JP2015098819A - カムシャフト、カム角検出装置、及び内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関の省スペース化を図りつつカム角をより正確に検出することのできるカムシャフト、内燃機関、及びカム角検出装置を提供する。【解決手段】吸気カムシャフト11は、カム角センサ18の検出対象である凸部17が外周面に形成されたセンサロータ16と複数のカム15とを有し、複数のカム15のノーズ19は、吸気カムシャフト11の軸心Oからカム15のノーズ19の外周面までの吸気カムシャフト11の径方向における長さL1がセンサロータ16のベース円22の半径rよりも長い部位である長径部を含んでいる。そして、複数のカム15のうちセンサロータ16に最も近接するカム151の長径部(ノーズ19)は、吸気カムシャフト11の軸方向視において吸気カムシャフト11の軸心Oからセンサロータ16の凸部17の両端23をそれぞれ通過して延びる2つの仮想線L4,L5によって挟まれる領域Rに位置している。【選択図】図2
Description
本発明は、内燃機関に設けられるカムシャフト及びそのカムシャフトの回転位相を検出するカム角検出装置、並びに内燃機関に関する。
内燃機関に設けられるカムシャフトの回転位相、すなわちカム角の検出に用いられるカム角検出装置としては、外周面に凸部を有するセンサロータをカムシャフトの端部に設けるとともに、このセンサロータの近傍にカム角センサを配設したものが知られている(例えば特許文献1など)。
このカム角検出装置では、センサロータの回転に伴って凸部とカム角センサとの距離が変化することにより、カム角に応じた信号がカム角センサから出力される。こうしたカム角検出装置に用いられるカム角センサとしては、同カム角センサの近傍を凸部が通過するときと、凸部以外の部位が通過するときとで互いに異なる二値的な検出信号を出力するデジタル式のセンサが一般に用いられている。
ところで近年では、内燃機関の省スペース化を図るために、カムシャフトを短くすることが望まれている。特許文献1に記載のカムシャフトであっても、センサロータをカムシャフトの端部に設けるのではなく、例えばカムとカムとの間に設けるようにすればカムシャフトを短くすることはできる。
しかしながら、こうしてカムとセンサロータとを接近させた場合には、カムノーズがカム角センサの近傍を通過するときに、センサロータの凸部がカム角センサの近傍を通過するときと同じ検出信号がカム角センサから出力されてしまうことがある。
したがって、こうした場合には、カム角センサから出力される検出信号にセンサロータの凸部に対応した検出信号とカムノーズに対応した検出信号とが混在するようになる結果、カム角を正確に検出することができなくなるおそれがある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の省スペース化を図りつつカム角をより正確に検出することのできるカムシャフト、内燃機関、及びカム角検出装置を提供することにある。
上記課題を解決するためのカムシャフトは、カム角センサの検出対象である凸部が外周面に形成されたセンサロータと複数のカムとを有し、複数のカムのノーズは、カムシャフトの軸心からカムのノーズの外周面までのカムシャフトの径方向における長さがセンサロータのベース円の半径よりも長い部位である長径部を含んでいる。そして、こうしたカムシャフトにおいて、複数のカムのうちセンサロータに最も近接するカムの長径部は、カムシャフトの軸方向視においてカムシャフトの軸心からセンサロータの凸部の両端をそれぞれ通過して延びる2つの仮想線によって挟まれる領域に位置している。
上記構成によれば、カム角センサからセンサロータの凸部に対応した検出信号が出力される期間にカムノーズに対応した検出信号が出力されるようになる。このため、センサロータとカムとが近接し、カム角センサによってカムノーズが検出される場合であっても、見かけ上、カム角センサからはセンサロータの凸部に対応した検出信号しか出力されないようになる。したがって、上記構成によれば、センサロータをカムに近接して配設してもカム角センサの検出信号に対するカムノーズの影響を抑えることができる。その結果、カムシャフトの省スペース化を図りつつカム角をより正確に検出することができるようになる。
また、上記カムシャフトを具備する内燃機関において、センサロータと同センサロータに最も近接するカムシャフトのジャーナル軸受けとの間にスラスト軸受けを配設するようにすれば、スラスト軸受けを保持するためのフランジを別途設ける必要がなくなる。その結果、内燃機関の省スペース化を図ることができるとともに、部品点数を削減することができる。
また、上記課題を解決するカム角検出装置は、被検出部が近接したときに検出信号が第1の規定値となり同被検出部が離間したときに検出信号が第1の規定値とは異なる第2の規定値となるデジタル式のカム角センサと、カムを備えるカムシャフトに設けられたセンサロータとを備えている。そして、こうしたカム角センサにおいて、センサロータの外周面に形成された凸部が近接してカム角センサの検出信号が第1の規定値となるカムシャフトの回転位相範囲にカムのノーズが近接してカム角センサの検出信号が第1の規定値となるカムシャフトの回転位相の全範囲が含まれるように、センサロータの凸部及びカムのノーズの位置を設定している。
上記構成によれば、カム角センサがカムのノーズを検出してその検出信号が第1の規定値となる全期間が、カム角センサがセンサロータの凸部を検出してその検出信号が第1の規定値となる期間に重畳するようになる。このため、センサロータとカムとが近接し、カム角センサによってカムのノーズが検出される場合であっても、見かけ上、カム角センサからはセンサロータの凸部に対応した検出信号しか出力されないようになる。したがって、上記構成によれば、センサロータをカムに近接して配設してもカム角センサの検出信号に対するカムのノーズの影響を抑えることができる。その結果、カムシャフトの省スペース化を図りつつカム角をより正確に検出することができるようになる。
以下、カム角の検出対象となる吸気カムシャフト、及び同吸気カムシャフトを備える内燃機関の一実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
図1に示すように、吸気カムシャフト11は、内燃機関10のシリンダヘッド12に設けられた複数のジャーナル軸受け13により回転可能に支持されている。吸気カムシャフト11の端部には、カムプーリ14が配設されている。カムプーリ14は、タイミングベルトによりクランクシャフトに連結されている。このため、クランクシャフトが回転するとこれと同期して吸気カムシャフト11が回転する。また、吸気カムシャフト11は、吸気バルブを開閉駆動する複数のカム15と、同カム15の一つと隣接し、その外周面に複数の凸部17が形成されたセンサロータ16とを有している。
図1に示すように、吸気カムシャフト11は、内燃機関10のシリンダヘッド12に設けられた複数のジャーナル軸受け13により回転可能に支持されている。吸気カムシャフト11の端部には、カムプーリ14が配設されている。カムプーリ14は、タイミングベルトによりクランクシャフトに連結されている。このため、クランクシャフトが回転するとこれと同期して吸気カムシャフト11が回転する。また、吸気カムシャフト11は、吸気バルブを開閉駆動する複数のカム15と、同カム15の一つと隣接し、その外周面に複数の凸部17が形成されたセンサロータ16とを有している。
センサロータ16の外周面に対向した位置には、カム角センサ18が設けられている。カム角センサ18は、センサロータ16の凸部17が近接したときに検出信号が第1の規定値となり、凸部17が離間したときに検出信号が第1の規定値とは異なる第2の規定値となるデジタル式のセンサである。また、センサロータ16に最も近接するカム15(151)は、そのノーズ19がカム角センサ18の検出可能範囲に位置している。したがって、そのカム15のノーズ19がカム角センサ18の近傍を通過するときにも、カム角センサ18の検出信号が第1の規定値となる。なお、これらセンサロータ16及びカム角センサ18がカム角検出装置として機能する。
また、図1に示すように、センサロータ16と同センサロータ16に最も近接するジャーナル軸受け13との間には、吸気カムシャフト11を回転可能に支持するとともにその軸方向への移動を規制するスラスト軸受け20が配設されている。このスラスト軸受け20の軸方向における両側面はそれぞれジャーナル軸受け13及びセンサロータ16に当接している。
次に、図2を参照して、センサロータ16と同センサロータ16に最も近接するカム151との位置関係を詳細に説明する。なお、図2は、図1の2−2線に沿った断面図、すなわち吸気カムシャフト11を軸方向から視たときの断面図を示している。
図2に示すように、カム151のベース円21は、センサロータ16のベース円22と同径である。カム151には、同カム151のベース円21よりも拡径されたノーズ19が設けられている。吸気カムシャフト11の径方向において、吸気カムシャフト11の軸心Oからノーズ19の外周面までの長さL1は、センサロータ16のベース円22の半径rよりも長い。また、軸心Oからノーズ19の先端NPまでの長さL2は、センサロータ16の中心からその凸部17の先端までの長さL3と同じである(L2=L3)。ノーズ19は、上記軸心Oから凸部17の両端23、すなわち凸部17がベース円22から立ち上がる起点S1,S2をそれぞれ通過して延びる2つの仮想線L4,L5によって挟まれる領域Rにその全体が位置している。なお、カム151のノーズ19において、吸気カムシャフト11の軸心Oからカム151のノーズ19の外周面までの長さL1がセンサロータ16のベース円22の半径rよりも長い部位を以下では長径部と称する。したがって、図2に示すカム151では、ノーズ19の全体が長径部に相当し、その長径部が上記領域Rに位置していることになる。
次に、図3を参照して、本実施形態の吸気カムシャフト11の作用について説明する。なお、図3には、吸気カムシャフト11が回転したときにカム角センサ18から実際に出力される検出信号を実線で示し、カム15のノーズ19を被検出部としたときに同ノーズ19の回転に対応してカム角センサ18から出力される仮想の検出信号を一点鎖線で示している。
図3に実線で示すように、カム角センサ18は、吸気カムシャフト11の回転によりセンサロータ16の凸部17が近接したときに検出信号が第1の規定値となる一方、凸部17が離間したときに検出信号が第2の規定値となる。
また、図3に一点鎖線で示すように、吸気カムシャフト11が回転してカム15のノーズ19がカム角センサ18に近接すると、カム角センサ18の検出信号が第1の規定値となる一方、カム15のノーズ19が離間したときに検出信号が第2の規定値となる。
本実施形態では、長径部、すなわちカム15のノーズ19の全体が上述した領域Rに位置しているため、図3に一点鎖線で示すように、カム15のノーズ19を被検出部としたときの検出信号は、カム角センサ18の検出信号がセンサロータ16の凸部17に対応して第1の規定値となる期間に出力される。すなわち、センサロータ16の凸部17が近接してカム角センサ18の検出信号が第1の規定値となる吸気カムシャフト11の回転位相範囲RCに、カム15のノーズ19が近接してカム角センサ18の検出信号が第1の規定値となる吸気カムシャフト11の回転位相範囲Rnが全て含まれる。このため、これらセンサロータ16の凸部17を検出したときの検出信号、及びカム15のノーズ19を検出としたときの検出信号が重畳され、カム角センサ18から出力される検出信号は、見かけ上、センサロータ16の凸部17のみを被検出部としたときの検出信号と同じものとなる。
なお、カム15とセンサロータ16とが近接している場合に、センサロータ16の外径をカム15の外径よりも大きくすれば、カム角センサ18によるカム15のノーズ19の検出を抑制して、カム角を正確に検出することができる。しかしながら、こうした場合には、センサロータ16の外径を大きくした分、その搭載スペースが大きくなってしまう。一方、本実施形態では、センサロータ16の外径を大きくする必要がないため、上記センサロータを大径化する場合と比較して内燃機関10の省スペース化が図られる。
以上説明した第1の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)センサロータ16とカム15とが近接し、カム角センサ18によってカム15のノーズ19が検出される場合であっても、見かけ上、カム角センサ18からはセンサロータ16の凸部17のみを被検出部としたときの検出信号しか出力されないようになる。したがって、センサロータ16をカム15に近接して配設してもカム角センサ18の検出信号に対するカム15のノーズ19の影響を抑えることができ、吸気カムシャフト11の省スペース化を図りつつカム角をより正確に検出することができるようになる。
(1)センサロータ16とカム15とが近接し、カム角センサ18によってカム15のノーズ19が検出される場合であっても、見かけ上、カム角センサ18からはセンサロータ16の凸部17のみを被検出部としたときの検出信号しか出力されないようになる。したがって、センサロータ16をカム15に近接して配設してもカム角センサ18の検出信号に対するカム15のノーズ19の影響を抑えることができ、吸気カムシャフト11の省スペース化を図りつつカム角をより正確に検出することができるようになる。
(2)センサロータ16と、同センサロータ16に最も近接する吸気カムシャフト11のジャーナル軸受け13との間にスラスト軸受け20を配設したため、スラスト軸受け20を保持するためのフランジを別途設ける必要がなくなる。その結果、内燃機関10の省スペース化を図ることができるとともに、部品点数を削減することができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、吸気カムシャフト11の軸心Oからノーズ19の先端NPまでの長さL2を同軸心Oからその凸部17の先端までの長さL3とほぼ同じにしたが、長径部であるノーズ19の全体が領域Rに位置するのであれば、それら長さL2,L3を適宜変更してもよい。こうした構成によっても、上記(1)及び(2)と同様の効果は奏する。
・上記実施形態では、吸気カムシャフト11の軸心Oからノーズ19の先端NPまでの長さL2を同軸心Oからその凸部17の先端までの長さL3とほぼ同じにしたが、長径部であるノーズ19の全体が領域Rに位置するのであれば、それら長さL2,L3を適宜変更してもよい。こうした構成によっても、上記(1)及び(2)と同様の効果は奏する。
・上記実施形態では、上述した領域Rを、センサロータ16に設けられた凸部17の内、図2の上方に位置する凸部17について定義したが、その他の凸部17についても同様に上記領域Rを定義し、その領域Rに長径部を位置させることとしてもよい。こうした構成によっても、上記(1)及び(2)と同様の効果を得ることはできる。
・上記実施形態では、カム15のベース円21とセンサロータ16のベース円22とを同径になるようにしたが、カム15のベース円21をセンサロータ16のベース円22よりも大径としたり、カム15のベース円21をセンサロータ16のベース円22よりも小径としたりしてもよい。なお、こうした場合であっても、カム151のノーズ19における長径部を領域Rに位置させることにより上記(1)及び(2)と同様の効果を得ることができる。
・上記各実施形態では、ジャーナル軸受け13とセンサロータ16との間にスラスト軸受け20を配設したが、こうした構成を省略してもよい。こうした場合であっても、上記(1)と同様の効果は奏する。
・センサロータ16の外周面に形成された凸部17を被検出部としたときにカム角センサ18の検出信号が第1の規定値となる吸気カムシャフト11の回転位相範囲(図3の範囲Rc)に、カム15のノーズ19を被検出部としたときにカム角センサ18の検出信号が第1の規定値となる吸気カムシャフト11の回転位相(図3の範囲Rn)の全範囲が含まれるように、センサロータ16とカム151の回転位相の関係を決定する。そしてこうした関係が満たされる状態でセンサロータ16及びカム151を吸気カムシャフト11に形成することとしてもよい。こうした構成によっても上記(1)と同様の効果を得ることはできる。
・上記各実施形態では、吸気カムシャフト11をカム角の検出対象とする例を示したが、排気カムシャフトをカム角の検出対象とする場合でも同様の構成を採用することにより上述した効果を得ることができる。
10…内燃機関、11…吸気カムシャフト、12…シリンダヘッド、13…ジャーナル軸受け、14…カムプーリ、15,151…カム、16…センサロータ、17…凸部、18…カム角センサ、19…ノーズ、20…スラスト軸受け、21…ベース円、22…ベース円、23…端。
Claims (3)
- カム角センサの検出対象である凸部が外周面に形成されたセンサロータと複数のカムとを有し、前記複数のカムのノーズは、カムシャフトの軸心から前記カムのノーズの外周面までの前記カムシャフトの径方向における長さが前記センサロータのベース円の半径よりも長い部位である長径部を含むカムシャフトにおいて、
前記複数のカムのうち前記センサロータに最も近接するカムの長径部は、前記カムシャフトの軸方向視において前記カムシャフトの軸心から前記センサロータの凸部の両端をそれぞれ通過して延びる2つの仮想線によって挟まれる領域に位置する
ことを特徴とするカムシャフト。 - 請求項1に記載のカムシャフトを具備し、前記センサロータと同センサロータに最も近接するカムシャフトのジャーナル軸受けとの間に同カムシャフトのスラスト軸受けが配設されてなる内燃機関。
- 被検出部が近接したときに検出信号が第1の規定値となり同被検出部が離間したときに検出信号が前記第1の規定値とは異なる第2の規定値となるデジタル式のカム角センサと、カムを備えるカムシャフトに設けられたセンサロータとを備えたカム角検出装置において、
前記センサロータの外周面に形成された凸部が近接して前記カム角センサの検出信号が前記第1の規定値となる前記カムシャフトの回転位相範囲に、前記カムのノーズが近接して前記カム角センサの検出信号が前記第1の規定値となるカムシャフトの回転位相の全範囲が含まれる
ことを特徴とするカム角検出装置。
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