JP2011021572A - Variable cam phase type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カム位相が連続的に可変制御されるカム位相可変型内燃機関に係り、詳しくは、VTCアクチュエータの制御精度の向上等を実現する技術に関する。 The present invention relates to a cam phase variable internal combustion engine in which a cam phase is continuously variably controlled, and more particularly to a technique for improving control accuracy of a VTC actuator.
4サイクルエンジン(以下、単にエンジンと記す)では、出力および燃費の向上や有害排出ガス成分の低減を図るべく、種々の可変動弁機構を搭載したものが多くなっている。可変動弁機構としては、従来より存在する複数のカム(例えば、低速型カムおよび高速型カム)を切り換えるものに代わり、近年ではカム位相とバルブリフトとを個別に可変制御するものが主流となってきている。カム位相の可変制御に供され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)は、カムシャフトの先端に取り付けられるベーン式のVTCアクチュエータ、VTCアクチュエータの軸心に配設されて油圧回路の切り換えを行うスプールバルブ、スプールバルブのスプールを軸方向に駆動するリニアソレノイド等から構成されている(特許文献1参照)。 Many 4-cycle engines (hereinafter simply referred to as engines) are equipped with various variable valve mechanisms in order to improve output and fuel consumption and reduce harmful exhaust gas components. In recent years, variable valve mechanisms have been mainly used in which the cam phase and the valve lift are variably controlled in place of the conventional switching of a plurality of cams (for example, a low speed cam and a high speed cam). It is coming. A valve timing control device (Variable Timing Control device: hereinafter referred to as VTC) used for variable control of a cam phase is disposed on the axis of a vane-type VTC actuator or VTC actuator attached to the tip of a camshaft. A spool valve that switches a hydraulic circuit, a linear solenoid that drives the spool of the spool valve in the axial direction, and the like (see Patent Document 1).
VTC搭載エンジンでは、カム位相のフィードバック制御を行うべく、カムシャフトの実角度(カム角)をカム角センサによってリアルタイムに検出する必要がある。カム角センサとしては、外周に複数の歯(パルサティース)を有するパルサロータをカムシャフトの後端に締結/一体化するとともに、パルサロータの近傍にセンサ本体(ピックアップコイル等)を設置したものが公知となっている(特許文献2参照)。なお、吸排気カムシャフトのどちらか一方にのみVTCアクチュエータが装着されたエンジンでは、固定側(カム位相の可変制御が行われない側)のカムシャフトの後端にTDC(Top Dead Center:上死点)センサが取り付けられることが多い。 In a VTC-equipped engine, it is necessary to detect the actual camshaft angle (cam angle) in real time by a cam angle sensor in order to perform feedback control of the cam phase. As a cam angle sensor, a pulsar rotor having a plurality of teeth (pulsar teeth) on the outer periphery is fastened / integrated to the rear end of the camshaft, and a sensor body (pickup coil or the like) is installed in the vicinity of the pulsar rotor. (See Patent Document 2). In an engine in which a VTC actuator is mounted on only one of the intake and exhaust camshafts, a TDC (Top Dead Center: top dead center) is provided at the rear end of the fixed (the cam phase is not controlled) camshaft. Point) A sensor is often attached.
VTC搭載エンジンでは、VTCアクチュエータがカムシャフトの先端に締結される一方、リニアソレノイドはエンジン本体(シリンダヘッド等)に装着される。したがって、VTCの制御精度を高めるためには、リニアソレノイド(ロッド端部)とVTCアクチュエータ(スプールバルブのスプール端部)との相対距離を高精度に規制する必要がある。なお、リニアソレノイドの作動ストロークは一般に3mm程度であり、各部材の加工公差および組立公差の集積が0.5mm程度である。そのため、リニアソレノイドとVTCアクチュエータとの相対距離が全く変化しない場合においても、位相制御に用いることができる作動ストロークは2.5mmとなり、この作動ストローク範囲でカム位相および位相変換速度の調整が行われる。 In a VTC-equipped engine, the VTC actuator is fastened to the tip of the camshaft, while the linear solenoid is mounted on the engine body (cylinder head or the like). Therefore, in order to increase the control accuracy of the VTC, it is necessary to regulate the relative distance between the linear solenoid (rod end) and the VTC actuator (spool end of the spool valve) with high accuracy. The operation stroke of the linear solenoid is generally about 3 mm, and the accumulation of machining tolerances and assembly tolerances of each member is about 0.5 mm. Therefore, even when the relative distance between the linear solenoid and the VTC actuator does not change at all, the operating stroke that can be used for phase control is 2.5 mm, and the cam phase and the phase conversion speed are adjusted within this operating stroke range. .
ところが、従来のVTC搭載エンジンの場合、図5に示すように、カムシャフト4は、そのスラスト方向の規制が後端に取り付けられたカム角センサのパルサロータ80によってなされるため、エンジンの暖機に伴う温度上昇によってVTCアクチュエータ21が軸方向に比較的大きく移動する。例えば、アルミニウム合金製のシリンダヘッド1に鋳鋼製のカムシャフト4が保持されている場合、パルサロータ80からVTCアクチュエータ21の先端までの距離L1を435mm、パルサロータ80からリニアソレノイド31の中心点までの距離L2を450mmとすると、約100℃の温度上昇が起こると線膨張率の相違(カムシャフト4の線膨張率がシリンダヘッド1の線膨張率より小さいこと)によってリニアソレノイド31とVTCアクチュエータ21との相対距離が0.5mm程度増大する。その結果、リニアソレノイド31のロッド端部とスプールバルブのスプール端部との相対距離がその分だけ増大し、上述した例の場合には、位相制御が2.0mmの作動ストロークで行われることになり、制御分解能(リニアソレノイド31のストローク量に対するVTCアクチュエータ21の作動速度の変化幅)が低下して無視し得ない制御精度の悪化が生じてしまう。
However, in the case of a conventional VTC-equipped engine, as shown in FIG. 5, the camshaft 4 is regulated by a
一方、図5に示すように、従来のVTCアクチュエータ21は、カムシャフト4の先端に形成されたVTC取付フランジ41に締結されており、前端側カムホルダ50から作動油の供給を受ける構造となっている。そのため、上述したVTC取付フランジ41の軸方向での相対変位が生じた場合、前端側カムホルダ50に形成された作動油供給溝とカムシャフト4のジャーナルに形成された作動油導入孔との間にずれが生じ、VTCアクチュエータ21への作動油供給量が低下して制御性が悪化する虞があった。また、前述したTDCセンサのパルサロータは、カムシャフトの後端に締結/一体化されているため、検出精度を高めるべく大径のものを採用するとシリンダヘッドやカムカバーの外郭が大きくなってしまう等の問題があった。
On the other hand, as shown in FIG. 5, the
本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、VTCアクチュエータの制御精度の向上等を実現したカム位相可変型内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a variable cam phase internal combustion engine that realizes improvement in control accuracy of a VTC actuator.
第1の発明は、複数のカムホルダによって回転自在に支持されるとともに、VTC取付フランジがその一端に形成されたカムシャフトと、前記VTC取付フランジに締結されるとともに、カム位相の可変制御に供されるVTCアクチュエータとを備えたカム位相可変型内燃機関であって、前記カムシャフトには、前記VTC取付フランジに対して軸方向に所定の間隔をもってスラストフランジが設けられ、前記VTC取付フランジと前記VTCアクチュエータとのうち少なくとも一方と、前記スラストフランジとには、当該VTCアクチュエータに最も近いカムホルダの軸方向端面に摺接するスラスト面がそれぞれ形成されたことを特徴とする。 The first invention is rotatably supported by a plurality of cam holders, a VTC mounting flange is fastened to one end of the camshaft, and the VTC mounting flange is used for variable control of the cam phase. A cam phase variable internal combustion engine having a VTC actuator, wherein the camshaft is provided with a thrust flange in the axial direction with respect to the VTC mounting flange, and the VTC mounting flange and the VTC. At least one of the actuators and the thrust flange are each formed with a thrust surface slidably contacting the axial end surface of the cam holder closest to the VTC actuator.
また、第2の発明は、第1の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記VTCアクチュエータが円筒状のハウジングを有し、当該ハウジングの外周にTDCセンサのパルサロータが形成されたことを特徴とする。 According to a second invention, in the cam phase variable internal combustion engine according to the first invention, the VTC actuator has a cylindrical housing, and a pulsar rotor of a TDC sensor is formed on an outer periphery of the housing. And
第1の発明によれば、カムシャフトのスラスト方向の規制がVTCアクチュエータの直近で行われるため、エンジンの温度変化によるVTCアクチュエータの軸方向移動が抑制され、シリンダヘッドに取り付けられたリニアソレノイドによってVTCアクチュエータが駆動される場合においても、リニアソレノイドとVTCアクチュエータとの相対距離の変化に起因する制御精度の低下が生じにくくなる。また、第2の発明によれば、TDCセンサのパルサロータをカムカバーの大型化等を招くことなく大径化でき、TDC検出精度の向上が実現される。また、ハウジングの外周からパルサロータのティースを突出させるようにすれば、独立したパルサロータが不要となって部品点数等の削減を実現できる。 According to the first invention, since the camshaft thrust direction is regulated in the immediate vicinity of the VTC actuator, the axial movement of the VTC actuator due to the temperature change of the engine is suppressed, and the VTC is controlled by the linear solenoid attached to the cylinder head. Even when the actuator is driven, it is difficult for the control accuracy to decrease due to a change in the relative distance between the linear solenoid and the VTC actuator. Further, according to the second invention, the diameter of the pulsar rotor of the TDC sensor can be increased without causing an increase in the size of the cam cover, and the TDC detection accuracy can be improved. Further, if the teeth of the pulsar rotor are protruded from the outer periphery of the housing, an independent pulsar rotor is unnecessary, and the number of parts can be reduced.
以下、図面を参照して、本発明に係るカム位相可変型内燃機関のいくつかの実施形態を詳細に説明する。 Several embodiments of a cam phase variable internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[実施形態]
≪実施形態の構成≫
<全体構成>
図1に示すエンジン(カム位相可変型内燃機関)E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。また、吸気カムシャフト4の前端にはVTCアクチュエータ21が取り付けられ、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VTCアクチュエータ21に供給するための作動油供給油路16が形成されている。
[Embodiment]
<< Configuration of Embodiment >>
<Overall configuration>
An engine (cam phase variable internal combustion engine) E shown in FIG. 1 is a DOHC 4-valve four-cycle in-line four-cylinder gasoline engine mounted on an automobile. An
クランクスプロケット6の近傍にはクランクシャフト10の回転角度を検出するクランク角センサ17が設置され、吸気カムシャフト4の後端にはカム位相を検出するカム角センサ18が設置され、VTCアクチュエータ21の後部には各気筒の上死点を検出するTDCセンサ19が設置されている。これらセンサ17〜19は他の多くのセンサ(吸気温センサや水温センサ、アクセルセンサ等)とともにエンジンECUに接続されており、エンジンECUは、これらの検出信号(運転情報)に基づいて運転制御量(燃料噴射量や点火時期、吸気側カム位相等)を設定し、燃料噴射弁や点火装置、VTCアクチュエータ21等を駆動制御する。
A
<VTCアクチュエータ>
図2に示すように、VTCアクチュエータ21は、外周に吸気カムスプロケット8が形成されたハウジング22、ハウジング22内に回転自在に保持されるとともに吸気カムシャフト4の前端にその後面が締結されるロータ23、ハウジング22の前面を覆うフロントプレート24、ハウジング22の後面を覆うバックプレート25、フロントプレート24の内周側に配置されたリードバルブ26、リードバルブ26をロータ23に固定するリードバルブカバー27、ハウジング22とロータ23とを進角方向に相対回動させるバイアススプリング28、軸心に設置されたスプールバルブ29、エンジンECUによって制御されることによってスプールバルブ29を駆動するリニアソレノイド31、ロータ23に保持されたロックピン33、ロックピン33をバックプレート25側に付勢するロックピンスプリング34、ロータ23に保持されたバイパスバルブ36、バイパスバルブ36をバックプレート25側に付勢するバイパスバルブスプリング37等を構成要素としている。なお、スプールバルブ29は、吸気カムシャフト4やロータ23の軸心に保持されたバルブスリーブ38と、バルブスリーブ38に摺動自在に内嵌したスプール39と、スプール39をリニアソレノイド31側に付勢するリターンスプリング40とから構成されている。
<VTC actuator>
As shown in FIG. 2, the
<吸気カムシャフトおよびカムホルダ>
図3,図4に示すように、吸気カムシャフト4は、VTCアクチュエータ21が締結されるVTC取付フランジ41と、VTC取付フランジ41に軸方向に所定の間隔をもって対峙するスラストフランジ42と、VTC取付フランジ41とスラストフランジ42との間に形成された前端側ジャーナル43とを有している。前端側ジャーナル43には、VTCアクチュエータ21のスプールバルブ29に作動油を導入するための作動油導入孔44が穿設されている。
<Intake camshaft and cam holder>
As shown in FIGS. 3 and 4, the intake camshaft 4 includes a
シリンダヘッド1の前端側には、吸気カムシャフト4の前端側ジャーナル43を回転自在に支持すべく、第1カムホルダ50(第1ロアカムホルダ51および第1アッパカムホルダ52)が締結されている。第1ロアカムホルダ51および第1アッパカムホルダ52の軸受面61,62には前後一対の作動油供給溝63,64が形成されており、これら作動油供給溝63,64から供給された作動油が前端側ジャーナル43の作動油導入孔44を介してVTCアクチュエータ21に導入される。
A first cam holder 50 (a first
吸気カムシャフト4は、その前端側ジャーナル43が第1カムホルダ50の軸受面61,62によって回転自在に支持されるとともに、VTC取付フランジ41の後端面およびスラストフランジ42の前端面が第1カムホルダ50の軸方向端面に摺接している。なお、本実施形態の場合、バックプレート25の後端面も、VTC取付フランジ41の後端面と同様に、第1カムホルダ50の前端面に摺接している。
The intake camshaft 4 has a
<TDCセンサ>
TDCセンサ19は、バックプレート25の外周に突設された5つのパルサティース(4つの上死点判別用パルサティース71と1つの気筒判別用パルサティース72)と、これらパルサティース71,72に近接配置されるセンサ本体73とから構成されている。なお、本実施形態ではバックプレート25にパルサティース71,72を一体的に形成する(すなわち、バックプレート25にTDCセンサ19のパルサロータを兼ねさせる)ようにしたが、パルサティースが外周に突設された環状のパルサロータをハウジング22やバックプレート25に締結あるいは圧入するようにしてもよい。
<TDC sensor>
The
≪実施形態の作用≫
エンジンEが始動されると、エンジンECUは、前述したように、各種運転情報に基づいてエンジンEの各種運転制御量を設定し、燃料噴射弁や点火装置、VTCアクチュエータ21等を駆動制御する。この際、エンジンECUは、クランク角センサ17およびTDCセンサ19の検出信号を用いて燃料噴射時期や点火時期をフィードバック制御する一方、クランク角センサ17およびカム角センサ18の検出信号を用いて吸気カムシャフト4のカム位相をフィードバック制御する
<< Operation of Embodiment >>
When the engine E is started, the engine ECU sets various operation control amounts of the engine E based on various operation information as described above, and drives and controls the fuel injection valve, the ignition device, the
暖機が進行してエンジンEの温度が上昇すると、シリンダヘッド1は、吸気カムシャフト4に較べて大きな線膨張率をもって膨張する。ところが、本実施形態の場合、吸気カムシャフト4は、第1カムホルダ50の軸方向端面に対してVTC取付フランジ41の後端面およびスラストフランジ42の前端面をもって摺接している(すなわち、VTCアクチュエータ21の直近の第1カムホルダ50によってスラスト方向で保持されている)。
As the warm-up proceeds and the temperature of the engine E rises, the
そのため、第1カムホルダ50からVTCアクチュエータ21の先端までの距離L3を36mm、第1カムホルダ50からリニアソレノイド31の中心点までの距離L4を50mmとすると、約100℃の温度上昇が起こってもリニアソレノイド31とVTCアクチュエータ21との相対距離は0.07mm程度しか増大しない。これにより、リニアソレノイド31の作動ストロークが3mm、各部材の加工公差および組立公差の集積が0.5mmとすると、位相制御に用いることができる作動ストロークが2.43mm確保でき、前述した従来装置に較べて制御分解能が2割程度向上する。
Therefore, if the distance L3 from the
また、吸気カムシャフト4と第1カムホルダ50とのスラスト方向での相対変位が少なくなるため、第1アッパカムホルダ52側の作動油供給溝63,64と吸気カムシャフト4側の作動油導入孔44とのずれが小さくなり、従来装置で問題となっていたVTCアクチュエータ21への作動油供給量の低下に起因する制御性の悪化が起こり難くなる。
Further, since the relative displacement in the thrust direction between the intake camshaft 4 and the
一方、本実施形態では、VTCアクチュエータ21のバックプレート25にTDCセンサ19のパルサティース71,72が突設されているため、シリンダヘッド1やカムカバー(図示せず)の外郭を大きくすることなくTDCの検出精度の向上を図ることが可能になるとともに、部品点数の削減を実現できる(独立したパルサロータが不要となる)。
On the other hand, in this embodiment, since the
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、上記実施形態では第1カムホルダの前端面にVTC取付フランジとバックプレートとの後端面が摺接するが、VTC取付フランジとバックプレートとのどちらか一方の後端面が第1カムホルダの前端面に摺接するようにしてもよい。また、上記実施形態で吸気カムシャフト側にVTCアクチュエータを備えたものに言及したが、排気カムシャフト側にVTCアクチュエータを備えたカム位相可変型内燃機関に適用してもよい。その他、エンジンやVTCアクチュエータ等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。 Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, although the above embodiment is an application of the present invention to an in-line four-cylinder DOHC gasoline engine, it can naturally be applied to a diesel engine or the like. In the above embodiment, the rear end surface of the VTC mounting flange and the back plate is in sliding contact with the front end surface of the first cam holder. However, the rear end surface of either the VTC mounting flange or the back plate is in contact with the front end surface of the first cam holder. You may make it slidably contact. In the above embodiment, the intake camshaft is provided with the VTC actuator. However, the present invention may be applied to a cam phase variable internal combustion engine having the exhaust camshaft with the VTC actuator. In addition, the specific configuration of the engine, the VTC actuator, and the like can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention.
1 シリンダヘッド
4 吸気カムシャフト
19 TDCセンサ
21 VTCアクチュエータ
25 バックプレート
31 リニアソレノイド
41 VTC取付フランジ
42 スラストフランジ
43 前端側ジャーナル
50 第1カムホルダ
71,72 パルサティース
73 センサ本体
E エンジン
1 Cylinder Head 4
Claims (2)
前記VTC取付フランジに締結されるとともに、カム位相の可変制御に供されるVTCアクチュエータと
を備えたカム位相可変型内燃機関であって、
前記カムシャフトには、前記VTC取付フランジに対して軸方向に所定の間隔をもってスラストフランジが設けられ、
前記VTC取付フランジと前記VTCアクチュエータとのうち少なくとも一方と、前記スラストフランジとには、当該VTCアクチュエータに最も近いカムホルダの軸方向端面に摺接するスラスト面がそれぞれ形成されたことを特徴とするカム位相可変型内燃機関。 A camshaft rotatably supported by a plurality of cam holders and having a VTC mounting flange formed at one end thereof;
A cam phase variable internal combustion engine that is fastened to the VTC mounting flange and includes a VTC actuator that is used for variable control of the cam phase,
The camshaft is provided with a thrust flange at a predetermined interval in the axial direction with respect to the VTC mounting flange,
A cam phase characterized in that at least one of the VTC mounting flange and the VTC actuator, and the thrust flange are formed with a thrust surface slidably contacting the axial end surface of the cam holder closest to the VTC actuator. Variable internal combustion engine.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009168956A JP2011021572A (en) | 2009-07-17 | 2009-07-17 | Variable cam phase type internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015161245A (en) * | 2014-02-27 | 2015-09-07 | 大豊工業株式会社 | Bearing structure for internal combustion engine |
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2009
- 2009-07-17 JP JP2009168956A patent/JP2011021572A/en active Pending
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