JP2009203869A - Valve timing control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉駆動する動弁のバルブタイミングを制御する技術に関する。 The present invention relates to a technique for controlling the valve timing of a valve that opens and closes a camshaft by torque transmission from a crankshaft in an internal combustion engine.
従来、電磁アクチュエータからの出力トルクを利用することによりクランク軸に対するカム軸の回転位相(以下、「クランク軸に対するカム軸の回転位相」を単に「カム軸の回転位相」ともいう)を調整して、所望のバルブタイミングを実現する技術が知られている。 Conventionally, the rotational phase of the camshaft relative to the crankshaft (hereinafter, “the rotational phase of the camshaft relative to the crankshaft” is also simply referred to as “the rotational phase of the camshaft”) is adjusted by using the output torque from the electromagnetic actuator. A technique for realizing a desired valve timing is known.
この技術の一つとして特許文献1には、内燃機関の停止に伴って通電カットされる電磁アクチュエータとしての電動モータにおいて、磁気保持トルクとしてのコギングトルクにより出力回転軸を磁気的に保持可能としたバルブタイミング制御装置が、開示されている。ここで一般にカム軸には、交番位相を持つ変動トルクが動弁のスプリング反力等に起因して作用することになるが、特許文献1に開示の装置では、通電カット状態で位相調整機構を通じて変動トルクが出力回転軸へ伝達されたとしても、変動トルクに打ち勝つコギングトルクにより出力回転軸を保持することができる。したがって、内燃機関の始動に適したカム軸の回転位相(以下、「始動に適したカム軸の回転位相」を単に「始動位相」という)を、出力回転軸の保持によって、次の機関始動時まで確保し得るのである。
ところで、特許文献1に開示の装置では、カム軸からの伝達により出力回転軸に作用するカムトルクの絶対値よりもコギングトルクのピーク値を大きくすることにより、出力回転軸の保持を可能にしている。そのため、動弁のスプリング反力の増大等によりカムトルクの絶対値が大きくなるような場合には、それに合わせてコギングトルクのピーク値も大きくしなければならない。こうした大きなコギングトルクは、通電による出力回転軸の回転制御性を悪化させる要因となるので、出力回転軸の回転状態に応じたカム軸の回転位相調整によってバルブタイミングを制御する上では、望ましくないのである。 By the way, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, the peak value of the cogging torque is made larger than the absolute value of the cam torque acting on the output rotation shaft by transmission from the cam shaft, thereby enabling the output rotation shaft to be held. . Therefore, when the absolute value of the cam torque increases due to an increase in the spring reaction force of the valve, etc., the peak value of the cogging torque must be increased accordingly. Such a large cogging torque is a factor that deteriorates the rotation controllability of the output rotation shaft due to energization, and is not desirable in controlling the valve timing by adjusting the rotation phase of the cam shaft according to the rotation state of the output rotation shaft. is there.
また、V型内燃機関等のように複数のカム軸を備えた内燃機関に対して特許文献1に開示の装置を適用する場合、それらカム軸の各々に当該装置の位相調整機構が個別に接続されるものと想定される。この場合、一つの装置の電動モータが故障する等して出力回転軸の回転制御に支障が生じると、各カム軸の回転位相にずれが生じて内燃機関の始動が困難になるといった問題が、懸念されるのである。 Further, when the device disclosed in Patent Document 1 is applied to an internal combustion engine having a plurality of cam shafts such as a V-type internal combustion engine, the phase adjusting mechanism of the device is individually connected to each of the cam shafts. It is assumed that In this case, if the electric motor of one device breaks down and the rotation control of the output rotation shaft is hindered, there is a problem that the rotation phase of each cam shaft is shifted and it is difficult to start the internal combustion engine. There is concern.
本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関の始動性とバルブタイミングの制御性とを共に確保するバルブタイミング制御システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems described above, and an object of the present invention is to provide a valve timing control system that ensures both the startability of the internal combustion engine and the controllability of the valve timing.
請求項1に記載の発明は、複数のカム軸に対して互いにずれた交番位相の変動トルクが作用する内燃機関において、クランク軸からのトルク伝達により各カム軸が開閉駆動する動弁のバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御システムであって、磁気保持トルクが作用する出力回転軸を有し、通電により出力トルクを出力回転軸に発生する電磁アクチュエータと、電磁アクチュエータへの通電により出力回転軸の回転を制御し、内燃機関の停止に伴って電磁アクチュエータへの通電をカットする通電制御手段と、個別に接続されるカム軸としての接続カム軸から、共通に接続される出力回転軸へ変動トルクを伝達しつつ、出力回転軸の回転状態に応じて接続カム軸の回転位相を調整する複数の位相調整機構と、を備えることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, in an internal combustion engine in which alternating phase fluctuating torques acting on a plurality of camshafts act on a plurality of camshafts, the valve timings of the valve valves that each camshaft drives to open and close by torque transmission from the crankshaft A valve timing control system that controls an electromagnetic actuator that has an output rotation shaft on which a magnetic holding torque acts, generates an output torque on the output rotation shaft by energization, and rotates the output rotation shaft by energizing the electromagnetic actuator And a variable torque from the connection cam shaft as the cam shaft connected individually to the output rotation shaft connected in common to the power supply control means for cutting off the power supply to the electromagnetic actuator when the internal combustion engine stops. A plurality of phase adjustment mechanisms that adjust the rotational phase of the connecting camshaft according to the rotational state of the output rotary shaft while transmitting That.
この発明によると、各位相調整機構に個別に接続される接続カム軸に対して互いにずれた交番位相にて作用する変動トルクは、それら各位相調整機構を通じて出力回転軸へと伝達される。こうした出力回転軸においては、各位相調整機構から作用する変動トルクを交番位相のずれに応じて互いに相殺させて、それら変動トルクの合成トルクを低減させることが可能である。したがって、内燃機関の停止に伴って通電カットされた電磁アクチュエータにおいて出力回転軸に作用する磁気保持トルクによれば、その大きさが小さくても変動トルクの合成トルクに打ち勝つことが可能となるので、その場合には、各接続カム軸の回転位相を始動位相とする位置に出力回転軸を保持できるのである。 According to the present invention, the fluctuation torque acting at the alternating phase shifted from each other with respect to the connecting cam shaft individually connected to each phase adjusting mechanism is transmitted to the output rotating shaft through each phase adjusting mechanism. In such an output rotation shaft, it is possible to cancel the varying torques acting from each phase adjusting mechanism with each other in accordance with the shift of the alternating phase and reduce the combined torque of these varying torques. Therefore, according to the magnetic holding torque that acts on the output rotating shaft in the electromagnetic actuator that is cut off when the internal combustion engine is stopped, it is possible to overcome the combined torque of the variable torque even if the magnitude is small. In this case, the output rotation shaft can be held at a position where the rotation phase of each connection cam shaft is the starting phase.
しかも、請求項1に記載の発明において各位相調整機構は、個別の接続カム軸に接続される一方で、共通の出力回転軸に接続されることから、電磁アクチュエータへの通電による出力回転軸の回転制御に支障が生じたとしても、各接続カム軸の回転位相のずれは実質的に生じない。故に、各接続カム軸の回転位相のずれによって内燃機関が始動困難となる事態を、回避することができる。 In addition, in the first aspect of the present invention, each phase adjusting mechanism is connected to a separate output camshaft while being connected to an individual connecting camshaft. Even if the rotation control is hindered, the rotational phase shift of each connecting cam shaft does not substantially occur. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the internal combustion engine is difficult to start due to a shift in the rotational phase of each connecting camshaft.
以上説明した請求項1に記載の発明によれば、内燃機関の始動性が確保されるのみならず、小さな磁気保持トルクによってバルブタイミングの制御性も確保されることになるのである。 According to the first aspect of the present invention described above, not only the startability of the internal combustion engine is ensured, but also the controllability of the valve timing is ensured by a small magnetic holding torque.
請求項2に記載の発明によると、一対のカム軸のうち接続カム軸から、一対の位相調整機構の各々を通じて出力回転軸へ伝達される変動トルクは、互いに逆位相である。これによれば、出力回転軸においては、一対の位相調整機構の各々から作用する互いに逆位相の変動トルクが確実に相殺され得るので、それら変動トルクの合成トルクについての低減効果が高くなる。したがって、各接続カム軸の回転位相を始動位相に保持するために変動トルクの合成トルクに打ち勝たせる磁気保持トルクを可及的に低減して、バルブタイミングの制御性を高めることができるのである。 According to the second aspect of the present invention, the fluctuating torque transmitted from the connection cam shaft to the output rotating shaft through each of the pair of phase adjusting mechanisms is out of phase with each other. According to this, in the output rotating shaft, the fluctuation torques having opposite phases acting from each of the pair of phase adjustment mechanisms can be surely canceled out, so that the effect of reducing the combined torque of these fluctuation torques becomes high. Therefore, in order to maintain the rotational phase of each connecting camshaft at the starting phase, the magnetic holding torque that overcomes the combined torque of the variable torque can be reduced as much as possible to improve the controllability of the valve timing. .
請求項3に記載の発明によると、各位相調整機構は、V型の内燃機関が備える一対のカム軸のうち接続カム軸から、出力回転軸へ変動トルクを伝達する。ここで、一般にV型の内燃機関においては、各バンクのシリンダ間にて点火タイミングがずらされることにより、一対のカム軸の各々に逆位相の変動トルクが作用するようになっている。したがって、V型内燃機関の各カム軸のうち接続カム軸から伝達されて出力回転軸に作用する変動トルクの合成トルクに対し、打ち勝たせる磁気保持トルクを確実に低減して、バルブタイミング制御性の向上効果を確固たるものとし得るのである。 According to the third aspect of the present invention, each phase adjusting mechanism transmits the varying torque from the connecting cam shaft to the output rotating shaft among the pair of cam shafts provided in the V-type internal combustion engine. Here, in general, in a V-type internal combustion engine, by varying the ignition timing between the cylinders of each bank, a fluctuation torque having an opposite phase acts on each of the pair of camshafts. Therefore, the magnetic holding torque that overcomes the combined torque of the variable torque transmitted from the connecting camshaft and acting on the output rotating shaft among the camshafts of the V-type internal combustion engine is reliably reduced, and the valve timing controllability is reduced. The improvement effect can be made solid.
請求項4に記載の発明によると、電磁アクチュエータは、磁気保持トルクとしてのコギングトルクが作用する出力回転軸に、出力トルクとしてのモータトルクを発生する電動モータである。ここで、磁気保持トルクとして出力回転軸に作用することで当該回転軸を磁気的に保持するコギングトルクは、電動モータの基本的な磁気構造によって発生可能であることから、システムの大型化やコストアップを招くことなく内燃機関の始動性並びにバルブタイミングの制御性を高めることができる。しかも、電動モータが出力トルクとして出力回転軸に発生するモータトルクは、通電によって正確に制御可能であることから、そうした正確な通電制御によって出力回転軸の制御性、ひいてはバルブタイミングの制御性を高めることもできるのである。 According to a fourth aspect of the present invention, the electromagnetic actuator is an electric motor that generates a motor torque as an output torque on an output rotating shaft on which a cogging torque as a magnetic holding torque acts. Here, since the cogging torque that magnetically holds the rotating shaft by acting on the output rotating shaft as the magnetic holding torque can be generated by the basic magnetic structure of the electric motor, the size and cost of the system are increased. The startability of the internal combustion engine and the controllability of the valve timing can be improved without incurring an increase. In addition, since the motor torque generated by the electric motor as the output torque on the output rotating shaft can be accurately controlled by energization, the controllability of the output rotating shaft and thus the controllability of the valve timing is improved by such accurate energization control. It can also be done.
請求項5に記載の発明によると、電磁アクチュエータは、互いに平行な一対のカム軸のうち接続カム軸に同軸上に接続される一対の位相調整機構の間に配置される。これによれば、互いに平行な一対の接続カム軸と同軸上の位相調整機構の間に生じるスペースを有効に利用して、電磁アクチュエータを配置することができるので、バルブタイミング制御システムを含めた内燃機関全体としての小型化が可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, the electromagnetic actuator is disposed between the pair of phase adjusting mechanisms that are coaxially connected to the connection cam shaft among the pair of cam shafts parallel to each other. According to this, since the electromagnetic actuator can be arranged by effectively using the space generated between the pair of connecting cam shafts parallel to each other and the coaxial phase adjusting mechanism, the internal combustion engine including the valve timing control system can be arranged. The overall size of the engine can be reduced.
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the overlapping description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol to the corresponding component in each embodiment.
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態として、バルブタイミング制御システム(以下、「バルブタイミング制御システム」を単に「制御システム」という)10を車両用の内燃機関1に適用した例を示している。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an example in which a valve timing control system (hereinafter, “valve timing control system” is simply referred to as “control system”) 10 is applied to an internal combustion engine 1 for a vehicle as a first embodiment of the present invention. .
(内燃機関)
内燃機関1は、右バンク2R及び左バンク2LがV字状に配置されてなるV型機関であり、クランク軸3の機関トルクを車両のトランスアクスル(図示しない)へ出力する。本実施形態において内燃機関1は、約60度をなす各バンク2R,2Lにシリンダを三つずつ形成すると共に、それら各バンク2R,2Lのシリンダヘッドに吸気カム軸4及び排気カム軸5をそれぞれ一本ずつ設けた、所謂DOHC式V6機関である。ここで各吸気カム軸4は、対応するバンク2R,2Lのシリンダヘッドに設けられた吸気弁(図示しない)を開閉駆動するものであり、また各排気カム軸5は、対応するバンク2R,2Lの各シリンダヘッドに設けられた排気弁(図示しない)を開閉駆動するものである。
(Internal combustion engine)
The internal combustion engine 1 is a V-type engine in which a
このような構成の内燃機関1では、クランク軸3の機関トルクが互いに平行な一対の吸気カム軸4へ制御システム10を介して伝達されつつ、クランク軸3に対して各吸気カム軸4の回転位相が当該システム10によって調整されるようになっている。また、一般的によく使用されるV6機関では、各シリンダの点火タイミングが等間隔となるため、第一実施形態の内燃機関1では、同一バンクにおける各吸気弁のバルブタイミングが対応吸気カム軸4のカム構造によってクランク角で240度ずつずれていると共に、異なるバンク同士のバルブタイミングが制御システム10によってクランク角で常に120度ずらされるようになっている。その結果、吸気弁のスプリング反力等に起因して各吸気カム軸4に作用する変動トルクの交番位相は、図2に例示の如く、右バンク2R側と左バンク2L側とで互いに逆位相且つ反転位相となるように、ずれた形となっている。
In the internal combustion engine 1 configured as above, the engine torque of the
尚、本実施形態の内燃機関1では、クランク軸3の機関トルクが互いに平行な一対の排気カム軸5へ制御システム10を介して伝達されるが、クランク軸3に対する各排気カム軸5の回転位相は当該システム10に拘らず常に一定となる。
In the internal combustion engine 1 of the present embodiment, the engine torque of the
(制御システムの基本構成)
図1に示すように制御システム10は、各バンク2R,2Lの吸気カム軸4に対応して個別に設けられる一対の位相調整機構12と、それら機構12に共通に設けられる電磁アクチュエータ60及び通電制御回路部80とを備えている。
(Basic configuration of control system)
As shown in FIG. 1, the
一対の位相調整機構12は、それぞれ対応する吸気カム軸4に同軸上に配置されている。各位相調整機構12は、クランク軸3のスプロケット部3aに個別の吸気チェーン6を介して接続される駆動側回転体14を有しており、クランク軸3から当該回転体14へ機関トルクが伝達されるようになっている。また、各位相調整機構12の駆動側回転体14は、対応する排気カム軸5のスプロケット部5aに個別の排気チェーン7を介して接続されており、当該対応カム軸5へと機関トルクが伝達されるようになっている。
The pair of
各位相調整機構12は、対応する吸気カム軸4に直接接続される従動側回転体20を有しており、当該対応カム軸4との間においてトルク伝達が可能となっている。また、各位相調整機構12は入力回転軸40を有しており、当該軸40の回転状態に応じて従動側回転体20を駆動側回転体14に対して相対回転させるようになっている。したがって、各吸気カム軸4の回転位相は、対応する位相調整機構12の入力回転軸40に応じて調整されることになるのである。
Each
電磁アクチュエータ60は、一対の位相調整機構12の間に配置されており、それによって制御システム10を含めた内燃機関1全体としての小型化が図られている。電磁アクチュエータ60は、各位相調整機構12と同軸上の各吸気カム軸4に対して平行に出力回転軸62を有している。電磁アクチュエータ60においては、出力回転軸62を磁気的に保持する磁気保持トルクが当該軸62に作用するようになっている。また、電磁アクチュエータ60は、通電によって出力トルクを出力回転軸62に発生して当該軸62を回転駆動し、通電カットによって出力トルクを消失させるようになっている。そして、本実施形態において出力回転軸62の一端に設けられたスプロケット部62cは、個別の制御チェーン70を介して各位相調整機構12の入力回転軸40に接続されており、それら入力回転軸40との間においてトルク伝達が可能となっている。
The
通電制御回路部80は、その一部又は全部が電磁アクチュエータ60に内蔵されて、当該アクチュエータ60と電気接続されている。通電制御回路部80は、内燃機関の運転中は電磁アクチュエータ60への通電により出力回転軸62の回転を制御することで各吸気カム軸4の回転位相を調整する一方、内燃機関の停止に伴って電磁アクチュエータ60への通電をカットするように構成されている。
A part or all of the energization
(位相調整機構の詳細構成)
一対の位相調整機構12については、実質的に同一の構成である。そこで、以下では、一方の位相調整機構12について詳細構成を説明し、他方の位相調整機構12については詳細構成の説明を省略する。
(Detailed configuration of phase adjustment mechanism)
The pair of
図3に示すように位相調整機構12は、駆動側回転体14及び従動側回転体20に加えて、入力回転軸40及び遊星歯車50を有する差動歯車式の遊星機構である。
As shown in FIG. 3, the
駆動側回転体14は、太陽歯車15及びタイミングスプロケット16を螺子留めすることによって中空形状に形成されており、位相調整機構12の他の構成要素20,40,50を内部に収容している。
The
図3,4に示すように太陽歯車15は、歯底円の内周側に歯先円を有する駆動側内歯車部17を周壁部によって形成している。また、図3に示すようにタイミングスプロケット16は、吸気スプロケット部18及び排気スプロケット部19を周壁部によって同軸上に形成している。吸気スプロケット部18は、クランク軸3のスプロケット部3a(図1参照)との間で吸気チェーン6が掛け渡されることによって、当該クランク軸3に接続されている。また、排気スプロケット部19は、対応する排気カム軸5のスプロケット部5a(図1参照)との間で排気チェーン7が掛け渡されることによって、当該対応カム軸5に接続されている。以上により、クランク軸3の機関トルクが吸気チェーン6へ伝達されるときには、駆動側回転体14がクランク軸3と連動して同位相で回転しつつ、対応する排気カム軸5が排気チェーン7を介した機関トルクの伝達によりクランク軸3と連動して同位相で回転する。ここで駆動側回転体14の回転方向は、図4,5の時計方向に設定されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図3,5に示すように従動側回転体20は、駆動側回転体14の内周側に同心上に配置されており、歯底円の内周側に歯先円を有する従動側内歯車部22を周壁部によって形成している。従動側回転体20は、対応する吸気カム軸4に螺子留めによって同軸上に接続されている。これにより従動側回転体20は、接続状態の吸気カム軸4(以下、「従動側回転体20と接続状態の吸気カム軸4を特に「接続カム軸4」という」と連動して同位相で回転可能、且つ駆動側回転体14に対して相対回転可能となっている。ここで従動側回転体20の回転方向は、駆動側回転体14と同じ図5の時計方向に設定されている。また、このような本実施形態において、駆動側回転体14に対する従動側回転体20の進角側への相対回転方向は、図2に示すように正負に交番する変動トルクのうち負トルクの方向と一致している。換言すれば、駆動側回転体14に対する従動側回転体20の遅角側への相対回転方向は、変動トルクのうち図2に示す正トルクの方向と一致している。
As shown in FIGS. 3 and 5, the driven
図3に示すように入力回転軸40は、駆動側回転体14と同軸上の制御スプロケット部42を一端に形成している。制御スプロケット部42は、出力回転軸62のスプロケット部62cとの間で制御チェーン70が掛け渡されることによって、当該回転軸62に接続されている。これにより入力回転軸40は、出力回転軸62と同位相で回転駆動可能、且つ駆動側内歯車部17に対して相対回転可能となっている。
As shown in FIG. 3, the
また、図3〜5に示すように入力回転軸40は、駆動側回転体14に対して偏心する遊星支持部44を、制御スプロケット部42とは反対端側の周壁部によって形成している。遊星支持部44は、ベアリング45を介して遊星歯車50を遊星運動可能に支持している。ここで遊星運動とは、遊星歯車50が遊星支持部44の偏心中心線周りに自転しつつ、入力回転軸40の回転方向へ公転する遊星運動をいう。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
遊星歯車50は、歯底円の外周側に歯先円を有する駆動側外歯車部52及び従動側外歯車部54を形成している。駆動側外歯車部52は、駆動側内歯車部17の内周側に配置されて、当該内歯車部17と噛合している。また、従動側外歯車部54は、従動側内歯車部22の内周側に配置されて、当該内歯車部22と噛合している。
The
このように回転体14,20間を歯車連繋してなる位相調整機構12は、正負に交番する変動トルク(図2参照)を接続カム軸4側から出力回転軸62へ伝達しつつ、入力回転軸40を駆動する出力回転軸62の回転状態に応じて接続カム軸4の回転位相を調整する。
In this way, the
具体的に、出力回転軸62が入力回転軸40を駆動側回転体14と同速回転させることにより、入力回転軸40が駆動側内歯車部17に対して相対回転しないときには、遊星歯車50が遊星運動しないで回転体14,20と連れ回りする。これにより、接続カム軸4の回転位相は変化しないため、当該軸4によって駆動される各吸気弁についてバルブタイミングが保持される。
Specifically, when the
一方、出力回転軸62が駆動側回転体14に対して入力回転軸40を高速回転させることにより、入力回転軸40が駆動側内歯車部17に対する進角側へ相対回転するときには、遊星歯車50が遊星運動して従動側回転体20が駆動側回転体14に対する進角側へ相対回転する。これにより、接続カム軸4の回転位相は進角側へと変化することになるため、当該軸4によって駆動される各吸気弁についてバルブタイミングが進角する。
On the other hand, when the
また一方、出力回転軸62が駆動側回転体14に対して入力回転軸40を低速回転又は逆回転させることにより、入力回転軸40が駆動側内歯車部17に対する遅角側へ相対回転するときには、遊星歯車50が遊星運動して従動側回転体20が駆動側回転体14に対する遅角側へ相対回転する。これにより、接続カム軸4の回転位相は遅角側へ変化することになるため、当該軸4によって駆動される各吸気弁についてバルブタイミングが遅角するのである。
On the other hand, when the
(電磁アクチュエータの詳細構成)
以下、電磁アクチュエータ60の詳細構成について説明する。図3,6に示すように、電磁アクチュエータ60はブラシレスの永久磁石型同期電動モータであり、出力回転軸62に加えて、モータケース63、軸受64、永久磁石65及びモータステータ66を有している。
(Detailed configuration of electromagnetic actuator)
Hereinafter, the detailed configuration of the
モータケース63は内燃機関の固定節(例えばチェーンケース)に固定されて、各位相調整機構12の間に位置している。一対の軸受64はモータケース63内に収容固定されており、スプロケット部62cの設けられた出力回転軸62の軸本体62aを回転自在に支持している。出力回転軸62のロータ部62bは、軸本体62aから外周側へ突出する円環板状に磁性材によって形成されており、このロータ部62bの外周面に、複数の永久磁石65が出力回転軸62の回転方向に等間隔に並ぶ形態で装着されている。ここで、回転方向において隣り合う永久磁石65同士は、互いに逆極性の磁極をロータ部62bの外周側に形成している。モータステータ66はモータケース63内に収容固定されており、ロータ部62bの外周側に同心上に位置している。モータステータ66において複数のコア66aは、それぞれ金属片を積層して形成されており、出力回転軸62の回転方向に等間隔に配置されている。モータステータ66において複数のコイル66bは、それぞれ対応するコア66aに個別に巻装されている。
The
こうした電磁アクチュエータ60においては、出力回転軸62に装着された各永久磁石65の磁力がモータステータ66に作用して各コア66aが磁化されることにより、磁気保持トルクとしてのコギングトルクが出力回転軸62に作用するようになっている。また、電磁アクチュエータ60においては、通電制御回路部80からの通電によりモータステータ66の各コイル66bが励磁して各永久磁石65に磁界を作用させることで、出力回転軸62を回転駆動するためのモータトルクが出力トルクとして発生するようになっている。尚、このように、電動モータとしての電磁アクチュエータ60に対して通電を制御する本実施形態の通電制御回路部80は、例えば制御コンピュータ及び通電ドライバ等から構成されることとなる。
In such an
(制御システムの特徴的作動)
以下、制御システム10の特徴的作動について説明する。図7に示すように、アイドル回転状態の内燃機関1がイグニッションスイッチのオフ指令を受けて停止するときには、通電制御回路部80が当該オフ指令を検知して停止制御を実施する。具体的に停止制御では、まず、モータステータ66の各コイル66bへの通電によって出力回転軸62の回転を制御することで、各位相調整機構12に接続された接続カム軸4の回転位相を共に設定位相Phに保持する。
(Characteristic operation of control system)
Hereinafter, characteristic operations of the
次に停止制御では、図7に示すように内燃機関1の回転数が閾値Rth(例えば200rpm)以下になると、各コイル66bへの通電をカットする。その結果、内燃機関1が完全停止すると略同時に出力回転軸62も完全停止することになるが、通電カットから出力回転軸62の完全停止までの時間は非常に短い(例えば0.1秒程度)。故に、各接続カム軸4の回転位相は共に、設定位相Phよりも僅かに遅角側の略一定位相Psにて止まることになる。そこで本実施形態では、位相Psが内燃機関1の次の始動に適した始動位相、より好適には燃費及び環境性能を向上する始動位相となるように、設定位相Phが設定されている。尚、ここで、始動位相となる位相Psは、図7の例では最遅角位相及び最進角位相間の中間位相となっているが、それら最遅角位相及び最進角位相のいずれかであってもよい。
Next, in the stop control, when the rotational speed of the internal combustion engine 1 becomes a threshold value Rth (for example, 200 rpm) or less as shown in FIG. 7, the energization to each
このようにして各接続カム軸4の回転位相が位相Psに達した状態下、それら接続カム軸4の変動トルクが各位相調整機構12を通じて出力回転軸62へと伝達されることがある。このとき出力回転軸62においては、図2に示すように、逆位相且つ反転位相の関係にある各バンク2R,2Lの接続カム軸4からの変動トルクが互いに相殺されることで、それら変動トルクの合成トルクが零値又はそれに近い値まで低減されることになる。したがって、通電カット状態において出力回転軸62に磁気保持トルクとして作用するコギングトルクによれば、その大きさが小さくても変動トルクの合成トルクに打ち勝つことができる。したがって、機関運転中の通電による出力回転軸62の回転制御性、ひいてはバルブタイミングの制御性に関して、その悪化要因となるコギングトルクを十分に小さくしながらも、そうしたコギングトルクにより出力回転軸62を保持して、始動位相としての位相Psを確保することができるのである。
In this manner, the fluctuation torque of the
しかも、個別の接続カム軸4に接続される各位相調整機構12が共通の出力回転軸62に接続される本実施形態では、電磁アクチュエータ60や通電制御回路部80が故障する等して出力回転軸62の回転制御に支障が生じても、各接続カム軸4の回転位相のずれは実質的に生じない。故に、各接続カム軸4の回転位相のずれによって内燃機関1が始動困難となる事態の回避効果も、得ることができる。
In addition, in the present embodiment in which the
以上説明した第一実施形態によれば、内燃機関1の始動性とバルブタイミングの制御性とを共に確保して、内燃機関1の燃費及び環境性能の向上に大きく貢献し得るのである。尚、ここまでの第一実施形態では、各接続カム軸(吸気カム軸)4によって駆動される吸気弁が特許請求の範囲に記載の「動弁」に相当し、通電制御回路部80が特許請求の範囲に記載の「通電制御手段」に相当している。
According to the first embodiment described above, both the startability of the internal combustion engine 1 and the controllability of the valve timing can be ensured, which can greatly contribute to the improvement of the fuel consumption and environmental performance of the internal combustion engine 1. In the first embodiment so far, the intake valve driven by each connecting cam shaft (intake cam shaft) 4 corresponds to the “valve valve” recited in the claims, and the energization
(第二実施形態)
図8に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態において制御システム10が適用される内燃機関101は、約90度をなす右バンク102R及び左バンク102Lにそれぞれシリンダを四つずつ形成すると共に、それら各バンク102R,102Lのシリンダヘッドに吸気カム軸4及び排気カム軸5をそれぞれ一本ずつ設けた、所謂DOHC式V8機関である。ここで、一般的によく使用されるV8機関では、各シリンダの点火タイミングが不等間隔となるため、第二実施形態の内燃機関101では、同一バンクにおける各吸気弁のバルブタイミングが対応吸気カム軸4のカム構造によって互いにずれていると共に、異なるバンク同士のバルブタイミングが制御システム10によって常にずらされるようになっている。その結果、各吸気カム軸4に作用する変動トルクの交番位相は、図9に例示の如く、右バンク2R側と左バンク2L側とで互いに逆位相となるように、ずれた形となっている。
(Second embodiment)
As shown in FIG. 8, the second embodiment of the present invention is a modification of the first embodiment. In the
こうした第二実施形態の制御システム10にあっても、通電制御回路部80の停止制御によって各接続カム軸4の回転位相が位相Psに達した状態下、それら接続カム軸4の変動トルクが各位相調整機構12を通じて出力回転軸62へと伝達されることがある。このとき出力回転軸62においては、図9に示すように、逆位相の関係にある各接続カム軸4の変動トルクが互いに相殺されることで、それら変動トルクの合成トルクが約1/3以下に低減されることになる。したがって、バルブタイミングの制御性の悪化要因となるコギングトルクを可及的に小さくしながらも、そうしたコギングトルクにより出力回転軸62を保持して始動位相としての位相Psを確保することができるのである。
Even in the
(他の実施形態)
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
(Other embodiments)
Although a plurality of embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not construed as being limited to these embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the present invention. .
制御システム10が適用される内燃機関としては、共通の電磁アクチュエータ60を利用して複数のカム軸の回転位相を調整可能なものであれば、上述したDOHC式のV型機関1,101以外であってもよい。また、制御システム10は、上述した吸気弁のバルブタイミングを制御するシステム以外にも、「動弁」としての排気弁のバルブタイミングを制御するシステムや、吸気弁及び排気弁の双方のバルブタイミングを制御するシステムであってもよい。
The internal combustion engine to which the
制御システム10の電磁アクチュエータ60としては、磁気保持トルクが作用する出力回転軸62に通電によって出力トルクを発生可能なものであれば、上述したブラシレスの永久磁石型同期電動モータ以外のものを採用してもよい。例えば、出力回転軸62に制動トルクを出力トルクとして与えると共に、当該軸62に永久磁石による磁気保持トルクが作用する構成の電動ブレーキ等を、電磁アクチュエータ60として採用してもよい。さらに電磁アクチュエータ60について、その配置場所としては、内燃機関1,101の仕様等に応じて適宜設定することができる。
As the
制御システム10において電磁アクチュエータ60と組み合わされる位相調整機構12としては、変動トルクを出力回転軸62へ伝達しつつ、当該軸62の回転状態に応じて接続カム軸の回転位相を調整可能なものであれば、上述した差動歯車式の遊星機構以外を採用してもよい。また、位相調整機構12と出力回転軸62との間の接続形態としては、上述したチェーン70による接続形態以外にも、例えば、ベルトによる接続形態や歯車機構による接続形態等を採用してもよい。さらに、位相調整機構12については、回転位相の調整対象となるカム軸の本数に応じて、当該本数と同数設けて共通の出力回転軸62と接続するようにしてもよい。
The
1,101 内燃機関、2R,102R 右バンク、2L,102L 左バンク、3 クランク軸、3a,5a,62c スプロケット部、4 吸気カム軸・接続カム軸、5 排気カム軸、6 吸気チェーン、7 排気チェーン、10 バルブタイミング制御システム、14 駆動側回転体、16 タイミングスプロケット、18 吸気スプロケット部、19 排気スプロケット部、20 従動側回転体、40 入力回転軸、42 制御スプロケット部、50 遊星歯車、60 電磁アクチュエータ、62 出力回転軸、63 モータケース、65 永久磁石、66 モータステータ、66a コア、66b コイル、70 制御チェーン、80 通電制御回路部(通電制御手段) 1,101 Internal combustion engine, 2R, 102R right bank, 2L, 102L left bank, 3 crankshaft, 3a, 5a, 62c sprocket part, 4 intake camshaft / connection camshaft, 5 exhaust camshaft, 6 intake chain, 7 exhaust Chain, 10 Valve timing control system, 14 Drive side rotator, 16 Timing sprocket, 18 Intake sprocket part, 19 Exhaust sprocket part, 20 Driven side rotator, 40 Input rotating shaft, 42 Control sprocket part, 50 Planetary gear, 60 Electromagnetic Actuator, 62 Output rotating shaft, 63 Motor case, 65 Permanent magnet, 66 Motor stator, 66a Core, 66b Coil, 70 Control chain, 80 Energization control circuit (energization control means)
Claims (5)
磁気保持トルクが作用する出力回転軸を有し、通電により出力トルクを前記出力回転軸に発生する電磁アクチュエータと、
前記電磁アクチュエータへの通電により前記出力回転軸の回転を制御し、前記内燃機関の停止に伴って前記電磁アクチュエータへの通電をカットする通電制御手段と、
個別に接続される前記カム軸としての接続カム軸から、共通に接続される前記出力回転軸へ前記変動トルクを伝達しつつ、前記出力回転軸の回転状態に応じて前記クランク軸に対する前記接続カム軸の回転位相を調整する複数の位相調整機構と、
を備えることを特徴とするバルブタイミング制御システム。 A valve timing control system for controlling valve timing of a valve that is driven to open and close by each camshaft by torque transmission from a crankshaft in an internal combustion engine in which fluctuating torques of alternating phases act on a plurality of camshafts. There,
An electromagnetic actuator having an output rotating shaft on which a magnetic holding torque acts, and generating an output torque on the output rotating shaft by energization;
Energization control means for controlling rotation of the output rotation shaft by energization of the electromagnetic actuator, and cutting off energization to the electromagnetic actuator when the internal combustion engine is stopped;
The connecting cam for the crankshaft according to the rotation state of the output rotating shaft while transmitting the variable torque from the connecting camshaft as the individually connected camshaft to the commonly connected output rotating shaft A plurality of phase adjustment mechanisms for adjusting the rotational phase of the shaft;
A valve timing control system comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008046658A JP2009203869A (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Valve timing control system |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2008046658A Pending JP2009203869A (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Valve timing control system |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2009203869A (en) |
-
2008
- 2008-02-27 JP JP2008046658A patent/JP2009203869A/en active Pending
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