JP2013234576A - 内燃機関のカム角センサの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】カム角センサのセンシング部が軸受の転動体の動作を誤検出するのを防止し、カムシャフトの回転角を正確に検出する。
【解決手段】本発明は、転がり軸受４９を介して回転可能に設けられるカムシャフト４５の被検出体３４をセンシング部３７で検知することによりカムシャフト４５の回転角を検出するカム角センサ３６の取付構造であって、転がり軸受４９は、カムシャフト４５と一体に回転する内輪３１と、カムシャフト４５の周辺部材に固定される外輪３２と、外輪３２と記内輪３１との間で転動する転動体３３とを備え、カム角センサ３６のセンシング部３７とカム角センサ３６に隣接する転がり軸受４９の転動体３３とを結ぶ線上に外輪３２が配置されていることを特徴とする。
【選択図】図４

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カム角センサの取付構造に関する。

一般に、自動二輪車或いは自動車等の内燃機関（以降「エンジン」と言う。）には、動弁装置のカムシャフトの回転角を検出するためにカム角センサが取り付けられる。

従来のカム角センサの取付構造としては、例えば、軸受を介して回転可能に支持されるカム軸の端面から被検出体としてデコンプピンが突出して設けられると共に、該デコンプピンの一端部に臨んでカム角センサが取り付けられ、該カム角センサのセンシング部で前記デコンプピンを検知することにより前記カム軸の回転角を検出するように構成されたものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−７６６２０号公報（特に、図７（ａ）、（ｂ）参照）

しかしながら、上記した従来のカム角センサの取付構造では、カム角センサのセンシング部と軸受の転動体との間に遮るものがないため、カム角センサのセンシング部が、軸受の転動体の動きによるノイズ（磁性の変化）を誤検出し、カム角センサがカム軸の回転角を正確に検出することができなくなるといった問題が生じている。

本発明は上記した課題を解決すべくなされたものであり、カム角センサのセンシング部が軸受の転動体の動作を誤検出するのを防止し、カムシャフトの回転角を正確に検出することのできるカム角センサの取付構造を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明は、転がり軸受を介して回転可能に設けられるカムシャフトの被検出体をセンシング部で検知することにより該カムシャフトの回転角を検出するカム角センサの取付構造であって、前記転がり軸受は、前記カムシャフトと一体に回転する内輪と、該カムシャフトの周辺部材に固定される外輪と、該外輪と前記内輪との間で転動する転動体とを備え、前記カム角センサのセンシング部と該カム角センサに隣接する前記転がり軸受の転動体とを結ぶ線上に前記外輪が配置されていることを特徴とする。

この特徴によれば、前記カム角センサのセンシング部が転がり軸受の転動体の動きによるノイズ（磁性の変化）を誤って検知することがないため、カム角センサはカムシャフトの回転角を正確に検出することができる。

また、本発明に係るカム角センサの取付構造において、前記被検出体は前記カムシャフトの一端部に設けられ、前記カム角センサは前記センシング部が前記被検出体に対向すると共に前記カムシャフトの軸方向において前記転がり軸受とオーバーラップするように設けられているのが好ましい。

この特徴によれば、カムシャフトの軸方向の寸法を短縮することができるため、エンジンのコンパクト化を図ることができる。

また、本発明に係るカム角センサの取付構造において、前記被検出体は、前記カムシャフトの径方向において前記外輪の外側まで延出するように形成されているのが好ましい。

この特徴によれば、前記カム角センサのセンシング部が転がり軸受の転動体の動きによるノイズ（磁性の変化）を誤って検知するのをさらに確実に防止することができるため、カム角センサはカムシャフトの回転角をより正確に検出することができる。
また、本発明に係るカム角センサの取付構造において、前記カム角センサは、シリンダヘッドカバーの壁面に設けられているのが好ましい。

この特徴によれば、シリンダヘッドカバーの壁面を利用してカム角センサを固定することができるため、部品点数の削減を図ると共に、エンジンのさらなるコンパクト化を図ることができる。

また、本発明に係るカム角センサの取付構造は、前記カムシャフトの軸方向にスライド可能に設けられる３次元カムを備えたエンジンに設けられているのが好ましい。

この特徴によれば、カムシャフトの軸方向の寸法の短縮化に伴ってエンジンのカム角センサの周辺部分が上方に多少膨らんだとしても、３次元カムを備えたエンジンにおいて生じるカム角センサの上方の空きスペースを有効に利用することができるため、エンジンのコンパクト化を図ることができる。

本発明によれば、カム角センサのセンシング部が軸受の転動体の動作を誤検出するのを防止し、カムシャフトの回転角を正確に検出することができると共に、エンジンのコンパクト化を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

本発明の実施の形態に係るカム角センサの取付構造を備えた自動二輪車を示す右側面図である。 本発明の実施の形態に係るカム角センサの取付構造を備えたエンジンを示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るカム角センサの取付構造を備えたエンジンを示す側面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態に係るカム角センサの取付構造（図４のＢ部分）を拡大して示す断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係るカム角センサの取付構造について詳細に説明する。なお、本発明に係るカム角センサの取付構造は、自動二輪車あるいは四輪自動車に搭載される各種のガソリンエンジンを備える車両に対して有効に適用可能であるが、以下の説明では、図１に示すように自動二輪車１のエンジン２に適用した場合について例示して説明する。また、以下の説明において、前後、左右、上下の方向は、自動二輪車１に乗車したライダーから見た方向を基準とする。

図１は、本発明の実施の形態に係るカム角センサの取付構造を備えた自動二輪車１を示す右側面図である。自動二輪車１は、車体フレーム３と、車体フレーム３に搭載されたエンジン２と、車体フレーム３の前端部に軸支されたステアリング機構４と、ステアリング機構４の下端部に軸支された前輪５と、ステアリング機構４に設けられた前輪懸架装置６と、車体フレーム３の後部に上下方向へ揺動自在に軸支されたスイングアーム７と、スイングアーム７の後端部に軸支された後輪８と、車体フレーム８とスイングアーム７との間に連結された図示しない後輪懸架装置と、を備えて構成されている。

車体フレーム３は、例えばツインチューブ型のものであり、前端部に配置されたヘッドパイプ１０と、ヘッドパイプ１０の直後で左右方向に拡開させて斜め後下方に延びるタンクレールを兼ねた左右一対のメインフレーム１１と、メインフレーム１１の後端部に一体に設けられて略下方に向かって延びる左右一対のセンターフレーム１２と、メインフレーム１２の後端部から斜め後上方に延びる左右一対のシートレール１３と、を備えて構成されている。

ヘッドパイプ１０は、ステアリングシャフト（図示省略）を介してステアリング機構４を軸支している。また、センターフレーム１２は、その長手方向の略中央部に架設されたピボット軸１４を支持し、ピボット軸１４は、スイングアーム７を軸支している。さらに、メインフレーム１１及びシートレール１３は、燃料タンク１５を下方から支持している。

エンジン２は、自動二輪車１の中央下部、より詳しくはメインフレーム１１の下方に配置されている。なお、エンジン２の構成については、後述する。

ステアリング機構４は、ヘッドパイプ１０及び前記ステアリングシャフトによって自動二輪車１の左右方向へ回動自在に軸支されている。ステアリング機構４は、前記ステアリングシャフトに軸支されたステアリングヘッドに設けられた左右一対のフロントフォーク１６と、フロントフォーク１６の上端近傍またはステアリングヘッドに設けられた一対のハンドルバー１７と、を備えている。左右それぞれのハンドルバー１７は、ハンドルグリップ１８を備えており、右側に配置されたハンドルグリップ１８は、スロットルグリップである。

前輪５は、ステアリング機構４のハンドルバー１７によって左右に回動自在に操舵され、前輪車軸１９によってフロントフォーク１６に軸支された前輪ホイール２０と、前輪ホイール２０の外周部に被着された前輪タイヤ２１と、前輪ホイール２０にボルトなどの締結部材（図示省略）によって固定された前輪ブレーキプレート２２と、を備えて構成されている。

スイングアーム７の前端部は、センターフレーム１２の上下方向において略中央に設けられたピボット軸１４に軸支されている。

後輪１３は、後輪車軸２３によってスイングアーム７に軸支された後輪ホイール２４と、後輪ホイール２４の外周部に被着された後輪タイヤ２５と、後輪ホイール２４にボルトなどの締結部材（図示省略）によって固定された後輪ブレーキプレート２６と、を備えて構成されている。

後輪懸架装置９は、後輪８が捕らえた路面の凹凸によるスイングアーム７の上下方向の揺動を車体フレーム３に伝えないようにする緩衝装置であり、後輪８を路面に押さえ付ける機能を兼ねており、スプリングとショックアブソーバーとを組み合わせたサスペンションユニット（いずれも図示省略）を備えている。

また、自動二輪車１は、車両の少なくとも一部、例えば、前部から中央下部にかけて流線形のカウリング２７に覆われており、このカウリング２７は、自動二輪車１の走行中の空気抵抗を低減させるとともに、走行風圧からライダーを保護するように形成されている。カウリング２７は、車両の前部を覆うフロントカバー２８と、車両の後方を覆うシートカウル２９と、を備えており、シートカウル２９は着座シート３０を支持している。
次に、本発明の実施の形態に係るカム角センサの取付構造を備えたエンジン２について詳細に説明する。

図２はヘッドカバー及びボールスクリューカバーを取り外した状態のエンジン２を示す平面図、図３はカム角センサの取付構造を備えたエンジンを示す側面図、図４は図３のカムシャフト中心及びスクリューシャフト中心を通るＡ−Ａ断面図、図５はカム角センサの取付構造（図４のＢ部分）を拡大して示す断面図、図６は図２のセンサーピンを通ってエンジンの前後方向に延びるＢ−Ｂ断面図である。

エンジン２は、例えば４気筒エンジンであって、図示しないシリンダブロックの上面において略上方に向けて配設されるシリンダヘッド４０と、シリンダヘッド４０の上部に設けられるカムハウジング４１と、シリンダヘッド４０及びカムハウジング４１の上側を覆うヘッドカバー７６と、を備えて構成されている。

シリンダヘッド４０には、シリンダヘッド４０の幅方向すなわち車体前後方向の略中央部に、４基のスパークプラグ４２が車体左右方向に等間隔で配設されており、これらのスパークプラグ４２を挟んで車体前方側には吸気ポート４３が斜め上方に向かって開口され、車体後方側には排気ポート４４が斜め下方に向かって開口されている。

また、シリンダヘッド４０の上部には、下半円形状の複数の吸気側カムシャフト受部４７及び排気側カムシャフト受部４８がスパープラグ４２を挟んで千鳥掛けに配設されており、吸気側カムシャフト受部４７及び排気側カムシャフト受部４８の上に、互いに平行を成すように吸気側カムシャフト４５及び排気側カムシャフト４６が軸支される。

吸気側カムシャフト４５の一方の端部（本実施の形態では、右端部）には吸気側スプロケット５１が一体に回転可能に取り付けられ、排気側カムシャフト４６の一方の端部には排気側スプロケット５２が一体に回転可能に取り付けられている。吸気側カムシャフト４５及び排気側カムシャフト４６は、チェーンケース５３に覆われるタイミングチェーン５４により掛け渡されて回転駆動するように構成されており、タイミングチェーン５４はタイミングチェーン５４の上方に配設されたタイミングチェーンガイド５５により適正に案内されるようになっている。また、シリンダヘッド４０には、吸気側カムスプロケット５１の回転を検出するカムポジションセンサ５６が取付けられている。

カムハウジング４１は、シリンダヘッド４０に支持される吸気側カムシャフト４５の上方に形成される吸気側カムハウジング６０と、シリンダヘッド４０に支持される排気側カムシャフト４６の上方に形成される排気側カムハウジング６１と、を備えている。

吸気側カムハウジング６０には、吸気側支持部６２（図６参照）がシリンダヘッド４０の吸気側カムシャフト受部４７に対応する位置にそれぞれ形成されている。

吸気側支持部６２と吸気側カムシャフト受部４７とに沿って装着された転がり軸受４９によって吸気側カムシャフト４５は軸支される。

転がり軸受４９は、所定間隔で複数箇所（本実施の形態では５箇所）に配設されており、吸気側カムシャフト４５と一体に回転する内輪３１と、吸気側カムシャフト４５の周辺部材であるカムハウジング４１に固定される外輪３２と、内輪３１と外輪３２との間において周面に沿って転動可能に設けられる転動体３３と、を備えている。

吸気側カムハウジング６０の上部には、それぞれ軸受部６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ，６５ｅが形成されており、各軸受部６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ，６５ｅにはフォークシャフト９０がその軸方向にスライド可能に支持されており、平面視で吸気側カムシャフト４５を挟んでフォークシャフト９０の反対側（すなわち、車体前方側）の位置に、フォークシャフト９０の駆動機構を構成する、モータ９３、ボールスクリュー９１及びギア群９２等が吸気側カムハウジング６０の上部に取り付けられている。フォークシャフト９０は、ボールスクリュー９１及びギア群９２を介してモータ９３の出力軸に接続されており、これにより、フォークシャフト９０は、モータ９３の作動によりその軸方向に所望量スライド移動するようになっている。

一方、排気側カムハウジング６１には、排気側支持部７２（図６参照）がシリンダヘッド４０の排気側カムシャフト受部４８に対応する位置に形成されている。排気側支持部７２の左側上部には円柱形状のオイルプラグ７４用の嵌合凹部（図示省略）が形成されている。

各排気側支持部７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄには、排気側カムシャフト４６を上方から軸支可能なように上半円形状の上向き凹部７３がそれぞれ形成されており、この上向き凹部７３と排気側カムシャフト受部４８とに沿って装着された転がり軸受（図示省略）によって排気側カムシャフト４６は軸支される。

吸気側カムシャフト４５は４気筒に跨って延設されており、吸気側カムシャフト４５には４気筒に対応して４個のカム８５が装着されている。カム８５は３次元カムであり、吸気側カムシャフト４５の軸方向に対して傾斜するカム面８６（図５参照）を有しており、バルブリフト量を連続的に変化させる形状を有している。この場合、カム８５は、カム高さと同時にカム作用角及びリフトタイミングも変化するように形成されており、バルブリフト量が大きくなるのに従ってカム作用角が大きくなり、更にはバルブのリフトタイミングも変化させ得るように設定されている。

吸気側カムシャフト４５とカム８５との間にはキー（図示省略）が介装されており、吸気側カムシャフト４５に対するカム８５の相対的な回転が規制されると共に、カム８５が吸気側カムシャフト４５に沿ってスライド可能となっている。

フォークシャフト９０には、各カム８５に対応して４個のカムフォーク９４が支持されており、カムフォーク９４はフォークシャフト９０と一体にその軸方向にスライド可能に設けられている。カムフォーク９４は、フォークシャフト９０に対して直交する方向の吸気側カムシャフト４５側へ延出し、その先端部９４ａ，９４ｂは軸方向に二股状に形成されている。

カム８５のカム高さの低い側（ローリフト側）の端部には、カムフォーク９４との間にベアリング９６が装着されている。ベアリング９６の径方向外側には、ベアリングリング９７がＣリング９８を介して装着されており、カムフォーク９４の反カム面側の先端部９４ｂは、ベアリングリング９７の反カム面側の端面に当接している。

これにより、フォークシャフト９０がその軸方向にスライドするのに連動又は同期して、カム８５が吸気側カムシャフト４５に沿ってそれぞれスライドするようになっている。

吸気側カムシャフト４５の右端部には、転がり軸受４９に近接するように、被検出体としてのセンサーピン３４が固定されている。センサーピン３４は、吸気側カムシャフト４５の径方向に、転がり軸受４９の外輪３２の外側まで延出するように形成されている。

シリンダヘッドカバー３５の右側壁面には、カム角センサ３６が配設されている。カム角センサ３６は、その下端部にセンシング部３７を備え、センシング部３７がセンサーピン３４の先端面に対向すると共に、吸気側カムシャフト４５の軸方向において転がり軸受４９とオーバーラップする位置に配置されている。

これにより、カム角センサ３６のセンシング部３７と該カム角センサ３６に隣接する転がり軸受４９の転動体３３とを結ぶ線（図５中に破線で示す）上に外輪３２が配置されており、カム角センサ３６のセンシング部３７が、転がり軸受４９の転動体３３の動きを検知しないようになっている。
なお、排気側カムシャフト４６回りの基本的な構成は、上記した吸気側カムシャフト４５回りの構成と同様であるので、その構成の詳細な説明は省略する。
吸気側カムシャフト４５の下方には、吸気側タペットユニット３８と、吸気側バルブユニット３９が配設されている。

吸気側タペットユニット３８は、図４に示されているように、その外周面がカム８５に接触するタペットローラ６４を備えており、タペットローラ６４がカム８５のカム面８６に押圧されることにより、後述する吸気バルブ７０を進退させるバルブリフタとして機能する。

タペットローラ６４内には腕部材６６が配置されており、タペットローラ６４の内周面と腕部材６６中央の大径部との間に介装されるボール（図示省略）を介してタペットローラ６４が回転可能に支持されるとともに、腕部材６６が揺動可能となっている。腕部材６６を覆うようにタペットガイド６７が配置されており、タペットガイド６７はボルトによってシリンダヘッド４０に固定されている。

吸気側のバルブユニット３９は２つの吸気バルブ７０を備えている。吸気バルブ７０の外周には、バルブスプリング７１が配設され、吸気バルブ７０は上端に装着されたタペットシム６８を介して腕部材６６の両端部により押圧されるようになっている。

なお、排気側カムシャフト４６の下方には、排気側タペットユニットと、排気側バルブユニットが配設されているが、該排気側タペットユニット及び排気側バルブユニットは、それぞれ吸気側タペットユニット３８及び吸気側バルブユニット３９と基本的な構成が同様であるため、それらの構成の詳細な説明は省略する。

上記した構成を備えたエンジン２において、アクセル操作すると、モータ９３が作動し、モータ９３の出力軸の回転によってボールスクリュー９１及びギア群９２を介してフォークシャフト９０がその軸方向に所望量スライド移動する。このフォークシャフト９０のスライド動作に伴い、各気筒において、カムフォーク９４がフォークシャフト９０の軸方向にスライドし、これにより、カム８５は吸気側カムシャフト４５に沿ってそれぞれスライドし、アクセル開度に応じて吸気バルブ７０及び排気バルブ（図示省略）のリフト量及び作用角が無段階に可変制御される。そして、この時、カム角センサ３６がセンサーピン３４を検知することにより各カムシャフト４５，４６の回転角が検出され、アイドル回転域から全開域まで吸排気量が好適にコントロールされ、エンジン回転数（又は車両速度）に最も適した吸排気が行われる。

上記した本発明の実施の形態に係るカム角センサの取付構造によれば、カム角センサ３６のセンシング部３７と該カム角センサ３６に隣接する転がり軸受４９の転動体３３とを結ぶ線上に外輪３２が配置されているため、カム角センサ３６のセンシング部３７が、転がり軸受４９の転動体３３の動きによるノイズ（磁性の変化）を誤って検知することがない。したがって、カム角センサ３６は各カムシャフト４５，４６の回転角を正確に検出することができるため、エンジン２は最適に制御される。

また、カム角センサ３６がカムシャフト４５の軸方向において転がり軸受４９とオーバーラップするように設けられており、さらに、センサーピン３４がカムシャフ４５の径方向において外輪３２の外側まで延出するように形成されているため、カムシャフト４５の軸方向の寸法を短縮することができ、エンジン２のコンパクト化を図ることができる。

さらにまた、本発明に係るカム角センサの取付構造を３次元カムを備えたエンジン２に設けることにより、カムシャフト４５の軸方向の寸法の短縮化に伴ってエンジン２のカム角センサ３６の周辺部分が上方に多少膨らんだとしても、３次元カムを備えたエンジン２において生じるカム角センサの上方の空きスペースＳを有効に利用することができるため、エンジン２のさらなるコンパクト化を図ることができる。

なお、上記した実施の形態では、３次元カムを備えたエンジン２に本発明を適用した場合について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明は３次元カム以外のカムを備えたエンジンにも適用可能である。

また、上記した本発明の実施の形態の説明は、本発明における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

２ エンジン
３１ 内輪
３２ 外輪
３３ 転動体
３４ センサーピン（被検出体）
３５ シリンダヘッドカバー
３６ カム角センサ
３７ センシング部
４１ カムハウジング（カムシャフトの周辺部材）
４５ 吸気側カムシャフト
４６ 排気側カムシャフト
４９ 転がり軸受
８５ カム（３次元カム）

Claims (5)

1. 転がり軸受を介して回転可能に設けられるカムシャフトの被検出体をセンシング部で検知することにより該カムシャフトの回転角を検出するカム角センサの取付構造であって、
   前記転がり軸受は、前記カムシャフトと一体に回転する内輪と、該カムシャフトの周辺部材に固定される外輪と、該外輪と前記内輪との間で転動する転動体とを備え、前記カム角センサのセンシング部と該カム角センサに隣接する前記転がり軸受の転動体とを結ぶ線上に前記外輪が配置されていることを特徴とする内燃機関のカム角センサの取付構造。
2. 前記被検出体は前記カムシャフトの一端部に設けられ、前記カム角センサは前記センシング部が前記被検出体に対向すると共に前記カムシャフトの軸方向において前記転がり軸受とオーバーラップするように設けられてい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の取付構造。
3. 前記被検出体は、前記カムシャフトの径方向において前記外輪の外側まで延出するように形成されてい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の取付構造。
4. 前記カム角センサは、シリンダヘッドカバーの壁面に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関のカム角センサの取付構造。
5. 前記カムシャフトには３次元カムが軸方向にスライド可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１の請求項に記載の内燃機関のカム角センサの取付構造。