JPH10169476A - 多気筒内燃機関におけるカム軸の捩り角度及び／又は弁揚程の検出装置 - Google Patents

多気筒内燃機関におけるカム軸の捩り角度及び／又は弁揚程の検出装置

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JPH10169476A
JPH10169476A JP33142497A JP33142497A JPH10169476A JP H10169476 A JPH10169476 A JP H10169476A JP 33142497 A JP33142497 A JP 33142497A JP 33142497 A JP33142497 A JP 33142497A JP H10169476 A JPH10169476 A JP H10169476A
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 少なくとも２本の軸、つまりクランク軸
と第１のカム軸又は第２のカム軸又はリンク伝動機構の
軸が、出力信号を発生させるためのセンサによって探査
される信号発生ホイールを有し、前記出力信号が、当該
軸の角度位置をその都度認識せしめ、かつ両カム軸間の
捩り角度ＶＷが、測定された角度位置と、当該軸間の設
定された基準角度又は基準位相とから求められる。 【効果】 リンク部材の偏位を検出するために位置セン
サが必要で無くなり、クランク軸とカム軸との角度位置
を検出するために、何れにしても存在しているセンサ
が、捩り角度の検出のために利用されるという顕著な利
点が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１に発明の
上位概念として記載したように、各シリンダ当り少なく
とも１つの吸気弁と、クランク軸と、設定可能な位相関
係で前記クランク軸によって駆動される第１のカム軸
と、少なくとも１本の別の軸を含むリンク伝動機構を介
して前記第１のカム軸によって駆動される第２のカム軸
とを備えた多気筒内燃機関におけるカム軸の捩り角度及
び／又は弁揚程の検出装置であって、前記の両カム軸の
相対的な捩りが相互に調和されかつ両カム軸が開弁機能
及び閉弁機能を決定し、両カム軸相互の相対的な捩りに
よって弁揚程及び／又は開弁時間が可変である形式のも
のに関する。
【０００２】
【従来の技術】各シリンダ当り少なくとも１つの吸気弁
を有する多気筒内燃機関において２本のカム軸を用いて
弁制御を行うことは公知であり、その場合両カム軸のう
ち第１のカム軸、例えばクランク軸によって駆動される
カム軸が開弁動作を制御するのに対して、リンク伝動機
構を介して前記第１のカム軸と連結している第２のカム
軸は閉弁動作を制御する。前記リンク伝動機構が、等し
い回転数で等速回転する両カム軸相互の相対的な捩り
（相対回動）を実現できるように構成されている場合に
は、弁揚程（弁リフト）を広い範囲内で変化させること
が可能である。このようなカム軸調整を可能にする装置
は、例えば刊行物ＰＣＴ／ＤＥ９３／０１２４８号明細
書に基づいて公知である。
【０００３】公知のカム軸調整装置では両カム軸は、４
ホイール型のリンク伝動機構を介して互いに連結されて
おり、しかもリンク伝動機構の入力ホイールは、クラン
ク軸によって駆動される第１のカム軸に固着結合されて
おり、かつ２つの中間ホイールを介して出力ホイール、
ひいては第２のカム軸が駆動される。第１のカム軸の軸
線を中心とする両カム軸間のリンク部材の回転調整によ
って、駆動カム軸に対する従動カム軸の捩り角度が調整
される。捩り角度に対して、ひいては弁揚程に対してリ
ンク部材の位置を一義的に対応関係づけることは、両カ
ム軸相互を相対的に捩ることによって弁揚程及び／又は
開弁時間を広い範囲内で変化させることを可能にする。
その場合リンク部材の振れ（偏位）は弁揚程の１つの尺
度である。この偏位値は位置センサによって、例えばポ
テンシオメータ形の角度信号発生器によって検知され、
究極的には弁揚程の検出のために評価される。
【０００４】公知の装置は可変弁揚程機構を備えたシス
テムであり、該可変弁揚程機構によって吸気弁は、総て
の弁に共通の調整軸を介して調整される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、位置
センサを用いずに弁揚程を検出することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】冒頭で述べた形式の検出
装置において前記課題を解決するための本発明の構成手
段は、請求項１に発明の特徴部分として記載したよう
に、少なくとも２本の軸、つまりクランク軸と第１のカ
ム軸又は第２のカム軸又はリンク伝動機構の軸が、出力
信号を発生させるためのセンサによって探査される信号
発生ホイールを有し、前記出力信号が、当該軸の角度位
置をその都度認識せしめ、かつ両カム軸間の捩り角度
（ＶＷ）が、測定された角度位置と、当該軸間の設定さ
れた基準角度又は基準位相とから求められる点にある。
【０００７】
【作用】本発明の構成手段によって、リンク部材の偏位
を検出するために位置センサが必要で無くなり、むしろ
クランク軸とカム軸との角度位置を検出するために、何
れにしても存在しているセンサが、捩り角度の検出のた
めに利用されるという顕著な利点が得られる。予め既知
のリンク伝動機構の結果、両カム軸間の捩り角度から弁
揚程を求めることができる。本発明の検出装置の場合、
各シリンダ当り少なくとも１つの吸気弁を有する多気筒
内燃機関における捩り角度もしくは弁揚程は、クランク
軸と結合された信号発生ホイールの探査によってクラン
ク軸の角度位置を検出することによって求められる。更
に第２のカム軸には、該第２のカム軸の角度位置を検出
するために、第２のセンサによって探査される信号発生
ホイールが配置されている。クランク軸と第１及び第２
のカム軸（また場合によっては前記第１と第２のカム軸
間のリンク伝動機構の軸）との間の関係及び位相条件が
予め既知であるので、両カム軸間の捩り角度は、クラン
ク軸と第２のカム軸の検出された角度位置から算出する
ことができる。更に、第１のカム軸が吸気弁の開弁機能
を、また第２のカム軸が閉弁機能をどのように制御する
かは知られているので、捩り角度から弁揚程を一義的に
推定することが可能である。本発明の更なる利点は、請
求項２以降に記載した構成手段によって得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の有利な実施形態では、ク
ランク軸信号発生ホイールの代わりに、第１のカム軸に
第２の位相信号発生ホイールを配置し、かつ相応のセン
サによって探査することが可能である。両カム軸のセン
サの出力信号を一緒に評価することによって、捩り角度
と弁揚程の有利な検出が可能になる。
【０００９】本発明の更に有利な実施形態では第２のカ
ム軸に、センサによって探査される第１の信号発生ホイ
ールが配置されており、かつ第２の信号発生ホイール
が、カム軸の駆動装置として動作するリンク伝動機構の
入力ホイールと連結しかつ独自のセンサによって評価さ
れる少なくとも１つのマークを有している。
【００１０】更に有利な実施形態ではクランク軸信号発
生ホイールは省かれ、その代わりに別の位相信号発生ホ
イールが第１のカム軸に設けられており、更にこの場合
はリンク伝動機構の入力ホイールには、付加的なセンサ
によつて探査されるマークが付設されている。付加的に
別のセンサによってリンク伝動機構の出力ホイールの歯
が検出され、ひいては瞬間的な回転角度が測定されるよ
うにすれば、特に内燃機関の非定常運転時に特に有利な
解決手段が得られる。
【００１１】出力ホイールの角度マーク数とクランク軸
信号発生ホイールの角度マーク数が合致しており、或い
は出力ホイールの角度マーク数がクランク軸信号発生ホ
イールの角度マーク数の整数倍又はクランク軸信号発生
ホイールの角度マーク数が出力ホイールの角度マーク数
の整数倍であるようにすれば、特に簡単な評価が可能で
ある。このことは、その他の構成についても同等に当て
嵌まる。
【００１２】
【実施例】次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説す
る。
【００１３】図１では、可変弁揚程を発生させるための
ダブルカム軸式弁駆動装置を備えた内燃機関のうち本発
明を理解するために必要な構成部分が図示されている。
このような内燃機関では第１と第２のカム軸１０，１１
は４ホイール型のリンク伝動機構１２，１３，１４，１
５を介して互いに連結しており、しかも該リンク伝動機
構の入力ホイール１５は、クランク軸１９によって駆動
される第１のカム軸１０に固着結合されており、かつ２
つの中間ホイール１３，１４を介して出力ホイール１２
を駆動し、ひいては第２のカム軸１１を駆動する。第１
のカム軸１０の軸線を中心とするリンク部材１６の回転
調整によって、駆動カム軸に対する従動カム軸の捩り角
度が調整される。捩り角度に対するリンク部材の位置、
ひいては弁揚程に対するリンク部材の位置を一義的に対
応関係づけることによって、リンク部材１６の偏位を弁
揚程の尺度と定めることが可能になる。
【００１４】ところで本発明の提案では、弁揚程を検出
する場合、異なった方策が講じられている。図１に示し
たように駆動される第２のカム軸１１には、位相信号発
生ホイール１７が固着結合されており、従って第２のカ
ム軸１１と一緒に連動回転する。位相信号発生ホイール
１７はその周面に、位相センサ１８によって探査される
特定数のマークを有している。位相センサ１８は例えば
誘導信号発生器又はホール効果センサ又は光学センサで
あり、該位相センサは、位相信号発生ホイール１７の角
度マークが擦過する毎に電圧パルスを送出する。この信
号発生ユニットの配置によって、位相信号発生ホイール
１７ひいては第２のカム軸１１の角度位置が決定され
る。
【００１５】位相センサ１８に対して並列にクランク軸
１９に配設された回転数信号発生器２０が、例えばクラ
ンク軸１９に固着結合されたクランク軸信号発生ホイー
ル２１を探査することによって、前記クランク軸１９の
位置を検出する。前記クランク軸信号発生ホイール２１
はその外周表面に多数の同種の角度マークを有し、これ
らの角度マークは等しい相互間隔をとって位置してお
り、しかも１つの基準マークは、１つ又は２つの欠如し
た角度マークによって形成される。この欠如した角度マ
ーク、所謂「空隙」は公知のように、個々の信号発生器
の出力信号を受信する制御器２２によって認識される。
因みに該制御器２２は、捩り角度の検出もしくは弁揚程
の検出のために必要な信号評価と計算を行う。
【００１６】例えば可変のカム軸調整の制御から知られ
ているようなアルゴリズム（算法）によって、信号発生
器の信号は制御器２２において評価され、かつクランク
軸１９のクランク軸信号発生ホイール２１に対するカム
軸の信号発生ホイールもしくは位相信号発生ホイール１
７の対応関係が決定される。このようにして求められた
位相関係は、第１のカム軸１０がクランク軸１９に位相
固定的に連結されていることを前提条件とすれば、第１
のカム軸１０と第２のカム軸１１との間の捩り角度に相
当する。当該信号発生器と軸の組付けが一義的に規定さ
れている場合には、測定された位相基準と捩り角度との
間の対応関係は一義的になる。この条件を前提として、
第１と第２のカム軸間の捩り角度と弁揚程との間の固定
的な既知の依存関係を導入すれば、測定された位相関係
から弁揚程を求めることが可能である。
【００１７】クランク軸信号発生ホイール２１の代わり
に、第１のカム軸１０に第２の位相信号発生ホイールつ
まりカム軸信号発生ホイール２３を固着して付加的な独
自の位相センサ２４によって探査する場合には、該付加
的な位相センサ２４の出力信号を評価のために組入れる
ことが可能である。この付加的な位相センサ２４の出力
信号から第１のカム軸１０の角度位置を求め、ひいては
第２のカム軸１１の同じく求められた角度位置を考慮し
て弁揚程を推定することが可能である。
【００１８】本発明の別の実施形態によれば、第２のカ
ム軸１１の駆動装置として動作するリンク伝動機構の出
力ホイール１２に角度マークを付設し、適当な部位に配
置される位相センサ１８又は２７によって前記角度マー
クを探査して該位相センサの出力信号を制御器２２にお
いて評価するように構成することによって、位相信号発
生ホイール１７を前記出力ホイール１２と組合せること
が可能である。クランク軸信号発生ホイール２１の代わ
りに、第１のカム軸１０に装着した第２の位相信号発生
ホイール２３を評価のために採用する場合には、次のよ
うな構成が可能である。すなわち：リンク伝動機構の入
力ホイール１５に、出力信号発生のために付加的な位相
センサ２４によって探査されるマークを付設し、この出
力信号を制御器２２において評価するように構成するこ
とによって、付加的な第２の位相信号発生ホイール２３
をリンク伝動機構の入力ホイール１５と組合せることが
可能である。
【００１９】本発明の更に別の実施形態では、別の位相
センサ２４ａによって出力ホイール１２の角度マークが
付加的に検出される。これに関連した出力信号によっ
て、制御器２２では出力ホイール１２の瞬間的な回転角
度を決定することが可能になる。この処置方式は、内燃
機関の非定常運転の場合に特に適している。その場合、
出力ホイール１２とクランク軸信号発生ホイール２１と
の角度マーク数を合致させるか、或いは出力ホイール１
２の角度マーク数をクランク軸信号発生ホイール２１の
角度マーク数の整数倍に、又はその逆にクランク軸信号
発生ホイール２１の角度マーク数を出力ホイール１２の
角度マーク数の整数倍に設定すれば、評価を特に簡単に
行うことが可能である。同等のことは、クランク軸信号
発生ホイール２１の代わりに、第１のカム軸１０と結合
されたリンク伝動機構の入力ホイール１５を評価のため
に組入れる場合にも当て嵌まる。
【００２０】次に図２及び図３に基づいて、両カム軸１
０，１１間の捩り角度からの弁揚程の検出を説明する。
図２に示したように、内燃機関の各シリンダヘッド内に
位置している機械的な可変弁系は、２つの部分系つまり
リンク伝動機構２５と弁駆動装置２６とに分節すること
ができる。リンク伝動機構２５と弁駆動装置２６との間
の機能的な関係は、図２に示した連鎖に基づいて表すこ
とができる。この図示によればリンク伝動機構２５にお
けるリンク部材１６の位置が、第１のカム軸１０と第２
のカム軸１１との捩り角度を決定する。要するにリンク
部材位置ＫＳはリンク伝動機構２５に直接影響を及ぼす
訳である。捩り角度ＶＷは両カム軸相互のカム輪郭経過
を調整する。可変の弁揚程用の弁駆動装置２６におい
て、第１のカム軸１０の輪郭経過と第２のカム軸１１の
輪郭経過が特別の機構によって加算されて１つの弁リフ
ト曲線を形成する。このようにして連続的な弁リフト曲
線群が得られる。この弁リフト曲線群が図３に図示され
ている。
【００２１】図３ではクランク軸角度ＫＷ（゜ＫＷ単
位）を関数とする弁揚程ＶＨ（ミリメートル単位）がプ
ロットされている。弁リフト曲線群は吸気行程機能を表
し、この場合の群パラメータは、第１のカム軸１０と第
２のカム軸１１との間の捩り角度である。要するに捩り
角度は弁リフト曲線、ひいては弁揚程を一義的に確定す
る訳である。捩り角度と弁揚程との関係は、数式的に把
握することも、或いは図３に示したように特性曲線フィ
ールドによって説明することもできる。従って相応の数
式又は特性曲線フィールドを介して弁揚程ＶＨを求める
ためには、捩り角度を知れば充分である。算定又は評価
は内燃機関の制御器２２で行われる。この評価のために
必要な特性曲線フィールドは、制御器のプロセッサのメ
モリに書込んでおくことができる。
【００２２】カム軸調整が可変の場合の吸気行程機能曲
線群の他に、図３には、従来慣用の、要するにカム軸調
整を行わない制御ＫＳｔの場合の吸気行程機能も記入さ
れている。更にまた負荷変換上死点ＬＷ−ＯＴと下死点
ＵＴ並びに開弁時間ＯＤ（゜ＫＷ単位）が記入されてい
る。
【００２３】前記のようにして測定された弁揚程は、カ
ム軸調整機構用の位置センサを有する装置の場合には、
該位置センサを校正するために基準信号として使用する
ことができる。このような校正操作のための、単純かつ
実用的な解決手段はこれまで公知になっていない。更に
本発明による弁揚程の検出は、安全対策の枠内で位置セ
ンサ信号のための比較信号として役立てることができ
る。もっぱら弁揚程を介してシリンダ充填を制御する場
合、弁揚程実際値信号の監視は極めて重要である。この
監視は、捩り角度から算定された弁揚程を、測定した弁
揚程と比較し、かつ規定の偏差値でエラーを認識できる
ようにすることによって簡単に実現することができる。
【００２４】位置センサを装備したシステムの場合には
位置センサの故障を確認した場合、本発明により求めら
れた弁揚程信号を、弁揚程調整機構の位置制御のための
実際値信号として使用することによって、非常時走行運
転が可能である。本発明による弁揚程検出方式を、当今
慣用の位置センサに完全に代わるものとして使用するこ
とができるのは勿論のことである。この可能性は、高い
温度及びエンジンオイルの循環のような極端な使用条件
と相俟ってカム軸調整機構が設計上の都合から、位置セ
ンサをシリンダヘッド内に配置させることしか許さない
場合、格別の意味がある。
【００２５】内燃機関のアイドリング運転時及び部分負
荷運転時には、経験的に見て高い解像能をもったシリン
ダ充填制御が必要になる。これに加えて、弁揚程調整機
構を制御するために弁揚程実際値信号を相応に拡げるこ
とが必要である。当該部分負荷運転範囲において位置セ
ンサの出力信号が前記の要件を満たさない場合には、例
えばより高次の増幅定数による位置センサの出力信号の
負荷のような、付加的な手段が必要である。しかしこの
付加的な手段は、本発明による弁揚程検出が要求される
解像精度を既に有している場合には省くことができる。
この場合は、アイドリング運転及び部分負荷運転におけ
る弁揚程調整機構の制御時に、位相信号発生器又は捩り
手段を介して求められた弁揚程実際値信号を有利に使用
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】クランク軸及びカム軸並びに所属の連結手段の
概略構成図である。
【図２】機械的な可変弁系のブロック図である。
【図３】両カム軸間の異なった捩り角度についてのクラ
ンク軸角度を関数とする弁揚程の経過線図である。
【符号の説明】
１０ 第１のカム軸、 １１ 第２のカム軸、 １
２ 出力ホイール、１３，１４ 中間ホイール、１
５ 入力ホイール、 １６ リンク部材、 １７
位相信号発生ホイール、 １８ 位相センサ、 １
９ クランク軸、 ２０ 回転数信号発生器、 ２
１ クランク軸信号発生ホイール、２２ 制御器、
２３ 第２の位相信号発生ホイール又はカム軸信号
発生ホイール、 ２４ 付加的な位相センサ、 ２５
リンク伝動機構、 ２６弁駆動装置、 ２７ 位
相センサ、 ＫＳ リンク部材位置、 ＶＷ捩り角
度、 ＫＷ クランク軸角度、 ＶＨ 弁揚程
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｂ 7/30 Ｇ０１Ｂ 7/30 Ｂ 21/22 21/22 Ｇ０１Ｄ 5/20 Ｇ０１Ｄ 5/20 Ｊ (72)発明者 ウード ジーバー ドイツ連邦共和国 ビーティヒハイム マ イゼンヴェーク ７−１

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各シリンダ当り少なくとも１つの吸気弁
    と、クランク軸と、設定可能な位相関係で前記クランク
    軸によって駆動される第１のカム軸と、少なくとも１本
    の別の軸を含むリンク伝動機構を介して前記第１のカム
    軸によって駆動される第２のカム軸とを備えた多気筒内
    燃機関におけるカム軸の捩り角度及び／又は弁揚程の検
    出装置であって、前記の両カム軸の相対的な捩りが相互
    に調和されかつ両カム軸が開弁機能及び閉弁機能を決定
    し、両カム軸相互の相対的な捩りによって弁揚程及び／
    又は開弁時間が可変である形式のものにおいて、少なく
    とも２本の軸、つまりクランク軸と第１のカム軸又は第
    ２のカム軸又はリンク伝動機構の軸が、出力信号を発生
    させるためのセンサによって探査される信号発生ホイー
    ルを有し、前記出力信号が、当該軸の角度位置をその都
    度認識せしめ、かつ両カム軸間の捩り角度（ＶＷ）が、
    測定された角度位置と、当該軸間の設定された基準角度
    又は基準位相とから求められることを特徴とする、多気
    筒内燃機関におけるカム軸の捩り角度及び／又は弁揚程
    の検出装置。
  2. 【請求項２】 弁揚程（ＶＨ）が捩り角度（ＶＷ）か
    ら、弁揚程と捩り角度との間の関係を表示する数式を介
    して、或いは、弁揚程と捩り角度との間の関係を表示す
    る特性曲線フィールドを介して求められる、請求項１記
    載の検出装置。
  3. 【請求項３】 必要な計算が制御器内で進行する、請求
    項１又は２記載の検出装置。
  4. 【請求項４】 リンク伝動機構の信号発生ホイールが、
    リンク伝動機構の入力ホイール又はリンク伝動機構の出
    力ホイールであり、しかも前記の入力ホイール又は出力
    ホイールが少なくとも１つの付加的な角度マークを有し
    ている、請求項１から３までのいずれか１項記載の検出
    装置。
  5. 【請求項５】 出力ホイールの角度マーク数とクランク
    軸信号発生ホイールの角度マーク数が合致しており、或
    いは出力ホイールの角度マーク数がクランク軸信号発生
    ホイールの角度マーク数の整数倍又はクランク軸信号発
    生ホイールの角度マーク数が出力ホイールの角度マーク
    数の整数倍である、請求項４記載の検出装置。
  6. 【請求項６】 入力ホイールに付設された角度マーク数
    と、第１のカム軸（１０）に結合された信号発生ホイー
    ルの角度マーク数が互いに合致しており、或いは入力ホ
    イールに付設された角度マーク数が第１のカム軸（１
    ０）に結合された信号発生ホイールの角度マーク数の整
    数倍又は第１のカム軸（１０）に結合された信号発生ホ
    イールの角度マーク数が入力ホイールに付設された角度
    マーク数の整数倍である、請求項４記載の検出装置。
  7. 【請求項７】 検出装置が、弁揚程を検出するためのセ
    ンサを付加的に有する内燃機関で使用され、弁揚程を検
    出測定する前記センサの出力信号が、捩り角度から算出
    された弁揚程と比較され、測定された弁揚程と算出され
    た弁揚程に偏差が生じた場合には位置センサの故障が認
    識され、かつ、捩り角度から求められた弁揚程を、弁揚
    程調整機構の位置制御のための実際値信号として使用し
    て非常時走行運転が導入される、請求項１から６までの
    いずれか１項記載の検出装置。
  8. 【請求項８】 内燃機関の設定可能な運転条件下で、特
    にアイドリング運転時及び／又は部分負荷運転時に、捩
    り角度から求められた弁揚程が制御のために使用され、
    かつ内燃機関のその他の運転条件では、弁揚程センサか
    ら求められた弁揚程実際値が制御時に使用される、請求
    項７記載の検出装置。
JP33142497A 1996-12-04 1997-12-02 多気筒内燃機関におけるカム軸の捩り角度及び／又は弁揚程の検出装置 Withdrawn JPH10169476A (ja)

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