JP2010101251A

JP2010101251A - カム角センサ

Info

Publication number: JP2010101251A
Application number: JP2008273690A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Toyokawa; 政行豊川; Kazuki Ichikawa; 和樹市川; Koichiro Shinozaki; 広一郎篠崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2010-05-06

Abstract

【課題】検出精度の向上等を実現したカム角センサを提供する。
【解決手段】高リフトカム７１が最大リフト量をもって吸気バルブ２をリフトさせるカム角度では、吸気カムシャフト４に作用するカムトルクが略０となり、吸気側ＶＴＣアクチュエータ２０の作動時に作動油の給排等に伴う位相振動が生じても、吸気カムシャフト４（すなわち、シグナルロータ６２）の回転変動が殆ど起こらなくなる。また、開弁途上にある第１気筒のバルブリフトと、閉弁途上にある第２気筒のバルブリフトとが略同一となるカム角度では、第１気筒側のカムに左方向の回転トルクが作用する一方、第２気筒側のカムに右方向の回転トルクが作用するが、絶対値が等しいことから両回転トルクが相殺されてカムトルクが略０となり、吸気側ＶＴＣアクチュエータ２０の作動時に作動油の給排等に伴う位相振動が生じても、シグナルロータ６２の回転変動が殆ど起こらなくなる。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関のカム角度を検出するカム角センサに係り、詳しくは、検出精度の向上等を実現する技術に関する。

ガソリンエンジンやディーゼルエンジンにおいては、出力および燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を実現すべく、運転状態に応じて吸排気バルブのリフト量や開弁タイミングを変化させる可変動弁装置を搭載したもの（開弁特性可変型内燃機関）が増加している。可変動弁装置としては、バルブリフトを段階的あるいは無段階に可変制御する可変バルブリフト装置（Variable valve Lift Control device：以下、ＶＬＣと記す）が従来より存在する他、カム位相（開弁タイミング）を連続的に可変制御するバルブタイミングコントロール装置（Variable Timing Control device：以下、ＶＴＣと記す）も出現している。

上述した開弁特性可変型内燃機関では、ＶＴＣにおけるカム位相のフィードバック制御等を高精度に行うべく、カムシャフトの実角度（カム角度）をリアルタイムに検出する必要がある。カム角度の検出に用いられるカム角センサとしては、外周に多数の歯（パルサティース：被検出部）を有するカムセンサホイール（シグナルロータ）をカムシャフトに締結／一体化させるとともに、シグナルロータの近傍にピックアップコイル（センサ本体）を設置したものが公知となっている（特許文献１参照）。このカム角センサでは、シグナルロータの回転に伴ってパルサティースが接近すると、カム角度に応じた検出信号（カム角信号）がピックアップコイルから出力される。
特開２００５−３０３８８号公報

従来のカム角センサでは、カムシャフトとパルサティースとの相対角度に起因し、カム角信号が好ましくないタイミングで出力されることがあった。例えば、特許文献１のカム角センサでは、ピックアップコイルからのカム角信号は、カムシャフトに形成されたカムがバルブを最小リフトから最大リフトに変化させる途中（リフト増加時）と、最大リフトから最小リフトに変化させる途中（リフト減少時）との２カ所で出力される。ところが、カムシャフトには、バルブをリフトさせることに起因する回転トルク（カムトルク）が交番的に作用することから、油圧式ＶＴＣを搭載したエンジンのものでは作動油のリークに起因する位相振動が発生し、電動式ＶＴＣを搭載したエンジンのものでは駆動機構のがたや剛性不足に起因する位相振動が発生する。そのため、カムシャフトに大きなカムトルクが作用するリフト増加時やリフト減少時には、カムシャフト（すなわち、シグナルロータ）の回転も位相振動を伴ったものとなり、カム角度の検出精度が低下することが避けられなかった。特に、ＶＬＣ側でバルブリフトが高く設定されていた場合には、カムトルクの絶対値が大きくなることでこの傾向が顕著となり、カム位相のフィードバック制御や燃料噴射制御が円滑に行えなくなる問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、検出精度の向上等を実現したカム角センサを提供することを目的とする。

第１の発明は、可変動弁装置が搭載された内燃機関に設置され、可変動弁装置が搭載された内燃機関に設置され、カムシャフトと一体に回転するとともに複数の被検出部がその周上に設けられたシグナルロータと、前記被検出部の接近を検出してカム角信号を出力するセンサ本体とを有するカム角センサであって、前記被検出部は、前記可変動弁装置の作動に伴う位相振動が前記カムシャフトに生じ難いカム角度で前記センサ本体に接近することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明に係るカム角センサにおいて、前記被検出部は、カムトルクの絶対値が最小となるカム角度で前記センサ本体に接近することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係るカム角センサにおいて、前記内燃機関が複数の気筒を有する多気筒内燃機関であり、前記被検出部は、各気筒についてバルブリフトが最大となるカム角度で前記センサ本体に接近することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１または第２の発明に係るカム角センサにおいて、前記内燃機関が複数の気筒を有する多気筒内燃機関であり、前記被検出部は、開弁途上にある気筒のバルブリフトと閉弁途上にある気筒のバルブリフトとが略同一となるカム角度で前記センサ本体に接近することを特徴とする。

第１の発明によれば、カムシャフトに位相振動が生じ難いカム角度で被検出部がセンサ本体に接近するため、可変動弁装置の作動時においてもカム角度の検出が高精度に行える。また、第２の発明によれば、カムトルクの値自体が小さいため、位相振動によるカムトルク変動が生じても、カムシャフト（シグナルロータ）の回転変動が小さく抑えられる。また、第３の発明によれば、カムトルクが略０となる最大リフト時にカム角信号が出力されるため、可変動弁装置の作動時においてもカム角度の検出が高精度に行える。また、第４の発明によれば、開弁途上にある気筒に対応するカムと閉弁途上にある気筒に対応するカムとに絶対値が等しい互いに逆方向の回転トルクが作用するため、カムトルクが略０となった時点でカム角信号が出力されるため、可変動弁装置の作動時においてもカム角度の検出が高精度に行える。

以下、図面を参照して、本発明に係るカム角センサの一実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態に係る自動車用エンジンの要部透視斜視図であり、図２は実施形態に係るカム角センサの要部透視斜視図であり、図３，図４は実施形態に係るシグナルロータとカムシャフトとの関係を示す模式図である。

≪実施形態の構成≫
＜全体構成＞
図１に示すエンジンＥ（カム位相可変型内燃機関）は、自動車に搭載されるＤＯＨＣ４バルブ型の４サイクル直列４気筒ガソリンエンジンであり、そのシリンダヘッド１に、各気筒２本ずつの吸気バルブ２および排気バルブ３、これら吸排気バルブ２，３を駆動する吸気カムシャフト４および排気カムシャフト５を備えている。両カムシャフト４，５は、クランクスプロケット６、カムチェーン７、吸気カムスプロケット８、排気カムスプロケット９を介して、クランクシャフト１０によって１／２の回転速度をもって回転駆動される。また、クランクシャフト１０は、コネクティングロッド１１を介してピストン１２に連結されるとともに、チェーン１３を介して斜め下方に設置されたオイルポンプ１４を駆動する。

シリンダヘッド１およびシリンダブロック１５には、オイルポンプ１４からの作動油（エンジンオイル）を後述するＶＴＣアクチュエータ２０，２１に供給するための油路１６が形成されている。また、シリンダヘッド１にはノーマルオープン型の電磁シャットバルブ１７が装着されており、この電磁シャットバルブ１７が作動することによって油路１６が遮断される。また、吸気カムシャフト４の後端には吸気側カム角センサ１８が設置され、排気カムシャフト５の後端には排気側カム角センサ１９が設置されている。

吸気カムシャフト４の前端には吸気側ＶＴＣアクチュエータ２０が取り付けられ、排気カムシャフト５の前端には排気側ＶＴＣアクチュエータ２１が取り付けられている。また、吸気カムシャフト４と吸気バルブ２との間には吸気側ＶＬＣ機構５０が介装され、排気カムシャフト５と排気バルブ３との間には排気側ＶＬＣ機構５１が介装されている。両ＶＴＣアクチュエータ２０，２１は、円筒状のハウジングにベーンロータを内装するとともに、進角／遅角／保持の作動切換を行うスプールバルブとを備えており、その作動によってカム位相を連続的に変化または保持させる。また、両ＶＬＣ機構５０，５１は、カムシャフトに形成された高速カムと低速カムとに対応する複数のロッカアームと、ロッカアーム間の連結状態を切り換える油圧駆動式の連結ピンとを備えており、その作動によってバルブリフトを高低２段階に切換える。

車室内には、各種センサ（両カム角センサ１８，１９、図示しないアクセルセンサ、吸気量センサ、クランク角センサ等）の出力情報に基づき、エンジンＥに付設された各種被制御装置（電磁シャットバルブ１７、両ＶＴＣアクチュエータ２０，２１、両ＶＬＣ機構５０，５１、図示しない燃料噴射弁や点火コイル等）の制御量を決定して駆動制御信号を出力するエンジンＥＣＵ５５が設置されている。

＜カム角センサ＞
図２に示すように、吸気側カム角センサ１８は、エンジンＥ（シリンダヘッド）に締結されたセンサハウジング６１と、吸気カムシャフト４の後端に締結／一体化されたシグナルロータ６２と、シグナルロータ６２の上端に対峙するかたちでセンサハウジング６１に取り付けられたピックアップコイル（センサ本体）６３とを有している。シグナルロータ６２の外周からは複数枚（本実施形態では、８枚）のパルサティース６４が等角度間隔（４５°間隔）で放射状に突設されており、吸気カムシャフト４の回転に伴ってこれらパルサティース６４がピックアップコイル６３に接近すると、エンジンＥＣＵ５５にカム角信号が出力される。なお、本実施形態の場合、排気側カム角センサ１９は、吸気側カム角センサ１８と同一品である。

＜カムシャフト＞
図３，図４に示すように、吸気カムシャフト４には、等角度間隔（９０°間隔）で高リフトカム７１と低リフトカム７２とが形成されている。両カム７１，７２は、吸気側ＶＬＣ機構５０が作動することによって一方が選択され、ロッカアーム７５のカムフォロア７５ａに転接して吸気バルブ２をリフトさせる。

＜パルサティース＞
各パルサティース６４は、図３に示すように、高リフトカム７１が最大リフト量をもって吸気バルブ２をリフトさせるカム角度でピックアップコイル６３に接近する一方、図４に示すように、開弁途上にある気筒（第１気筒）のバルブリフトと、閉弁途上にある気筒（第２気筒）のバルブリフトとが略同一となるカム角度でもピックアップコイル６３に接近する。

≪実施形態の作用≫
図５に示すように、高リフトカム７１が最大リフト量をもって吸気バルブ２をリフトさせるカム角度では、吸気カムシャフト４に作用するカムトルクが略０となり、吸気側ＶＴＣアクチュエータ２０の作動時に作動油の給排等に伴う位相振動が生じても、吸気カムシャフト４（すなわち、シグナルロータ６２）の回転変動が殆ど起こらなくなる。また、開弁途上にある第１気筒のバルブリフトと、閉弁途上にある第２気筒のバルブリフトとが略同一となるカム角度では、第１気筒側のカムに左方向の回転トルクが作用する一方、第２気筒側のカムに右方向の回転トルクが作用するが、絶対値が等しいことから両回転トルクが相殺されてカムトルクが略０となり、吸気側ＶＴＣアクチュエータ２０の作動時に作動油の給排等に伴う位相振動が生じても、シグナルロータ６２の回転変動が殆ど起こらなくなる。

本実施形態では、上述した構成を採ったことにより、吸気側カム角センサ１８におけるカム角度の検出精度が向上し、エンジンＥＣＵ５５による各種制御が円滑に行われるようになる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は本発明を直列４気筒ＤＯＨＣガソリンエンジンに適用したものであるが、ディーゼルエンジン等にも当然に適用可能である。また、上記実施形態では吸気側カム角センサについて言及したが、本発明は、排気側カム角センサに対しても当然に適用可能である。また、上記実施形態ではいずれかのバルブがリフトするカム角度でパルサティースがピックアップコイルに接近するものとしたが、カムシャフトに形成されるカムの数が少ないＶ型６気筒エンジン等では、いずれのバルブもリフトしないカム角度でパルサティースがピックアップコイルに接近するようにしてもよい。また、上記実施形態のカム角センサは電磁ピックアップ式のものであるが、ホール素子式のものや光電式のものを採用してもよい。その他、エンジンや可変動弁装置の具体的構成等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係るエンジンの要部透視斜視図である。実施形態に係るカム角センサの要部透視斜視図である。実施形態に係るシグナルロータとカムシャフトとの関係を示す模式図である。実施形態に係るシグナルロータとカムシャフトとの関係を示す模式図である。実施形態の作用を示すグラフである。

符号の説明

２吸気バルブ
４吸気カムシャフト
１８吸気側カム角センサ
２０吸気側ＶＴＣアクチュエータ（可変動弁装置）
５０吸気側ＶＬＣ機構（可変動弁装置）
６２シグナルロータ
６３ピックアップコイル（センサ本体）
６４パルサティース（被検出部）
７１高リフトカム
Ｅエンジン

Claims

可変動弁装置が搭載された内燃機関に設置され、カムシャフトと一体に回転するとともに複数の被検出部がその周上に設けられたシグナルロータと、前記被検出部の接近を検出してカム角信号を出力するセンサ本体とを有するカム角センサであって、
前記被検出部は、前記可変動弁装置の作動に伴う位相振動が前記カムシャフトに生じ難いカム角度で前記センサ本体に接近することを特徴とするカム角センサ。
前記被検出部は、カムトルクの絶対値が最小となるカム角度で前記センサ本体に接近することを特徴とする、請求項１に記載されたカム角センサ。
前記内燃機関が複数の気筒を有する多気筒内燃機関であり、
前記被検出部は、各気筒についてバルブリフトが最大となるカム角度で前記センサ本体に接近することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載されたカム角センサ。
前記内燃機関が複数の気筒を有する多気筒内燃機関であり、
前記被検出部は、開弁途上にある気筒のバルブリフトと閉弁途上にある気筒のバルブリフトとが略同一となるカム角度で前記センサ本体に接近することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載されたカム角センサ。