(57)【要約】【課題】クランキング時のようなクランクシャフトの回転速度が遅い領域においても、駆動回転体と従動回転体の回転位相差を速やかに検出できるようにする。それにより、バルブタイミングの迅速な制御を可能になる。【解決手段】クランクシャフト側の駆動リング３とカムシャフト１側の従動軸部材７の間に、両者の組付角を変更するための組付角変更手段４を介在させ、組付角変更手段４を内燃機関の運転状態に応じて制御する。駆動側回転検出手段をクランクシャフトまたは駆動リング３部分に設け、従動側回転検出手段を従動軸部材７部分に設ける。このようなバルブタイミング制御装置において、少なくとも従動側回転検出手段に、突出高さが連続して変化する突条３４と、その突条３４とのギャップを検出するギャップセンサ３３とから成る信号出力装置を設けた。【選択図】  図１
2004156510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフトによって回転駆動される駆動回転体と、カムシャフト若しくは同シャフトに結合された別体部材から成り、前記駆動回転体が必要に応じて相対回動できるように組み付けられた従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体を相対回動させて両者の組付角を操作する組付角変更手段と、クランクシャフトまたは前記駆動回転体の回転位置を検出する駆動側回転検出手段と、前記従動回転体の回転位置を検出する従動側回転検出手段と、を備え、前記駆動回転体と従動回転体の回転位相差を、前記駆動側回転検出手段と従動側回転検出手段の検出結果に基づいて割り出す内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記駆動側回転検出手段と従動側回転検出手段のうちの少なくとも従動側回転検出手段を、被検出部の回転位置によって異なる信号を出力する信号出力装置を備えた構成としたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記信号出力装置は、被検出部の回転位置に応じて検出ギャップが変化し、そのギャップに応じた信号を出力する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、内燃機関の吸気側または排気側の機関弁の開閉タイミングを運転状態に応じて可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のバルブタイミング制御装置は、クランクシャフトによって回転駆動される駆動回転体と、カムシャフト若しくは同シャフトに連結された別体部材から成る従動回転体とが組付角変更手段を介して連結され、内燃機関の運転状態に応じて組付角変更手段を操作することによって機関弁の開閉タイミングを適宜制御するようになっている。
【０００３】
また、組付角変更手段の制御は、操作時現在の駆動回転体と従動回転体の回転位相差（相対回転位置）を検出し、両回転体の組付角が目標値に近づくように行われる。そして、駆動回転体と従動回転体の回転位相差（相対回転位置）は、駆動回転体の絶対的な角度位置を周知のクランク角センサ（駆動側回転検出手段）によって求める一方で、従動回転体側に所定回転角毎にパルスを出力するパルス発生器（従動側回転検出手段）を設け、クランク角センサによって駆動回転体側の所定の回転位置が検出された後に、従動回転体側のパルス発生器がパルスを出力するまでの時間（以下、「パルス発生時間」という。）を管理することによって求めるようにしている。
【０００４】
つまり、内燃機関の回転速度が一定速度であれば、回転位相差とパルス発生時間は比例関係となるため、例えば、基準のパルス発生時間に対しどれだけパルス発生時間が早まったかを演算することによって両回転体の回転位相差を求めることができる。
【０００５】
【特許文献】
特開２００２−１３００３８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のバルブタイミング制御装置の場合、従動回転体側のパルス発生器が少なくとも一回のパルスを出力しないと両回転体の回転位相を求めることができないため、クランクキング時のようにクランクシャフトの回転速度が遅い間は迅速に回転位相を求めることができない。特に、カムシャフトの回転位相はクランクシャフトの回転速度の２分の１となるため、従動回転体の回転に応じて出力されるパルスはより発生が遅れ、バルブタイミング制御の遅れに大きく影響する。
【０００７】
前記回転位相をより迅速に検出するための手段としては、従動回転体側のパルス発生器の一回転当りの発生パルス数を増やすことが考えられるが、一回転当りの発生パルス数をある数以上に増やすと、組付角の変更角度が従動回転体上のパルス発生位置の間隔（間隔角度）を越えてしまい、パルス発生時間から実際の回転位相差を求めることができなくなってしまう。
【０００８】
そこでこの出願の発明は、クランキング時のようなクランクシャフトの回転速度が遅い領域においても、駆動回転体と従動回転体の回転位相差を速やかに検出できるようにして、バルブタイミングを常時迅速に制御することのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、この出願の発明は、駆動側回転検出手段と従動側回転検出手段のうちの少なくとも従動側回転検出手段を、被検出部の回転位置によって異なる信号を出力する信号出力装置を備えた構成とした。
【００１０】
この発明の場合、信号出力装置が発する出力信号は被検出部の回転位置に１対１で対応するため、出力信号をもとにして被検出部の回転位置を瞬時に求めることができる。従動回転体はカムシャフト側に設けられているため、クランクシャフトの回転速度の半分の速度で回転することとなるが、少なくとも従動側回転検出手段に上記の信号出力装置を適用したため、クランクシャフトが低速度で回転しているときであっても両回転体の回転位相の検出に遅れが生じることはない。
【００１１】
前記信号出力装置は、被検出部の回転位置に応じて検出ギャップが変化し、そのギャップに応じた信号を出力する構成としても良い。
【００１２】
この場合、簡単な構造でありながら、被検出部の回転位置を迅速に、かつ正確に検出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、この出願の発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００１４】
この実施形態は、この出願の発明にかかるバルブタイミング制御装置を内燃機関の吸気側の動弁系に適用したものであるが、排気側の動弁系に同様に適用することも可能である。
【００１５】
バルブタイミング制御装置は、図１に示すように内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に回転自在に支持されたカムシャフト１と、このカムシャフト１の前端部に結合された従動軸部材７（従動回転体）と、この従動軸部材７に必要に応じて相対回動できるように組み付けられ、チェーン（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）に連係されるタイミングスプロケット２を外周に有する駆動リング３（駆動回転体）と、この駆動リング３と従動軸部材７の前方側（図１中左側）に配置され、両者３，１を相対回動させて組付角を操作する組付角変更手段４と、内燃機関の図外のシリンダヘッドとヘッドカバーの前面に跨って取り付けられて組付角変更手段４の前面と周域を覆う図外のＶＴＣカバーと、を備えている。尚、組付角変更手段４は、回動操作力を発生する操作力発生部４０と、その操作力発生部４０で発生した回動操作力を駆動リング３と従動軸部材７の相対的な回転力に変換する変換機構部４１と、によって構成されている。
【００１６】
駆動リング３は、段差状の挿通孔６を備えた略円板状に形成され、この挿通孔６部分が従動軸部材７（従動回転体）に回転可能に組み付けられている。そして、駆動リング３の前面（カムシャフト１と逆側の面）には、図２，図３に示すように、対面する平行な側壁を有する３つの径方向溝８（径方向ガイド）が同リング３のほぼ半径方向に沿うように形成されている。
【００１７】
また、従動軸部材７は、図１に示すように、カムシャフト１の前端部に突き合される基部側の外周に拡径部が形成されると共に、その拡径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する三つのレバー９が一体に形成され、軸芯部を貫通するボルト１０によってカムシャフト１に結合されている。各レバー９には、リンク１１の基端がピン１２によって枢支連結され、各リンク１１の先端には前記各径方向溝８に摺動自在に係合する円柱状の突出部１３が一体に形成されている。
【００１８】
各リンク１１は、突出部１３が対応する径方向溝８に係合した状態において、ピン１２を介して従動軸部材７に連結されているため、リンク１１の先端側が外力を受けて径方向溝８に沿って変位すると、駆動リング３と従動軸部材７はリンク１１の作用でもって突出部１３の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。
【００１９】
また、各リンク１１の先端部には、軸方向前方側に開口する収容穴１４が形成され、この収容穴１４に、後述する渦巻き溝１５（渦巻き状ガイド）に係合する係合ピン１６と、この係合ピン１６を前方側（渦巻き溝１５側）に付勢するコイルばね１７とが収容されている。尚、この実施形態の場合、リンク１１の先端の突出部１３と係合ピン１６、コイルばね１７等によって径方向に変位可能な可動案内部が構成されている。
【００２０】
一方、従動軸部材７のレバー９の突設位置よりも前方側には、円板状のフランジ壁を有する中間回転体１８が軸受１９を介して回転自在に支持されている。この中間回転体１８のフランジ壁の後面側には断面半円状の前述の渦巻き溝１５が形成され、この渦巻き溝１５に、前記各リンク１１の先端の係合ピン１６が転動自在に案内係合されている。渦巻き溝１５の渦巻きは、機関回転方向Ｒに沿って次第に縮径するように形成されている。したがって、各リンク１１先端の係合ピン１６が渦巻き溝１５に係合した状態において、中間回転体１８が駆動リング３に対して遅れ方向に相対回転すると、リンク１１の先端部は径方向溝８に案内されつつ、渦巻き溝１５の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側に移動し、逆に、中間回転体１８が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動する。
【００２１】
組付角変更手段４の変換機構部４１は、以上説明した駆動リング３の径方向溝８、リンク１１、突出部１３、係合ピン１６、レバー９、中間回転体１８、渦巻き溝１５等によって構成されている。この変換機構部４１は、後述する操作力発生部４０から中間回転体１８にカムシャフト１に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が渦巻き溝１５と係合ピン１６の係合部を通してリンク１１の先端を径方向に変位させ、このときリンク１１が揺動してその揺動量に応じて駆動リング３と従動軸部材７を相対回動させる。
【００２２】
一方、操作力発生部５は、中間回転体１８を駆動リング３に対して機関回転方向Ｒに付勢する付勢手段としてのゼンマイばね４５と、中間回転体１８を駆動リング３に対して機関回転方向Ｒと逆方向に作動させるアクチュエータとしてのヒステリシスブレーキ２０と、を備え、ゼンマイばね４５の付勢力とヒステリシスブレーキ２０の作動力とのバランスによって中間回転体１８を回動操作するようになっている。
【００２３】
ゼンマイばね４５は、駆動リング３に延設された円筒壁２１にその外周端部が結合される一方、内周端部が中間回転体１８の円筒状の基部に結合されている。
【００２４】
また、中間回転体１８のカムシャフト１と逆側の端面には、封止壁４６が一体に結合され、その封止壁４６の外周面が前記円筒壁２１の内面に摺動自在に密接している。
【００２５】
図１，図４に示すように、ヒステリシスブレーキ２０は、非回転部材であるＶＴＣカバーに取り付けられると共に、略円筒状の隙間を挟む対向面を備えた磁気誘導部材２２と、前記対向面に設けられた内側極歯２３、及び、外側極歯２４と、磁気誘導部材２２に取り付けられて内側極歯２３と外側極歯２４の間に磁界を生じさせる電磁コイル２５と、前記両極歯２３，２４間に非接触状態で挿入配置された円筒状のヒステリシスリング２６と、外周端がこのヒステリシスリング２６に一体に結合された状態で中間回転体１８に連結ピン４７とゴムブッシュ４８を介して結合された円環プレート２７と、を備え、電磁コイル２５が図外のコントローラによって適宜通電制御されるようになっている。
【００２６】
磁気誘導部材２２の内側極歯２３と外側極歯２４は夫々軸方向に沿って延出する複数の極歯要素を有している。両極歯２３，２４の極歯要素は夫々円周方向に沿って配置され、極歯２３，２４の極歯要素相互は円周方向にオフセットされている。したがって、電磁コイル２５が通電されると、両極歯２３，２４間には、オフセットした位置関係にある相手極歯要素に向かう磁界が発生する。
【００２７】
ヒステリシスリング２６は、磁気的ヒステリシス特性を有するヒステリシス材から成り、同リング２６の回転中に内側極歯２３と外側極歯２４の間に磁界が発生すると、その磁界の向きとヒステリシスリング２６内の磁束の向きとにずれが生じるようになっている。ヒステリシスブレーキ２０は、このずれによって制動力を発生する。また、円環プレート２７は、磁気誘導部材２２の内周面に軸受２８，２９を介して支持された軸部材３０に一体に結合されている。したがって、ヒステリシスリング２０は、円環プレート２７と軸部材３０を介して磁気誘導部材２２に相対回転可能に支持されている。
【００２８】
尚、図中４３は、中間回転体１３と駆動リング３の間に設けられ、両者１３，３の相対回動範囲を規制するストッパである。
【００２９】
ここで、駆動リング３と従動軸部材７は、前記ストッパ４３による中間回転体１８の回動規制によって組付角が規制され、それによって両者の遅角側と進角側の最大角度位置である最遅角位置と最進角位置とが決定されているが、このバルブタイミング制御装置の場合、内燃機関の始動に適した組付角（確実な始動が可能な組付角）は前記最遅角位置と最進角位置のほぼ中間位置に設定されている。
【００３０】
また、内燃機関の始動時には、駆動リング３と従動軸部材７の組付角が始動に適した角度位置になっていなければならないが、この装置においては、内燃機関のクランキング時、つまり、イグニッションキー等による操作によって始動モータがオンにされているときに、コントローラから組付角変更手段４に組付角を始動に適した角度位置に制御すべく出力信号が発されるようになっている。
【００３１】
具体的には、クランキング時には、駆動リング３側と従動軸部材７側の回転位相を逐次検出し、コントローラが実際の組付角を目標の角度位置に近付けるべく組付角変更手段４の制御を行うが、回転位相の検出にあっては、図示しない周知のクランク角センサと、従動軸部材７の基部側外周に近接配置された電磁式のギャップセンサ３３とが夫々駆動側回転検出手段と従動側回転検出手段として用いられる。
【００３２】
クランク角センサは、クランクシャフト上の被検出部の外周に複数の突起が設けられると共に、その複数の突起の間隔を一箇所だけ違える等によって被検出部の外周上に基準位置が設定されており、その基準位置からの発生パルス数をカウントすることによってクランクシャフトの絶対回転位置を検出するようになっている。
【００３３】
一方、ギャップセンサ３３は、被検出部とのギャップに応じて信号（電圧信号）を出力するものであるが、被検出部である従動軸部材７の基部側外周には、図５に示すように、突出高さが円周方向に亙って連続的に変化する突条３４が設けられ、従動軸部材７の回転位置に応じてセンサ３３とその突条３４とのギャップが連続的に変化するようになっている。ここで、ギャップセンサ３３の出力は、図６に示すように、ギャップに対してほぼ正比例の関係にあり、また、ギャップと従動軸部材７の角度位置、つまり、カム角とは１対１で対応するため、ギャップセンサ３３の出力とカム角（従動軸部材７の角度位置）とは、図７に示すようにほぼ正比例の関係となる。したがって、コントローラはギャップセンサ３３の検出値に基づいて瞬時に従動軸部材７の絶対角度位置を検出することができる。
【００３４】
尚、この実施形態の場合、ギャップセンサ３３と突条３４がこの出願の発明における信号出力装置を構成している。また、突条３４は、図１，図５においては、従動軸部材７と別体部品として記載しているが、従動軸部材７の基部に一体に形成するようにしても良い。
【００３５】
このバルブタイミング制御装置は以上のような構成であるため、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相（機関弁の開閉タイミング）を最進角側に変更する場合には、ヒステリシスブレーキ２０に所定の電流を通電することにより、ゼンマイばね４５の力に抗する制動力が円環プレート２７から中間回転体１８に連結ピン４７とゴムブッシュ４８を介して伝達される。これにより、中間回転体１８が駆動リング３に対して逆方向に回転し、それによってリンク１１の先端の係合ピン１６が渦巻き溝１５に誘導されてリンク１１の先端部が径方向内側に変位し、このとき、図３に示すようにリンク１１の作用によって駆動リング３と従動軸部材７の組付角が最進角位置に変更される。
【００３６】
また、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相（機関弁の開閉タイミング）を最遅角側に変更する場合には、ヒステリシスブレーキ２０の通電をオフにすることにより、中間回転体１８がゼンマイばね４５の力によって機関回転方向に回転させられる。すると、渦巻き溝１５による係合ピン１６の誘導によってリンク１１の先端部が径方向外側に変位し、このとき、図２に示すようにリンク１１の作用によって駆動リング３と従動軸部材７の組付角が最遅角位置に変更される。
【００３７】
また、内燃機関の始動時には、前述のように始動モータがオンにされたときに、コントローラから組付角変更手段４に組付角を始動に適した角度位置に変更すべく指令が発され、それによって迅速、かつ確実に内燃機関が始動される。
【００３８】
この実施形態のバルブタイミング制御装置の場合、内燃機関の始動時（クランキング時）はもとより、常に、駆動リング３と従動軸部材７の回転位相差を瞬時に検出し、迅速かつ正確なバルブタイミング制御を行うことができる。
【００３９】
特に、クランキング時等においては、カムシャフト１の回転速度が非常に遅くなるが、この装置の場合、この回転速度に関係なく、突出高さが連続変化する突条３４とギャップセンサ３３によって瞬時に従動軸部材７の回転位置を検出することができるため、クランク角センサによる検出結果と併せて、駆動リング３と従動軸部材７の回転位相差を迅速に求めることができる。したがって、クランキング時には、駆動リング３と従動軸部材７の組付角を、内燃機関の始動が可能な角度範囲に速やかに変更することができる。
【００４０】
尚、以上の実施形態においては、従動側回転検出手段の側のみに突条３４とギャップセンサ３３による信号出力装置を採用したが、駆動側回転検出手段の側にも同様の信号出力装置を採用するようにしても良い。この場合、信号出力装置はクランクシャフト部分に配置することも可能であるが、駆動リング３部分に配置するようにしても良い。
【００４１】
次に、上記の各実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。
【００４２】
（イ）前記信号出力装置は、被検出部の外周部に設けられ突出高さが回転位置に応じて連続的に変化する突条と、被回転部材に固定されて前記突条との隙間を検出するギャップセンサとを備えた構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００４３】
この場合、突条の突出高さの変化に応じて突条とギャップセンサの隙間が変化するため、極めて簡単な構造でありながら、被検出部の回転位置を迅速に、かつ正確に検出することができる。
【００４４】
（ロ）内燃機関の始動に適した駆動回転体と従動回転体の組付角が、最遅角位相の角度位置と最進角位相の角度位置の間に設定されていることを特徴とする請求項１、２、前記（イ）のいずれかに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００４５】
この場合、機関の停止時に始動に適した組付角に戻すことが難しいため、クランキング時等に停止位置から始動可能な組付角に戻す必要があるが、クランキング時等であっても速やかに現在の位相差を求めて組付角を変更することができるため、迅速な機関始動を実現することができる。
【００４６】
（ハ）組付角変更手段の操作力発生部として電磁アクチュエータを用いたことを特徴とする請求項１、２、前記（イ），（ロ）のいずれかに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００４７】
この場合、操作力発生部に電磁アクチュエータを用いるため、通電とほぼ同時に大きな作動力を得ることができる。したがって、内燃機関の始動時においても、組付角変更手段を速やかに作動させることができる。
【００４８】
（ニ）組付角変更手段は、
駆動回転体と従動回転体のいずれか一方に設けられた径方向ガイドと、
前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、前記径方向ガイドに対峙する側の面に渦巻き状ガイドを有する中間回転体と、
前記径方向ガイドと渦巻き状ガイドに変位可能に案内係合される可動案内部と、
前記駆動回転体と従動回転体のいずれか他方のものの回転中心から離間した部位と前記可動案内部とを揺動可能に連結するリンクと、
前記中間回転体を回動させる回動操作力を発生する操作力発生部と、を備え、
中間回転体に入力された回動操作力を、渦巻き状ガイドと可動案内部の係合部によって増幅して、駆動回転体と従動回転体の組付角操作力に変換することを特徴とする請求項１、２、前記（イ）〜（ハ）のいずれかに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００４９】
この場合、操作力発生部から中間回転体に入力された回動操作力を増幅して駆動回転体と従動回転体の組付角操作力に変換するため、内燃機関がクランキング時にある場合であっても、駆動回転体と従動回転体の組付角を所望の組付角位置に確実に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の一実施形態を示す縦断面図。
【図２】同実施形態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】同実施形態の作動状態を示す図２に対応の断面図。
【図４】同実施形態を示す分解斜視図。
【図５】同実施形態を示す図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図６】同実施形態のギャップセンサの出力−ギャップ特性を示すグラフ。
【図７】同実施形態の。ギャップセンサのカム角−出力特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１…カムシャフト
３…駆動リング（駆動回転体）
４…組付角変更手段
７…従動軸部材（従動回転体）
３３…ギャップセンサ（信号出力装置）
３４…突条（信号出力装置）
【図１】
2004156510.tif 000003
【図２】
2004156510.tif 000004
【図３】
2004156510.tif 000005
【図４】
2004156510.tif 000006
【図５】
2004156510.tif 000007
【図６】
2004156510.tif 000008
【図７】
2004156510.tif 000009