(57)【要約】【課題】  ＶＴＣアクチュエータの制御精度の向上等を実現するカム位相可変型内燃機関を提供する。【解決手段】  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。また、バックプレート２５には、その外周にパルサティース７１，７２が突設されている。【選択図】      図４
2011021572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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カム位相可変型内燃機関。
【請求項２】
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、請求項１に記載されたカム位相可変型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４０５９６７３号公報
【特許文献２】特開２００９−３６１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るエンジンの要部透視斜視図である。
【図２】実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの分解斜視図である。
【図３】実施形態に係る吸気カムシャフト先端側の分解斜視図である。
【図４】実施形態に係る吸気カムシャフト先端側の縦断面図である。
【図５】従来装置におけるカムシャフト周りの構成を示す側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
［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。
【００１５】
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。
【００１６】
＜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。
【００１７】
＜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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
＜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。
【００２１】
≪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
【００２２】
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）。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）。
【００２６】
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。
【符号の説明】
【００２７】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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