(57)【要約】【課題】  機関定常運転時であることに対して検出結果に回転変動の影響が反映されることを小さく抑制しつつ、ピストン位置を検出する機会を増大させることができる内燃機関のカムロータ、及び該内燃機関のカムロータから対応するピストン位置を好適に検出できるカムロータの検出装置を提供する。【解決手段】  内燃機関５０のピストン５１の位置を気筒毎に検出するための歯１０１ａから１０１ｌ（エル）までを備えるカムロータ１００であって、歯１０１の数が内燃機関５０の気筒数よりも多く設定されているとともに、歯１０１の間隔が内燃機関５０に係る回転変動に応じて不等間隔に設定されている。内燃機関５０はＶＶＴ６０を備えており、カムロータ１００はＶＶＴ６０をフィードバック制御するために用いられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンの位置を気筒毎に検出するための歯を複数備える内燃機関のカムロータであって、
前記歯の数が前記内燃機関の気筒数よりも多く設定されているとともに、前記歯の間隔が前記内燃機関に係る回転変動に応じて不等間隔に設定されていることを特徴とする内燃機関のカムロータ。
【請求項２】
前記内燃機関が可変動弁機構を備えており、該可変動弁機構をフィードバック制御するために用いられることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のカムロータ。
【請求項３】
前記内燃機関の第１の所定回転数における回転変動の影響が最も小さくなるように前記歯の間隔が不等間隔に設定されていることを特徴とする請求項２記載の内燃機関のカムロータ。
【請求項４】
請求項１から３いずれか１項記載の内燃機関のカムロータが備える複数の歯を検出するカムロータの検出装置であって、
前記内燃機関の回転数が第２の所定回転数よりも大きい場合に、前記複数の歯のうち、前記ピストンの所定の位置に気筒毎に対応させて設けられた歯を制御に有効なものとして検出するとともに、前記内燃機関の回転数が第２の所定回転数以下である場合に、前記内燃機関のカムロータに形成されたすべての歯を制御に有効なものとして検出する特定ロータ検出手段を備えることを特徴とするカムロータの検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関のカムロータ及びカムロータの検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関ではピストンの位置を検出するためにカムロータが用いられている。例えば４気筒の内燃機関にあっては、上死点に気筒毎に対応させて４つの歯を設けたカムロータに備えるとともに、機関運転時にセンサを介してこれらの歯を検出すれば、上死点を気筒毎に検出できる。一方、内燃機関では定常運転時であっても、例えば混合気が燃焼した際にこれに応じてピストンの往復運動速度が増大するといった形で回転変動が発生する。またカムシャフトに取り付けられたカムロータにあっては、さらにクランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達するチェーン等がたわむことなどによっても回転変動が発生する。このような内燃機関に係る回転変動に対処するための技術として、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１または２で提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１３５２８号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では可変動弁機構を備えた内燃機関が知られている。可変動弁機構では例えば開弁タイミングの変更が行われる。開弁タイミングの変更は開弁タイミングに対応するピストン位置（例えばクランク角度で表したもの）を現在位置から目標位置に変更することにより行われ、具体的には現在位置を検出するとともに、検出した現在位置と目標位置との偏差が小さくなるように可変動弁機構をフィードバック制御することにより行われる。なお、可変動弁機構において上記のようなフィードバック制御の対象となる要素は開弁タイミングに限られない。
【０００５】
一方、可変動弁機構を精度良くフィードバック制御するためには、現在位置を検出できる機会を十分に確保する必要があり、特に内燃機関の回転数が低いときにその必要性は高くなる。この点、カムロータの歯数を多くすれば、現在位置を検出する機会を増大させることができる。しかしながら、このように歯数を増やした場合には、異なるピストン位置に対応する歯夫々を検出した際の回転変動の大きさが互いに異なってくる。
【０００６】
図５は時間経過とともに変化する回転変動を模式的に示す図であり、図５ではこれに対応させてさらに互いに略等間隔に設けられた一般的なカムロータ１００Ｘの歯を機械的に設定された間隔でともに示している。なお、図５では機関定常運転時の回転変動を示しており、この回転変動は内燃機関の気筒数が４気筒である場合のものとなっている。また回転変動としてはカムロータ１００Ｘにおけるものとクランクシャフトにおけるものとを夫々示している。この点、カムロータ１００Ｘにおける回転変動は動力が遅れて伝達される分だけ、クランクシャフトにおける回転変動よりも時間的な遅れを有している。
【０００７】
実線で示された４つの歯は、同じピストン位置（ここでは上死点）に気筒毎に対応させて設けられたものとなっている。図５からこれら４つの歯を検出する場合には、カムロータ１００Ｘでの回転変動の大きさが等しくなるタイミングで歯の検出が行われることがわかる。また、歯の間隔は時間で検出されるところ、この場合には検出された時間に回転変動の影響が反映されることは基本的にないといえる。しかしながら、検出機会を増大させるべく破線で示す歯をさらに設けて歯数を多くした場合（図５の例では１２歯）、図５から異なるピストン位置に対応する歯夫々を検出した際の回転変動の大きさが互いに異なってくることがわかる。すなわち大きさの異なる回転変動が発生している状態で現在位置が複数検出されることになる。このためこの場合には、時間の検出結果に回転変動の影響が大きく反映されてしまうことになる。
【０００８】
これに対して、現在位置を目標位置に合わせるフィードバック制御では、時間で検出された歯の間隔はそのときの回転数に応じて位置のパラメータ（例えばクランク角度）に直された上で利用される。なお、フィードバック制御はこの回転数にクランク角センサの出力に基づき算出した回転数を適用するものを想定している。ところが歯数を多くした場合には、検出結果に回転変動の影響が大きく反映されてしまう結果、機関定常運転時であっても、検出結果に基づいて定常状態であるのか過渡状態であるのかを区別できなくなってしまう。したがってこの場合には現在位置を目標位置に合わせるフィードバック制御を行うことができなくなってしまうことになる。
【０００９】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、機関定常運転時であることに対して検出結果に回転変動の影響が反映されることを小さく抑制しつつ、ピストン位置を検出する機会を増大させることができる内燃機関のカムロータ、及び該内燃機関のカムロータから対応するピストン位置を好適に検出できるカムロータの検出装置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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は内燃機関のピストンの位置を気筒毎に検出するための歯を複数備える内燃機関のカムロータであって、前記歯の数が前記内燃機関の気筒数よりも多く設定されているとともに、前記歯の間隔が前記内燃機関に係る回転変動に応じて不等間隔に設定されていることを特徴とする。本発明によれば、機関定常運転時に歯を時間間隔で等しいとみなせる程度の間隔で検出することが可能になることから、検出結果に基づいて定常状態であるのか過渡状態であるのかを区別できる。したがって本発明によれば、機関定常運転時であることに対して検出結果に回転変動の影響が反映されることを小さく抑制できる。また歯の間隔を不等間隔に設定した場合であっても、現在位置を検出する機会は設定した歯数に応じて十分に確保できる。このため本発明によれば、上記のように回転変動の影響が反映されることを小さく抑制しつつ、ピストン位置を検出する機会を増大させることができる。
【００１１】
なお、歯の間隔を回転変動に応じて不等間隔に設定するにあたっては、具体的には例えばピストンの所定の位置（例えば上死点）に気筒毎に対応させて設けられた歯同士の間において、歯の間隔のうち、回転変動が大きい時期に対応する歯の間隔を等間隔である場合よりも狭く設定するとともに、これに応じて回転変動が小さい時期に対応する歯の間隔を等間隔である場合よりも広く設定することができる。これにより、上死点などピストンの所定の位置に気筒毎に対応させて設けられた歯の位置を変更することなく、歯を時間間隔で等しいとみなせる程度の間隔で検出することも可能になる。また、複数の歯のうち、同じピストン位置に気筒毎に対応させて設けられた歯同士の間隔は略等間隔に設定されていてよい。これにより、内燃機関の回転数が高い場合など検出機会を多く必要としない場合には、ピストンの所定の位置（例えば上死点）に気筒毎に対応させて設けられた歯のみを制御に有効なものとして検出することで、回転変動の影響が検出結果に反映されないようにすることもできる。
【００１２】
また本発明は前記内燃機関が可変動弁機構を備えており、該可変動弁機構をフィードバック制御するために用いられてもよい。請求項１記載の発明は具体的には例えば本発明のように可変動弁機構をフィードバック制御するために用いられることが好適である。なお、本発明記載のフィードバック制御では、時間で検出した歯の間隔を位置のパラメータに直す際の内燃機関の回転数として、クランク角度検出手段（例えばクランク角センサ）の出力に基づき検出された内燃機関の回転数が適用される。
【００１３】
また本発明は前記内燃機関の第１の所定回転数における回転変動の影響が最も小さくなるように前記歯の間隔が不等間隔に設定されていてもよい。ここで可変動弁機構をフィードバック制御するにあたって、内燃機関の回転数が高いときには検出機会を増大させる必要性は低いといえる。このため可変動弁機構をフィードバック制御するにあたっては、内燃機関の回転数が低いときにすべての歯を可変動弁機構の制御に有効なものとして検出すればよいといえる。一方、回転変動の大きさは内燃機関の回転数に応じて変化する。これに対して回転変動の影響が反映されることを小さく抑制するためには、例えばある回転数において回転変動の影響が反映されることを特に小さく抑制できるように歯の間隔を設定することができる。またこのときには、すべての歯を可変動弁機構の制御に有効なものとして検出する場合においてさらに全体として回転変動の影響が反映されることを小さく抑制できるように回転数を設定することが好適であるといえる。
【００１４】
この点、内燃機関の回転数が低いときの可変動弁機構の作動性（応答性）は例えばその具体的な構造などによって可変動弁機構毎に異なってくる。したがってすべての歯を可変動弁機構の制御に有効なものとして検出する場合においてさらに全体として回転変動の影響が反映されることを小さく抑制するためには、第１の所定回転数は内燃機関の回転数に応じた回転変動に加えて、可変動弁機構の応答性も考慮して設定される必要がある。これに対して、すべての歯を可変動弁機構の制御に有効なものとして検出する場合において得られる可変動弁機構の応答性特性のうち、中程度の度合いの応答性に対応させて第１の所定回転数を設定すれば、全体として回転変動の影響が反映されることを小さく抑制できる点で好適である。
【００１５】
また本発明は請求項１から３いずれか１項記載の内燃機関のカムロータが備える複数の歯を検出するカムロータの検出装置であって、前記内燃機関の回転数が第２の所定回転数よりも大きい場合に、前記複数の歯のうち、前記ピストンの所定の位置に気筒毎に対応させて設けられた歯を制御に有効なものとして検出するとともに、前記内燃機関の回転数が第２の所定回転数以下である場合に、前記内燃機関のカムロータに形成されたすべての歯を制御に有効なものとして検出する特定ロータ検出手段を備えることを特徴とする。本発明によれば、例えば可変動弁機構をフィードバック制御するにあたって内燃機関のカムロータから対応するピストン位置を好適に検出できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、機関定常運転時であることに対して検出結果に回転変動の影響が反映されることを小さく抑制しつつ、ピストン位置を検出する機会を増大させることができる内燃機関のカムロータ、及び該内燃機関のカムロータから対応するピストン位置を好適に検出できるカムロータの検出装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１８】
図１は本実施例に係る内燃機関のカムロータ（以下、単にカムロータと称す）１００を模式的に示す図である。なお、図１では参考として一般的なカムロータ１００Ｘも同時に模式的に示している。カムロータ１００は複数の歯１０１ａから１０１ｌ（エル）まで（以下、総称するときには単に歯１０１と称す）を備えており、これら歯１０１の数はカムロータ１００が適用される内燃機関５０（図４参照）の気筒数よりも多く設定されている。本実施例では内燃機関５０は直列４気筒の気筒配列構造を有しており、このため歯１０１の数は具体的には気筒数「４」に対して「１２」と気筒数よりも多く設定されている。これにより検出機会を増大させることができる。なお、図４に示すように内燃機関５０は可変動弁機構（以下、単にＶＶＴも称す）６０を備えており、このＶＶＴ６０は吸気弁５３の開弁特性を変更するためのＩｎＶＶＴ６１及び排気弁５４の開弁特性を変更するためのＥｘＶＶＴ６２で構成されている。
【００１９】
カムロータ１００では、歯１０１のうち、同じピストン５１の位置に気筒毎に対応させて設けられた歯同士の間隔は略等間隔に設定されている。例えば歯１０１ａ、１０１ｄ、１０１ｇ及び１０１ｊ夫々は上死点に気筒毎に対応させて設定されており、これら歯１０１ａ、１０１ｄ、１０１ｇ及び１０１ｊ同士の間隔は略９０度に設定されている。またカムロータ１００では、歯１０１の間隔が内燃機関５０の回転変動に応じて不等間隔に設定されている。図２は時間経過とともに変化する回転変動を模式的に示す図であり、図２ではこれに対応させてさらにカムロータ１００の歯１０１及び参考としてカムロータ１００Ｘの歯を機械的に設定された間隔でともに示している。なお、図２では機関定常運転時の回転変動を示している。
【００２０】
図２に示すようにカムロータ１００では、上死点に気筒毎に対応させて設けられた歯１０１同士（例えば歯１０１ａ及び１０１ｄ）の間において、歯１０１の間隔のうち、回転変動が大きい時期に対応する歯１０１の間隔は等間隔である場合よりも狭く設定されている。またこれに応じて、歯１０１の間隔のうち、回転変動が大きい時期に対応する歯１０１の間隔は等間隔である場合よりも広く設定されている。これにより、上死点に気筒毎に対応させて設けられた歯１０１ａ、１０１ｄ、１０１ｇ及び１０１ｊの位置を変更することなく、歯１０１を時間間隔で等しいとみなせる程度の間隔で検出できるようになる。したがってこれにより、検出結果に基づいて定常状態であるのか過渡状態であるのかを区別できることから、機関定常運転時であることに対して検出結果に回転変動の影響が反映されることを小さく抑制できる。
【００２１】
図３は内燃機関５０の回転数に応じた回転変動の変化とＶＶＴ６０の応答性の変化の一例を示す図である。図３から、回転変動は内燃機関５０の回転数に応じて変化することがわかる。また回転変動は内燃機関５０の回転数が低くなるほど大きくなることがわかる。一方、ＶＶＴ６０をフィードバック制御するにあたって、内燃機関５０の回転数が高いときには検出機会を多く確保する必要性は低いといえる。このため図３に示すように、内燃機関５０の回転数が回転数α（請求項記載の第２の所定回転数に相当）よりも大きい場合には、歯１０１のうち、所定のピストン５１の位置（ここでは上死点）に気筒毎に対応させて設定された歯（ここでは歯１０１ａ、１０１ｄ、１０１ｇ及び１０１ｊの４歯）をフィードバック制御に有効なものとして検出すればよいといえる。逆に内燃機関５０の回転数が回転数α以下である場合には、すべての歯１０１をフィードバック制御に有効なものとして検出することで、検出機会を増大させることができる。
【００２２】
一方、ＶＶＴ６０はその具体的な構造などによって応答性が異なってくる。例えば図３に示すように、あるＶＶＴ６０の応答性であるＶＶＴ応答性１は他のＶＶＴ６０の応答性であるＶＶＴ応答性２よりも同じ回転数で応答性が高くなっていることがわかる。これに対して、回転変動の影響が検出結果に反映されることを小さく抑制するためには、例えばある回転数において回転変動の影響が反映されることを特に小さく抑制できるように歯の間隔を設定することができる。この点、歯１０１の間隔はさらに内燃機関５０の回転数β（請求項記載の第１の所定回転数に相当）における回転変動の影響が最も小さくなるように不等間隔に設定されている。
【００２３】
この回転数βは、すべての歯をＶＶＴ６０の制御に有効なものとして検出する場合（ここでは内燃機関５０の回転数が回転数α以下である場合）において全体として回転変動の影響が反映されることを小さく抑制できるように設定されている。具体的には回転数βはすべての歯をＶＶＴ６０の制御に有効なものとして検出する場合において得られるＶＶＴ６０の応答性特性のうち、中程度の度合いの応答性に対応させて設定されている。例えばＶＶＴ６０の応答性がＶＶＴ応答性１である場合には、図３に示す回転数β１が回転数βとなる。またＶＶＴ６０の応答性がＶＶＴ応答性２である場合には、図３に示す回転数β２が回転数βとなる。これにより、すべての歯をＶＶＴ６０の制御に有効なものとして検出する場合において、全体として回転変動の影響が検出結果に反映されることを小さく抑制できる。
【００２４】
上記のように歯１０１を構成したカムロータ１００によれば、回転変動の影響が検出結果に反映されることを小さく抑制しつつ、ピストン５１の位置を検出する機会を多くすることができる。このため、例えば開弁タイミングを変更するにあたってＶＶＴ６０の油圧系などのフィードバック制御を好適に行うことができ、結果としてＶＶＴ６０の応答性が向上するといった効果を得ることができる。またカムロータ１００によれば、図３に示す応答性１のように低回転からの応答性がよいＶＶＴ６０に対しては、回転変動の影響を最も小さくする回転数をチューニングポイントとして低回転に合わせるなど、ＶＶＴ６０のハード特性に応じた設定を行うことができることから、これによってもＶＶＴ６０の応答性を向上させることができる。これらはハード面での改良によりＶＶＴ６０の応答性が向上しても、検出機会の少なさなどに起因して意図通りにフィードバック制御を行えないために応答性が低くなってしまうような状況で特に有効である。
【００２５】
図４はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１で実現されている本実施例に係るカムロータの検出装置を内燃機関５０とともに模式的に示す図である。ＥＣＵ１は図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを有して構成されるマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンと称す）と、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１は主として内燃機関５０を制御するための構成であり、本実施例ではＶＶＴ６０も制御している。このためＥＣＵ１にはＶＶＴ６０が電気的に接続されている。またＥＣＵ１には歯１０１を検出するためのロータ歯検出手段として、歯１０１に対向して配設されたロータ歯検出用センサ７０や、内燃機関５０の回転数を検出するためのクランク角センサ７１が電気的に接続されている。なお、ＥＣＵ１にはこのほか各種の制御対象やセンサ、スイッチ類が電気的に接続されていてよい。
【００２６】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関制御用プログラムのほかＶＶＴ６０をフィードバック制御するためのＶＶＴフィードバック制御用プログラムや特定ロータ検出用プログラムなども格納している。なお、これらのプログラムは一体として構成されていてもよい。このＶＶＴフィードバック制御用プログラムは、本実施例では時間で検出した歯１０１の間隔を位置のパラメータに直す際の内燃機関５０の回転数として、クランク角センサ７１の出力に基づき検出された内燃機関５０の回転数を適用するように作成されている。
【００２７】
特定ロータ検出用プログラムは、内燃機関５０の回転数が回転数αよりも大きい場合に、歯１０１のうち、上死点に気筒毎に対応させて設けられた歯１０１ａ、１０１ｄ、１０１ｇ及び１０１ｊをＶＶＴ６０のフィードバック制御に有効なものとして検出するとともに、内燃機関５０の回転数が回転数α以下である場合に、カムロータ１００に形成されたすべての歯１０１をＶＶＴ６０のフィードバック制御に有効なものとして検出するように作成されている。
【００２８】
この特定ロータ検出用プログラムは具体的には、内燃機関５０の回転数が回転数αよりも大きい場合には、ロータ歯検出用センサ７０の出力のうち、歯１０１ａ、１０１ｄ、１０１ｇ及び１０１ｊに対応する出力以外の出力を無視することによって、歯１０１ａ、１０１ｄ、１０１ｇ及び１０１ｊをＶＶＴ６０のフィードバック制御に有効なものとして検出するように作成されている。また内燃機関５０の回転数が回転数α以下である場合には、ロータ歯検出用センサ７０の出力をすべての歯１０１につき受け入れることによって、すべての歯１０１をＶＶＴ６０のフィードバック制御に有効なものとして検出するように作成されている。
【００２９】
本実施例ではマイコンと特定ロータ検出用プログラムとで特定ロータ検出手段が実現されており、これによりＶＶＴ６０をフィードバック制御するにあたってカムロータ１００から対応するピストン５１の位置を好適に検出できる。以上により、機関定常運転時であることに対して検出結果に回転変動の影響が反映されることを小さく抑制しつつ、ピストン５１の位置を検出する機会を増大させることができるカムロータ１００及びカムロータ１００から対応するピストン５１の位置を好適に検出できるＥＣＵ１を実現できる。
【００３０】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】カムロータ１００を模式的に示す図である。
【図２】時間経過とともに変化する回転変動を模式的に示す図であり、これに対応させてさらにカムロータ１００の歯１０１を機械的な間隔でともに示す図である。
【図３】排気浄化装置１００Ｂを内燃機関５０とともに模式的に示す図である。
【図４】ＥＣＵ１を内燃機関５０とともに模式的に示す図である。
【図５】時間経過とともに変化する回転変動を模式的に示す図であり、これに対応させてさらに一般的なカムロータ１００Ｘの歯を機械的な間隔でともに示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ＥＣＵ
５０  内燃機関
５１  ピストン
５２  クランクシャフト
６０  ＶＶＴ
６１  ＩｎＶＶＴ
６２  ＥｘＶＶＴ
７０  ロータ歯検出用センサ
７１  クランク角センサ
１００  カムロータ
１０１  歯
【図１】
2008303800.tif 000003
【図２】
2008303800.tif 000004
【図３】
2008303800.tif 000005
【図４】
2008303800.tif 000006
【図５】
2008303800.tif 000007