(57)【要約】    【課題】  低回転域においても、バルブタイミング（回転位相）の検出値が更新される時間間隔が長くなることを抑止でき、可変バルブタイミング機構の制御性が悪化することを回避する。    【解決手段】  直列４気筒機関において、クランク角で１８０deg毎に気筒判別信号を出力する気筒判別センサと、クランク角で９０deg毎にカム位相信号を出力するカム位相センサとを設け、基準クランク角位置から前記カム位相信号までの角度ＦＡ１，ＦＡ２を検出することで、クランク角で９０deg毎にカムシャフトの回転位相を検出する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のカムシャフトの回転角を検出するカム位相センサであって、
前記カムシャフト又は前記カムシャフトと一体に回転する回転部材に、前記カムシャフトによって機関バルブが駆動される気筒数の整数ｎ（ｎ≧２）倍の被検出部を等間隔に設け、該被検出部をセンサ素子で検出してカム位相信号を出力するカム位相センサ。
【請求項２】
クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで機関バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構の制御装置であって、
前記カムシャフト又は前記カムシャフトと一体に回転する回転部材に、前記カムシャフトによって機関バルブが駆動される気筒数の整数ｎ（ｎ≧２）倍の被検出部を等間隔に設け、該被検出部をセンサ素子で検出してカム位相信号を出力するカム位相センサと、
前記内燃機関における気筒間の行程位相差に相当するクランク角度毎にクランク角信号を出力するクランク角センサと、
前記クランク角信号から前記カム位相信号までの位相を計測する位相計測手段と、
前記計測された位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項３】
クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで機関バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構の制御方法であって、
前記カムシャフト又は前記カムシャフトと一体に回転する回転部材に、前記カムシャフトによって機関バルブが駆動される気筒数の整数ｎ（ｎ≧２）倍の数だけ等間隔に設けられる被検出部を検出し、
前記内燃機関における気筒間の行程位相差に相当するクランク角度毎の基準クランク角位置を検出し、
前記基準クランク角位置の検出タイミングから前記被検出部の検出タイミングまでの位相を計測し、
前記計測された位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御することを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで機関バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関において、前記回転位相を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、前記可変バルブタイミング機構を備えた直列４気筒内燃機関において、全気筒間における行程位相差に相当するクランク角１８０degＣＡ毎にクランク角信号を発生するクランク角センサと、クランク角１８０degＣＡに相当するカムシャフトの９０deg毎にカム位相信号を発生するカム位相センサとを備え、前記カム位相信号からクランク角信号までの位相差時間を計測することで、バルブタイミング（カムシャフトの回転位相）を検出する制御装置が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−３０３８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、始動時やアイドル運転等の低回転域で、バルブタイミングを変更して運転性の向上を図る要求があるが、従来の制御装置では、バルブタイミング（回転位相）の検出周期が、気筒間の行程位相差毎になっていたため、前記低回転域ではバルブタイミング（回転位相）の検出値が更新される時間間隔が長くなり、可変バルブタイミング機構の制御性がオーバーシュートの発生等によって悪化するという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、低回転域においても、バルブタイミング（回転位相）の検出値が更新される時間間隔が過剰に長くなることを抑止でき、可変バルブタイミング機構の制御性が悪化することを未然に回避できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため請求項１記載の発明に係るカム位相センサは、内燃機関のカムシャフトの回転角を検出するカム位相センサであり、前記カムシャフト又は前記カムシャフトと一体に回転する回転部材に、前記カムシャフトによって機関バルブが駆動される気筒数の整数ｎ（ｎ≧２）倍の被検出部を等間隔に設け、センサ素子によって前記複数の被検出部を検出してカム位相信号を出力するセンサである。
【０００６】
上記構成によると、１気筒当たり複数のカム位置がカム位相センサで検出されることになり、該カム位相センサから出力されるカム位相信号を用いて、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を検出させる構成とすれば、気筒間の行程位相差に相当するクランク角度の半分以下の周期でカムシャフトの回転位相を検出することが可能となる。
請求項２記載の発明に係る制御装置は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで機関バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構の制御装置であり、前記カムシャフト又は前記カムシャフトと一体に回転する回転部材に、前記カムシャフトによって機関バルブが駆動される気筒数の整数ｎ（ｎ≧２）倍の被検出部を等間隔に設けて、この被検出部をセンサ素子によって検出してカム位相信号を出力するカム位相センサと、機関における気筒間の行程位相差に相当するクランク角度毎にクランク角信号を出力するクランク角センサと、を備え、クランク角信号からカム位相信号までの位相を位相計測手段により計測し、前記計測された位相に基づいて制御手段が前記可変バルブタイミング機構を制御する。
【０００７】
上記構成によると、クランク角信号の発生周期の間に、複数のカム位相信号が発生することになり、直前のクランク角信号から各カム位相信号までの位相を検出することで、同一のカムシャフトで機関バルブが駆動される気筒間の行程位相差に相当するクランク角度の半分以下の周期で位相が検出される。
従って、機関の低回転域においても、バルブタイミング（回転位相）の検出値が更新される時間間隔が長くなることを抑止でき、可変バルブタイミング機構を高い精度で制御できる。
【０００８】
請求項３記載の発明に係る制御方法は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで機関バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構の制御方法であり、前記カムシャフト又は前記カムシャフトと一体に回転する回転部材に、前記カムシャフトによって機関バルブが駆動される気筒数の整数ｎ（ｎ≧２）倍の数だけ等間隔に設けられる被検出部を検出し、機関における気筒間の行程位相差に相当するクランク角度毎の基準クランク角位置を検出し、前記基準クランク角位置の検出タイミングから前記被検出部の検出タイミングまでの位相を計測し、前記計測された位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する。
【０００９】
係る構成によると、クランク角信号から、クランク角信号の発生周期の間に複数発生するカム位相信号まで位相を検出することで、同一のカムシャフトで機関バルブが駆動される気筒間の行程位相差に相当するクランク角度の半分以下の周期で位相が検出されることになる。
従って、機関の低回転域においても、バルブタイミング（回転位相）の検出値が更新される時間間隔が長くなることを抑止でき、可変バルブタイミング機構を高い精度で制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における直列４気筒ガソリン機関の構成図である。
図１において、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装される。
そして、前記電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１１】
各気筒の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。
前記燃焼室１０６内に形成された混合気は、図示省略した点火プラグによる火花点火によって着火燃焼する。
【００１２】
燃焼室１０６内の燃焼排気は、排気バルブ１０７を介して排気管側に排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、クランクシャフト１２０の回転がタイミングチェーンやタイミングベルトを介して伝達される排気側カムシャフト１１０，吸気側カムシャフト１３４によってそれぞれ開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、可変バルブタイミング機構１１３が設けられている。
【００１３】
前記可変バルブタイミング機構１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブタイミング（開時期及び閉時期）を変化させる機構である。
図２は、前記可変バルブタイミング機構１１３の構造を示す。
前記可変バルブタイミング機構１１３は、クランクシャフト１２０と同期して回転するスプロケット２５に固定され、このスプロケット２５と一体的に回転する第１回転体２１と、ボルト２２ａにより前記吸気側カムシャフト１３４の一端に固定され、吸気側カムシャフト１３４と一体的に回転する第２回転体２２と、ヘリカルスプライン２６により第１回転体２１の内周面と第２回転体２２の外周面とに噛合する筒状の中間ギア２３と、を有している。
【００１４】
前記中間ギア２３には３条ネジ２８を介してドラム２７が連結されており、このドラム２７と中間ギア２３との間にねじりスプリング２９が介装されている。
前記中間ギア２３は、ねじりスプリング２９によって遅角方向（図２の左方向）へ付勢されており、電磁リターダ２４に電圧を印加して磁力を発生すると、ドラム２７及び３条ネジ２８を介して進角方向（図２の右方向）へ動かされる。
【００１５】
この中間ギア２３のシャフト方向位置に応じて、回転体２１，２２の相対位相が変化して、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の位相が変化する。
前記電動アクチュエータ１７及び電磁リターダ２４は、前記ＥＣＵ１１４からの制御信号により、機関の運転状態に応じて駆動制御される。
尚、前記可変バルブタイミング機構を、図２に示した構造に限定するものではなく、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、機関バルブのバルブタイミングを変化させるものであれば、油圧式などの他の機構のものであっても良い。
【００１６】
前記ＥＣＵ１１４は、マイクロコンピュータを内蔵し、各種センサからの検出信号に基づく演算処理によって、前記電子制御スロットル１０４，可変バルブタイミング機構１１３，燃料噴射弁１３１等を制御する。
前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１６、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０の回転角を検出するクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、機関１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、前記可変バルブタイミング機構１１３により位相が可変とされる吸気側カムシャフト１３４の回転位相を検出するためのカム位相センサ１３２、排気側カムシャフト１１０に設けられ基準ピストン位置にある気筒を判別するための気筒判別センサ１３３が設けられている。
【００１７】
前記クランク角センサ１１７は、図３に示すように、クランクシャフト１２０に軸支したシグナルプレート１１７ａの被検出部１１７ｂをセンサ素子１１７ｃで検出する構成であり、図４に示すように、各気筒の上死点を起点としてクランク角１０deg毎に立ち上がるパルス信号である単位クランク角信号ＰＯＳを出力する。
ここで、前記単位クランク角信号ＰＯＳは、各気筒の上死点前６０deg及び７０degの回転位置で抜けを生じるように設定されている。換言すれば、前記単位クランク角信号ＰＯＳは、機関１０１における全気筒間の行程位相差であるクランク角１８０deg毎に連続して２個が歯抜けを生じるようになっている。
【００１８】
尚、クランク角センサ１１７が、抜けのない単位クランク角信号ＰＯＳと、行程位相差毎の基準クランク角信号とを個別に出力する構成であっても良い。
また、前記気筒判別センサ１３３は、図３に示すように、排気側カムシャフト１１０に軸支したシグナルプレート１３３ａに対し９０deg間隔位置毎に相互に異なる数だけ設けられる被検出部１３３ｂをセンサ素子１３３ｃで検出する構成であり、図４に示すように、全気筒間の行程位相差に相当するクランク角１８０deg毎に、基準ピストン位置にある気筒のナンバーをパルス数で示す気筒判別信号を出力する。
【００１９】
更に、前記カム位相センサ１３２は、図３に示すように、吸気側カムシャフト１３４に軸支したシグナルプレート１３２ａに対し４５deg毎に等間隔で設けられる８個（気筒数の２倍）の被検出部１３２ｂをセンサ素子１３２ｃ検出する構成であり、図４に示すように、クランク角９０deg毎に吸気側カムシャフト１３４の位相検出に用いるカム位相信号を出力する。
【００２０】
尚、上記被検出部は、各シャフトに直接形成されるものであっても良い。
また、本実施形態における点火は、＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順である。
前記ＥＣＵ１１４は、前記単位クランク角信号ＰＯＳの発生周期を計測することで、歯抜け直後のＢＴＤＣ５０degの位置で出力される単位クランク角信号ＰＯＳを検出し、単位クランク角信号ＰＯＳが３個入力される毎にカウントアップされるカウンタＣＲＡＣＮＴ１の値を、前記ＢＴＤＣ５０degの位置でクリアする。
【００２１】
更に、単位クランク角信号ＰＯＳが３個入力される毎にカウントアップされるカウンタＣＲＡＣＮＴ２の値を、前記カウンタＣＲＡＣＮＴ１の値が４になる毎にクリアさせる。
そして、前記カウンタＣＲＡＣＮＴ２がクリアされる周期の間、即ち、ＢＴＤＣ１１０degから次のＢＴＤＣ１１０degまでの間で、前記気筒判別信号の発生数をカウントし、次の１周期に含まれる上死点位置がどの気筒の圧縮上死点であるかを判別し、気筒判別値ＣＴＹＬＣＮＴを更新設定する。
【００２２】
例えば、前記カウンタＣＲＡＣＮＴ２がクリアされる周期の間で、気筒判別信号が３個出力されたときには、次に圧縮上死点となる気筒は＃４気筒であると判断して、前記カウンタＣＲＡＣＮＴ２がクリアされるタイミングで気筒判別値ＣＴＹＬＣＮＴを４に切り換える。
各気筒の燃料噴射時期や点火時期の制御においては、前記気筒判別値ＣＴＹＬＣＮＴに基づいて燃料噴射・点火を行わせる気筒を特定し、要求の燃料噴射時期・点火時期を、前記単位クランク角信号ＰＯＳの歯抜け位置に基づいて検出される基準クランク角位置相当の単位クランク角信号ＰＯＳからの単位クランク角信号ＰＯＳのカウント及び１０deg以下の角度の時間換算によって検出し、燃料噴射させる気筒の燃料噴射弁１３１に噴射パルス信号を出力し、点火する気筒の点火コイルの通電を制御するパワートランジスタに点火制御信号を出力する。
【００２３】
また、前記カウンタＣＲＡＣＮＴ２がクリアされるタイミング（基準クランク角位置）から、その後出力される２つのカム位相信号までの位相角度ＦＡ１，ＦＡ２を、単位クランク角信号ＰＯＳ及び時間計測によってそれぞれ検出する（位相計測手段）。
そして、最新に検出された位相角度ＦＡから実際の吸気側カムシャフト１３４の回転位相を求め、これが、目標の回転位相に近づくように、前記可変バルブタイミング機構１１３をフィードバック制御する（制御手段）。
【００２４】
上記構成によると、クランク角９０degＣＡ毎に回転位相の検出値が更新されるので、気筒判別信号に基づいて気筒間の行程位相差であるクランク角１８０degＣＡ毎に回転位相を検出する場合に比べて更新周期を短くでき、特に、アイドル運転時などの低回転運転時に回転位相検出値の更新周期が長くなって、回転位相の制御精度が低下することを防止できる。
【００２５】
尚、上記では、前記カム位相センサ１３２を構成するシグナルプレート１３２ａに、４５deg毎に等間隔で８個（気筒数の２倍）の被検出部１３を設ける構成としたが、気筒数（＝４）の整数ｎ（ｎ≧２）倍の数だけ被検出部を等間隔に設ける構成であれば良く、例えば、１２個或いは１６個の被検出部を等間隔に設けても良い。
但し、低回転域で必要十分な検出周期内に制限できる程度に被検出部の数を設定すれば良い。
【００２６】
上記実施形態では、直列４気筒機関を例としたが、以下に、Ｖ型６気筒機関に適用する場合の実施形態（第２実施形態）を示す。
図５は、第２実施形態におけるカム位相センサ１３２、気筒判別センサ１３３及びクランク角センサ１１７の構成を示す。
図５に示すＶ型６気筒機関は、左右バンクがそれぞれ３気筒からなり、左バンクＬに排気側カムシャフト１１０Ｌ，吸気側カムシャフト１３４Ｌが備えられ、右バンクＲにも排気側カムシャフト１１０Ｒ，吸気側カムシャフト１３４Ｒが備えられる。
【００２７】
吸気側カムシャフト１３４Ｌ及び吸気側カムシャフト１３４Ｒには、それぞれ前記可変バルブタイミング機構１１３が設けられると共に、それぞれにカム位相センサ１３２Ｌ，１３２Ｒが設けられる。
また、排気側カムシャフト１１０Ｌ及び排気側カムシャフト１１０Ｒは、クランクシャフトに対して固定の位相で回転し、それぞれに気筒判別センサ１３３Ｌ，１３３Ｒが設けられる。
【００２８】
前記クランク角センサ１１７は、クランク角１０deg毎に立ち上がるパルス信号である単位クランク角信号ＰＯＳを出力するが、各気筒の上死点前６０deg及び７０degの回転位置で（６気筒間の行程位相差に相当するクランク角１２０degＣＡ毎に）抜けを生じるように設定されている（図６，７参照）。
前記気筒判別センサ１３３Ｌ，１３３Ｒは、各バンクに含まれる３気筒間における行程位相差に相当するクランク角で２４０degＣＡ毎に気筒判別が行えるように、カムシャフトの回転角で１２０deg毎を基本として気筒判別信号を出力する（図６参照）。
【００２９】
具体的には、前記気筒判別センサ１３３Ｌ，１３３Ｒは、カムシャフトの回転角で１２０deg毎に、１個→１個→２個の順でパルス信号を発生するが、１個のパルス信号を発生させるタイミングから１２０deg後の２個のパルスを発生させるタイミングとの中間で、２個のパルス信号を発生させるように被検出部１３３ｂが設定されている。
前記気筒判別センサ１３３Ｌと気筒判別センサ１３３Ｒとは、１２０deg毎のパルス発生周期が半周期分だけ位相がずれており、１２０deg毎に出力される１個パルスのうちの一方が他方の気筒判別センサ１３３から中間位置で出力される２個のパルス信号と同期することで、１２０deg間隔で出力される１個のパルス信号を区別できるようにしてあり、これによって、各バンクの３気筒のうち基準ピストン位置にある気筒を判別できるようにしてある。
【００３０】
また、カム位相センサ１３２Ｌ、１３２Ｒとしては、クランク角１２０degＣＡに相当するカムシャフトの６０deg回転毎に、６個（各バンクの気筒数の２倍に相当する数）の被検出部を等間隔に設け、該６個の被検出部を検出してカム位相信号を出力する（図７参照）。
上記構成によると、クランク角センサ１１７からの単位クランク角信号ＰＯＳの抜け位置に基づいて検出されるクランク角１２０degＣＡ毎の基準クランク角位置から、各カム位相センサ１３２Ｌ、１３２Ｒからクランク角１２０degＣＡ毎に出力されるカム位相信号までの角度ＦＡＬ，ＦＡＲを各バンクでそれぞれに計測することで、クランク角１２０degＣＡ毎に各バンクの吸気側カムシャフトの回転位相が検出される。
【００３１】
従って、各バンクにおける気筒判別周期（クランク角２４０degＣＡ毎）に回転位相を検出する場合に比べて更新周期を短くでき、特に、アイドル運転時などの低回転運転時に回転位相検出値の更新周期が長くなって、回転位相の制御精度が低下することを防止できる。
尚、上記では、Ｖ型６気筒機関において、カムシャフトの６０deg回転毎に等間隔で６個（気筒数の２倍）の被検出部を設けて、カムシャフトの６０deg回転毎にカム位相信号を出力させる構成としたが、気筒数（＝３）の整数ｎ（ｎ≧２）倍の数だけ被検出部を等間隔に設ける構成であれば良く、例えば、９個或いは１２個の被検出部を等間隔に設けても良い。
【００３２】
但し、低回転域で必要十分な検出周期内に制限できる程度に被検出部の数を設定すれば良い。
更に、直列６気筒機関であれば、カムシャフトに対して１２個の被検出部を設け、該被検出部の検出信号をカム位相信号として出力させることで、全気筒間の行程位相差である１２０degＣＡの半分の６０degＣＡ毎に回転位相の検出値を更新させることができる。
【００３３】
即ち、本願発明が適用される内燃機関を、直列４気筒、Ｖ型６気筒に限定するものではない。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項２記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記カム位相センサとは別に、前記カムシャフトによって機関バルブが駆動される気筒間の行程位相差毎に気筒判別信号を出力する気筒判別センサを備えることを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。
【００３４】
かかる構成によると、気筒判別は、専用の気筒判別センサからの信号に基づいて行い、カムシャフトの回転位相は、別途設けたカム位相センサを用いて行うので、十分に短い周期で回転位相の検出を行わせながら、気筒別の制御に必要な気筒判別情報を得ることができる。
（ロ）請求項（イ）記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、
内燃機関が吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトとを個別に備え、前記吸気側カムシャフトに前記可変バルブタイミング機構及びカム位相センサを備え、前記排気側カムシャフトに前記気筒判別センサを備えることを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。
【００３５】
かかる構成によると、前記可変バルブタイミング機構による吸気側カムシャフトの回転位相の変化を、充分に短い周期で検出させることができると共に、気筒判別を精度良く行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態における内燃機関の構成図。
【図２】実施形態における可変バルブタイミング機構の断面図。
【図３】第１実施形態におけるカム位相センサ、気筒判別センサ及びクランク角センサの構成を示す模式図。
【図４】前記第１実施形態における各センサの検出信号の出力タイミングを示すタイムチャート。
【図５】第２実施形態におけるカム位相センサ、気筒判別センサ及びクランク角センサの構成を示す模式図。
【図６】前記第２実施形態における気筒判別信号の出力タイミングを示すタイムチャート。
【図７】前記第２実施形態におけるカム位相信号の出力タイミングを示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００３７】
１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１０…排気側カムシャフト、１１３…可変バルブタイミング機構、１１４…エンジンコントロールユニット、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カム位相センサ、１３３…気筒判別センサ、１３４…吸気側カムシャフト
【図１】
2006257958.tif 000003
【図２】
2006257958.tif 000004
【図３】
2006257958.tif 000005
【図４】
2006257958.tif 000006
【図５】
2006257958.tif 000007
【図６】
2006257958.tif 000008
【図７】
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