(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用フロントカバーであって、
エンジンのクランクシャフトの一端に連結され、クランクシャフトからの駆動力を有するクランクシャフト駆動部材と、カムシャフトの一端に連結されたカムシャフト駆動部材と、前記クランクシャフト駆動部材およびカムシャフト駆動部材を駆動連結する動力伝達部材と、前記カムシャフトの一端に連結され、前記カムシャフトおよびカムシャフト駆動部材間の角度的なオフセットを許容する可変カム位相器とを囲繞するように設けられたカバー本体と、
前記カバー本体において前記可変カム位相器に対応する位置に取り付けられたカム位相器位置センサと、
前記カバー本体において前記可変カム位相器に対応する位置に取り付けられ、前記可変カム位相器を駆動し得るカム位相器アクチュエータと、
前記カバー本体に取り付けられ、前記カム位相器位置センサおよび前記カム位相器アクチュエータに接続された可変カムタイミング制御装置と、
を備えた内燃機関用フロントカバー。
【請求項２】
請求項１において、
前記カム位相器アクチュエータが可変力ソレノイドである、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【請求項３】
請求項１において、
前記エンジンがＶ型エンジンであって、二つのカムバンクが設けられており、各カムバンクが、少なくとも一つのカム位相器位置センサと、少なくとも一つのカム位相器アクチュエータとを有している、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【請求項４】
請求項３において、
前記エンジンがダブルオーバヘッドカムエンジンであって、各カムバンクが、二つのカム位相器位置センサと、二つのカム位相器アクチュエータとを有している、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【請求項５】
請求項１において、
前記可変カムタイミング制御装置が、エンジンコントローラに接続するための制御入力を有する電子インターフェース・モジュールと、前記カム位相器位置センサに接続された少なくとも一つのセンサ入力と、前記カム位相器アクチュエータに接続された少なくとも一つのアクチュエータ出力とを有している、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【請求項６】
請求項５において、
前記可変カムタイミング制御装置と前記エンジンコントローラとの間の接続が、コントローラ・エリア・ネットワーク・バスである、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【請求項７】
請求項５において、
前記可変カムタイミング制御装置への入力が、前記エンジンコントローラからの要求値を受け取るとともに、前記センサ入力からカム位相器位置を読み取り、可変カム位相器出力に駆動信号を供給することによって、前記要求値にしたがって前記カムシャフトの位相を調整している、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【請求項８】
請求項５において、
クランクシャフト位置センサをさらに備えており、前記クランクシャフト位置センサは、前記電子インターフェース・モジュールに接続されるとともに、前記カバー本体がエンジンの上に取り付けられたときに前記クランクシャフト駆動部材の隣に配置されるような位置において、前記カバー本体の上に取り付けられている、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【請求項９】
請求項８において、
前記電子インターフェース・モジュールが、前記エンジンコントローラに接続するためのバッファ・クランク信号出力をさらに有している、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【請求項１０】
請求項５において、
前記電子インターフェース・モジュールが、前記カバー本体の凹部に組み込まれるとともに、相互連結されたハーネスによって前記カム位相器位置センサおよび前記カム位相器アクチュエータに駆動可能に接続されている、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記ハーネスが、前記カバー本体の形状に沿うように形成されている、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記ハーネスが、前記カバー本体の内側に取り付けられている、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【請求項１３】
請求項１において、
アクティブ・ノイズ低減システムがさらに設けられており、前記アクティブ・ノイズ低減システムは、前記カバー本体の上に取り付けられるとともに、前記可変カムタイミング制御装置に接続されている、
ことを特徴とする内燃機関用フロントカバー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の分野に関する。より詳細には、本発明は、エンジンのフロントカバーに可変カムタイミング制御装置を一体に組み込んだ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
最近の内燃機関は、可変カムタイミング（ＶＣＴ：Variable Cam Timing)およびアクティブ・ノイズ相殺のような特徴を含んでいるので、ますます複雑になってきている。たとえば、ＶＣＴ、角変位、つまりカムシャフトが駆動可能に連結されるクランクシャフトに対するカムシャフトの位相は、燃費や出力のようなエンジン特性の変化をもたらすように動的に変化させられる。
【０００３】
典型的には、このようなエンジン特性の所望値が現在値に対して測定されるとともに、その差異に反応してエンジン内部で変化が発生するフィードバック・ループが用いられている。
【０００４】
これを達成するために、最近のエンジンは、マイクロコンピュータを含む一つまたはそれ以上の制御モジュールを通常有している。マイクロコンピュータは、エンジンの種々の部分や自動車の他の部分および周囲環境（排ガスセンサ、圧力および温度センサなど）から入力されるデータを絶えず分析するとともに、これらのデータに反応して信号を出力している。
【０００５】
たとえば、ＶＣＴに関しては、エンジンおよび周囲環境において変化が生じると、カムシャフトおよびクランクシャフト間の角変位が変えられる。
【０００６】
ＶＣＴシステムのようなシステムを制御モジュールに接続する従来の方法は、各ソレノイド、バルブ、アクチュエータ（またはモータ）および各センサから一組のワイヤを走らせてエンジンコントローラに戻していた。このため、エンジンコントローラに供給するワイヤの本数が増えすぎてその扱いが困難になってきている。
【０００７】
たとえば、エンジンコントローラの中には、１５０〜２００本の外部接続ワイヤを有しているものがある。このようにエンジンが複雑さを増すにつれて、アップデートの速さやコンピュータに要求される高速化のために、エンジンコントローラが特徴部分のすべてを扱うのが困難になってきている。
【０００８】
このように複雑化したエンジンを扱うという問題に取り組むために、種々の試みがなされてきた。たとえば、マツオらによる米国特許第 5,353,755号は、Ｖ型内燃機関のフロントカバーに組み込まれた可変バルブタイミング制御システムを開示している。この米国特許は、二つのシリンダバンクのための複数の液圧駆動バルブ運転モード制御アクチュエータを備えたＶ型エンジンを教示している。
【０００９】
作動流体回路は、シリンダブロックのメインギャラリおよび複数の液圧駆動バルブ運転モード制御アクチュエータの間に配置されており、すべての液圧駆動バルブ運転モード制御アクチュエータに共通の単一の制御バルブを有している。この制御バルブは、エンジンのカムシャフトをクランクシャフトに連結する駆動システムを受け入れるように設けられたケースに取り付けられている。
【００１０】
ケースはまた、制御バルブと複数の液圧駆動バルブ運転モード制御アクチュエータとの間で作動流体回路の一部を構成する内部流路を有している。しかしながら、従来の技術は、フロントエンジンカバー内にＶＣＴセンサまたはＶＣＴ制御ユニットを組み込むことは教示していない。
【００１１】
本願発明においては、「フロントカバー」という用語が、エンジンのタイミング構成要素であるカムシャフト駆動部材（つまりギヤ、スプロケットまたはプーリ）、カム位相器、クランクシャフト駆動部材（つまりギヤ、スプロケットまたはプーリ）、およびクランクシャフト駆動部材をカムシャフト駆動部材に連結する動力伝達部材（つまりチェーン、ベルトまたはギヤ）の上に配置されるカバーであるということが、当該分野の当業者には理解されるだろう。
【００１２】
伝統的な縦置エンジンにおいては、このカバーは通常エンジンの前面側に向かって配置されている（このため「フロントカバー」と称される）が、他のエンジンにおいては、車の側面側に向かって（横置エンジンの場合のように）または後方側に向かって配置されているということが理解されるだろう。
【００１３】
本発明は、エンジンコントローラへのワイヤリング本数を削減できるようにすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る内燃機関用フロントカバーは、カバー本体と、カム位相器位置センサと、カム位相器アクチュエータと、可変カムタイミング制御装置とを備えている。カバー本体は、エンジンのクランクシャフトの一端に連結され、クランクシャフトからの駆動力を有するクランクシャフト駆動部材と、カムシャフトの一端に連結されたカムシャフト駆動部材と、クランクシャフト駆動部材およびカムシャフト駆動部材を駆動連結する動力伝達部材と、カムシャフトの一端に連結され、カムシャフトおよびカムシャフト駆動部材間の角度的なオフセットを許容する可変カム位相器とを囲繞するように設けられている。カム位相器位置センサは、カバー本体において可変カム位相器に対応する位置に取り付けられ、可変カム位相器を駆動し得るように設けられている。カム位相器アクチュエータは、カバー本体において可変カム位相器に対応する位置に取り付けられている。可変カムタイミング制御装置は、カバー本体に取り付けられ、カム位相器位置センサおよびカム位相器アクチュエータに接続されている。
【００１５】
請求項１の発明によれば、フロントカバーのカバー本体が、クランクシャフト駆動部材、動力伝達部材およびカムシャフト駆動部材のみならず、可変カム位相器をも囲繞しており、さらに、カバー本体には、カム位相器位置センサと、カム位相器アクチュエータと、可変カムタイミング制御装置とが取り付けられている。これにより、エンジンコントローラへのワイヤリング本数を削減できるようになる。
【００１６】
請求項２の発明においては、カム位相器アクチュエータが可変力ソレノイドである。
【００１７】
請求項３の発明においては、エンジンがＶ型エンジンであって、二つのカムバンクが設けられており、各カムバンクが、少なくとも一つのカム位相器位置センサと、少なくとも一つのカム位相器アクチュエータとを有している。
【００１８】
請求項４の発明においては、エンジンがダブルオーバヘッドカムエンジンであって、各カムバンクが、二つのカム位相器位置センサと、二つのカム位相器アクチュエータとを有している。
【００１９】
請求項５の発明においては、可変カムタイミング制御装置が、エンジンコントローラに接続するための制御入力を有する電子インターフェース・モジュールと、カム位相器位置センサに接続された少なくとも一つのセンサ入力と、カム位相器アクチュエータに接続された少なくとも一つのアクチュエータ出力とを有している。
【００２０】
請求項６の発明においては、可変カムタイミング制御装置とエンジンコントローラとの間の接続が、コントローラ・エリア・ネットワーク・バス(Controller Area Network bus: CAN bus)であることを特徴としている。
【００２１】
請求項７の発明によれば、可変カムタイミング制御装置への入力が、エンジンコントローラからの要求値を受け取るとともに、センサ入力からカム位相器位置を読み取り、可変カム位相器出力に駆動信号を供給することによって、前記要求値にしたがってカムシャフトの位相を調整している。
【００２２】
請求項８の発明においては、クランクシャフト位置センサをさらに備えており、クランクシャフト位置センサが、電子インターフェース・モジュールに接続されるとともに、カバー本体がエンジンの上に取り付けられたときにクランクシャフト駆動部材の隣に配置されるような位置において、カバー本体の上に取り付けられている。
【００２３】
請求項９の発明においては、電子インターフェース・モジュールが、エンジンコントローラに接続するためのバッファ・クランク信号出力をさらに有している。
【００２４】
請求項１０の発明においては、電子インターフェース・モジュールが、エンジンカバー内の凹部に組み込まれるとともに、相互連結されたハーネスによってカム位相器位置センサおよびカム位相器アクチュエータに駆動可能に接続されている。
【００２５】
請求項１１の発明においては、ハーネスが、エンジンカバーの形状に沿うように形成されている。
【００２６】
請求項１２の発明においては、ハーネスがエンジンカバーの内側に取り付けられている。
【００２７】
請求項１３の発明においては、アクティブ・ノイズ低減システムがさらに設けられており、アクティブ・ノイズ低減システムが、カバーの上に取り付けられるとともに、可変カムタイミング制御装置に接続されている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
位相器が吸気側カムにのみ取り付けられた制御システムから、吸気側カムおよび排気側カム（Ｖ型エンジンでは二つの吸気側カムおよび二つの排気側カム）の双方に位相器が取り付けられた制御システムに至るまで、エンジンが複雑さを増すにつれて、制御システムを扱うのが困難になってきている。
【００２９】
典型的なカム位相器システムは、エンジンコントローラに信号を戻す位置センサホイールをカム上に有している。一方、本願発明に係る発明者らは、各カムについての制御ソレノイドおよびカム位置センサの双方をカム位相器の前方に移動させることによって、ソレノイドおよびカム位置センサをフロントカバー内に取り付けることができるということを見出した。
【００３０】
本願発明は、カム位置センサが、カム上に取り付けられたパルスホイールからではなく、カム位相器の前面に取り付けられたホイールから、カムの位置を検出するのを許容する。
【００３１】
本願発明に係る内燃機関用フロントカバーは、可変力ソレノイド（ＶＦＳ：Variable Force Solenoid)およびカム（およびクランクシャフト）位置センサを有しかつカバー内に一体に組み込まれた可変カムタイミング（ＶＣＴ：Variable Cam Timing)制御装置を備えており、カム位置センサは、カム位相器の前方に配置されるとともに、カム位相器に駆動可能に連結されている。
【００３２】
同様にカバー上に取り付けられたＶＣＴ制御モジュールは、アクチュエータおよびセンサと交信して、自動車の制御モジュールに連絡する。これにより、ＶＣＴシステムと連係するのに必要な外部導線の本数が制限される。
【００３３】
本願発明の一実施態様においては、エンジンカバーは、一旦組み立てられると、カバー内に一体に組み込まれた電子インターフェース・モジュール（ＥＩＭ）、ＶＦＳおよび位置センサを有する単一のユニットを構成する。
【００３４】
本願発明は、カム上に取り付けられたパルスホイールからではなく、カム位相器の前面に取り付けられたホイールから、カム位置センサがカムの位置を検出するのを許容する。
【００３５】
図１および図２において、電子インターフェース・モジュール（ＥＩＭ：electronic interface module)４０がフロントカバー１００に取り付けられている。
【００３６】
コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ：controller area network)のＥＩＭ４０へのバス入力も含まれているのが好ましく、このバス入力は、本願発明の制御システムが、エンジン制御モジュール（ＥＣＭ：Engine Control Module)からの要求値を受け入れるのを許容する。
【００３７】
ＣＡＮのバス入力は、たとえば一対またはそれ以上のワイヤや光ファイバーなど、エンジンの設計にとって好都合ないかなる形態をとっていてもよい。
【００３８】
本願発明のＶＣＴ制御システムは、好ましくは、エンジンフロントカバー１００に取り付けられたクランク位置センサ６０を有している。クランク位置センサ６０はエンジンの前側に取り付けることも可能であり、またクランク位置は他の何らかの方法で検出することも可能であるが、この場合には、クランク位置情報をＥＩＭに伝達するための導線が別途必要になるだろう。
【００３９】
エンジン上の各カム位置には、位相器アクチュエータ１０（図１および図２では可変力ソレノイド（ＶＦＳ））を受け入れるための連結部を有するカムバンク３０と、各カムのためのカム位置センサ２０とが設けられている。
【００４０】
図１および図２に示すＶ型ダブルオーバヘッドカムの実施態様においては、二つのバンク３０に対して４個のＶＦＳ１０と４個のカムセンサ２０が設けられている。
【００４１】
本願発明のカバーが他の形式のエンジンにも同様に適用できるということが当該分野の当業者には理解されるだろう。単一カムの４シリンダエンジンであれば、一つのアクチュエータおよび一つのセンサを備えたただ一つのカムバンクを有することになるだろう。
【００４２】
単一カムシャフトのＶ型エンジンまたは水平対向型エンジンであれば、各々一つのアクチュエータと一つのセンサを備えた二つのバンクを有することになるだろう。ダブルカムの直列エンジンであれば、二つのアクチュエータおよび二つのセンサを備えた一つのバンクを有することになるだろう。
【００４３】
ＥＩＭ４０は、好ましくは凹部内に取り付けられており、各カムバンクをＥＩＭ４０に接続する相互連結ハーネス５０に接続されている。相互連結ハーネス５０は、端子がエンジン各部の内側の部材に曝されないように、カバーの内側に取り付けられている。ハーネス５０は、カバーの内側の形状に沿うように成形されている。
【００４４】
一旦組み立てられると、フロントカバー１００は、ＥＩＭ４０、ＶＦＳ１０およびカム位置センサ２０がユニット内に一体化された状態で、単一のユニットを構成する。フロントカバー１００には、たとえばアクティブ・ノイズ低減装置７０のようなその他の特徴部分がオプション的に加えられていてもよい。
【００４５】
本発明による制御システムによれば、エンジンコントローラへのワイヤを２０本以上削減することによって、可変カムタイミングシステム全体のコストを低減させる。これにより、要求されるエンジン各部への唯一の接続は、電力（供給電圧およびアース）と、ＣＡＮのバスと、オプション的には、エンジンコントローラのためのバッファ・クランク信号である。
【００４６】
ＥＣＭは、カムおよびクランクセンサの信号を読み取り、現在のカム位置および所望のカムオフセット量を計算して、各ＶＦＳを別個に駆動するのではなく、所望のカムタイミングを計算して、本発明の組立体へのＶＣＴ要求値信号を供給することのみを必要とするので、本発明を用いることによって、エンジン制御システム全体が簡略化される。
【００４７】
ＥＩＭがＶＣＴ構成要素との実際のインターフェースを扱うので、ＥＣＭの設計者がカムセンサおよびアクチュエータにおける変更や製造変更を無視できるようにすることにより、カムタイミング制御をバルブカバーに移動することが設計および製造を簡略化する。
【００４８】
各ワイヤおよび導線のコストは、ワイヤ１本につき１ドルもかかる。このため、本発明によれば、エンジン工場の組立コストが低減される。というのは、すべてのアクチュエータおよびセンサを含むフロントカバー・モジュールが、別個のパーツとして個別に組み立てられるのではなく、単一のユニットとして組み立てることができるからである。
【００４９】
取り除かれた各ワイヤはまた、腐食やノイズ、自動車オーナーやカーディーラーの面倒や費用の潜在的な発生源を取り除くので、全体の信頼性が向上する。
【００５０】
ここで記述された本発明の実施態様は、本発明の原理の単なる適用例にすぎないことが理解されるべきである。例示された実施態様の詳細に本明細書中で言及することは、これらの特徴部分が本発明に本質的であると主張する特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る内燃機関用フロントカバーによれば、カバー本体により、クランクシャフト駆動部材、動力伝達部材、カムシャフト駆動部材および可変カム位相器を囲繞させるとともに、カム位相器位置センサ、カム位相器アクチュエータおよび可変カムタイミング制御装置をカバー本体に取り付けるようにしたので、エンジンコントローラへのワイヤリング本数を削減できるようになる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施態様による、一体化されたＶＣＴ制御装置を有するエンジンフロントカバーの前面側の概略図である。
【図２】  本発明の一実施態様による、一体化されたＶＣＴ制御装置を有するエンジンフロントカバーの後面側つまり内側の概略図である。
【符号の説明】
１０：  位相器アクチュエータ（可変力ソレノイド）
２０：  カム位置センサ
３０：  カムバンク
４０：  電子インターフェース・モジュール
５０：  相互連結ハーネス
６０：  クランク位置センサ
７０：  アクティブ・ノイズ低減装置
１００：  エンジンフロントカバー
【図１】
0004130878.tif 000002
【図２】
0004130878.tif 000003