(57)【要約】【課題】  低コストな構成にてエンジンにおけるクランクシャフトとカムシャフトの位相差を検出してエンジンの性能を維持する。【解決手段】  クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を可変する可変バルブタイミング機構５０を有するエンジンの制御機構１であって、クランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達するタイミングチェーン２５の張力を補正するテンショナー２６による張力の補正量を測定する変位センサ４０と、変位センサ４０の測定結果に基づき、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転角の、初期状態からの偏差を算出する偏差算出部及び偏差算出部の算出結果に基づき偏差を補正する補正部としてのＥＣＵ１０を備えた。【選択図】  図２
2017014917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を可変する可変バルブタイミング機構を有するエンジンの制御機構であって、
前記クランクシャフトから前記カムシャフトに動力を伝達する伝動帯の張力を補正するテンショナーによる前記張力の補正量を測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づき、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの回転角の、初期状態からの偏差を算出する偏差算出部と、
前記偏差算出部の算出結果に基づき、前記偏差を補正する補正部とを備えた、
エンジンの制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のエンジンの制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等のエンジンにおいては、伝動体としてのタイミングチェーンによりクランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達し、クランクシャフトの回転に対し一定比率でカムシャフトを従動回転させるようにしている。これにより、エンジンの吸気バルブ及び排気バルブを正確なタイミングで開閉させて、エンジンを適切な燃焼サイクルで運転できるようにしている。
【０００３】
一方、タイミングチェーンやタイミングベルトは経年変化によって伸びてしまい、その結果、クランクシャフトとカムシャフトの位相にずれが生じ、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉タイミングが適正値から外れてしまう。これはエンジンにおいて、ノッキング発生や燃費低下といった不具合の原因となる。
【０００４】
このような不具合に対応すべく、例えば特許文献１においては、クランクシャフトの回転角とカムの回転角を検出する角センサを備えた構成を開示している。当該構成によれば、角センサから所定角度毎に出力されるパルス信号によりクランクシャフトとカムシャフトの位相差を検出し、この位相差に基づき点火プラグの点火時期をリタードさせる、あるいはエンジンを停止させることにより、エンジンへのダメージを低減させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１６４９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術においては、以下のような課題があった。すなわち、特許文献１に記載の技術においては、角センサから出力されるタイミング信号のカウント数は、カムシャフト１回転当り数回と少なく、精度高く位相差を検出することが困難であり、精度を高めることは角センサ等の検出部のコストを高くしてしまう。また、検出した位相差に基づくエンジンのダメージの低減の手段は、点火プラグの点火時期をリタードさせる、あるいはエンジンを停止させるものであり、十分にエンジンの性能を維持させるものとは言えなかった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストな構成にてエンジンにおけるクランクシャフトとカムシャフトの位相差を検出してエンジンの性能を維持することが可能なエンジンの制御機構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】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の側面は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を可変する可変バルブタイミング機構を有するエンジンの制御機構であって、前記クランクシャフトから前記カムシャフトに動力を伝達する伝動帯の張力を補正するテンショナーによる前記張力の補正量を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づき、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの回転角の、初期状態からの偏差を算出する偏差算出部と、前記偏差算出部の算出結果に基づき、前記偏差を補正する補正部とを備えた、エンジンの制御機構である。
【０００９】
なお、本発明は、他の側面として、前記張力の前記補正量は、前記テンショナーの可動部分の変位量であり、前記偏差検出部は、前記偏差を、前記伝動帯の伸び量に換算して算出するものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上のような本発明は、低コストな構成にてエンジンにおけるクランクシャフトとカムシャフトの位相差を検出してエンジンの性能を維持することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジン及びその周辺の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態に係る制御機構の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態に係るエンジンの制御機構の動作を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係るエンジンの制御機構を含む、車両のエンジン及びその周囲の構成を模式的に示すブロック図である。
【００１４】
図に示すように、本実施形態のエンジンは、火花点火式の４ストロークエンジンを例に取り、複数の気筒１１を有する。各気筒１１について、吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１ａが設けられる。また、気筒１１の燃焼室の天井には、点火プラグ１１ｂが設けられる。点火プラグ１１ｂは、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起する。点火コイルは、例えば半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１５】
更に、燃焼室の天井には、吸気カムシャフト１１ｆにより開閉する一対の吸気バルブ１１ｆ１及び排気カムシャフト１１ｇにより開閉する一対の排気バルブ１１ｇ１が設けられる。複数の気筒１１のそれぞれの一対の吸気バルブ１１ｆ１は、図の表示面を垂直に貫く向きに延伸する同一の吸気カムシャフト１１ｆにより連結され、同様に、複数の気筒１１のそれぞれの一対の排気バルブ１１ｇ１は吸気カムシャフト１１ｆと平行な同一の排気カムシャフト１１ｇにより連結される。なお、図においては簡単のため、吸気カムシャフト１１ｆ及び排気カムシャフト１１ｇは、それぞれカムシャフトとカムが一体化した態様として示した。
【００１６】
気筒１１の燃焼室の下方には、コンロッド１１ｄによりシリンダ内を上下に往復運動するピストン１１ｃが配置される。複数の気筒１１のそれぞれのピストン１１ｃは、図の表示面を垂直に貫く向きに延伸する同一のクランクシャフト１１ｅにより連結される。
【００１７】
また、エンジンの周囲の構成として、外部から空気をとり入れ、吸気として各気筒１１の吸気ポートへ供給するための吸気通路１６ａ上には、上流から下流の順にエアクリーナ１２、スロットルバルブ１３、サージタンク１４、及び図示されない吸気マニホールドが設けられる。また、複数の気筒１１における燃料の燃焼により発生した排気は、複数の気筒１１のそれぞれの排気ポートから図示しない排気マニホールドを介し、排気通路１６ｂを介して外部へと排出される。なお、排気通路１６ｂ上には、排気中の一酸化炭素、窒素酸化物等を除去するための三元触媒１５が配置されている。
【００１８】
また、ＥＣＵ１０は、メモリ、ＣＰＵ等を備え、図示しないアクセルペダルの操作等に対応して、インジェクタ１１ａ、点火プラグ１１ｂ、スロットルバルブ１３及び後述する可変バルブタイミング機構の制御を行う手段である。
【００１９】
次に、図２は、本実施の形態のエンジンの制御機構の構成を示すブロック図である。ただし、図１と同一又は相当する構成については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００２０】
図に示すように、エンジンの制御機構１は、クランクシャフト１１ｅから吸気カムシャフト１１ｆ及び排気カムシャフト１１ｇへ動力を伝達する動力伝達部２０を含む。動力伝達部２０において、吸気カムシャフト１１ｆと回転軸を共有する吸気側スプロケット２１、排気カムシャフト１１ｇと回転軸を共有する排気側スプロケット２２及び、クランクシャフト１１ｅと回転軸を共有するクランクスプロケット２４に巻き掛けられたタイミングチェーン２５により、クランクシャフト１１ｅからもたらされる回転駆動力は、吸気側スプロケット２１を介して吸気カムシャフト１１ｆに、排気側スプロケット２２を介して排気カムシャフト１１ｇに、それぞれ伝達される。
【００２１】
また、動力伝達部２０においては、タイミングチェーン２５に所定の張力を与えるためのテンショナー２６が設けられている。テンショナー２６はタイミングチェーン２５に押圧されるテンションアーム２６ａと、油圧等により動作しテンションアーム２６ａの位置を可変するテンショナープランジャ２６ｂから構成される。更に、テンショナー２６においては、テンショナープランジャ２６ｂにおける駆動部の変位を検出する、ギャップセンサ又はリフトセンサ等により実現される変位センサ４０が接続されており、変位センサ４０の検出結果はＥＣＵ１０へ出力される。
【００２２】
更に、本実施の形態においては、吸気側スプロケット２１と吸気カムシャフト１１ｆとの間に、可変バルブタイミング機構５０の機械部を設けている。本実施形態における可変バルブタイミング機構５０は、クランクシャフト１１ｅに対する吸気カムシャフト１１ｆの回転位相を変化させることにより吸気バルブ１１ｆ１の開閉タイミングを変化させるものである。
【００２３】
可変バルブタイミング機構５０のハウジング２１ａは、吸気側スプロケット２１に固着しており、これらは一体となってクランクシャフト１１ｅに同期して回転する。
【００２４】
一方、吸気カムシャフト１１ｆの一端部に固着したベーン２１ｂは、ハウジング２１ａに収納され、吸気側スプロケット２１及びハウジング２１ａに対して相対的に回動することが可能である。ハウジング２１ａの内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、ハウジング２１ａ内及び流体室により区画された空間内に油圧回路３０より作動液としてのオイルが供給されることにより、ハウジング２１ａはベーン２１ｂに対して相対的に回動し、クランクシャフト１１ｅに対する吸気カムシャフト１１ｆの回転位相を変化させ、吸気バルブの開閉タイミングを進角または遅角させることができる。なお、油圧回路３０の制御はＥＣＵ１０により行われる。
【００２５】
以上の構成において、エンジンの制御機構１は本発明のエンジンの制御機構に相当し、クランクシャフト１１ｅは本発明のクランクシャフトに相当し、吸気カムシャフト１１ｆは本発明のカムシャフトに相当し、テンショナー２６は本発明のテンショナーに相当する。また、変位センサ４０は本発明の測定部に相当し、ＥＣＵ１０は本発明の偏差算出部及び補正部に相当し、可変バルブタイミング機構５０は本発明の可変バルブタイミング機構に相当する。
【００２６】
以上の構成を有する本実施の形態のエンジンの制御機構１は、ＥＣＵ１０が変位センサ４０を用いて動力伝達部２０におけるテンショナー２６によるタイミングチェーン２５の張力補正量を検出し、これに基づき可変バルブタイミング機構５０を利用して、クランクシャフト１１ｅに対する吸気カムシャフト１１ｆの回転位相を当該補正量に基づき補正するようにしたことを特徴とする。
【００２７】
すなわち、エンジンの制御機構１において、動力伝達部２０のテンショナー２６は、タイミングチェーン２５に伸びが生じた場合、あるいは摩耗が生じた場合に対応して、タイミングチェーン２５に加わる張力を製造時等の初期状態に保つよう、タイミングチェーン２５に押圧されるテンションアーム２６ａの位置を図中矢印Ｄにより示す方向に沿って可変させて、張力を調整するようにしている。
【００２８】
本実施の形態は、これを利用して、タイミングチェーン２５の伸びや摩耗の量の初期状態からの偏差を、テンションアーム２６ａにより加わる張力の変化を反映した、テンショナープランジャ２６ｂにおける駆動部の変位に換算し、これをクランクシャフト１１ｅに対する吸気カムシャフト１１ｆの回転角の偏差として検出する。変位センサ４０の検出した変位量に基づき、ＥＣＵ１０は、可変バルブタイミング機構５０によりクランクシャフト１１ｅに対する吸気カムシャフト１１ｆの回転位相を初期状態に補正する。ここで変位センサ４０が検出した駆動部の変位量は、本発明の張力の補正量に相当する。
【００２９】
本実施の形態において、動力伝達部２０のテンショナー２６は従来汎用される構成であって、新たにタイミングチェーン２５の伸びを検出するための構成を設ける必要が無い。また、可変バルブタイミング機構５０を用いて検出結果に基づく位相量の補正を直接行うことができ、エンジンのダメージの低減を確実に行うことができる。
【００３０】
したがって、低コストにエンジンにおけるクランクシャフトとカムシャフトの位相差を検出してエンジンの性能を維持することが可能となる。
【００３１】
次に、図３のフローチャートを参照して、エンジンの制御機構１における、ＥＣＵ１０による補正動作を詳しく説明する。
【００３２】
はじめに、エンジンの組立時等に、ステップＳ１０として、ＥＣＵ１０に、テンショナー２６のテンショナープランジャ２６ｂの駆動部の初期値を記憶させておく。ここで駆動部の具体例としては、油圧によりテンションアーム２６ａに連結されて駆動するピン、スプリング等が挙げられ、変位センサ４０はピンの初期位置やスプリングの初期の長さを記憶する。次に、ステップＳ１１としてエンジンの動作時において、ＥＣＵ１０は変位センサ４０をモニタし、テンショナープランジャ２６ｂの駆動部の変位量、具体的にはピンの移動量やスプリングの長さの変化を測定する。
【００３３】
次に、ステップＳ１２として、測定された変位量が予め定めた所定値以上であれば、ステップＳ１３にてＥＣＵ１０は測定された変位量をタイミングチェーン２５の伸び量に換算し、さらに予め記憶したタイミングチェーン２５の伸び量に対応したクランクシャフト１１ｅに対する吸気カムシャフト１１ｆの回転位相の変化量に基づき、変位量を回転角の初期状態からの偏差に換算する。なお、所定値が所定値未満であれば、ステップＳ１１に戻り変位センサ４０の出力のモニタを継続する。
【００３４】
最後に、ステップＳ１４として、ＥＣＵ１０は偏差に基づき油圧回路３０を制御して、可変バルブタイミング機構５０を駆動させて吸気カムシャフト１１ｆの回転位相を修正し、一連の動作を完了する。
【００３５】
以上のように、本発明の実施の形態のエンジンの制御機構によれば、ＥＣＵ１０が変位センサ４０を用いて動力伝達部２０におけるテンショナー２６によるタイミングチェーン２５の張力補正量をクランクシャフト１１ｅに対する吸気カムシャフト１１ｆの回転角の偏差として検出し、これに基づき可変バルブタイミング機構５０を利用して、クランクシャフト１１ｅに対する吸気カムシャフト１１ｆの回転位相を当該補正量に基づき補正するようにしたことにより、低コストな構成にてエンジンにおけるクランクシャフトとカムシャフトの位相差を検出してエンジンの性能を維持することが可能になる。
【００３６】
しかしながら、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００３７】
上記の説明においては、本発明の変位量の例として、テンショナー２６のテンショナープランジャ２６ｂの駆動部の変位を用いたが、テンションアーム２６ａの変位を直接検出するようにしてもよい。
【００３８】
また、上記の説明においては、テンショナー２６に加わる張力を、駆動部の変位に置き換え、さらにタイミングチェーンの伸び量に換算するものとして説明を行ったが、本発明は、測定部としてタイミングチェーン２５に加わる張力を直接測定し、これに基づきカムシャフトの回転角の偏差を検出するようにしてもよい。
【００３９】
また、上記の説明においては、本発明の伝動帯の例としてタイミングチェーン２５を用いたが、タイミングベルトを用いてもよい。要するに、本発明の伝導体はクランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達する作用を奏するものであれば、その具体的な構成に限定されるものではない。
【００４０】
更に、上記の説明においては、可変バルブタイミング機構５０は吸気カムシャフト１１ｆの回転位相を変化させるものとしたが、排気カムシャフト１１ｇの回転位相を単独又は吸気カムシャフト１１ｆと併せて可変させる構成としてもよい。
【００４１】
更に、本発明は、例えば、ガソリンエンジン自動車の他、ハイブリッド自動車、二輪車、船舶他、エンジンにより動作する任意の輸送機器及び当該機器に用いられる任意の構成のエンジンにおいて実施してもよい。
【００４２】
以上のように、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可変する可変バルブタイミング機構を有するエンジンの制御機構であって、前記クランクシャフトから前記カムシャフトに動力を伝達する伝動帯の張力を補正するテンショナーによる前記張力の補正量を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づき、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの回転角の、初期状態からの偏差を算出する偏差算出部と、前記偏差算出部の算出結果に基づき、前記偏差を補正する補正部とを備えたものであればよく、その他の具体的な目的、用途、構成によって限定されるものではない。
【００４３】
したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のような本発明は、低コストな構成にてエンジンにおけるクランクシャフトとカムシャフトの位相差を検出してエンジンの性能を維持することが可能になるという効果を有し、例えばガソリン自動車等への適用において有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  エンジンの制御機構
１０  ＥＣＵ
１１  気筒
１１ａ  インジェクタ
１１ｂ  点火プラグ
１１ｃ  ピストン
１１ｄ  コンロッド
１１ｅ  クランクシャフト
１１ｆ  吸気カムシャフト
１１ｆ１  吸気バルブ
１１ｇ  排気カムシャフト
１１ｇ１  排気バルブ
１２  エアクリーナ
１３  スロットルバルブ
１４  サージタンク
１５  三元触媒
１６ａ  吸気通路
１６ｂ  排気通路
２０  動力伝達部
２１  吸気側スプロケット
２１ａ  ハウジング
２１ｂ  ベーン
２２  排気側スプロケット
２４  クランクスプロケット
２５  タイミングチェーン
２６  テンショナー
２６ａ  テンションアーム
２６ｂ  テンショナープランジャ
３０  油圧回路
４０  変位センサ
５０  可変バルブタイミング機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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