JPH04358742A - エンジンのクランク角センサ出力補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カムシャフトの位相を
検出するクランク角センサを備えると共にカムシャフト
の位相を変更することによりバルブタイミングを変更す
るバルブタイミング変更機構を備えたエンジンのクラン
ク角センサ出力補正装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジンの動弁機構でカムシ
ャフトの駆動を行うについて、このカムシャフトの駆動
機構にバルブタイミング変更機構を装着し、クランクシ
ャフトとカムシャフトとの間の回転位相を変更して排気
バルブもしくは吸気バルブのバルブタイミングを運転状
態に対応して変化させるようにした技術が、例えば、特
開昭５８−１８５９１４号公報に見られるように公知で
ある。

【０００３】上記先行例においては、バルブタイミング
変更機構としては、例えば、動弁機構のカムシャフトの
駆動を行うについて、カムシャフトの端部に形成したス
リット内を移動するスライダをモータによって作動して
、該カムシャフトとクランクシャフトとの回転位相を変
更する構造のものが開示されている。

【０００４】また、エンジンの点火時期制御、燃料噴射
制御を行うについては、その制御のためにはエンジン回
転の位相を検出するためにクランク角センサをカムシャ
フト配設して、上死点位置などを検出するようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかして、上記のよう
なクランク角センサをカムシャフトに配設したエンジン
において、このカムシャフトに前記のようなバルブタイ
ミング変更機構を設置したものでは、バルブタイミング
変更機構の作動によってカムシャフトの回転位相が変化
すると、クランク角センサの検出位相もずれてしまうこ
とになる。

【０００６】上記点に対して、カムシャフトが複数設置
されたエンジンでバルブタイミングが変更されないカム
シャフトがある場合にはこのカムシャフトにクランク角
センサを配設すればよいが、カムシャフトが１本の場合
もしくは両方のカムシャフトともバルブタイミングが変
更される場合には、クランク角センサの検出信号がバル
ブタイミング変更機構の作動の影響を受けて、正確なエ
ンジン回転すなわちクランクシャフトの回転位相を検出
することができないことになり、これに基づく点火時期
制御、燃料噴射制御の制御特性が損なわれる問題を有す
る。

【０００７】また、上記クランク角センサをカムシャフ
トでなく、例えばクランクシャフトに直接設置してバル
ブタイミング変更機構の影響を受けないように配設する
ことも考えられるが、エンジン設計上の設置スペース、
耐久性、コスト等の各種条件から不利となるものである
。

【０００８】そこで、本発明は上記事情に鑑み、カムシ
ャフトに配設したクランク角センサに対しバルブタイミ
ング可変機構の作動に対して正確な検出を行えるように
したエンジンのクランク角センサ出力補正装置を提供す
ることを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のエンジンのクランク角センサ出力補正装置は、
図１に基本構成を示すように、カムシャフト１には、該
カムシャフト１の回転位相を検出することでエンジン回
転の基準位置でＴＯＰ信号等を出力するクランク角セン
サ２が設置されると共に、クランクシャフトの回転に対
するカムシャフト１の位相を変更することによりバルブ
タイミングを変更するバルブタイミング変更機構１０が
設置されている。また、上記クランク角センサ２はカム
シャフト１の回転速度からエンジン回転数の検出も行う
ものである。

【００１０】そして、上記バルブタイミング変更機構１
０の作動によるバルブタイミングの変更に伴うカムシャ
フト１の位相変更に応じて、前記クランク角センサ２か
らのＴＯＰ信号の出力を補正する補正手段６を有する。

【００１１】上記補正手段６で補正されたＴＯＰ信号お
よび回転信号Ｎｅは、エンジンの吸入空気量を検出する
吸気量センサ８からの吸気量信号Ｑａ（負荷信号）等と
共にエンジンコントロールユニット３に入力される。こ
のエンジンコントロールユニット３は、エンジン回転数
と負荷等の運転状態に応じて前記バルブタイミング変更
機構１０に制御信号を出力してバルブタイミングの変更
駆動を行う一方、運転状態に対応した点火時期を演算し
て所定の時期に点火プラグ５に点火信号を出力して点火
時期制御を行うと共に、運転状態に対応した燃料噴射量
を演算して所定の時期にインジェクタ４に燃料噴射パル
スを出力して燃料噴射制御を行うものである。

【００１２】前記補正手段６によるクランク角センサ出
力の補正は、エンジンコントロールユニット３からバル
ブタイミング変更機構１０への駆動信号、バルブタイミ
ング変更機構１０の作動状態を検出する作動検出センサ
７の信号、バッテリ電圧信号ＶＢ等に応じて各種補正を
行うのが好適である。

【００１３】すなわち、補正手段６は、まず、バルブタ
イミング変更機構１０に対する駆動信号の出力に応じた
バルブタイミング変更開始から実際のバルブタイミング
の切換終了までの作動時間を設定し、この作動時間に応
じてバルブタイミングが変更するのに対応させてクラン
ク角センサ２から出力されたＴＯＰ信号の補正量の大き
さを徐々に変更することで、実際のカムシャフト１の位
相変化に対応した補正が可能となる。

【００１４】また、バルブタイミング変更機構１０によ
るバルブタイミング変更作動時におけるバルブタイミン
グの変更終了までに要する作動時間を作動検出センサ７
の信号等から検出して設定値との差を修正する学習補正
を行うことによって、バルブタイミング変更機構１０の
個体差、経時変化の修正が可能となる。

【００１５】さらに、バルブタイミング変更機構１０が
電気駆動式の場合には、そのバルブタイミングの変更速
度がバッテリ電圧ＶＢに応じて変化するのに対応して、
バルブタイミング変更機構１０の作動時のバッテリ電圧
ＶＢを測定し、該電圧に応じて前記作動設定時間を修正
してより正確な補正が可能となる。

【００１６】

【作用および効果】上記のようなエンジンのクランク角
センサ出力補正装置では、補正手段によってクランク角
センサの出力をバルブタイミング変更機構の作動状態に
応じて補正することによって、バルブタイミングの変更
に伴うカムシャフトの位相変更に対応したクランク角検
出信号を得ることができ、これに基づく点火時期制御も
しくは燃料噴射制御などの制御特性が所期の特性で行え
、正確な制御で所定の運転性能を確保することができる
と共に、クランク角センサをカムシャフトに設置するこ
とができ、軽量化、低コストのクランク角センサの使用
が行える。

【００１７】また、補正手段による補正を、実際のバル
ブタイミング変更機構の作動に対応してその作動時間に
応じて徐々に行ったり、作動時間を学習補正したり、バ
ッテリ電圧に応じて補正することで、よりカムシャフト
の位相変化に正確に対応した補正を行うことができるも
のである。

【００１８】

【実施例】以下、図面に沿って本発明の実施例を説明す
る。図２は一実施例のバルブタイミング変更機構および
クランク角センサの配設例を示すＶ型エンジンの一方の
バンクのシリンダヘッド部分の概略平面図である。この
図２には一方のバンクのみを示しているが、他方のバン
クについても同様の構成である。

【００１９】Ｖ型ＤＯＨＣエンジンのバンクにおいては
各気筒が４弁構造（吸気側２弁、排気側２弁）で配設さ
れているものであり、各気筒の吸排気バルブ（図示せず
）を開閉作動する動弁装置の排気側および吸気側の一対
のカムシャフト１Ａ，１Ｂがそれぞれのバンクのシリン
ダヘッド９の上方に相互に平行に回転可能に支承されて
いる。上記排気側および吸気側のカムシャフト１Ａ，１
Ｂの一端部にはカムプーリ１２，１２がそれぞれ配設さ
れ、クランクシャフト（図示せず）からタイミングベル
トが掛けられて回転駆動されるが、このカムプーリ１２
，１２とそれぞれのカムシャフト１Ａ，１Ｂとの間には
排気バルブおよび吸気バルブのバルブタイミングを独立
して変更するバルブタイミング変更機構１０Ａ，１０Ｂ
　が介装されている。また、排気側カムシャフト１Ａの
他端部には、該カムシャフト１Ａの回転位相を検出する
ことでエンジン回転の基準位置でＴＯＰ信号を出力する
と共にエンジン回転数を検出するクランク角センサ２が
連接されている。

【００２０】図３は上記排気側のカムシャフト１Ａのバ
ルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構１
０Ａ　の断面図であり、吸気側のカムシャフト１Ｂに対
するバルブタイミング変更機構１０Ｂ　の構造も基本的
には同一である。

【００２１】バルブタイミング変更機構１０Ａ　はカム
シャフト１Ａの先端部に装着され、外周部にはクランク
シャフト（図示せず）からの動力が伝達されるカムプー
リ１２が配設され、このバルブタイミング変更機構１０
Ａはカムシャフト１Ａとカムプーリ１２間の相対的な回
転位相を変更しては排気バルブのバルブタイミングを変
更可能なように設けられている。

【００２２】上記カムプーリ１２は全体として筒状で、
その外周部がタイミングベルト（図示せず）が掛けられ
るギヤ部１２ａ　に形成され、ボス部１２ｂ　の内周中
心部にカムシャフト１Ａの端部が挿通される。また、カ
ムプーリ１２の前端にはフランジ状のエンドプレート１
３が固着され、このエンドプレート１３の中心部は軸方
向に伸びる中心筒部１３ａ　に形成されている。

【００２３】一方、前記カムシャフト１Ａの端部外周に
は前記バルブタイミング変更機構１０Ａが配設されるが
、このカムシャフト１Ａの前方にはバルブタイミング変
更機構１０Ａのハブ２１（後述する）を挾持するインナ
ーレース１７が設けられ、このインナーレース１７は端
部からその中心を貫通してカムシャフト１Ａに締結され
るカムシャフトボルト１８によって取り付けられている
。そして、このインナーレース１７の外周には前記エン
ドプレート１３の中心筒部１３ａ　がニードルベアリン
グ１４を介して回転可能に支持されている。なお、先端
にはベアリングキャップ１５が装着されている。

【００２４】前述のバルブタイミング変更機構１０Ａ　
は電磁作動式であり、その構造を説明すれば、前記カム
シャフト１Ａの先端に挾持されたハブ２１は円板部２１
ａ　から円周の複数箇所に軸方向後方に斜めに形成され
た係合片２１ｂ　を有する。また、カムプーリ１２のボ
ス部１２ｂ　内周面には縦溝１２ｃ　が形成され、この
縦溝１２ｃ　に沿って軸方向に移動可能にリング状のア
ドバンシングプレート２２が係合され、このアドバンシ
ングプレート２２の内周はドラム２３（位相変更部材）
の外周のネジ部２３ａ　に螺合しており、該ドラム２３
の相対回転によって軸方向に移動される。さらに、アド
バンシングプレート２２の外周部は縦溝１２ｃ　との係
合突部２２ａ　の間に形成された凹部２２ｂがハブの係
合片２１ｂ　と係合し、その軸方向の移動に応じた係合
片２１ｂ　との係合位置の変更によってハブ２１すなわ
ちカムシャフト１Ａを相対的に回動させて回転位相（バ
ルブタイミング）を変更するものである。

【００２５】その駆動機構は、上記ドラム２３の内側（
カムシャフト１Ａの外側）に電磁コイル２４が配設され
ている。また、上記電磁コイル２４にはブラケット２５
が固着され、該ブラケット２５が図示しない係合構造に
よってシリンダヘッド側に固定されて、回り止めが行わ
れている。 また、前記電磁コイル２４に接続された電気コード２８
は外部に導出され、その駆動を制御する前記エンジンコ
ントロールユニット３の作動に応じて電源に接続される
。

【００２６】そして、上記電磁コイル２４への通電によ
って、この駆動部材としての電磁コイル２４を、位相変
更部材としてのドラム２３に押圧し、該ドラム２３の回
転に摩擦抵抗を与えてこのドラム２３を進角方向に相対
回転させるものであり、このドラム２３の回転角度はス
トッププレート２６で制限され、可変位相角が調整され
る。なお、上記駆動信号のオフ時には、上記ドラム２３
は渦巻状のスプリング２７によって遅角方向に復帰回転
される。

【００２７】上記のようなバルブタイミング変更機構１
０Ａ，１０Ｂ　の作動による排気バルブおよび吸気バル
ブのバルブタイミングの変更制御としては、例えば、図
６に示すような制御マップに基づいて行われる。この制
御マップはエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｃｅ（＝Ｑａ／Ｎ
ｅ）に応じて、低負荷低回転のアイドル領域から高回転
領域に対応してそれぞれのバルブタイミング変更機構１
０Ａ，１０Ｂ　の作動状態が設定されている。図でＥＸ
進角は排気バルブの開閉タイミングを進角側に、ＥＸ遅
角は遅角側に作動するものであり、同様にＩＮ進角は吸
気バルブの開閉タイミングを進角側に、ＩＮ遅角は遅角
側に作動するものである。前記エンジンコントロールユ
ニット３はこの運転領域を判定して、その領域に対応し
て排気側および吸気側のバルブタイミング変更機構１０
Ａ，１０Ｂに駆動信号を出力してバルブタイミングを変
更制御し、それぞれの運転状態に応じたエンジンの燃焼
特性を得て、出力性能、エミッション性能を確保するも
のである。

【００２８】次に、前記クランク角センサ２は、カムシ
ャフトの９０°回転毎（クランク角の１８０　°毎）に
ＴＯＰ信号を出力するものであるが、この関係は排気側
のバルブタイミング変更機構１０Ａ　が非作動で排気バ
ルブが遅角側のバルブタイミングとなっている場合に成
立してクランクシャフトの１８０　°毎にＴＯＰ信号が
出力されるが、排気側のバルブタイミング変更機構１０
Ａ　が作動されてカムシャフト１Ａが５°回転駆動され
て、排気バルブのバルブタイミングがクランク角で１０
°進角側に変更されると、上記クランク角センサ２から
のＴＯＰ信号は、遅角時よりクランク角で１０°早いタ
イミングで出力されることになる。一方、要求点火時期
は、上記バルブタイミングが変更するのに応じて変化し
、例えば、遅角状態では上死点前１９°であったのが、
進角状態では上死点前２３°となるものであり、この点
火信号は上記ＴＯＰ信号の入力から進角量から求めた所
定時間の経過後に出力することで点火を実行するもので
あり、上記バルブタイミングの変更に応じてＴＯＰ信号
が変動するのを補正手段６によって補正する。

【００２９】その際、バルブタイミング変更機構１０Ａ
　は、駆動信号（ＯＮ信号）が出力されてから、実際に
カムシャフト１Ａを回動操作してバルブタイミングが所
定量変更するのには、例えば、０．３　秒かかるもので
あって、この作動時間の間で徐々にバルブタイミングが
変化することになり、ＯＮ信号の出力と同時に補正手段
６によってＴＯＰ信号をクランク角の１０°分遅らせる
ように補正すると、これに基づく点火時期等は実際には
バルブタイミングが変化していないのに要求より大きく
進角制御されることになり、燃焼性能が低下することに
なり、以下の実施例ではＴＯＰ信号の補正をバルブタイ
ミングの作動時間に対応して徐々に進角補正するもので
あり、また、上記作動時間の長さを実際に測定して設定
値との誤差を学習補正するものである。

【００３０】しかも、バルブタイミング変更機構１０に
対するＯＮ信号の出力時には、上記学習補正値と設定値
によって作動時間を演算するものであるが、この作動時
間はバッテリ電圧およびエンジン回転数、その他、オン
、オフ回転方向等によって異なることから、これらの電
圧、回転数などに応じた補正を同時に行って作動時間を
求め、この長さに対応して時間の経過と共に徐々に補正
するものである。

【００３１】すなわち、図５のタイムチャートに示すよ
うに、バルブタイミングを進角するべくＯＮ信号が出力
されたａ点において、バルブタイミングの変更が終了す
るまでの作動時間Ｔを演算し、所定期間ΔＴ毎に徐々に
補正量をΔＤＴずつ増加して作動時間経過時のｂ点でク
ランク角に対する所定時期にＴＯＰ信号が入力されるよ
うに１０°分の補正を行うと共に、点火時期をバルブタ
イミング変更後の特性値に変更する制御を行うものであ
る。

【００３２】前記補正手段６の処理を図４のフローチャ
ートに基づいて説明する。まず、制御スタート後、ステ
ップＳ１でバルブタイミング変更機構１０の作動状態を
検出する作動検出センサ７のＶＣＰ信号、エンジン回転
数信号Ｎｅ、吸気量信号Ｑａ、バッテリ電圧信号ＶＢ等
の各種信号を入力する。そして、これらの信号から前記
図６の制御マップに基づいて、運転状態がバルブタイミ
ングの切換領域に近付いたか否かを判定する。

【００３３】バルブタイミングの切換領域に近付いた際
には、ステップＳ３の作動時間Ｔの計算を開始する。こ
の作動時間Ｔの計算は、後述の学習後の標準時間Ｓに、
バッテリ電圧ＶＢに応じた電圧補正係数Ｖとエンジン回
転数Ｎｅに応じた回転補正係数Ｒを掛けて演算する。上
記電圧補正係数Ｖおよび回転補正係数Ｒは、バッテリ電
圧ＶＢおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて予め設定され
ている特性に基づいて求めるものであり、基本的にはバ
ッテリ電圧ＶＢが低下するほど作動時間Ｔが長くなるよ
うに電圧補正係数Ｖが設定されると共に、回転補正係数
Ｒはエンジン回転数が高いほどバルブタイミング変更機
構１０の慣性力が大きくなって作動時間に影響を与える
ことから、バルブタイミングの変更方向とエンジン回転
数Ｎｅの大きさとに応じて設定される。

【００３４】続いて、ステップＳ４で切換変化量ΔＤＴ
の計算を行う。この切換変化量ΔＤＴは前記図５の作動
時間中の徐々に変更する補正量の単位（１段階の補正量
）を求めるものであり、上記作動時間Ｔに対して所定時
間ΔＴ毎に徐々に補正量を変更することから、ＴＯＰ信
号の全体の補正量Ｄ（前記例では１０°）を補正回数Ｔ
／ΔＴで割って求めるものである。

【００３５】そして、ステップＳ５で別途のルーチンで
処理されたバルブタイミング変更機構１０の作動状態の
切換信号が出力されたか否かを判定し、この判定がＹＥ
Ｓでバルブタイミングの切換作動が開始された場合には
、ステップＳ６でこの切換開始から上記作動時間Ｔの間
について所定時間ΔＴ毎に上記切換変化量ΔＤＴずつＴ
ＯＰ信号を補正して、徐々に補正を実行する。

【００３６】また、上記バルブタイミングの変更作動に
応じて、ステップＳ７〜Ｓ９で前記標準時間Ｓの学習補
正を行う。この学習補正は、まず、ステップＳ７で前記
作動検出センサ７のＶＣＰ信号に基づいて実際にカムシ
ャフト１の位相変更に要した作動時間Ｔｍを測定し、ス
テップＳ８でこの実測作動時間Ｔｍを前記電圧補正係数
Ｖおよび回転補正係数Ｒで割って実測標準時間Ｓｍを演
算する。そして、ステップＳ９でこの実測標準時間Ｓｍ
を前記標準時間Ｓに反映して学習補正を行うものであり
、例えば両者の差Ｓｍ−Ｓに所定の反映係数Ｋを掛けて
加算する。

【００３７】上記のような実施例によれば、バルブタイ
ミング変更機構１０の作動によるカムシャフト１の位相
変化に対してクランク角センサのＴＯＰ信号も検出位相
が変化するのを、このＴＯＰ信号を補正することで所定
のクランク角で疑似ＴＯＰ信号をエンジンコントロール
ユニット３に入力して、所期の特性で点火時期および燃
料噴射制御を実行することができる。また、そのＴＯＰ
信号の補正をバルブタイミングの変化速度に対応して徐
々に行うことで、作動初期の点火時期制御などのずれの
発生を防止して正確な補正が行える。

【００３８】さらに、バルブタイミングの変更作動に要
する作動時間を、実際の作動時間を測定して学習補正す
ると共に、バッテリ電圧およびエンジン回転数に応じて
修正することで補正精度を高めて、バルブタイミング変
更機構の製造誤差、経時変化等に対しても補償している
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるエンジンのクランク
角センサ出力補正装置の基本構成図

【図２】バルブタイミング変更機構およびクランク角セ
ンサの配設例を示すＶ型エンジンの一方のバンクのシリ
ンダヘッド部分の概略平面図

【図３】バルブタイミング変更機構の構造例を示す断面
図

【図４】補正手段の処理を説明するためのフローチャー
ト図

【図５】バルブタイミング変更時の補正特性を示すタイ
ムチャート図

【図６】運転領域に対応する排気側および吸気側バルブ
タイミング変更機構の作動状態を示す制御マップ図

【符号の説明】

１　　　　カムシャフト ２　　　　クランク角センサ ３　　　　エンジンコントロールユニット６　　　　補
正手段 ７　　　　作動検出センサ １０　　　　バルブタイミング変更機構１２　　　　カ
ムプーリ ２４　　　　電磁コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　カムシャフトの位相を検出するクラン
   ク角センサを備えると共に、カムシャフトの位相を変更
   することによりバルブタイミングを変更するバルブタイ
   ミング変更機構を備えたエンジンにおいて、上記バルブ
   タイミング変更機構によるカムシャフトの位相変更に応
   じてクランク角センサ出力を補正する補正手段を備えた
   ことを特徴とするエンジンのクランク角センサ出力補正
   装置。
2. 【請求項２】　　前記補正手段によるクランク角センサ
   出力の補正は、バルブタイミング変更開始から実際のバ
   ルブタイミングの切換終了までの作動時間に対応させて
   徐々に行うことを特徴とする請求項１記載のエンジンの
   クランク角センサ出力補正装置。
3. 【請求項３】　　前記補正手段によるクランク角センサ
   出力の補正は、バルブタイミングの切換終了までの作動
   時間を計測して設定値との差を修正する学習補正を行う
   ことを特徴とする請求項２記載のエンジンのクランク角
   センサ出力補正装置。
4. 【請求項４】　　前記補正手段によるクランク角センサ
   出力の補正は、バルブタイミング変更機構の作動時のバ
   ッテリ電圧を測定し、該電圧に応じて切換終了までの作
   動設定時間を修正して行うことを特徴とする請求項２記
   載のエンジンのクランク角センサ出力補正装置。