２、油圧セン
サ２３が前記樹脂製の筐体１２ａに一体的に取り付けら
れている。そして、上記各センサは、ハーネスを用いる
ことなく制御回路２４の基板上に配設されたコネクタに
直接接続される。

【００２９】また、前記カムセンサ２１、油温センサ２
２及び油圧センサ２３の検出部（センサ素子部）は、図
に示すようにユニットケースから突出して取り付けられ
ており、前記取付ブラケット１３に取り付けられた際
に、カムセンサ用穴１３ｂ、油温・油圧センサ用穴１３
ｃにそれぞれ挿入されるようになっている。なお、前記
制御回路２４には、カムセンサ２１、油温センサ２２、
油圧センサ２３からの出力信号が入力される他、前記ク
ランクセンサ７からの出力信号、前記エンジン用コント
ロールユニット９で算出されたカム軸の目標回転位相が
入力される。

【００３０】制御回路２４は、前記クランク角センサ８
からの出力信号及びカムセンサ２１の出力信号から算出
したカムスプロケット５１と吸気側カム軸４との回転位
相（すなわち、カム軸４の実際の回転位相）と、運転状
態に応じて設定した目標進角量（すなわち、目標回転位
相）と、を一致させるためのフィードバック補正分ＰＩ
ＤＤＴＹを、作動油の状態（油温、油圧）に応じて比例
・積分・微分（ＰＩＤ）動作によって設定し、所定のベ
ースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹ（中立制御値）にフィ
ードバック補正分ＰＩＤＤＴＹを加算して最終的なデュ
ーティ比ＶＴＣＤＴＹとする。

【００３１】該デューティ比ＶＴＣＤＴＹの制御信号
は、制御ユニット１２の信号出力部１２ｄから電磁切換
弁９５の信号入力部９５ａを介して電磁アクチュエータ
９９へと出力される。つまり、前記回転位相を遅角方向
へ変化させる必要がある場合には、前記フィードバック
補正分ＰＩＤＤＴＹによりデューティ比が減少され、オ
イルポンプ９７から圧送された作動油が遅角側油圧室８
３に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が
オイルパン９６内に排出されるようになり、逆に、前記
回転位相を進角方向へ変化させる必要がある場合には、
前記フィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹによりデューテ
ィ比が増大され、作動油が進角側油圧室８２内に供給さ
れると共に、遅角側油圧室８３内の作動油がオイルパン
９６に排出されるようになる。

【００３２】そして、前記回転位相を現状の状態に保持
する場合には、前記フィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹ
の絶対値が減ることで、ベースデューティ比付近のデュ
ーティ比に戻るよう制御される。以上のように、カムセ
ンサと、油温センサ又は／及び油圧センサと、制御回路
と、を一体的に構成した制御ユニットを、可変位相機構
と共にエンジン本体に取り付けるようにしてバルブタイ
ミング制御装置を構成したので、エンジン本体への取付
性を良好に維持しつつ、高精度なバルブタイミング制御
が可能となる。特に、長いハーネスが不要となるのでノ
イズの発生、混入といった不都合を確実に回避できる。

【００３３】なお、以上の説明では、ベーン式の可変動
弁装置について説明しているが、これに限定されること
なく他の構成でバルブタイミングを可変制御するもので
あってもよい。また、吸気バルブに限られず排気バルブ
のバルブタイミングを制御するものであってもよく、吸
気バルブ側に設けた可変位相機構と排気バルブ側に設け
た可変位相機構の双方の駆動を一つの制御ユニットで行
うようにしてもよい。この場合の制御ユニットはカムセ
ンサを二つ有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態におけるエンジンのシステム構成
図。

【図２】本実施形態における可変動弁装置の概略斜視
図。

【図３】本実施形態における可変動弁装置（ベーン式可
変動弁装置）の断面図。

【図４】本実施形態における可変位相機構の概略斜視
図。

【図５】本実施形態における制御ユニットの概略斜視図

【符号の説明】

２ 吸気バルブ ４ 吸気側カム軸 ７ クランクシャフト ８ クランク角センサ ９ エンジン用コントロールユニット １０ 可変動弁装置 １１ 可変位相機構 １２ 制御ユニット ２１ カムセンサ ２２ 油温センサ ２３ 油圧センサ ２４ 制御回路 ９５ 電磁切換弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 悟 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ユ ニシアジェックス内 Ｆターム(参考） 3G018 AB17 BA33 CA20 DA58 DA66 DA69 DA72 DA73 DA74 DA83 FA01 FA07 GA02 GA32 3G092 AA01 AA05 AA11 AB02 DA01 DA02 DA10 DF04 FA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関のクランク軸に対するカム軸の回転位
   相を油圧式の可変位相機構によって変化させて吸気バル
   ブ又は排気バルブの開閉時期を制御する内燃機関のバル
   ブタイミング制御装置であって、 前記カム軸の回転位置を検出するカムセンサと、 前記可変位相機構の作動油の温度又は圧力のうち少なく
   とも一方を検出する作動油状態検出手段と、 前記クランク軸に対するカム軸の回転位相が機関の運転
   状態に応じて設定される目標回転位相となるように前記
   可変位相機構の駆動を制御する制御回路と、 を一体的に構成した制御ユニットを備え、 該制御ユニットを前記可変位相機構と共に機関本体に取
   り付け可能に構成したことを特徴とする内燃機関のバル
   ブタイミング制御装置。
2. 【請求項２】前記可変位相機構は、内部の油圧室に供給
   される油圧により前記クランク軸に対するカム軸の回転
   位相を変化させる可変位相機構本体と、該可変位相機構
   本体の油圧室へ連通する油圧通路と、該油圧通路に配設
   された電磁弁とで構成され、 前記制御回路は、該電磁弁の駆動を制御することを特徴
   とする請求項１記載の内燃機関のバルブタイミング制御
   装置。
3. 【請求項３】前記制御ユニットが機関本体に取り付けら
   れた状態において、前記作動油状態検出手段の検出部が
   前記油圧通路に配置されるよう構成したことを特徴とす
   る請求項１又は２記載の内燃機関のバルブタイミング制
   御装置。
4. 【請求項４】前記可変位相機構は、前記油圧通路が形成
   されたブラケットを備え、 前記制御ユニットは、該ブラケットに対して固定される
   よう構成したことを特徴とする請求項３記載の内燃機関
   のバルブタイミング制御装置。