CN105705737A - 凸轮轴、凸轮角度检测装置以及内燃发动机 - Google Patents

Abstract

一种凸轮轴，包括传感器转子和多个凸轮。传感器转子包括基圆部以及形成在基圆部的外周表面上的突出部。在凸轮轴的轴向视图中，多个凸轮中的最靠近传感器转子的一个凸轮的长直径部设置于夹在从凸轮轴的轴中心延伸的第一虚拟线与从凸轮轴的轴中心延伸的第二虚拟线之间的区域内，在凸轮轴的轴向视图中，第一虚拟线穿过传感器转子的突出部的一个周向端部，并且在凸轮轴的轴向视图中，第二虚拟线穿过传感器转子的突出部的另一个周向端部。

Description

凸轮轴、凸轮角度检测装置以及内燃发动机

发明背景

1、发明领域

本发明涉及设置在内燃发动机中的凸轮轴、用于检测凸轮轴的旋转相位的凸轮角度检测装置以及内燃发动机。

2、相关技术说明

下述凸轮角度检测装置已知为用于检测设置在内燃发动机中的凸轮轴的旋转相位——即，凸轮角度——的凸轮角度检测装置：在该凸轮角度检测装置中，在凸轮轴的端部上设置有传感器转子，该传感器转子具有位于该传感器转子的外周表面上的突出部，并且在传感器转子附近设置有凸轮角度传感器(例如，日本专利申请公报No.2012-21844(JP2012-21844A))。

在该凸轮角度检测装置中，当突出部与凸轮角度传感器之间的距离随着传感器转子的旋转而改变时，从凸轮角度传感器输出与凸轮角度相应的信号。数字传感器通常用作用于这种凸轮角度检测装置的凸轮角度传感器，该数字传感器配置成当突出部经过凸轮角度传感器附近时以及当除了突出部之外的部分经过凸轮角度传感器附近时输出不同的二进制检测信号。

发明内容

近年来，期望的是使凸轮轴变短以实现内燃发动机内空间的减小。甚至就JP2012-21844A中所描述的凸轮轴而言，在传感器转子没有设置在凸轮轴的端部上而是例如设置在凸轮之间的情况下，也可以使凸轮轴变短。

然而，在凸轮与传感器转子像这样设置成彼此较靠近的情况下，当凸轮的鼻部经过凸轮角度传感器附近时，可能从凸轮角度传感器输出与当传感器转子的突出部经过凸轮角度传感器附近时所输出的检测信号相同的检测信号。

因此，在这种情况下，与传感器转子的突出部相对应的检测信号和与凸轮的鼻部相对应的检测信号混合在从凸轮角度传感器输出的检测信号中，由此导致不能够准确地检测凸轮角度。

本发明提供了凸轮轴、内燃发动机以及凸轮角度检测装置，凸轮轴、内燃发动机以及凸轮角度检测装置中的每一者都能够实现内燃发动机中的空间的减小并且能够更准确地检测凸轮角度。

根据本发明的第一方面的凸轮轴包括传感器转子和多个凸轮。传感器转子包括基圆部和突出部，该突出部形成在基圆部的外周表面上使得能够被凸轮角度传感器检测到。多个凸轮中的每一个凸轮的鼻部包括长直径部，该长直径部构造成使得其距凸轮轴的轴中心的径向长度比传感器转子的基圆部的半径长。在凸轮轴的轴向视图中，多个凸轮中的最靠近传感器转子的一个凸轮的长直径部设置于夹在从凸轮轴的轴中心延伸的第一虚拟线与从凸轮轴的轴中心延伸的第二虚拟线之间的区域内。在凸轮轴的轴向视图中，第一虚拟线穿过传感器转子的突出部的一个周向端部。在凸轮轴的轴向视图中，第二虚拟线穿过传感器转子的突出部的另一个周向端部。

根据上述方面，在当从凸轮角度传感器输出与传感器转子的突出部相对应的检测信号的时间段期间输出与凸轮的鼻部相对应的检测信号。因此，即使在传感器转子与凸轮设置成彼此靠近并且凸轮的鼻部被凸轮角度传感器检测到的情况下，也看似仅从凸轮角度传感器输出了与传感器转子的突出部相对应的检测信号。鉴于此，根据上述构型，即使将传感器转子设置成较靠近凸轮，也可以限制凸轮的鼻部对于凸轮角度传感器的检测信号的影响。因此，可以实现用于凸轮轴的空间到减小并且可以更准确地检测凸轮角度。

在包括上述方面的凸轮轴的内燃发动机中，可以在传感器转子与凸轮轴的最靠近该传感器转子的轴颈轴承之间设置止推轴承。根据上述方面，不需要单独设置凸缘来保持止推轴承。因此，可以实现内燃发动机中的空间的减小并且可以减少部件的数量。

根据本发明的第二方面的凸轮角度检测装置包括传感器转子和凸轮角度传感器。传感器转子设置在包括凸轮的凸轮轴上。传感器转子包括位于其外周表面上的突出部。凸轮角度传感器配置成当传感器转子的突出部接近该凸轮角度传感器时输出具有第一规定值的检测信号、并且当突出部远离该凸轮角度传感器时输出具有与第一规定值不同的第二规定值的检测信号。突出部构造成使得第一旋转相位范围包括整个第二旋转相位范围。第一旋转相位范围是凸轮轴的在其中突出部接近凸轮角度传感器并且凸轮角度传感器输出具有第一规定值的检测信号的旋转相位范围。第二旋转相位范围是凸轮轴的在其中凸轮的鼻部接近凸轮角度传感器并且凸轮角度传感器输出具有第一规定值的检测信号的旋转相位范围。

根据上述方面，当凸轮角度传感器检测到凸轮的鼻部并且输出具有第一规定值的检测信号时的整个时间段与当凸轮角度传感器检测到传感器转子的突出部并且输出具有第一规定值的检测信号时的时间段彼此交叠。因此，即使在传感器转子与凸轮设置成彼此靠近并且凸轮的鼻部被凸轮角度传感器检测到的情况下，也看似仅从凸轮角度传感器输出了与传感器转子的突出部相对应的检测信号。鉴于此，根据上述构型，即使将传感器转子设置成较靠近凸轮，也可以限制凸轮的鼻部对于凸轮角度传感器的检测信号的影响。因此，可以实现用于凸轮轴的空间的减小并且可以更准确地检测凸轮角度。

附图说明

下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术意义和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1为图示了进气凸轮轴的示意性构型的示意图；

图2为沿着图1中的线II-II截取的截面图；以及

图3为图示了凸轮角度传感器的检测信号的正时图。

具体实施方式

下文参照图1至图3描述了作为凸轮角度检测目标的进气凸轮轴的一个实施方式以及包括进气凸轮轴的内燃发动机。如图1中所示，进气凸轮轴11由设置在内燃发动机10的气缸盖12中的多个轴颈轴承13支承为是可旋转的。在进气凸轮轴11的端部上设置有凸轮带轮14。凸轮带轮14通过正时带连接至曲轴。因此，当曲轴旋转时，进气凸轮轴11与此同步地旋转。此外，进气凸轮轴11包括多个凸轮15以及传感器转子16，其中，多个凸轮15中的每个凸轮15都以打开及关闭的方式对进气门进行操作，传感器转子16设置成与多个凸轮15中的一个凸轮15相邻并且包括形成在传感器转子16的外周表面上的多个突出部17。

在与传感器转子16的外周表面相对的位置设置有凸轮角度传感器18。凸轮角度传感器18为数字传感器，该数字传感器配置成使得：当传感器转子16的突出部17接近凸轮角度传感器18时，凸轮角度传感器18输出具有第一规定值的检测信号；并且当突出部17远离凸轮角度传感器18时，凸轮角度传感器18输出具有与第一规定值不同的第二规定值的检测信号。此外，最靠近传感器转子16的凸轮15(151)的鼻部19设置于凸轮角度传感器18的可检测范围内。因此，当凸轮15的鼻部19经过凸轮角度传感器18附近时，凸轮角度传感器18输出具有第一规定值的检测信号。应当指出的是，传感器转子16和凸轮角度传感器18用作凸轮角度检测装置。

此外，如图1中所示，在传感器转子16与最靠近该传感器转子16的轴颈轴承13之间设置有止推轴承20，该止推轴承20将进气凸轮轴11支承为是可旋转地并且调节进气凸轮轴11的轴向运动。止推轴承20的位于其轴向方向上的两个侧表面分别抵接轴颈轴承13和传感器转子16。

现在参照图2，下文更具体地描述了传感器转子16与最靠近传感器转子16的凸轮151之间的位置关系。应当指出的是，图2为沿着图1中的线II-II截取的截面图，即，当从进气凸轮轴11的轴向方向观察时的进气凸轮轴11的截面图。

如图2中所示，凸轮151的基圆部21具有与传感器转子16的基圆部22相同的直径。凸轮151设置有鼻部19，该鼻部19具有比凸轮151的基圆部21的直径更大的直径。在进气凸轮轴11的径向方向上，从进气凸轮轴11的轴中心O至鼻部19的外周表面的长度L1比传感器转子16的基圆部22的半径r长。此外，从轴中心O至鼻部19的顶端NP的长度L2与从传感器转子16的中心至其突出部17的顶端的长度L3相同(L2＝L3)。鼻部19完全设置于如下所述的区域R内，该区域R被夹在从轴中心O延伸以分别穿过突出部17的两个端部23——即，突出部17从基圆部22升起的起始点S1、S2——的两条虚拟线L4、L5之间。应当指出的是，在以下说明中，在凸轮151的鼻部19中，鼻部19的下述部分被称为长直径部：该部分的从进气凸轮轴11的轴中心O至鼻部19的外周表面的长度L1比传感器转子16的基圆部22的半径r长。因此，在图2中所示的凸轮151中，整个鼻部19对应于长直径部，并且长直径部设置于区域R内。

现在参照图3，下文描述了本实施方式的进气凸轮轴11的操作。应当指出的是，在图3中，通过实线来图示当进气凸轮轴11旋转时从凸轮角度传感器18实际输出的检测信号，并且通过点划线来图示当凸轮151的鼻部19被假定为被检测部时响应于鼻部19的旋转而从凸轮角度传感器18输出的虚拟检测信号。

如通过图3中的实线所示的，当传感器转子16的突出部17由于进气凸轮轴11的旋转而接近凸轮角度传感器18时，凸轮角度传感器18输出具有第一规定值的检测信号，并且当突出部17远离凸轮角度传感器18时，凸轮角度传感器18输出具有第二规定值的检测信号。

此外，如通过图3中的点划线所示的，当进气凸轮轴11旋转并且凸轮151的鼻部19接近凸轮角度传感器18时，凸轮角度传感器18输出具有第一规定值的检测信号，并且当凸轮151的鼻部19远离凸轮角度传感器18时，凸轮角度传感器18输出具有第二规定值的检测信号。

在本实施方式中，由于长直径部——即，凸轮151的整个鼻部19——设置于区域R内，因此在凸轮角度传感器18响应于传感器转子16的突出部17而输出具有第一规定值的检测信号的时间段期间，输出当凸轮151的鼻部19被假定为被检测部时的检测信号，如通过图3中的点划线所示的。即，进气凸轮轴11的如下所述的旋转相位范围RC包括进气凸轮轴11的如下所述的整个旋转相位范围Rn：在所述旋转相位范围RC中，传感器转子16的突出部17接近凸轮角度传感器18并且凸轮角度传感器18输出具有第一规定值的检测信号；在所述旋转相位范围Rn中，凸轮151的鼻部19接近凸轮角度传感器18并且凸轮角度传感器18输出具有第一规定值的检测信号。因此，当传感器转子16的突出部17被检测到时的检测信号与当凸轮151的鼻部19被检测时的检测信号彼此交叠，使得从凸轮角度传感器18输出的检测信号看似与当仅传感器转子16的突出部17被假定为被检测部时的检测信号相同。

应当指出的是，在凸轮151与传感器转子16设置成彼此靠近的情况下，如果传感器转子16的外径设定成大于凸轮151的外径，则可以限制通过凸轮角度传感器18对凸轮151的鼻部19的检测，并且可以准确地检测凸轮角度。然而，在这种情况下，由于传感器转子16的外径增大，因此传感器转子16的安装空间也只好增大那么多。另一方面，在本实施方式中不需要使传感器转子16的外径增大。因此，与传感器转子形成为具有较大直径的情况相比，可以实现内燃发动机10中的空间的减小。

根据上述第一实施方式，可以获得以下效果。(1)即使在传感器转子16与凸轮151设置成彼此靠近并且凸轮151的鼻部19被凸轮角度传感器18检测到的情况下，也看似仅从凸轮角度传感器18输出了当仅传感器转子16的突出部17被假定为被检测部时所要输出的检测信号。因此，即使传感器转子16设置成邻近凸轮151，也可以限制凸轮151的鼻部19对于凸轮角度传感器18的检测信号的影响，由此使得可以实现用于进气凸轮轴11的空间的减小并且可以更准确地检测凸轮角度。

(2)由于止推轴承20设置在传感器转子16与进气凸轮轴11的最靠近传感器转子16的轴颈轴承13之间，因此不需要单独设置凸缘来保持止推轴承20。因此，可以实现内燃发动机10中的空间的减小并且可以减少部件的数量。

应当指出的是，上述实施方式可以进行修改如下。-在上述实施方式中，从进气凸轮轴11的轴中心O至鼻部19的顶端NP的长度L2与从轴中心O至突出部17的顶端的长度L3大致相同。然而，假如作为长直径部的整个鼻部19设置于区域R内，则上述实施方式中的长度L2、L3可以适当地改变。即使采用这种构型，也可以产生与效果(1)和(2)相同的效果。

-在上述实施方式中，区域R是关于设置在传感器转子16中的突出部17之中的位于图2中的上侧的突出部17来限定的。然而，区域R也可以是以类似的方式关于其他突出部17来限定的，并且长直径部可以设置于由此限定的区域R中。即使采用这种构型，可以产生与效果(1)和(2)相同的效果。

-在上述实施方式中，凸轮151的基圆部21具有与传感器转子16的基圆部22相同的直径。然而，凸轮151的基圆部21可以具有比传感器转子16的基圆部22的直径更大的直径，或者凸轮151的基圆部21可以具有比传感器转子16的基圆部22的直径更小的直径。应当指出的是，即使在这种情况下，当凸轮151的鼻部19中的长直径部设置于区域R内时，也可以产生与效果(1)和(2)相同的效果。

-在上述实施方式中，止推轴承20设置在轴颈轴承13与传感器转子16之间，但也可以省略这种构型。即使在这种情况下，也可以产生与效果(1)相同的效果。

-传感器转子16的旋转相位与凸轮151的旋转相位的关系确定为使得进气凸轮轴11的在其中形成于传感器转子16的外周表面上的突出部17被假定为被检测部并且凸轮角度传感器18输出具有第一规定值的检测信号的旋转相位范围(图3的范围RC)包括进气凸轮轴11的在其中凸轮15的鼻部19被假定为被检测部并且凸轮角度传感器18输出具有第一规定值的检测信号整个旋转相位范围(图3中的旋转相位范围Rn)。因而，传感器转子16和凸轮151可以在满足这种关系的状态下形成在进气凸轮轴11上。即使采用这种构型，也可以产生与效果(1)相同的效果。

-上述实施方式举例说明了将进气凸轮轴11假定为凸轮角度检测目标的示例。然而，即使在排气凸轮轴被假定为凸轮角度检测目标的情况下，如果采用相同的构型，则也可以获得上述效果。

Claims (3)

1.一种凸轮轴，包括：

传感器转子，所述传感器转子包括基圆部和突出部，所述突出部形成在所述基圆部的外周表面上使得能够由凸轮角度传感器检测到；以及

多个凸轮，所述多个凸轮中的每个凸轮都具有鼻部，所述鼻部包括长直径部，所述长直径部构造成使得所述长直径部的距所述凸轮轴的轴中心的径向长度比所述传感器转子的所述基圆部的半径长，其中，

在所述凸轮轴的轴向视图中，所述多个凸轮中的最靠近所述传感器转子的一个凸轮的所述长直径部设置于夹在从所述凸轮轴的所述轴中心延伸的第一虚拟线与从所述凸轮轴的所述轴中心延伸的第二虚拟线之间的区域内，在所述凸轮轴的所述轴向视图中，所述第一虚拟线穿过所述传感器转子的所述突出部的一个周向端部，并且在所述凸轮轴的所述轴向视图中，所述第二虚拟线穿过所述传感器转子的所述突出部的另一个周向端部。

2.一种内燃发动机，包括：

根据权利要求1所述的凸轮轴；

多个轴颈轴承，所述多个轴颈轴承将所述凸轮轴支承为是可旋转的；以及

止推轴承，所述止推轴承设置在所述传感器转子与所述多个轴颈轴承中的最靠近所述传感器转子的一个轴颈轴承之间。

3.一种凸轮角度检测装置，包括：

传感器转子，所述传感器转子设置在包括凸轮的凸轮轴上，所述传感器转子包括位于所述传感器转子的外周表面上的突出部；以及

凸轮角度传感器，所述凸轮角度传感器配置成当所述传感器转子的所述突出部接近所述凸轮角度传感器时输出具有第一规定值的检测信号、以及当所述突出部远离所述凸轮角度传感器时输出具有与所述第一规定值不同的第二规定值的检测信号，其中：

所述突出部构造成使得第一旋转相位范围包括整个第二旋转相位范围；

所述第一旋转相位范围是所述凸轮轴的如下旋转相位范围：其中所述突出部接近所述凸轮角度传感器并且所述凸轮角度传感器输出具有所述第一规定值的所述检测信号；并且

所述第二旋转相位范围是所述凸轮轴的如下旋转相位范围：其中所述凸轮的鼻部接近所述凸轮角度传感器使得所述凸轮角度传感器输出具有所述第一规定值的所述检测信号。