JP2007107387A - 内燃機関のカム角センサ取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂製のヘッドカバーにカム角センサを直接的に固定すると、センシング範囲から外れたり検出精度の低下を招くおそれがある。
【解決手段】 内燃機関のシリンダヘッド１０上にヘッドカバー１２をシリンダヘッド１０の上面開口１１を覆うように取り付ける。このヘッドカバー１２の上壁部１８上に、カムシャフト１９の回転角を検出するカム角センサ２２を組み付ける。このカム角センサ２２を、ヘッドカバー１２の上壁部１８を貫通する固定体３０によって、シリンダヘッド１０に直接的かつ堅牢に固定する。
【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。このカム角センサは、例えば特許文献１に記載されているように、シリンダヘッドの上面開口を覆うアルミ合金製のヘッドカバーに直接的に固定される。このようにカム角センサをヘッドカバーに取り付ける形態では、カム角センサをカムシャフトのシグナルプレートのような非検出部の径方向外方に配置して、検出精度に優れた周方向読み取り方式を採用することができることや、カム角センサを機関上方より取り付けることができるので、作業性・メンテナンス性に優れているとともに、カム角センサの先端の感知部が下向きとなるため、感知部に粉塵やオイル等の異物が溜まることがない等の点で有利である。
特開平１０−３７８３５号公報

近年、内燃機関の小型・軽量化が特に求められており、この点では、シリンダヘッドの上面開口を覆うヘッドカバーを、アルミ合金のような軽合金製に比して軽量かつ安価な合成樹脂製とすることが望ましい。しかしながら、このような樹脂製のヘッドカバーは、アルミ合金のような軽合金製のヘッドカバーに比して、寸法精度が低く、また、熱収縮による組付位置のずれが比較的大きい。従って、このような樹脂製のヘッドカバーにカム角センサを直接的に固定すると、カム角センサの組付精度が低下し、センシング範囲から外れたり検出精度の低下を招くおそれがある。つまり、ヘッドカバーにカム角センサを直接的に取り付けるためには、機関振動等によるセンサ読取精度の低下を招くことのないように、例えば、ヘッドカバーをアルミ合金のような金属製とし、かつ、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、ガスケットを介した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、合成樹脂化等によるヘッドカバーの軽量・低コスト化と、カム角センサの組付位置精度の向上と、を両立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ことを主たる目的としている。

内燃機関のシリンダヘッド上にヘッドカバーがシリンダヘッドの上面開口を覆うように取り付けられており、このヘッドカバーの上壁部上に、カムシャフトの回転角を検出するカム角センサが組み付けられている。そして、上記ヘッドカバーの上壁部を貫通してカム角センサをシリンダヘッドに固定する固定体を有している。

上記固定体は、典型的には、カム角センサが固定されるセンサブラケットと、ヘッドカバーの上壁部に貫通形成されたカラー用ボス部に嵌合するカラーと、上記カラーを介してセンサブラケットをシリンダヘッドに締結する固定ボルトと、を有する簡素な構造となっている。

好ましくは、ヘッドカバーが軽合金に比して軽量かつ安価な合成樹脂製であって、ガスケットのようなシール部材を介してシリンダヘッド上にソフトマウントされている。一方、カム角センサをシリンダヘッドに堅牢に固定するために、センサブラケットやカラーは金属製である。

吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの双方にそれぞれカム角センサが設けられる場合、好ましくは、これら２つのカム角センサの双方を一つの固定体によりシリンダヘッドへ固定する。つまり、２つのカム角センサで固定体を共用化する。

本発明によれば、ヘッドカバーの上壁部上に組み付けられるカム角センサを、固定体によりシリンダヘッドに直接的かつ堅牢に固定することができる。従って、ヘッドカバーを例えば軽量かつ安価な合成樹脂製としつつ、カム角センサをシリンダヘッドに対して堅牢に固定することができる。従って、カム角センサの組付位置精度の向上とヘッドカバーの軽量化・低コスト化とを高いレベルで両立することができる。

図１〜図３は、本発明の一実施例に係るカム角センサの取付構造が適用された内燃機関を示している。なお、本明細書での「上」「下」は、基本的にはシリンダ軸方向Ｌ１に沿う内燃機関の上下を基準としている。

シリンダヘッド１０は、アルミ合金のような軽合金により鋳造され、機関上方に向けて開口する上面開口１１を有する略箱形をなしている。この上面開口１１を覆うように、シリンダヘッド１０の上部にヘッドカバー（ロッカーカバーやカムカバーとも呼ぶ）１２が取り付けられており、これらシリンダヘッド１０及びヘッドカバー１２の周囲には、両者１０，１２を固定するためのカバー固定ボルトが嵌合する複数のボルトボス部１７が設けられている。

ヘッドカバー１２は、軽合金に比して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るもので、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・セミフローティング取付構造によってシリンダヘッド１０にソフトマウントされている。つまり、ヘッドカバー１２の下縁部１３に形成されたガスケット溝１４，１４Ａにはガスケット１５，１５Ａが装着され、このガスケット１５，１５Ａによって、ヘッドカバー１２の下縁部１３と、これに対向するシリンダヘッド１０の上縁部１６と、が所定の隙間ΔＤ１，ΔＤ２を確保した状態で液密に密閉されている。ヘッドカバー１２の上壁部１８には、機関前後方向に延びる凹部１８Ａが機関幅方向（図２の左右方向）の中央部に凹設されており、この凹部１８Ａには点火プラグ取付部１８Ｂが各気筒毎に設けられている。

シリンダヘッド１０上には、吸気弁側・排気弁側の一対のカムシャフト１９が回転可能に支持されている。周知のように、カムシャフト１９には各気筒の吸・排気弁を押し下すカム２０が設けられ、カムシャフト１９がタイミングチェーン等を介してクランクシャフトに連動して回転すると、これに応じて吸・排気弁が適宜なタイミングで開閉作動するようになっている。また、図示していないが、クランクシャフトの回転角（ＣＡ）に対するカムシャフト１９の位相を変更可能なバルブタイミング変更機構が、吸気弁側及び排気弁側の双方に設けられる。

この実施例では、吸気弁側及び排気弁側の双方のカムシャフト１９に対して、それぞれカム角センサ２２が適用されている。各カム角センサ２２は、下端の感知部２３で各カムシャフト１９の信号検出部、例えばシグナルプレートの信号突起を感知することにより、カムシャフト１９の回転角を検出する機能を有している。このカム角センサ２２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とともに、上記のバルブタイミング変更機構による吸気弁や排気弁のバルブタイミングが制御される。

各カム角センサ２２は、上記の感知部２３が下端に設けられた略筒状・棒状のセンサ本体２４と、このセンサ本体２４の外周より径方向外方へ張り出した薄板状の取付フランジ部２５と、取付フランジ部２５に対してセンサ本体２４とは逆方向（組付状態で上方向）に突出する首部２６と、を有し、この首部２６側に電気信号線が接続するコネクタが設けられる。

カム角センサ２２は機関上方よりヘッドカバー１２の上壁部１８上に組み付けられる。この組付状態では、図１にも示すように、センサ本体２４がヘッドカバー１２の上壁部１８に形成された筒状のセンサ取付ボス部２７に嵌合し、その下端の感知部２３がカムシャフト１９の信号検出部に対向した姿勢で、取付フランジ部２５がヘッドカバー１２の上壁部１８上に配置・載置される。取付フランジ部２５と上壁部１８との間にはシール部材としてのパッキン２８が介装されている。

そして、ヘッドカバー１２の上壁部１８を貫通して２つのカム角センサ２２をシリンダヘッド１０に直接的かつ堅牢に固定する固定体３０を有している。この固定体３０は、センサ固定ボルト３２によりカム角センサ２２の取付フランジ部２５に締結・固定される金属製のセンサブラケット３１と、ヘッドカバー１２の上壁部１８、より詳しくは上壁部１８の機関幅方向中央部の凹部１８Ａより下方へ突出する筒状のカラー用ボス部２９に実質的に隙間なく嵌合する金属製のカラー３３と、このカラー３３を介してセンサブラケット３１をシリンダヘッド１０の取付ボス部３５に強固・堅牢に締結・固定する２本の主固定ボルト３４と、を有している。すなわち、上記主固定ボルト３４がセンサブラケット３１とカラー３３とを挿通して、シリンダヘッド１０の上縁部１６に形成される取付ボス部３５に締め付けられることによって、センサブラケット３１がカラー３３を介してシリンダヘッド１０の上壁部１８に堅牢に締結される。

センサブラケット３１は、主固定ボルト３４が挿通する縦片部３７と、この縦片部３７の一端より略直交して両側へ延びる横片部３８と、を有する略Ｔ字状をなしている。横片部３８には、各カム角センサ２２の首部２６が実質的に隙間なく嵌合する位置決め穴３９と、上記のセンサ固定ボルト３２が緩く遊嵌するボルト穴４０と、が機関幅方向に沿う同一ライン上に形成されており（図２参照）、かつ、このラインと直交するように、２つの主固定ボルト３４が機関前後方向に沿って配列されており、これによって、センサブラケット３１がシリンダヘッド１０に対してぐらつくことなく良好に位置決めされた状態で固定される。なお、取付フランジ部２５にはセンサ固定ボルト３２が螺合するナット４１が圧入等により固定されている。

また、カム角センサ２２は、センサブラケット３１に対し、センサ固定ボルト３２によって軸方向Ｌ１に関して位置決めされており、かつ、首部２６が実質的に隙間なく位置決め穴３９に嵌合することによって、上記の軸方向Ｌ１に直交する水平方向に関して位置決めされている。これにより、カム角センサ２２はセンサブラケット３１に対し、機関前後方向・幅方向及び上下方向Ｌ１の全ての方向に関して良好に位置決めされている。

なお、図１に示すように、カム角センサ２２及びセンサブラケット３１は機関上方よりヘッドカバー１２に組み付けることができ、かつ、これらを固定するためのセンサ固定ボルト３２及び主固定ボルト３４は、その頭部がセンサブラケット３１上に配置された状態でシリンダ軸方向Ｌ１に沿うものとなっており、つまり全てのボルトを機関上方より締め付けることができ、組付作業性に優れたものとなっている。

固定体３０は、ヘッドカバー１２をシリンダヘッド１０へ固定する機能を兼用しており、簡素な構成でヘッドカバー１２を安定してシリンダヘッド１０に固定することができる。詳しくは、図１に示すように、センサブラケット３１の縦片部３７がカラー３３よりも径方向に厚肉に設定されており、縦片部３７の下面がカラー３３の上面とカラー用ボス部２９の上面の双方を下方へ押さえ込む構造となっている。

ここで、カラー３３はカラー用ボス部２９よりも軸方向寸法が大きく設定されており、上述したシリンダヘッド１０とヘッドカバー１２の周縁部における隙間ΔＤ１，ガスケット溝１４及びガスケット１５と同様に、カラー用ボス部２９の下面と取付ボス部３５の上面との間には所定の隙間ΔＤ２が形成され、この隙間ΔＤ２が補助ガスケット溝１４Ａに嵌合する補助ガスケット１５Ａにより液密に密閉されている。つまり、シリンダヘッド１０及びヘッドカバー１２の周囲のボルトボス部１７に嵌合するボルトと同様に、主固定ボルト３４は、カム角センサ２２の取付フランジ部２５を介してヘッドカバー１２をシリンダヘッド１０へ隙間ΔＤ１，ΔＤ２を確保した状態でソフトマウントする機能を兼用している。

特に本実施例では、２つのカム角センサ２２を一つの固定体３０によりシリンダヘッド１０へ固定するようにしたので、各センサ毎に個別の固定体を設ける場合に比して、部品点数の削減による軽量化・低コスト化及び組付作業の簡素化等の効果が得られることに加え、積み上げ公差ばらつきを抑制することができ、組付位置精度にも優れたものとなる。

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、本発明は参照符号を付した上記実施例の構成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。例えば図４に示すように、吸気カムシャフトと排気カムシャフトの一方（図４の上側のカムシャフト）にのみカム角センサを設けるようにしても良い。この場合、センサブラケット３１Ａの形状が上記実施例とは異なるものとなる。具体的には、上記実施例では図２に示すように横片部３８が縦片部３７の上端部より機関幅方向の両側に延び、センサブラケット３１が全体として略Ｔ字状をなしているのに対し、図４の例では、横片部３８Ａが縦片部３７の上端部から機関幅方向の一方側にのみ延びる形態となり、センサブラケット３１Ａが全体として略Ｌ字状のものとなる。

本発明の一実施例に係るカム角センサ取付構造を適用した内燃機関を示す図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。 上記実施例の内燃機関の上面図。 図２及び図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 本発明の他の実施例に係るカム角センサ取付構造を適用した内燃機関の上面図。

符号の説明

１０…シリンダヘッド
１１…上面開口
１２…ヘッドカバー
１９…カムシャフト
２２…カム角センサ
２５…取付フランジ部
３０…固定体
３１…センサブラケット
３３…カラー
３４…主固定ボルト

Claims (4)

1. 内燃機関のシリンダヘッド上にヘッドカバーがシリンダヘッドの上面開口を覆うように取り付けられており、
   このヘッドカバーの上壁部上に、カムシャフトの回転角を検出するカム角センサが組み付けられており、
   かつ、上記ヘッドカバーの上壁部を貫通してカム角センサをシリンダヘッドに固定する固定体を有す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. 上記固定体は、カム角センサが固定されるセンサブラケットと、ヘッドカバーの上壁部に貫通形成されたカラー用ボス部に嵌合するカラーと、上記カラーを介してセンサブラケットをシリンダヘッドに締結する固定ボルトと、を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
3. 上記ヘッドカバーが合成樹脂製であって、シール部材を介してシリンダヘッド上にソフトマウントされており、
   上記センサブラケット及びカラーが金属製であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
4. 吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの双方にそれぞれカム角センサが設けられ、
   これら２つのカム角センサの双方が一つの上記固定体によりシリンダヘッドに固定されていることを特徴とする請求項１〜３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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