JP5910474B2 - 内燃機関のチェーンテンション制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のチェーンテンション制御装置、特にチェーンテンショナが装着された内燃機関のクランク軸とカム軸の間のチェーンに作用する張力（以下、テンションという）を制御する内燃機関のチェーンテンション制御装置に関する。

内燃機関において、クランク軸から動弁機構のカム軸に回転動力を伝達する無端伝動要素としてのチェーンには、緩みなく正確なタイミングで回転伝動することが要求される。そこで、内燃機関の温度変化や回転速度の変動によるチェーンのテンションの変化、あるいは経年変化によるテンションの低下を吸収し、そのチェーンのテンションを適正範囲内に保つチェーンテンショナが使用されている。

従来のチェーンテンショナとしては、例えばテンショナハウジングとプランジャの間の高圧室内に筒体を設けることにより、テンショナハウジング側のオイル供給口から逆止弁を介して高圧室内に導入されるオイルが筒体により高圧室内の先端側に導かれるようにして、高圧室内のエアの排出を促進できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−０９６３３９号公報

しかしながら、上述の従来のチェーンテンショナは、高圧の油圧室内のオイルをプランジャとテンショナハウジングの間の隙間等から所定流量でリークさせる構成であった。そのため、チェーンテンショナにチェーンからの大きな荷重が掛かった状態で内燃機関が停止すると、高圧部のオイルが徐々に外部に漏れ出たり、高圧室内にエアが溜まってしまったりする場合があった。

そのような場合、チェーンテンショナを備えた内燃機関が長時間放置された後に再始動されるような始動時において、チェーンテンショナからの正常な油圧反力が得られず、チェーンがばたついて異音を発生したり、プランジャが過度に後退してチェーンの歯飛びが生じたりする可能性があった。

あるいは、そのような始動時の異音やチェーンの歯飛びを抑えるために、チェーンからの荷重によるプランジャの後退量を制限するラチェット機構（バックストラップ機構）を設けたり、高圧室内へのエアの侵入量を抑える多孔性の樹脂バーを設けたりする必要があり、コスト高となっていた。

そこで、本発明は、ラチェット機構や樹脂バー等といったオイル漏れ対策部品を削減可能にしてチェーンテンショナのコスト低減を図るとともに、そのチェーンテンショナを装備した内燃機関の始動時の異音や歯飛びの発生を的確に防止することのできる内燃機関のチェーンテンション制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関のチェーンテンション制御装置は、上記目的達成のため、（１）クランク軸とカム軸の間で回転伝動する無端のチェーンと、該チェーンに作用するテンションを調節するチェーンテンショナと、を備えた内燃機関のチェーンテンション制御装置であって、前記チェーンテンショナが、前記テンションに応じた荷重が掛かるプランジャと、前記プランジャを摺動可能に保持するとともに、内部に前記荷重に対抗する油圧反力を発生させる油圧室を画成するテンショナハウジングと、前記荷重に対抗する方向の付勢力を前記プランジャに加える付勢機構と、前記油圧室内の油圧と該油圧室にオイルを補給可能なオイル補給通路内の油圧との差圧に応じて開閉動作し、前記油圧室をオイル補給通路に接続する開弁状態と前記油圧室を前記オイル補給通路から遮断する閉弁状態とに切り替わる逆止弁と、を含んで構成され、前記逆止弁が、前記油圧室内の油圧が前記オイル補給通路内の油圧より高いときに前記差圧に応じた閉弁方向の付勢力を前記プランジャに加えつつ閉弁する一方、前記油圧室内の前記油圧が前記オイル補給通路内の油圧より低いときに開弁して前記油圧室を前記オイル補給通路に接続するように構成され、前記内燃機関には、前記クランク軸および前記カム軸のうちいずれかの回転停止角度位置を該回転停止角度位置に応じて変化する前記荷重が低荷重側となる特定の停止角度領域内に制御する停止角度制御機構が付設されていることを特徴とする。

この構成により、本発明では、チェーンテンショナ内で油圧反力を発生させる油圧室がテンショナハウジングの内奥側（プランジャ摺動穴の内奥側）に位置することになり、油圧室とオイル補給通路を接続可能な逆止弁が油圧室に対しプランジャ側に位置することになるから、油圧室内にエアが入り難くなる。しかも、内燃機関の運転停止時にチェーンからチェーンテンショナに掛かる荷重が低荷重側となるよう、クランク軸もしくはカム軸の回転停止角度が特定の停止角度領域内に制御されることから、プランジャに掛かる荷重によって油圧室内のオイルが漏れ出ることが有効に抑制される。したがって、オイル漏れ対策部品の削減が可能になることでチェーンテンショナのコストが低減されるとともに、チェーンテンショナを装備した内燃機関の始動時の異音や歯飛びの発生が的確に防止されることになる。

本発明の内燃機関のチェーンテンション制御装置においては、（２）前記停止角度制御機構は、前記内燃機関の前記クランク軸の回転停止角度位置を前記特定の停止角度領域内に制御するものであるのがよい。

この構成により、既存のクランク角センサの検出情報を基に、クランク軸の回転停止角度を特定の停止角度領域内に精度良く制御可能となる。

上記（２）の構成を有する内燃機関のチェーンテンション制御装置においては、（３）前記停止角度制御機構は、前記内燃機関に接続する補機側から前記クランク軸に作用する負荷トルクを可変制御するものであるのがよい。

この場合、補機の負荷トルク調整により、内燃機関の運転停止時にチェーンからチェーンテンショナに掛かる荷重を低荷重側に容易にかつ精度良く制御できるとともに、補機負荷トルクによってクランク軸の回転停止角度位置を制御する既存の停止制御機構を利用することも可能になる。

本発明の内燃機関のチェーンテンション制御装置においては、（４）前記逆止弁は、前記オイル補給通路の一部を形成するよう前記プランジャに設けられた弁座と、前記油圧室内に前記弁座に着座可能に配置されるとともに前記弁座からの離間距離が制限されるよう前記プランジャに保持された逆止弁体と、を有していてもよい。

この場合、プランジャにオイル補給通路の一部が形成されることになり、仮にオイル補給通路内にエアが混入しても、高圧の油圧室を通らないエア抜き経路を容易に確保可能となる。また、チェーンからの荷重が作用するプランジャの外端部が油圧反力を受ける内端部より鉛直上方側に位置する一般的な配置形態において、高圧となる油圧室内にエアが入り難くなる。

上記（４）の構成を有する内燃機関のチェーンテンション制御装置においては、（５）前記プランジャの内部に、前記オイル補給通路の一部を形成しつつ前記オイルを貯留する低圧室が形成されており、前記プランジャに前記テンションに応じた荷重が掛かるとき、前記油圧室と前記低圧室とが前記逆止弁によって遮断されてもよい。

この場合、プランジャに対しチェーンテンションに応じた荷重が掛からないとき、低圧室内にエアが入ったとしても、そのエアは低圧室内の最上部に移動することになり、付勢手段の作用により逆止弁が開弁した状態下で、油圧室内にエアを混入させることなくオイルが補給されることになる。一方、プランジャに対しチェーンテンションに応じた荷重が掛かって油圧室内の油圧が立ち上がり始めると、逆止弁が閉弁して油圧室がオイル補給通路側から遮断され、油圧室内の油圧がチェーンテンションに応じた高圧に迅速に到達することになる。

本発明の内燃機関のチェーンテンション制御装置においては、（６）前記付勢機構が、前記プランジャと前記テンショナハウジングの間に介装され、前記プランジャを前記荷重に対抗する方向に常時付勢する弾性部材によって構成されていてもよい。

この場合、簡素な付勢機構を構成できるとともに、弾性部材を予めプランジャに保持させた状態でプランジャをテンショナハウジングに組み込むことができ、組み立ても容易化できる。

本発明によれば、油圧反力を生じる油圧室をテンショナハウジングの内奥側に位置させてプランジャ側からのオイルの補給を可能にするとともに、内燃機関の運転停止時にチェーンからチェーンテンショナに掛かる荷重を低荷重側に制御するので、プランジャに掛かる荷重によって油圧室内のオイルが漏れ出たり油圧室内にエアが入ったりすることを有効に抑制することができる。その結果、オイル漏れ対策部品の削減を可能にしてチェーンテンショナのコスト低減を図るとともに、そのチェーンテンショナを装備した内燃機関の始動時の異音や歯飛びの発生を的確に防止することができる内燃機関のチェーンテンション制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関とそのチェーンテンション制御装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関のクランク軸からカム軸への減速回転伝動用のチェーンとそのテンション調節用のチェーンテンショナとの配置の説明図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関のチェーンテンション制御装置におけるチェーンテンショナの正面断面図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関のチェーンテンション制御装置における内燃機関の停止制御の概略手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る内燃機関におけるクランク軸の回転に対するカムトルクの変動傾向を示すグラフであり、縦軸はカムトルク、横軸はクランク角である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関におけるクランク軸の回転に対するチェーンテンションおよびカムトルクの変動値の測定結果を示すグラフであり、縦軸はチェーンテンションおよびカムトルク、横軸はクランク角である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関におけるピストン位置とチェーンテンションの低減期間との関係を示すグラフであり、縦軸はピストン位置、横軸はクランク角である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関のバルブカム軸の回転に対するバルブリフトおよびバルブカム軸のトルクの変化の関係を示すグラフであり、縦軸はバルブリフトおよびカムトルク、横軸はカム軸回転角である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（一実施形態）
図１ないし図３は、本発明の一実施形態に係る内燃機関のチェーンテンション制御装置の構成を示すものであり、図４ないし図８は、その内燃機関およびテンション制御装置の動作を説明するものである。

まず、構成について説明する。

本実施形態の内燃機関のチェーンテンション制御装置は、多気筒の内燃機関に適用するものであり、図１および図２に示すように、エンジン１０に装備されている。

エンジン１０は、火花点火式の直列４気筒エンジンによって構成されている。このエンジン１０は、複数の気筒１１を形成する機関本体１２と、複数の気筒１１内に摺動可能に設けられるとともに燃焼室１３を形成する複数のピストン１４と、これら複数のピストン１４がコネクティングロッド１５を介して連結されたクランク軸１６とを備えている。

また、エンジン１０は、燃焼室１３の上部側に開閉動作可能に配置された吸気弁１７および排気弁１８と、燃焼室１３内の圧縮された混合ガスに火花を放つよう点火時期が制御される点火プラグ１９と、吸気弁１７および排気弁１８をクランク軸１６の回転に伴うピストン１４のストローク位置に応じて開閉動作させる動弁機構２０と、を有している。

動弁機構２０は、例えば、クランク軸１６の回転速度［ｒｐｍ］の１／２の回転速度で回転するようクランク軸１６に無端伝動要素であるチェーン６１を介して回転伝動可能に連結された吸気側のカム軸２１および排気側のカム軸２２と、吸気側のカム軸２１および排気側のカム軸２２の回転に伴うリフト変化に応じて吸気弁１７および排気弁１８を開弁方向および閉弁方向に駆動する図示しないロッカーアームおよびバルブスプリング等を含んで構成されている。

各気筒１１の吸気ポート部分１１ａにはインジェクタ２３（燃料噴射弁）が装着されており、複数の気筒１１に対応する複数のインジェクタ２３は、それぞれデリバリパイプ２４に接続されている。このデリバリパイプ２４には、図外の燃料タンク内の燃料が燃料ポンプによりプレッシャレギュレータを介して供給されるようになっている。

各気筒１１の吸気ポート部分１１ａに接続する吸気管２６には、吸気脈動や吸気干渉を抑える所定の容積を有するサージタンク２６ａが設けられているとともに、上流側の図示しないエアクリーナの近傍で吸入空気量を検出するエアフローメータ２７と、エアフローメータ２７とサージタンク２６ａの間に位置するスロットルバルブ２９とが、それぞれ装着されている。

また、各気筒１１の排気ポート部分１１ｂに接続する排気管３１には、三元触媒からなる排気浄化用の触媒装置３２と、この触媒装置３２の近傍、例えば触媒装置３２より上流側の排気通路中で排気空燃比を検出する限界電流形のＡ／Ｆセンサ３３（空燃比センサ）とが装着されている。

さらに、エンジン１０には、クランク軸１６の基準クランク角度位置からの回転角度であるクランク角を検出するクランク角センサ４１と、吸気側のカム軸２１および排気側のカム軸２２の基準カム角度位置からの回転角度であるカム角を検出する吸気側および排気側のカム角センサ４２，４３とが装着されている。

クランク角センサ４１は、クランク軸１６に一体回転可能に設けられたクランク角検出用ロータ４１ａと、その近傍に配設された電磁ピックアップ４１ｂとによって構成されている。

クランク角検出用ロータ４１ａの外周には、複数の歯（符号無し）が所定の角度ピッチ（例えば１０°ＣＡ（クランク角）毎）で形成されるとともに、その外周の特定箇所に複数歯分（例えば３０°ＣＡ分）の欠歯部が設けられている。また、電磁ピックアップ４１ｂは、クランク角検出用ロータ４１ａの外周の歯が近傍を通過する度に電圧パルスを発生するようになっており、その電圧パルスの発生間隔および発生個数をモニタすることで、クランク軸１６の回転位相（回転角度位置）を検出できるようになっている。

吸気側および排気側のカム角センサ４２，４３は、カム角検出用ロータ４２ａ，４３ａと、電磁ピックアップ４２ｂ，４３ｂとによって構成されている。カム角検出用ロータ４２ａは、吸気側のカム軸２１に一体回転可能に取り付けられており、カム角検出用ロータ４３ａは、排気側のカム軸２２に一体回転可能に取り付けられている。各カム角検出用ロータ４２ａ，４３ａは、例えば回転軸心回りの角度区間によって歯形が異なるとともにそのうちの１区間において欠歯している。

また、各電磁ピックアップ４２ｂ，４３ｂは、対応するカム角検出用ロータ４２ａまたは４３ａの外周の歯が近傍を通過する（歯の近接状態が切り替わる）毎に、電磁誘導作用により電圧が正負に変化するカム角検出信号を発生するようになっている。

そして、ＥＣＵ５０は、このカム角センサ４２の検出信号の正負の変化に応じてオン、オフが切り替わるカム信号を生成し、クランク角センサ４１からの最初の欠歯信号の入力が確認された時点においてカム信号がオンとなっていれば、ＴＤＣ信号の出力時に第１気筒が圧縮上死点にあり、その時点においてカム信号がオフとなっていれば、ＴＤＣ信号の出力時に第１気筒は排気上死点にあるとして、気筒判別できるようになっている。なお、このような気筒判別処理自体は、例えば特開２００４−２３９１８０号公報に記載されるものと同様である。

エンジン１０には、また、複数の気筒１１に対応する複数の点火プラグ１９を点火駆動する点火駆動回路４６と、複数の気筒１１に対応する複数のインジェクタ２３を開弁駆動する噴射駆動回路４７とが配線接続されるとともに、インジェクタ２３に燃料を供給する前記燃料ポンプ等が配管接続されている。また、クランク軸１６には、発電機であるオルタネータ４８が無端伝動ベルト４９を介して連結されている。

ここで、点火駆動回路４６は、エンジン１０を電子制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）５０からの指令点火時期制御信号に応じて複数の点火プラグ１９を所定の順序（例えば、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順）で点火駆動することができる。

噴射駆動回路４７は、ＥＣＵ５０からの噴射制御信号（指令噴射時間）に応じて複数のインジェクタ２３を順次その指令噴射時間に応じた開度（デューティ比）で開弁駆動することができるようになっている。

オルタネータ４８は、図示しないバッテリに接続されるとともに、エンジン１０を搭載する車両に装備される各種電気負荷にも接続されており、各種電気負荷の負荷量より発電量が多いときにはバッテリに充電する一方、各種電気負荷の負荷量より発電量が少ないときにはバッテリに放電させる機能を有している。

このオルタネータ４８には、ボルテージレギュレータ４８ｒ（電圧調整器）が装着されている。ボルテージレギュレータ４８ｒは、オルタネータ４８の出力電圧やバッテリ端子電圧に応じてオルタネータ４８の界磁電流を制御することで、オルタネータ４８に各種電気負荷の負荷量に応じた電力を供給させたり、バッテリに必要な充電を実行させたりする機能を有している。このボルテージレギュレータ４８ｒは、ＥＣＵ５０からの発電電圧制御信号に応じてその電圧調整レベルを可変設定することができるようになっている。

ＥＣＵ５０は、エアフローメータ２７、空燃比センサ３３、クランク角センサ４１およびカム角センサ４２，４３からセンサ情報に加え、図示しない水温センサ、アクセル開度センサ、車速センサ、ブレーキスイッチ等の各種センサ情報に基づいて、エンジン１０を電子制御するようになっている。

このＥＣＵ５０は、具体的なハードウェア構成を図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）に加えて不揮発メモリ等のバックアップ用メモリを含んでおり、さらに、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路と、ドライバやリレースイッチを含む出力インターフェース回路と、他の車載ＥＣＵとの通信インターフェース等を含んで構成されている。

ここで、ＥＣＵ５０の入力インターフェース回路には、クランク角センサ４１やカム角センサ４２，４３の検出信号を取込んでそれらの信号波形を整形する波形整形回路等が含まれる。また、ＥＣＵ５０の出力インターフェース回路には、アクチュエータ類のドライバ回路等が含まれるか接続されており、インジェクタ２３を噴射駆動する噴射駆動回路４７や点火プラグ１９を点火駆動する点火駆動回路４６が接続されている。

ＥＣＵ５０は、ＲＯＭやバックアップメモリ（以下、ＲＯＭ等という）に格納された制御プログラムに従って、例えばいわゆるマルチタスク処理を実行する。そして、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の機関回転速度ＮＥ、充填効率ＫＬ（各気筒１１内に吸入された空気量／各気筒１１内に吸入可能な空気量）、点火時期、空燃比Ａ／Ｆ等の相互の関係を前提として、例えば目標トルクおよび目標回転数を実現するよう、エンジン１０のスロットル開度、点火時期、燃料噴射時間等を制御する機能を有している。ＥＣＵ５０は、また、ＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、前述のクランク角検出機能や気筒判別機能を発揮することができる。

本実施形態においては、ＥＣＵ５０には、さらに、エンジン１０の運転を停止するときに、クランク軸１６の回転停止角度位置を特定の停止角度領域内に制御する機能を発揮するようになっており、その機能を発揮するためのプログラム、メモリ領域および設定情報等を含む停止角度制御部５１（停止角度制御機構）が付設されている。

なお、本実施形態では、停止角度制御部５１は、クランク軸１６の回転停止角度位置を特定の停止角度領域内に制御するものとして説明するが、クランク軸１６と排気側のカム軸２２（テンショナ側のカム軸）とのうちいずれか一方または双方の回転停止角度位置をその一方または双方の特定の停止角度領域内に制御するものであってもよい。

ここにいう特定の停止角度領域とは、クランク軸１６と吸気側および排気側のカム軸２１，２２との回転角度位置に応じてチェーン６１に作用するテンションが変動するとき、チェーン６１からチェーンテンショナ６２に加わる荷重（図３に示す荷重Ｆｃ）がその変動範囲内において低荷重側となるクランク角度領域に相当し、特にクランク軸１６の回転停止時にチェーンテンショナ６２に加わる荷重がその変動範囲内における最小荷重から一定範囲内に入り得る停止角度領域をいう。

また、チェーン６１のチェーンテンショナ６２側の移動部分とは、クランク軸１６上のチェーンスプロケット１６ｓｐから排気側のカム軸２２上のチェーンスプロケット２２ｓｐへと移動する区間内においてチェーンテンショナ６２によりテンションが調節される部分である。

ところで、チェーン６１は、緩み側であるチェーンテンショナ６２側の移動部分６１ｚ１をスリッパ６５によってガイドされるとともに、吸気側および排気側のカム軸２１、２２の間の移動部分６１ｚ２と、吸気側のカム軸２２からクランク軸１６への張り側の移動部分６１ｚ３とを、それぞれの固定ガイドユニット６６、６７によりガイドされている。

停止角度制御部５１は、エンジン１０に接続する補機側からクランク軸１６に作用する負荷トルクを可変制御するようになっており、例えばオルタネータ４８の発電出力（界磁電流、発電電圧）に応じて変化するオルタネータ４８の回転負荷トルクを可変制御するようになっている。

具体的には、停止角度制御部５１は、エンジン１０の運転停止に際してオルタネータ４８のフィールドコイルに流れる界磁電流を可変制御することで、オルタネータ４８の回転負荷トルクをトルクの増大方向および低下（減小）方向のうち少なくとも一方に制御し、クランク軸１６を特定の停止角度領域内のクランク角で停止させるようになっている。

ところで、クランク軸１６の停止角度位置は、クランク軸１６に作用するトルクの合成値（以下、合成トルクという）が低下する領域で停止し易い。クランク軸１６に作用する合成トルクは、エンジン１０の複数の気筒１１（本実施形態では４つ）内の圧力や、動弁機構２０の複数の吸気弁１７および排気弁１８を閉弁方向に付勢する複数のバルブスプリングの反力、各摺動部のフリクションに応じて変化する。そして、通常、この合成トルクは、複数の気筒１１のうちいずれかの気筒１１が圧縮行程の後期にあるクランク角範囲付近で大きくなる。

さらに、チェーン６１のうちチェーンテンショナ６２側の移動部分６１ｚ１のテンションは、吸気側および排気側のカム軸２１，２２のうちチェーンテンショナ６２側となる排気側のカム軸２２の回転負荷トルクがその変動範囲内で高トルク側にあるときに、小さくなる。

よって、エンジン１０の運転停止時にクランク軸１６を停止させる特定の停止角度領域は、排気側のカム軸２２の回転負荷トルクがその変動範囲内で高トルク側にある角度領域であって、クランク軸１６に作用する合成トルクがその変動幅のうち低トルク側にある角度領域とするのがよい。

図５は、クランク角の変化に対する排気側のカム軸２２の回転負荷トルク（図中の「カムトルク」；以下、排気カムトルクという）の変化を示している。排気カムトルクは、同図中の点線の楕円で囲まれた部分で、最大トルクから一定範囲内の高トルク側にある。

図６は、排気カムトルクの変化と、チェーン６１のテンショナ側の移動部分６１ｚ１のテンションおよび張り側の移動部分６１ｚ３のテンションの変化とを比較可能に示している。この図６中に破線で示す排気カムトルクの変化に対して、同図中に点線で示すチェーン６１の張り側の移動部分６１ｚ３（図２参照）のテンションは、負荷トルクである排気カムトルクの変化と類似する変動傾向を示している。

一方、チェーン６１の緩み側であるテンショナ側の移動部分６１ｚ１のテンションは、図６中に実線で示すように、排気カムトルクの変化とは逆の位相となる傾向で変動している。すなわち、排気カムトルクが高トルク側にあるとともにチェーン６１の張り側の移動部分６１ｚ３のテンションが高テンション側にあって、排気カムトルクおよび張り側の移動部分６１ｚ３のテンションが共に低下し始めている特定の停止角度領域Ｚａ（例えば、排気弁１８の最大バルブリフトに対応するクランク角より４０°ＣＡだけ前のクランク角から最大バルブリフトに対応するクランク角までのクランク角領域）内において、テンショナ側の移動部分６１ｚ１のテンションは最も小さくなる。

この特定の停止角度領域Ｚａをエンジン１０のピストン１４の位置との関連付けて示すと、図７に示すように、いずれかの気筒内で圧縮行程の後期となるクランク角範囲付近を過ぎてクランク軸１６に作用する合成トルクが低下する区間となっている。

なお、図６の上部に四角枠を付けて示す＃１〜＃４は、それぞれ排気行程となる気筒番号を示している。また、排気弁１８のバルブリフト［ｍｍ］とそのバルブリフトに応じて正負に変化するカムトルクの関係を、図８に示している。

ＥＣＵ５０の停止角度制御部５１は、図外のイグニッションスイッチがＯＦＦ側に手動操作されてイグニッションＯＦＦの要求が発生したとき、あるいは、エンジン１０の自動停止等のためにイグニッションＯＦＦの要求が発生したとき、オルタネータ４８の回転負荷トルクを可変制御することで、クランク軸１６を特定の停止角度領域Ｚａ内に停止させる。

そのために、停止角度制御部５１には、イグニッションＯＦＦの要求が発生してからクランク軸１６が回転停止するまでの間におけるオルタネータ４８の界磁電流の大きさやその可変制御パターンを予めの実験等によってＲＯＭ等に記憶させている。また、その界磁電流の大きさやその可変制御パターンは、イグニッションＯＦＦの要求が発生したときの冷却水温や補機の作動状態、エンジン回転数［ｒｐｍ］等に応じて、複数種類のうちから選択して用いるようにしてもよいし、その停止制御時間を変化させてもよい。

一方、図２に示すように、エンジン１０は、クランク軸１６と吸気側および排気側のカム軸２１，２２の間で回転伝動する無端のチェーン６１と、そのチェーン６１に作用するテンションを調節するチェーンテンショナ６２と、を備えている。

図２および図３に示すように、チェーンテンショナ６２は、チェーン６１に作用するテンションに応じた軸方向の荷重Ｆｃが掛かるプランジャ７１と、プランジャ７１を微小クリアランスで摺動可能に保持する摺動穴部７２を有するテンショナハウジング７４と、プランジャ７１とテンショナハウジング７４の間に圧縮状態で組み付けられた圧縮コイルばね７５（付勢機構）と、を含んで構成されている。

テンショナハウジング７４は、摺動穴部７２の内部にプランジャ７１によって塞がれた油圧室７３を画成しており、油圧室７３の内部に荷重Ｆｃに対抗する油圧反力を発生させることができるようになっている。また、テンショナハウジング７４には、チェーンテンショナ６２を機関本体１２にボルト締結するための取り付け穴７４ｈが形成されている。

圧縮コイルばね７５は、プランジャ７１とテンショナハウジング７４の間に介装され、プランジャ７１を荷重Ｆｃに対抗する反力方向（図３中の矢印Ｆｐ方向）に常時付勢する弾性部材、すなわち、油圧室７３内の液圧が低下したときでも付勢する弾性部材となっている。また、圧縮コイルばね７５は、チェーン６１から加わる荷重Ｆｃによってプランジャ７１が所定位置から摺動穴部７２の内奥側に後退するとき、その後退量に応じて圧縮されつつ反力方向への付勢力を増加させるようになっている。

チェーンテンショナ６２は、さらに、油圧室７３内の油圧とその油圧室７３にオイルを補給可能なオイル補給通路７６内の油圧との差圧に応じて開閉動作する逆止弁７７を含んで構成されており、逆止弁７７は、油圧室７３をオイル補給通路７６に接続する開弁状態と、油圧室７３をオイル補給通路７６から遮断する閉弁状態とに切り替え可能になっている。

この逆止弁７７は、油圧室７３内の油圧がオイル補給通路７６内の油圧より高いときには、その差圧に応じた閉弁方向（矢印Ｆｐ方向）の付勢力をプランジャ７１に加えつつ閉弁する一方、油圧室７３内の油圧がオイル補給通路７６内の油圧より低いときには、油圧室７３をオイル補給通路７６に接続するように開弁するように構成されている。

より具体的には、図３に示すように、逆止弁７７は、オイル補給通路７６の一部を形成するようプランジャ７１に設けられた弁座７７ｓと、油圧室７３内に弁座７７ｓに着座可能に配置された逆止弁体７７ｖとを有している。ここで、逆止弁体７７ｖは、複数の放射方向の連通穴７８ｈを有するリテーナ７８によってプランジャ７１に対する移動範囲を制限され、弁座７７ｓからの離間距離（開弁時の隙間）が規定されるようになっている。また、弁座７７ｓは、略有底円筒状のプランジャ本体７１ａの開口した内端部７１ｂ側に円筒状のスリーブ７１ｃを圧入することで、油圧室７３内に突出したそのスリーブ７１ｃの一端側内周部によって構成されている。

リテーナ７８は、例えばスリーブ７１ｃに嵌合し固定されているが、圧縮コイルばね７５によってプランジャ７１に押し付けられるフランジ部を有するものであってもよいし、プランジャ本体７１ａの内端部７１ｂの内周壁面部に嵌合されて保持されていてもよい。

プランジャ７１の内部には、油圧室７３に接続可能なオイル補給通路７６の一部を形成しつつオイルを貯留する低圧室８１が形成されるとともに、この低圧室８１に外部からオイルを補給できるように低圧室８１を外部補給通路８３に連通させる少なくとも１つの径方向の貫通孔８２が形成されている。そして、エンジン１０の運転時には、図内のオイルポンプから供給されるオイルが、外部補給通路８３から貫通孔８２および低圧室８１を通して油圧室７３内に補給されるようになっている。

また、テンショナハウジング７４には、プランジャ７１の外周面における貫通孔８２の開口に対向する連通溝７４ｃが形成されている。この連通溝７４ｃは、外部補給通路８３が摺動穴部７２の内周壁面に開口する部分を少なくともプランジャ７１の軸線方向に拡張させたものであり、プランジャ７１の軸方向変位の全域で貫通孔８２を外部補給通路８３に連通させるようになっている。

図３に示すように、チェーンテンショナ６２がプランジャ７１の軸線を傾斜させる傾斜姿勢（以下、単に傾斜姿勢という）で設置される場合、エンジン１０が停止して外部補給通路８３からの作動の補給が停止された状態が続くと、テンショナハウジング７４の摺動穴部７２の内部にオイルの液面Ｌが形成され得る。

テンショナハウジング７４の連通溝７４ｃは、チェーンテンショナ６２が傾斜姿勢で設置されるとき、オイルの液面Ｌより鉛直方向下方側に位置するように配置されており、同図中に実線で示すような帯状の溝形状を有している。ただし、図３中に仮想線で示す部分を含むように、連通溝７４ｃは、摺動穴部７２の内周全域に及ぶ環状溝となっていてもよい。

なお、圧縮コイルばね７５は、圧力室７３の内部に配置されているが、プランジャ７１に対して反力方向の付勢力を常時加えるようにプランジャ７１とテンショナハウジング７４の間に介装されてもよい。また、圧縮コイルばね７５は、ばね以外の弾性部材でもよいし、プランジャ７１を荷重Ｆｃに対抗する反力方向に常時付勢するように構成された任意の付勢機構によって構成され得る。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態の内燃機関のチェーンテンション制御装置においては、チェーンテンショナ６２内で油圧反力を発生させる油圧室７３がテンショナハウジング７４の内奥側、すなわち、プランジャ摺動穴である摺動穴部７２の内奥側に位置することに加えて、逆止弁７７が油圧室７３に対しプランジャ７１側に位置する。したがって、油圧室７３内にエアが混入し難くなる。

また、本実施形態では、エンジン１０を停止させるべく、イグニッションＯＦＦの要求が発生すると、図４に示すような停止制御が実行される。

すなわち、エンジン１０の運転停止時にチェーン６１からチェーンテンショナ６２に掛かる荷重Ｆｃが低荷重側となるよう、クランク軸１６の回転停止角度が特定の停止角度領域Ｚａ内に制御される（ステップＳ１１）。

したがって、クランク軸１６の回転が完全に停止するときには、その停止角度位置が特定の停止角度領域Ｚａ内に位置し、排気側のカム軸２２の回転負荷トルクがその変動範囲内で高トルク側にあり、かつ、クランク軸１６に作用する合成トルクがその変動幅のうち低トルク側にある状態となる。その結果、チェーン６１のテンショナ側の移動部分６１ｚ１のテンションが、その変動範囲内における最小値から一定変動幅内の低荷重側に入る状態で停止後の緩んだ状態が確定する（ステップＳ１２）。

これにより、チェーン６１からプランジャ７１に作用する荷重Ｆｃが低荷重で確定し、エンジン１０の停止後に油圧室７３内のオイルが過剰に加圧されて外部に漏れ出るということが有効に抑制される（ステップＳ１３）。

よって、従来のラチェット機構や樹脂バー等といったオイル漏れ対策部品の削減が可能になり、チェーンテンショナ６２のコストが低減可能になる。しかも、本実施形態のように、チェーンテンショナ６２の搭載角（鉛直方向に対するプランジャの軸線の傾き）が大きく、エンジン１０の停止後に長期間放置された後の再始動時であっても、エンジン１０の始動時における異音や歯飛びの発生が的確に防止されることになる。

また、本実施形態では、既存のクランク角センサ４１の検出情報を基に、クランク軸１６の回転停止角度を特定の停止角度領域Ｚａ内に精度良く制御することができる。

しかも、停止角度制御部５１は、エンジン１０に接続するオルタネータ４８側からクランク軸１６に作用する負荷トルクを可変制御するので、チェーン６１からチェーンテンショナ６２に掛かる荷重Ｆｃを容易にかつ精度良く制御できる。加えて、アイドリングストップ車等における再始動性を向上させるべく、補機の負荷トルク調整によりクランク軸１６の回転停止角度位置を所定範囲内に制御するような既存の停止制御機構（例えば、特開２０１２−１３６９８０号公報、特開２００８−２１５２３０号公報等参照）を利用することも可能になる。

さらに、本実施形態では、逆止弁７７が弁座７７ｓと逆止弁体７７ｖとを有し、プランジャ７１にオイル補給通路７６の一部が形成されることから、仮にオイル補給通路７６内にエアが混入しても、高圧の油圧室７３内を通過させることなくオイル中から摺動穴部７２の外部へとエア抜きする経路を容易に確保できることになる。また、チェーン６１から荷重Ｆｃが作用するプランジャ７１の外端部が油圧反力を受ける内端部７１ｂより鉛直上方側に位置する本実施形態の配置形態において、高圧室となる油圧室７３内には、エアが入り難い。

加えて、本実施形態では、プランジャ７１の内部には、オイル補給通路７６の一部を形成しつつオイルを貯留する低圧室８１が形成され、プランジャ７１にチェーン６１からの荷重Ｆｃが掛かるとき、油圧室７３と低圧室８１とが逆止弁によって遮断される。したがって、プランジャ７１に荷重Ｆｃが掛からないときに低圧室８１内にエアが入ったとしても、そのエアは低圧室８１内の最上部に移動することになり、圧縮コイルばね７５の作用により逆止弁７７が開弁した状態下で、油圧室７３内にエアを混入させることなくオイルが補給されることになる。一方、プランジャ７１に荷重Ｆｃが掛かって油圧室７３内の油圧が立ち上がり始めると、逆止弁７７が閉弁して油圧室７３がオイル補給通路７６側から遮断され、油圧室７３内の油圧がチェーンテンションに応じた高圧に迅速に到達する。

また、本実施形態においては、圧縮コイルばね７５が、プランジャ７１とテンショナハウジング７４の間に介装され、プランジャ７１を荷重Ｆｃに対抗する方向Ｆｐに常時付勢するので、簡素な付勢機構を構成できる。しかも、圧縮コイルばね７５を予めプランジャ７１に保持させた状態で、プランジャ７１をテンショナハウジング７４に組み込むことができるので、組み立ても容易化できる。

このように、本実施形態においては、油圧反力を生じる油圧室７３をテンショナハウジング７４の内奥側に位置させてプランジャ７１側からのオイルの補給を可能にするとともに、エンジン１０の運転停止時にチェーン６１からチェーンテンショナ６２に掛かる荷重Ｆｃを低荷重側に制御する。したがって、プランジャ７１に掛かる荷重Ｆｃによって油圧室７３内のオイルが外部に漏れ出たり油圧室７３内にエアが入ったりすることを有効に抑制することができる。その結果、ラチェット機構等のオイル漏れ対策部品の削減を可能にしてチェーンテンショナ６２のコスト低減を図るとともに、そのチェーンテンショナ６２を装備したエンジン１０の始動時に異音や歯飛びの発生を的確に防止することができる。

なお、上述の一実施形態においては、エンジン１０を直列４気筒としたが、他のタイプの内燃機関であってもよい。また、本実施形態では、クランク軸１６の停止角度位置を特定の停止領域Ｚａ内に制御するものとしたが、テンショナ側に位置するカム軸の停止角度位置をそれに対応する特定の停止角度領域内に制御するようにしてもよいし、クランク軸１６およびテンショナ側に位置するカム軸の双方の停止角度位置を特定の停止角度領域内に制御してもよい。

また、クランク角センサ４１の検出情報を基にクランク軸１６の停止角度位置を特定の停止領域Ｚａ内に制御するものとしたが、カム軸の回転位置や他のセンサ情報を基にエンジン１０の停止時における回転負荷の制御を行うことも考えられる。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関のチェーンテンション制御装置は、プランジャに掛かる荷重によって油圧室内のオイルが漏れ出たり油圧室内にエアが入ったりすることを有効に抑制することができる。その結果、オイル漏れ対策部品の削減を可能にしてチェーンテンショナのコスト低減を図るとともに、そのチェーンテンショナを装備した内燃機関の始動時の異音や歯飛びの発生を的確に防止することができる内燃機関のチェーンテンション制御装置を提供することができる。よって、本発明は、チェーンテンショナが装着された内燃機関のクランク軸とカム軸の間のチェーンに作用するテンションを制御する内燃機関のチェーンテンション制御装置全般に有用である。

１０…エンジン（内燃機関）、１１…気筒、１２…機関本体、１３…燃焼室、１４…ピストン、１６…クランク軸、１７…吸気弁、１８…排気弁、１９…点火プラグ、２０…動弁機構、２１…吸気側のカム軸、２２…排気側のカム軸（テンショナ側のカム軸）、２３…インジェクタ（燃料噴射弁）、２４…デリバリパイプ、２６…吸気管、２９…スロットルバルブ、３１…排気管、４１…クランク角センサ、４２，４３…カム角センサ、４６…点火駆動回路、４７…噴射駆動回路、４８…オルタネータ（補機）、４８ｒ…ボルテージレギュレータ（電圧調整器）、４９…無端伝動ベルト、５０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）、５１…停止角度制御部（停止角度制御機構）、６１…チェーン（無端の回転伝動要素）、６１ｚ１…テンショナ側の移動部分（緩み側の移動部分、チェーンの一部）、６１ｚ３…張り側の移動部分、６２…チェーンテンショナ、７１…プランジャ、７１ａ…プランジャ本体、７１ｂ…内端部、７１ｃ…スリーブ、７２…摺動穴部、７３…油圧室（高圧室）、７４…テンショナハウジング、７４ｃ…連通溝、７６…オイル補給通路、７７…逆止弁、７７ｓ…弁座、７７ｖ…逆止弁体、７８…リテーナ、７８ｈ…放射方向の連通穴、８１…低圧室、８２…貫通孔、８３…外部補給通路

Claims (6)

1. クランク軸とカム軸の間で回転伝動する無端のチェーンと、該チェーンに作用するテンションを調節するチェーンテンショナと、を備えた内燃機関のチェーンテンション制御装置であって、
   前記チェーンテンショナが、
   前記テンションに応じた荷重が掛かるプランジャと、
   前記プランジャを摺動可能に保持するとともに、内部に前記荷重に対抗する油圧反力を発生させる油圧室を画成するテンショナハウジングと、
   前記荷重に対抗する方向の付勢力を前記プランジャに加える付勢機構と、
   前記油圧室内の油圧と該油圧室にオイルを補給可能なオイル補給通路内の油圧との差圧に応じて開閉動作し、前記油圧室をオイル補給通路に接続する開弁状態と前記油圧室を前記オイル補給通路から遮断する閉弁状態とに切り替わる逆止弁と、を含んで構成され、
   前記逆止弁が、前記油圧室内の油圧が前記オイル補給通路内の油圧より高いときに前記差圧に応じた閉弁方向の付勢力を前記プランジャに加えつつ閉弁する一方、前記油圧室内の前記油圧が前記オイル補給通路内の油圧より低いときに開弁して前記油圧室を前記オイル補給通路に接続するように構成され、
   前記内燃機関には、前記クランク軸および前記カム軸のうちいずれかの回転停止角度位置を該回転停止角度位置に応じて変化する前記荷重が低荷重側となる特定の停止角度領域内に制御する停止角度制御機構が付設されていることを特徴とする内燃機関のチェーンテンション制御装置。
2. 前記停止角度制御機構は、前記内燃機関の前記クランク軸の回転停止角度位置を前記特定の停止角度領域内に制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のチェーンテンション制御装置。
3. 前記停止角度制御機構は、前記内燃機関に接続する補機側から前記クランク軸に作用する負荷トルクを可変制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のチェーンテンション制御装置。
4. 前記逆止弁は、前記オイル補給通路の一部を形成するよう前記プランジャに設けられた弁座と、前記油圧室内に前記弁座に着座可能に配置されるとともに前記弁座からの離間距離が制限されるよう前記プランジャに保持された逆止弁体と、を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関のチェーンテンション制御装置。
5. 前記プランジャの内部に、前記オイル補給通路の一部を形成しつつ前記オイルを貯留する低圧室が形成されており、前記プランジャに前記テンションに応じた荷重が掛かるとき、前記油圧室と前記低圧室とが前記逆止弁によって遮断されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のチェーンテンション制御装置。
6. 前記付勢機構が、前記プランジャと前記テンショナハウジングの間に介装され、前記プランジャを前記荷重に対抗する方向に常時付勢する弾性部材によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関のチェーンテンション制御装置。

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