JP2015098819A - カムシャフト、カム角検出装置、及び内燃機関 - Google Patents

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。

特開２０１２−２１８４４号公報

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。

吸気カムシャフトの概略構成を示す略図。 図１の２−２線に沿った断面図。 カム角センサの検出信号を示すタイミングチャート。

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。

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。

（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、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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。