JP2016044805A - 内燃機関の回転角検出構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関をクランクシャフトの軸方向に小型化することができる内燃機関の回転角検出構造を提供すること。【解決手段】バランスシャフト３０には回転角を検出するためのセンシングプレート４４が設けられている。バランスシャフト３０は、クランクシャフト８と等しい角速度で回転する。センシングプレート４４はバランスシャフト３０の端部に設けられている。センシングプレート４４はバランスシャフト３０と別体で、かつ、バランスシャフト３０の軸線方向に厚みを有するプレート状に形成されている、バランスシャフト３０の端部に、センシングプレート４４が取付けられる平面状の座面が形成されている。座面は、被検出部の厚み以上、バランスシャフト３０の先端面より後端側に離間して配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の回転角検出構造に関し、特に、クランクシャフトと連動して回転するバランスシャフトを有する内燃機関の回転角検出構造に関する。

自動車等の車両に搭載される内燃機関において、クランクシャフトには回転角を検出するための被検出部が設けられている。被検出部は一般にセンシングプレートまたはシグナルロータと呼ばれ、この被検出部の外周に形成された複数の突起を検出ヘッドで検出することで、クランクシャフトの回転角度および回転数が検出される。

従来のこの種の内燃機関の回転角検出構造としては、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された内燃機関の回転角検出構造は、補機を駆動するクランクプーリがクランクシャフトの端部に設けられ、このクランクプーリに被検出部が装着されている。

特開２００７−１７０４７７号公報

しかしながら、このような従来の内燃機関の回転角検出構造にあっては、クランクプーリに被被検出部が設けられているため、クランクプーリが被検出部の分だけクランクシャフトの軸方向に大きくなってしまい、内燃機関がクランクシャフトの軸方向に大きくなってしまうという問題があった。

また、内燃機関の回転角検出構造としては、クランクアームとバランスウェイトが一体化した板状のクランクウェブの軸方向側面に被検出部を設けることが考えられる。しかし、クランクシャフトは気筒毎にクランクピンとクランクウェブを有しており、被検出部を配置する軸方向の余裕がないため、被検出部の分だけクランクシャフトが軸方向に長くなってしまうという問題があった。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、内燃機関をクランクシャフトの軸方向に小型化することができる内燃機関の回転角検出構造を提供することを目的とするものである。

本発明は、クランクシャフトおよび前記クランクシャフトと連動して回転するバランスシャフトが内燃機関本体の内部に回転自在に支持され、前記クランクシャフトの回転角を検出するための被検出部と、前記被検出部に対峙して配置された回転角検出用のセンサとを備えた内燃機関の回転角検出構造であって、前記被検出部を前記バランスシャフトに設けたものから構成されている。

本発明によれば、クランクピンとクランクウェブが気筒毎に設けられているクランクシャフトと異なり、バランスシャフトは、一般的にクランクシャフトよりも軸の全長が短いことから、軸方向に被検出部を設ける余裕があるため、バランスシャフトに被検出部を設けても内燃機関がクランクシャフトの軸方向に大型化することがない。このため、バランスシャフトに被検出部を設けることで、内燃機関をクランクシャフトの軸方向に小型化することができる。

図１は、本発明の内燃機関の回転角検出構造の一実施形態を示す図であり、被検出部を備えた内燃機関の側面図である。 図２は、本発明の内燃機関の回転角検出構造の一実施形態を示す図であり、クランクプーリを取り外した内燃機関の側面図である。 図３は、本発明の内燃機関の回転角検出構造の一実施形態を示す図であり、内燃機関の被検出部の周辺の構造を示す斜視図である。 図４は、本発明の内燃機関の回転角検出構造の一実施形態を示す図であり、内燃機関の被検出部の周辺の構造を示す側面図である。 図５は、本発明の内燃機関の回転角検出構造の一実施形態を示す図であり、被検出部が取付けられるバランスシャフトの端部の座面を示す斜視図である。

以下、本発明に係る内燃機関の回転角検出構造の実施形態について、図面を用いて説明する。図１〜図５は、本発明に係る一実施形態の内燃機関の回転角検出構造を示す図である。

まず、構成を説明する。図１、図２に示すように、車両１の車体２の前部にはエンジンルーム３が設けられており、このエンジンルーム３は、ダッシュパネル４によって車両１の後方の車室５と仕切られている。

エンジンルーム３には内燃機関としてのエンジン６が収容されており、エンジン６は、内燃機関本体としてのエンジン本体７を備えている。エンジン本体７は、所謂エンジンブロックであり、図示しないマウント部材によって車体２に弾性的に支持されている。

ここで、本実施形態では、車両１の運転席に着座した運転者から見た前後方向、左右方向、および上下方向と一致するように、図中で前後、左右、上下の方向を矢印で示している。

エンジン本体７は、底部に配置されたオイルパン２１と、オイルパン２１の上部に配置されたクランクケース２４と、クランクケース２４の上部に配置されたシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを含んで構成される。

エンジン本体７の内部には複数の気筒が形成されており、気筒内には図示しないピストンが往復動自在に設けられている。エンジン本体７の内部にはクランクシャフト８が回転自在に設けられており、このクランクシャフト８は、ピストンの往復運動を回転運動に変換する。

エンジン本体７の内部には図示しない吸気カムおよび排気カムが取付けられた図示しない吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトが回転自在に設けられている。この吸気カムおよび排気カムが回転することで、図示しない吸気バルブおよび排気バルブがそれぞれ昇降することにより、エンジン本体７に形成された図示しない吸気ポートおよび排気ポートが開閉される。

ここで、エンジン６は、ガソリンエンジン、軽油、ＬＰＧ、水素およびバイフューエル等の液体やガス燃料を使用する公知のエンジンから構成されているが、特に限定されるものではない。また、また、縦置きや横置きなどのエンジン配置、水平対向やＶ型などの気筒配置や気筒数等に関しても特に限定されるものではない。

エンジン本体７の車幅方向右側にはチェーンケース９が設けられており、チェーンケース９とエンジン本体７の間には吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトとクランクシャフト８とを連結する図示しないタイミングチェーンが設けられている。

また、エンジン本体７の車幅方向右側にはウォータポンププーリ１０、クランクプーリ１１、ジェネレータプーリ１２およびアイドラプーリ１３が回転自在に設けられている。

ウォータポンププーリ１０は、エンジン本体７に装着された図示しないウォータポンプの入力軸１４に固定されており、入力軸１４と共に回転し、ウォータポンプに動力を伝達する。

ウォータポンプは、冷却水をエンジン本体７に内蔵された図示しないウォータジャケットおよび図示しないラジエーター内で循環し、熱交換によりピストン等の高温となる部位を冷却する。

クランクプーリ１１は、クランクシャフト８の右端部８ａに固定されており、クランクシャフト８と共に回転する。

ジェネレータプーリ１２は、エンジン本体７に装着されたジェネレータ１５の入力軸１５Ａに固定されており、入力軸１５Ａと共に回転し、ジェネレータ１５に動力を伝達する。ジェネレータ１５は、入力軸１５Ａに設けられた図示しないロータが回転することで電磁誘導作用により図示しないステータに発生した３相交流を整流し、図示しないバッテリを充電する。

アイドラプーリ１３は、エンジン本体７に回転自在に支持されている。ここで、ウォータポンププーリ１０およびジェネレータプーリ１２は、補機プーリを構成している。

ウォータポンププーリ１０、クランクプーリ１１、ジェネレータプーリ１２およびアイドラプーリ１３には無端状のベルト１７が掛け渡されており、クランクシャフト８の回転がクランクプーリ１１からウォータポンププーリ１０およびジェネレータプーリ１２に伝達されることにより、ウォータポンプの入力軸１４およびジェネレータ１５の入力軸１５Ａが回転する。

このように、エンジン本体７の外部における車幅方向右側には、エンジン６が作動し続けるのに必要なジェネレータ１５等の補機と、この補機を駆動するためのクランクプーリ１１が配置されている。

クランクシャフト８の車幅方向における右端部８ａにはオイルシール３３が設けられており、このオイルシール３３は、クランクシャフト８とエンジン本体７との隙間を液密に封止している。バランスシャフト３０の車幅方向における右端部３０ａにはオイルシール３４が設けられており、このオイルシール３４は、バランスシャフト３０とエンジン本体７との隙間を液密に封止している。また、クランクシャフト８の車幅方向における右端部８ａにはオイルシールハウジング３５が設けられており、このオイルシールハウジング３５は、オイルシール３３、３４を覆っている。なお、図２では、オイルシール３３、３４は、オイルシールハウジング３５の背面に配置されているため、破線で記している。

図３から図５に示すように、クランクシャフト８にはクランクピン８ｂとクランクウェブ８ｃが気筒毎に設けられている。クランクピン８ｂは、クランクシャフト８の軸線から径方向に離隔して配置されており、不図示のコネクティングロッドの大端部が取付けられている。クランクウェブ８ｃは、クランクアームとバランスウェイトを板状に一体化したものからなり、クランクピン８ｂの軸方向両端に配置されている。

また、エンジン本体７の内部にはバランスシャフト３０が回転自在に設けられており、このバランスシャフト３０は、クランクシャフト８に平行に配置されている。クランクシャフト８とバランスシャフト３０との間には図示しないギヤ対が設けられており、このギヤ対によってクランクシャフト８からバランスシャフト３０に１：１のギヤ比で回転が伝達される。

バランスシャフト３０には半円状の４つのバランスウェイト３１ａ〜３１ｄが同位相で設けられており、クランクシャフト８に連動してクランクシャフト８と等しい角速度であってクランクシャフト８と逆方向に回転することで、エンジン６の回転一次の振動を打ち消している。

バランスシャフト３０の右端部３０ａには回転角検出用のセンシングプレート４４が設けられており、このセンシングプレート４４は、オイルシール３４（図１、図２参照）よりも車幅方向右方に設けられている。センシングプレート４４は、バランスシャフト３０と別体で、かつ、バランスシャフト３０の軸線方向に厚みを有するプレート状に形成されている。

クランクシャフト８およびバランスシャフト３０の車幅方向における右端部８ａ、３０ａは、エンジン本体７の外部に露出している。エンジン本体７の外部において、クランクシャフト８およびバランスシャフト３０の車幅方向における右端部８ａ、３０ａには、オイルシールハウジング３５が設けられている。オイルシールハウジング３５は、ボルト３６によりエンジン本体７の右端部に取付けられ、オイルシール３３、３４を覆っている。オイルシールハウジング３５は本発明における保持部材を構成する。

オイルシールハウジング３５は、シリンダブロック２２（図１、図２参照）の車幅方向右端部に接触する平面部３７を有しており、この平面部３７には円筒状のクランクシャフト貫通部３８が設けられている。クランクシャフト貫通部３８は平面部３７から車幅方向右方に突出している。クランクシャフト貫通部３８には、クランクシャフトが貫通するクランクシャフト貫通孔３８ａが形成されている。

オイルシールハウジング３５の平面部３７にはセンシングプレート収容部３９が設けられており、このセンシングプレート収容部３９は、円筒状に形成され、平面部３７から右方に突出し、その内部にセンシングプレート４４を収容している。ここで、センシングプレート収容部３９の右端は閉塞されているため、図３、図４では、センシングプレート４４を破線で表している。

センシングプレート収容部３９の近傍において、平面部３７の外縁部には、この平面部３７から右方に延びる側壁部４１が設けられている。

エンジン本体７の外部において、バランスシャフト３０の右端部３０ａには座面３０ｂが形成されており、この座面３０ｂには、バランスシャフト３０の回転角を検出するためのセンシングプレート４４が取り付けられている。座面３０ｂは、バランスシャフト３０の軸線と直交する平面状に形成され、かつ、センシングプレート４４の厚み以上、バランスシャフト３０の右端部３０ａの先端面より後端側（左端側）に離間して配置されている。換言すると、バランスシャフト３０の先端部３０ａは段付き形状になっており、先端部３０ａの先端面より奥側に座面３０ｂが形成されている。センシングプレート４４は、本発明における被検出部を構成する。また、バランスシャフト３０の座面３０ｂより先端面側には、センシングプレート４４を支持する支持軸部３０ｃが設けられており、この支持軸部３０ｃは、バランスシャフト３０の他の部位より縮径されている。センシングプレート４４の外周部には複数の突起４４ａが周方向に１０°間隔で形成されている。

センシングプレート４４は、バランスシャフト３０に圧入により固定されており、バランスシャフト３０と一体回転する。なお、センシングプレート４４は、圧入に限定されず、ボルト締結等の手法によりバランスシャフト３０に取付けることができる。また、本実施形態では、センシングプレート４４がバランスシャフト３０と別体で構成されているが、バランスシャフト３０に突起４４ａを形成することで、センシングプレート４４をバランスシャフト３０に一体化してもよい。また、センシングプレート４４は、バランスシャフト３０の右端部３０ａに限定されず、バランスシャフト３０の左端部に設けられていてもよい。

オイルシールハウジング３５は検出ヘッド４３を保持しており、この検出ヘッド４３は、センシングプレート４４の複数の突起４４ａを検出する。検出ヘッド４３は、センシングプレート４４の突起４４ａに対峙するように、バランスシャフト３０の軸方向でセンシングプレート４４と同位置に配置されており、オイルシールハウジング３５の側壁部４１に取付けられている。検出ヘッド４３は、コネクタ４２を有しており、このコネクタ４２を介して接続された不図示の信号線によって、パルス状の検出信号を不図示のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に出力する。このように、本実施形態では、クランクシャフト８の回転は、バランスシャフト３０に設けたセンシングプレート４４により間接的に検出される。検出ヘッド４３は本発明におけるセンサを構成する。

次に、作用を説明する。本実施形態の回転角検出構造によれば、バランスシャフト３０に回転角を検出するためのセンシングプレート４４が設けられている。

これにより、クランクピン８ｂとクランクウェブ８ｃが気筒毎に設けられているクランクシャフト８と異なり、一般的にクランクシャフト８よりも軸の全長が短いことから、バランスシャフト３０には軸方向にセンシングプレート４４を設ける余裕があるため、バランスシャフト３０にセンシングプレート４４を設けてもエンジン６がクランクシャフト８の軸方向に大型化することがない。このため、エンジン６をクランクシャフト８の軸方向に小型化することができる。

また、本実施形態の回転角検出構造によれば、バランスシャフト３０は、クランクシャフト８の回転と逆向きであって等しい角速度で回転する。

例えば、クランク回転の二次の振動を取り除く目的で、クランクシャフト８の２倍の角速度で回転するバランスシャフトを設ける場合には、センシングプレート４４を検出する検出ヘッド４３を、高速回転でも検出できる高精度のものを用いる必要があるが、本実施形態ではバランスシャフト３０の回転を、上述のようにクランクシャフト８の回転と等しい角速度としたので、そのような高精度の検出ヘッド４３を用いる必要がない。

このため、センシングプレート４４を検出する検出ヘッド４３に、クランクシャフト８にセンシングプレート４４が設けられる場合と同様の検出精度の検出ヘッド４３を用いることができるので、検出精度の高い検出ヘッド４３を用いることによる製造コストの増加を防止することができる。

また、本実施形態の回転角検出構造によれば、バランスシャフト３０の端部にセンシングプレート４４が設けられている。

これにより、バランスシャフト３０の端部を縮径して支持軸部３０ｃを形成し、この支持軸部３０ｃにセンシングプレート４４の内周部を支持させることができるので、センシングプレート４４をバランスシャフト３０の軸径の制約を受けることなく小径なものとすることができる。

また、本実施形態の回転角検出構造によれば、センシングプレート４４はバランスシャフト３０と別体で、かつ、バランスシャフト３０の軸線方向に厚みを有するプレート状に形成されている。また、バランスシャフト３０の端部に、センシングプレート４４が取付けられる平面状の座面３０ｂが形成され、この座面３０ｂは、センシングプレート４４の厚み以上、バランスシャフト３０の先端面より後端側に離間して配置されている。

これにより、バランスシャフト３０と別体のセンシングプレート４４をバランスシャフト３０の端部の座面３０ｂに取付けることができる。このため、バランスシャフト３０およびセンシングプレート４４の製造性を向上させることができる。また、座面３０ｂは、センシングプレート４４の厚み以上、バランスシャフト３０の先端面より後端側に離間しているので、座面３０ｂに取り付けたセンシングプレート４４が、バランスシャフト３０の先端面から先端方向に出ることがない。このため、センシングプレート４４を設けるためにバランスシャフト３０の長さを延長する必要がない。

また、本実施形態の回転角検出構造によれば、センシングプレート４４がエンジン本体７の外部に設けられ、エンジン本体７の外部に、センシングプレート４４の回転角を検出する検出ヘッド４３が設けられている。

これにより、センシングプレート４４の回転角を検出する検出ヘッド４３をエンジン本体７の外部に配置することができるので、エンジン本体７への検出ヘッド４３の組み付け性を向上させることができる。

また、本実施形態の回転角検出構造によれば、検出ヘッド４３を保持するオイルシールハウジング３５がエンジン本体７の外部に設けられ、オイルシールハウジング３５が、クランクシャフト８とエンジン本体７との間に設けられたオイルシール３３およびバランスシャフト３０とエンジン本体７との間に設けられたオイルシール３４を覆っている。

これにより、検出ヘッド４３の保持と、クランクシャフト８のオイルシール３３およびバランスシャフト３０のオイルシール３４を覆うことを、１つのオイルシールハウジング３５により行うことができるので、部品点数を削減し、製造コストを低減することができる。

以上、本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

６...エンジン（内燃機関）、７...エンジン本体（内燃機関本体）、８...クランクシャフト、３０...バランスシャフト、３０ａ...右端部（端部）、３０ｂ...座面、３３...オイルシール、３４...オイルシール、３５...オイルシールハウジング（保持部材）、４３...検出ヘッド（センサ）、４４...センシングプレート（被検出部）

Claims (6)

1. クランクシャフトおよび前記クランクシャフトと連動して回転するバランスシャフトが内燃機関本体の内部に回転自在に支持され、
   前記クランクシャフトの回転角を検出するための被検出部と、前記被検出部に対峙して配置された回転角検出用のセンサとを備えた内燃機関の回転角検出構造であって、
   前記被検出部を前記バランスシャフトに設けたことを特徴とする内燃機関の回転角検出構造。
2. 前記バランスシャフトは、前記クランクシャフトと等しい角速度で回転することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の回転角検出構造。
3. 前記バランスシャフトの端部に前記被検出部が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の回転角検出構造。
4. 前記被検出部は、前記バランスシャフトと別体で、かつ、前記バランスシャフトの軸線方向に厚みを有するプレート状に形成され、
   前記バランスシャフトの端部に、前記被検出部が取付けられる平面状の座面が形成され、
   前記座面は、前記被検出部の厚み以上前記バランスシャフトの先端面より後端側に離間して配置されたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の回転角検出構造。
5. 前記バランスシャフトの端部が前記内燃機関本体の外部に露出するとともに、前記被検出部が前記内燃機関本体の外部において前記バランスシャフトの端部に設けられ、
   前記内燃機関本体の外部に、前記センサが設けられたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の回転角検出構造。
6. 前記センサを保持する保持部材が前記内燃機関本体に設けられ、
   前記保持部材が、前記クランクシャフトと前記内燃機関本体との間に設けられたオイルシールと、前記バランスシャフトと前記内燃機関本体との間に設けられたオイルシールとを覆うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の回転角検出構造。
   

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