JP2005113850A - 内燃機関のカム角センサ取付構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ヘッドカバー１６をソフトマウント構造の樹脂製としつつ、カム角センサを上方から取り付けることができるようにする。
【解決手段】 シリンダヘッド１０とヘッドカバー１６との間に、ヘッドカバー１６とともにシリンダヘッド１０の上面開口１１を覆うヘッドアッパ１８を介装する。このヘッドアッパ１８に、カム角センサが取り付けられるセンサ取付ボスを形成する。このセンサ取付ボスを、カムシャフト１４のシグナルプレート３２の径方向外方であって、かつ、ヘッドカバー１６から外れた位置に設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関のカムシャフトの回転角を検出するためのカム角センサの取付構造に関する。
内燃機関には、吸・排気弁のカムシャフトの回転角（位置）を検出するためのカム角センサが設けられる。カム角センサは、カムシャフトの後端部に設けられた被検出部としてのシグナルプレートの径方向外方に配置され、このシグナルプレートに形成された突起や溝を感知する。このカム角センサが組み付けられるセンサ取付ボスは、一般的には、シリンダヘッドに形成されるか（特許文献１参照）、あるいはシリンダヘッドの上面開口を覆うヘッドカバーに形成される。
特許第３４３１５０５号公報
センサ取付ボスをシリンダヘッドに形成する場合、シリンダヘッドの上側には、このシリンダヘッドの上側開口を覆うヘッドカバーが存在するため、必然的に、カム角センサ及びセンサ取付ボスがシグナルプレートの側方から下方の領域に配置されることとなる。このため、例えばカム角センサを斜め下方より組み付ける構造となり、カム角センサの先端の感知部が斜め上向きとなるため、この感知部に粉塵やオイル等の異物が溜まり、汚損や故障の原因となるおそれがある。
一方、センサ取付ボスをヘッドカバーに形成する場合、センサ取付ボスをシグナルプレートの鉛直上方に配置することができる。従って、カム角センサを鉛直上方より取り付けることができ、作業性・メンテナンス性に優れるとともに、カム角センサの先端の感知部が下向きとなるため、上記のように感知部に粉塵やオイル等の異物が溜まることがない。但し、センサ取付ボスをヘッドカバーに形成すると、ヘッドカバーを堅牢にシリンダヘッドに固定しなければならず、例えばアルミダイカスト製のヘッドカバーとし、その取付構造を堅牢・剛な取付構造、つまりリジット構造とする必要がある。このため、例えばフルフローティング又はセミフローティング構造のようなソフトマウント構造を採用できる樹脂製のヘッドカバーを用いる場合に比して、重量・コスト及び音振性の点で不利となる。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、カム角センサを上方から取り付けることができ、かつ、ヘッドカバーを、ソフトマウント構造の樹脂製とし得る新規な内燃機関のカム角センサ取付構造を提供するものである。
内燃機関のシリンダヘッドの上面開口をソフトマウントされて覆うヘッドカバーを備えるとともに、シリンダヘッドに回転可能に支持されるカムシャフトの被検出部を感知して、カムシャフトの回転角を検出するカム角センサを備える内燃機関のカム角センサ取付構造において、シリンダヘッドとヘッドカバーとの間に介装され、ヘッドカバーとともにシリンダヘッドの上面開口の一部分をシリンダヘッドに対して剛に取り付けられるヘッドアッパで覆うとともに、残りの上面開口をヘッドカバーで覆うように構成し、かつ、カムシャフトの被検出部をヘッドアッパで覆われる部分に配置し、カム角センサが被検出部の径方向外方に位置するようにヘッドアッパに取り付けられる。
ヘッドカバーとともにシリンダヘッドの上面開口の一部分を覆い、かつ、シリンダヘッドに対して剛に取り付けられるヘッドアッパに、カム角センサが取り付けられる。このため、カム角センサを、その感知部が下方へ向かう姿勢で、かつ、シリンダヘッドに対して剛な状態で取り付ける構成とすることができる。従って、カム角センサの取付作業やメンテナンス作業が容易で、かつ、感知部に異物が混入したり溜まることがなく、上記の異物によるカム角センサの汚損・故障を招くことがない。また、ヘッドカバーにセンサ取付ボスを設ける必要がないので、このヘッドカバーを軽量かつ安価な樹脂製とすることができ、かつ、ヘッドカバーのヘッドアッパへの取付構造を音振性に優れたフルフローティング又はセミフローティング構造、つまりソフトマウント構造とすることができる。
図１〜４は、本発明の一実施形態に係るセンサ取付ボスが適用された内燃機関を示している。
この内燃機関は、直列４気筒エンジンであって、例えば触媒早期活性化を図るために吸気側を車両前側Ｆｒ（図１の下側）とする横置き姿勢で車両のエンジンルームに搭載される。従って、車両組付状態では機関上下方向と鉛直方向とがほぼ一致することとなる。なお、当業者には明らかなように、本明細書での「上」「下」は、基本的にはシリンダの上下を基準とするものであり、「前」「後」は内燃機関の前後方向を基準とするものである。
シリンダヘッド１０は、アルミ合金により鋳造され、上方に向けて開口する上面開口１１を有する。シリンダヘッド１０の上部には、吸気弁を開閉駆動する複数の吸気カム１３を備えた吸気カムシャフト１２及び排気弁を開閉駆動する複数の排気カム１５を備えた排気カムシャフト１４が設けられている。カムシャフト１２，１４は、互いに平行に気筒列方向（図１の左右方向）に延び、前端に設けられたカムスプロケットに巻き掛けられるタイミングチェーンを介してクランクシャフトのクランクスプロケットに連携されており、クランクシャフトと連動して回転する。なお、クランクシャフトの回転角（ＣＡ）に対するカムシャフトの位相を変更可能なバルブタイミング可変機構を設けても良い。
シリンダヘッド１０とヘッドカバー（ロッカーカバーやカムカバーとも呼ぶ）１６との間にはヘッドアッパ１８が介装されている。ヘッドアッパ１８は、アルミ合金又は鋳鉄等のようにシリンダヘッド１０と同等の剛性・強度を有する金属材料により形成されており、複数のアッパ固定ボルト１９を用いてシリンダヘッドの上面に強固かつ堅牢に固定され、つまり剛に取り付けられている。ヘッドアッパ１８はシリンダヘッド１０の上側に層状に組み付けられており、換言すれば、ヘッドアッパ１８がシリンダヘッドの上部を構成している。シリンダヘッド１０及びヘッドアッパ１８の前壁に図示せぬフロントカバーが取り付けられる。また、図１及び図２に示すように、シリンダヘッド１０の吸気側の側壁には吸気マニホールドが取り付けられるマニホールド取付フランジ５０が形成され、このマニホールド取付フランジ５０には４つの吸気ポート５２が開口している。
このヘッドアッパ１８は、図１にも示すように、シリンダヘッド１０の四方の外壁、つまり前壁・後壁及び一対の側壁に沿う矩形・窓枠状の外枠部２０と、カムシャフト１２，１４を挟んでシリンダヘッド１０に形成された半割型のヘッド側ベアリング部２２に固定され、ヘッド側ベアリング部２２とともにカムシャフト１２，１４を回転可能に支持する半割型の複数のアッパ側ベアリング部２４と、を有し、全体として強度・剛性に優れた梯子状・格子状のラダーフレーム構造をなしている。各アッパ側ベアリング部２４は、シリンダヘッド１０の左右の側壁に沿う外枠部２０の一対の側部に架け渡されており、かつ、気筒列方向に略等間隔置きに配置されている。なお、剛性を確保するために、両側の２つのアッパ側ベアリング部２４はサイドビーム４６により外枠部２０にそれぞれ連結されており、中央の２つのアッパ側ベアリング部２４はセンタービーム４８により互いに連結されている。
このように、複数箇所でカムシャフト１２，１４を支持するアッパ側ベアリング部２４がヘッドアッパ１８に一体的に形成されているため、部品点数が少なくて済み、かつ、組付作業が簡素化・容易化されることに加え、一体型カムブラケットとしてのヘッドアッパ１８がラダーフレーム構造をなしているため、カムシャフトの軸受としての支持剛性に優れている。
ヘッドカバー１６は、軽量かつ安価な合成樹脂材料により一体的に型成形され、ガスケット２６を挟んでヘッドアッパ１８の上面に複数のカバー固定ボルト１７により固定されている。ヘッドカバー１６には、図２に示すように、ブローバイコントロールバルブ２８や新気導入口３０が設けられ、またオイルミストセパレータ等が内蔵されている。このヘッドカバー１６の取付構造は、振動・異音を生じることのないように、音振性に優れたフルフローティング又はセミフローティング構造等のソフトマウント構造となっている。なお、ガスケット２６は、ヘッドカバー１６の周縁部の他、点火プラグ取付ボス４２の周囲の部分４４にも延在している。
図３及び図４に示すように、一方の吸気カムシャフト１２の後端部には、被検出部としてのシグナルプレート３２が設けられている。このシグナルプレート３２には、周方向に間欠的に信号突起３３が形成されている。ヘッドカバー１６には、カムシャフトの回転角を検出するためのカム角センサ３４が設けられている。また、図示していないが、クランクシャフトのクランク角やエンジン回転数を検出するクランク角センサが設けられており、これらクランク角センサとカム角センサ３４の検出信号に基づいて、各気筒毎の燃料噴射タイミングや点火タイミングが制御される。カム角センサ３４は、例えば周知のＰＨＡＳＥセンサであって、先端の感知部３５でシグナルプレート３２の信号突起３３を感知することにより、カムシャフトの回転角を検出するようになっている。
ヘッドアッパ１８には、カム角センサ３４が取り付けられるセンサ取付ボス３６が形成されている。このセンサ取付ボス３６は、ヘッドアッパ１８の後側に形成された略水平な平坦部４０に一体的に形成されており、この平坦部４０から上方へ起立する略円筒状をなしている。このセンサ取付ボス３６には、機関上下方向に延び、カム角センサ３４が嵌合するセンサ取付孔３７が形成されている。図１に示すように、カム角センサ３４が取り付けられていない状態では、センサ取付孔３７を通してシグナルプレート３２が臨んでいる。
平坦部４０は、シリンダヘッド１０の後壁に沿う部分から機関前方へ略水平に延在する略板状をなしている。ヘッドカバー１６の後端縁１６ａは、センサ取付ボス３６よりも機関前側の位置で、平坦部４０の上面に固定されている。つまり、ヘッドカバー１６を平坦部４０に相当する分だけ機関前側に短縮化しており、この短縮化されたスペース、つまりヘッドカバー１６をブロック前側へ短縮・後退させてできたスペースに、ヘッドカバー１６の平坦部４０を形成し、この平坦部４０に、センサ取付ボス３６を形成している。従って、この平坦部４０がシリンダヘッド１０の上面開口１１の後部を覆うカバーとして機能している。すなわち、シリンダヘッド１０の上面開口１１の一部分を、シリンダヘッド１０に対して剛に取り付けられるヘッドアッパ１８の平坦部４０で覆うとともに、上面開口１１の残りの部分をヘッドカバー１６で覆うように構成している。
カム角センサ３４は、上方よりセンサ取付孔３７に挿通・嵌合され、センサ固定ボルト３８によりセンサ取付ボス３６の側方に付帯形成されたボルトボス部３９に固定される。従って、組付状態でのカム角センサ３４は、シグナルプレート３２と同一軸直交面上であって、シグナルプレートの径方向外方に配置される。また、シグナルプレート３２を指向するカム角センサ３４の先端の感知部３５が下向きとなる姿勢で取り付けられる。換言すると、一体型カムブラケットとしてのヘッドアッパ１８に、シリンダヘッド１０の上面の一部を覆う平坦部４０を設け、この平坦部４０に、センサ取付ボス３６を設けている。
以上のような本実施例によれば、以下に列記する特徴的な作用効果を奏する。センサ取付ボス３６が、シグナルプレート３２の径方向外方であって、かつ、ヘッドカバー１６から外れた位置に設けられている。このため、カム角センサを、オイルミストセパレータ等の機能部品を内蔵するヘッドカバー１６の側方に立設するように、上下方向に沿う姿勢で取り付けることができるので、高さ方向のレイアウト性に優れ、機関全高を低く抑えることができる。また、カム角センサ３４を、その感知部３５が略鉛直下方へ向かう姿勢で、センサ取付ボス３６に鉛直上方から取り付けることができ、カム角センサ３４の取付作業及びメンテナンス作業が容易で、かつ、感知部３５に異物が混入したり溜まることがなく、上記の異物によるカム角センサ３４の汚損・故障を招くことがない。また、ヘッドカバー１６にセンサ取付ボス３６を設けていないので、このヘッドカバー１６を軽量かつ安価な樹脂製とすることができ、かつ、ヘッドカバー１６のヘッドアッパ１８への取付構造を音振性に優れたフルフローティング又はセミフローティング構造、つまりソフトマウント構造とすることができる。
ヘッドアッパ１８が、シリンダヘッド１０の四方の外壁に沿う外枠部２０と、シリンダヘッド１０のヘッド側ベアリング部２２との間でカムシャフト１２，１４を回転可能に狭持する複数のアッパ側ベアリング部２４と、を有するラダーフレーム構造をなしている。従って、カムシャフトの軸受としての強度・剛性に優れていることに加え、複数のアッパ側ベアリング部２４がヘッドアッパ１８に一体化されているため、組付作業の簡素化・容易化を図ることができる。
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、シグナルプレートやセンサ取付ボスを機関前側に設けても良い。また、上記実施例ではヘッドアッパがシリンダヘッドの四方の外壁に沿う大型なものであり、このヘッドアッパ上にヘッドカバーがソフトマウントされているが、これに限らず、ヘッドアッパを小型化し、ヘッドカバーの周縁部の一部又は全てをシリンダヘッド上にソフトマウントする構成としても良い。
本発明に係るカム角センサ取付構造を適用した内燃機関をヘッドカバーを外した状態で示す平面図。 図１の内燃機関の側面図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。 図１のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。
符号の説明
１０…シリンダヘッド
１１…上面開口
１２，１４…カムシャフト
１６…ヘッドカバー
１８…ヘッドアッパ
２０…外枠部
２２…ヘッド側ベアリング部
２４…アッパ側ベアリング部
２６…ガスケット
３２…シグナルプレート
３４…カム角センサ
３５…感知部
３６…センサ取付ボス
４０…平坦部

Claims (7)

  1. 内燃機関のシリンダヘッドの上面開口をソフトマウントされて覆うヘッドカバーを備えるとともに、シリンダヘッドに回転可能に支持されるカムシャフトの被検出部を感知して、カムシャフトの回転角を検出するカム角センサを備える内燃機関のカム角センサ取付構造において、
    シリンダヘッドとヘッドカバーとの間に介装され、ヘッドカバーとともにシリンダヘッドの上面開口の一部分をシリンダヘッドに対して剛に取り付けられるヘッドアッパで覆うとともに、残りの上面開口をヘッドカバーで覆うように構成し、
    かつ、カムシャフトの被検出部をヘッドアッパで覆われる部分に配置し、カム角センサが被検出部の径方向外方に位置するようにヘッドアッパに取り付けられることを特徴とする内燃機関のカム角センサ取付構造。
  2. 内燃機関のシリンダヘッドに回転可能に支持されるカムシャフトの被検出部を感知して、カムシャフトの回転角を検出するためのカム角センサの取付構造において、
    上記ヘッドカバーとともにシリンダヘッドの上面開口を覆うヘッドアッパを有し、このヘッドアッパに、上記カム角センサが取り付けられるセンサ取付ボスが形成され、このセンサ取付ボスは、上記被検出部の径方向外方であって、かつ、上記ヘッドカバーから外れた位置に設けられていることを特徴とする内燃機関のカム角センサ取付構造。
  3. 上記カム角センサは、その感知部が下方へ向かう姿勢でヘッドアッパに上方から取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
  4. 上記ヘッドアッパは、シリンダヘッドの四方の外壁に沿う外枠と、この外枠に架け渡され、シリンダヘッドのヘッド側ベアリング部との間でカムシャフトを回転可能に狭持するアッパ側ベアリング部と、を有するラダーフレーム構造をなし、シリンダヘッドとヘッドカバーとの間に介装されることを特徴とする請求項１〜３のいずかに記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
  5. 上記ヘッドアッパが金属製であり、上記ヘッドカバーが樹脂により成形されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
  6. 上記ヘッドカバーは、ガスケットを挟んでヘッドアッパ上にソフトマウントされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
  7. 上記ヘッドアッパが、シリンダヘッドの上面開口の一部を覆う平坦部を有し、この平坦部にセンサ取付ボスが形成され、
    かつ、上記ヘッドカバーの後端縁が、上記センサ取付ボスより前側の位置で、上記平坦部の上面に取り付けられている請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
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