JP2021099081A - エンジン用クランク角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス回転体と、これを嵌装する回転軸との回転方向での相対位置決めの精度を向上させて、検出精度の向上が図れるエンジン用クランク角検出装置を提供する。【解決手段】クランク軸２により駆動回転されるパルス回転体５と、パルス回転体５の外周面に近接して対向配置されるパルス検出器１４とを備え、パルス回転体５が外嵌される回転軸ｊとパルス回転体５とは、回転軸ｊとパルス回転体５との回転軸ｊの軸心回りでの相対角度位置を定める位置決め機構ａを伴って一体回転状態に嵌装され、位置決め機構ａは、回転軸ｊ又はこれに一体回転状態で外嵌されている回転体３の側壁３ｓと、パルス回転体５の側壁５ｓと、が直接に凹凸嵌合されることにより構成されているエンジン用クランク角検出装置。【選択図】図４

Description

本発明は、農機や建機に用いられるディーゼルエンジンなど、産業用エンジンに好適なエンジン用クランク角検出装置に関するものである。

産業用エンジンなどの内燃機関においては、燃料噴射時期、点火時期などを制御するため、内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出装置が装備されている。従来では、特許文献１において開示されるように、クランク軸（３）の一端に外嵌固定されるパルス回転体（ロータプレート：１）と、その外周側に配置されるパルス検出器（クランク角センサ：２）とにより、クランク角検出装置が構成されている。

パルス回転体（ロータプレート：１）の外周には、基準歯欠部（４８）を含むギヤ状の（多歯状）の被検出部（４）が形成されており、検出作用の概略は次の通りである。即ち、電磁コイルピックアップによるパルス検出器（クランク角センサ：２）が、これをパルス回転体（ロータプレート：１）の回転によって被検出部（４）が通過する際に磁束の変化を検出することにより、各気筒に対応するクランク角を割り出すことができる。

クランク角検出装置における検出精度の改善に関しては、次のような種々の留意点が考えられる。
（１）小型エンジンにおいて、伝動ケースなどにパルス回転体を内装するためには、搭載面からパルス回転体の外径に制約を受ける。パルス回転体が小径化されると、外周の歯も小さくなって検出精度（センサ検出性）に悪影響を及ぼすおそれが出てくる。
（２）パルス検出器とパルス回転体との間には規定のギャップが必要である。
（３）パルス回転体の外周の凹凸部（歯）には明確な段差が必要である。
（４）検出性を向上させるためには、パルス回転体の厚みをある程度厚いものとして、凹凸部（歯）の幅もある程度の寸法を必要とする。
（５）パルス回転体は磁性体である必要があるので、その材料には制約がある。
（６）位相が重要であるため、回転方向の位置決めの精度が必要になる。

特開２０１０−２３６５１０

クランク角検出装置の検出精度を上げるには、前述した（１）〜（６）の留意点のうち、（４）〜（６）が効果的であるが、その中でも、位置決めに関する（６）の留意点は特に重要と考えられる。

本発明の目的は、前記（６）の留意点に着目しての構造工夫により、パルス回転体と、これを嵌装する回転軸との回転方向での相対位置決めの精度が向上するようにして、検出精度の向上が図れるエンジン用クランク角検出装置を提供する点にある。

本発明は、エンジン用クランク角検出装置において、
クランク軸により駆動回転されるパルス回転体と、前記パルス回転体の外周面に近接して対向配置されるパルス検出器と、を備え、
前記パルス回転体が外嵌される回転軸と前記パルス回転体とは、前記回転軸と前記パルス回転体との前記回転軸の軸心回りでの相対角度位置を定める位置決め機構を伴って一体回転状態に嵌装され、
前記位置決め機構は、前記回転軸又はこれに一体回転状態で外嵌されている回転体の側壁と、前記パルス回転体の側壁と、が直接に凹凸嵌合されることにより構成されていることを特徴とする。

本発明に関して、上述した構成（手段）以外の特徴構成や手段ついては、請求項２〜７を参照のこと。

本発明によれば、位置決め機構は、クランク軸又はクランク軸で駆動される回転軸の側壁と、パルス回転体の側壁とが直接に凹凸嵌合されてなるものであるから、ノックピンなどの第３の部品を介在させる手段（特許文献１を参照）に比べて位置精度、即ち検出精度の向上が可能になる。また、ノックピンなどの第３の部品を介在させる場合に比べて、加工に要する作業量が減るから、部品点数少なく、かつ、コスト安とすることが可能になる。

その結果、パルス回転体と、これを嵌装する回転軸との回転方向での相対位置決めの精度が向上するようにして、部品点数やコストの削減を可能としながら、検出精度の向上が図れるエンジン用クランク角検出装置を提供することができる。

クランク角検出装置を示すエンジン要部の正面図 クランク軸回りの構造を示す要部の一部切欠き側面図 パルス回転体を示し、（Ａ）平面図、（Ｂ）背面図 クランク軸の根本部分を示す一部組付け前の斜視図 別構造によるパルス回転体を示し、（Ａ）背面図、（Ｂ）は（Ａ）のＺ−Ｚ線での断面図

以下に、本発明によるエンジン用クランク角検出装置の実施の形態を、産業用の多気筒ディーゼルエンジンに適用された場合について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、クランクギヤなどは歯の部分を省略して描いてある。

図１に、ディーゼルエンジンにおけるシリンダブロック（又はクランクケース）１の一端部が示されている。シリンダブロック１のクランクケース部１Ａには軸心Ｐを持つクランク軸２が軸支されており、クランク軸２を用いたクランク角検出装置Ａが設けられている。また、クランク軸２に嵌装されているクランクギヤ３、及びクランクギヤ３に咬合するカウンターギヤ４を備える調時伝動機構Ｂが構成されている。

図２に示されるように、シリンダブロック１の前側には、調時伝動機構Ｂなどを収容するために調時伝動ケース７が設けられている。調時伝動ケース７の内部において、クランク軸２にはクランクギヤ３、パルス回転体５、オイルポンプ６が嵌装され、調時伝動ケース７の外側（前側）には、伝動ベルト９を駆動させる駆動プーリ８が嵌装されている。１０は連結キー、１１はカウンターギヤ４を支承する支軸である。

オイルポンプ６は、調時伝動ケース７に枢支内嵌されるアウターリング６Ａと、リテーナ１２を介してクランク軸２に一体回転状態に嵌装されるインナー６Ｂと、を咬合してなるトロコイド型のポンプである。パルス回転体５は、クランク軸２の軸心Ｐ方向でクランクギヤ３とリテーナ１２との間に挟まれている。１３は、調時伝動ケース７に内嵌されてリテーナ１２と駆動プーリ８との間に位置するスペーサである。

図１、図２に示されるように、クランク角検出装置Ａは、クランク軸（回転軸ｊの一例）２により駆動回転されるパルス回転体５と、パルス回転体５の外周面に近接して対向配置されるパルス検出器１４と、を備えて構成されている。パルス回転体５の外周のギヤ状検出部５Ｂと、パルス検出器１４の先端検出部１４Ａとは、きわめて近接する状態に対向配置されている。
パルス回転体５が外嵌される回転軸ｊ、即ちクランク軸２とパルス回転体５とは、クランク軸２とパルス回転体５との軸心Ｐ回りでの相対角度位置を定める位置決め機構ａを伴って一体回転状態に嵌装されている。

図３に示されるように、パルス回転体５は、金属材の板歯車のような外観を呈しており、中心孔５Ａ、外周部のギヤ状検出部５Ｂ、及び中心孔５Ａに臨んで突出する凸部５Ｃを備えている。ギヤ状検出部５Ｂは、多数の歯１５が周方向に一定間隔ごとに形成されるとともに、１ケ所、数個の歯１５を省いた凹部である欠歯部１６が形成されている。外周部であるギヤ状検出部５Ｂは、中心孔５Ａの軸心ｐに対して若干傾いた角度が付けられており、パルス回転体５は傘歯車状のものに形成されている。なお、５ａは軽減孔である。

凸部５Ｃは、軸心ｐの方向視で略矩形を呈して側壁５ｓから軸心ｐ方向に張り出るように、パルス回転体５に隆起形成されている。なお、図示は省略するが、パルス回転体５とは別の部材によりなる矩形状などの凸部を、溶接、圧入、ビス止め、螺装などの手段によってパルス回転体５に取付けることにより、凸部５Ｃ付のパルス回転体５とすることも可能である。パルス回転体５は、鋳造、鍛造、焼結、ロストワックス、板金など種々の材料が可能である。

図２及び図４に示されるように、クランクギヤ（回転体の一例）３は、クランク軸２に外嵌するための装着孔３ａを有し、その側壁３ｓにおいて装着孔３ａに面して軸心Ｐ方向に凹んだ凹部１７が形成されている。凹部１７は、軸心Ｐ方向視で矩形をなして凹んでいる箇所であり、クランクギヤ３及びパルス回転体５がクランク軸２に嵌装された状態において、凹部１７と凸部５Ｃとは嵌合（できれば密に嵌合）するように設定されている。

図２〜図４に示されるように、位置決め機構ａは、クランク軸２に一体回転状態で外嵌されているクランクギヤ（回転体の一例）３の側壁３ｓと、パルス回転体５の側壁５ｓと、が直接に凹凸嵌合されることにより構成されている。具体的には、前述したように、クランクギヤ３の側壁３ｓに形成された凹部１７とパルス回転体５の側壁５ｓに一体形成された凸部５Ｃとの嵌合により、クランク軸２とパルス回転体５との軸心Ｐ回りの相対位置が定まる（決まる）ように構成されている。

図１の仮想線、及び図３（Ａ）に示されるように、パルス回転体５の外周側に近接して設けられているボルト（他部品取付用のボルト）１８を、磁性の帯びたマグネットボルト１８としておけば好都合である。例えば、シリンダブロック１又は調時伝動ケース７などに設けられるシール用のボルトをマグネットボルト１８に設定し、ボルト軸部１８Ａがギヤ状検出部５Ｂに近接されている。

パルス回転体５に付着又は付着しようとする金属粉が、マグネットボルト１８により磁着されてキャッチする作用が期待できる。従って、パルス回転体５やパルス検出器１４に鉄粉などが付着することを抑制し、クランク角検出装置Ａとしての検出精度の維持や向上に寄与することができる利点が得られる。

〔作用効果について〕
従来（特許文献１）においては、クランクギヤ（１３）とパルス回転体（ロータープレート：１）とに跨るノックピン（４３）を設けて位置決め機構としており、クランクギヤ（１３）とパルス回転体（１）との双方に精度の良い穴明け、及び精度の良いノックピン（４３）が必要であり、部品点数もコストも不利なものであった。

本発明による位置決め機構ａは、クランク軸２に一体回転状態で外嵌されているクランクギヤ３の側壁３ｓと、パルス回転体５の側壁５ｓと、が直接に凹凸嵌合されてなるものであるから、ノックピンが不要になる。加えて、凹部１７や凸部５Ｃは、それぞれの本体に一体形成可能であって加工コストが大幅にダウンするか、或いは加工による場合でも、直接嵌合であることから、加工に要する作業量は特許文献１の場合よりは減る。従って、従来に比べて、部品点数少なく、かつ、コスト安としながらも検出精度向上が図れるように、改善された位置決め機構ａが実現できている。

〔別実施形態〕
＜１＞図５（Ａ），（Ｂ）に示されるように、パルス回転体５を板金製とし、外周端部の軸心ｐ方向への全周折り曲げにより筒状外周壁１９を形成し、その筒状外周壁１９にギヤ状検出部５Ｂが形成される構造としても良い。なお、図５（Ａ）、（Ｂ）においては、欠歯部１６は省略してある。

この場合、ギヤ状検出部５Ｂの歯１５は、図５（Ａ）及び（Ｂ）の紙面左側に描かれたように、径方向には短く（低く）、かつ、幅方向には長い扁平形状のものとしても良いし、図５（Ａ）及び（Ｂ）の紙面右側に描かれたように、径方向は板厚分で、かつ、幅方向には長い（高い）深溝形状のものとしても良い。歯１５が扁平形状の場合は、パルス検出器１４が径方向に沿って配置され、歯１５が深溝形状の場合は、パルス検出器１４が軸心ｐ方向に沿って配置されることが可能である。

中心孔５Ａは、単なる孔（打ち抜き孔）であるが、図５（Ａ），（Ｂ）に示されるように、バーリング（バーリング加工）によって板厚より幅広な中心筒５Ｔに形成されると好都合である。凸部５Ｃは、そのバーリングによる中心筒５Ｔの周方向での一部を、軸心ｐ方向に延長することにより形成されている。なお、凸部５Ｃは、鋼板製パルス回転体５の内周側端部の一部を軸心方向に切り起こすこと（切り起こし加工）により形成されてもよい。

＜２＞図示は省略するが、パルス回転体５は、金属粉又は磁性材粉が混入された合成樹脂材により形成されていてもよい。この場合、パルス検出器１４と対をなす、ギヤ状検出部５Ｂのみに金属粉又は磁性材粉が混ぜられて磁性を帯びる状態に構成されてもよい。また、パルス回転体５を焼結金属で形成し、ギヤ状検出部５Ｂのみを磁性化する構造でも良い。

＜３＞パルス回転体５が外嵌される回転軸ｊが、クランク軸２で駆動される他の軸でも、クランク角検出装置Ａの構成は可能である。

２ クランク軸
３ 回転体（クランクギヤ）
３ｓ 側壁
５ パルス回転体
５Ｂ ギヤ状検出部
５Ｃ 凸部
５ｓ 側壁
１４ パルス検出器
１７ 凹部
１８ ボルト
１９ 筒状外周壁
ａ 位置決め機構
ｊ 回転軸

Claims (7)

1. クランク軸により駆動回転されるパルス回転体と、前記パルス回転体の外周面に近接して対向配置されるパルス検出器と、を備え、
   前記パルス回転体が外嵌される回転軸と前記パルス回転体とは、前記回転軸と前記パルス回転体との前記回転軸の軸心回りでの相対角度位置を定める位置決め機構を伴って一体回転状態に嵌装され、
   前記位置決め機構は、前記回転軸又はこれに一体回転状態で外嵌されている回転体の側壁と、前記パルス回転体の側壁と、が直接に凹凸嵌合されることにより構成されているエンジン用クランク角検出装置。
2. 前記位置決め機構は、前記パルス回転体の側壁から軸心方向に突出した凸部と、前記回転軸又は前記回転体の側壁に形成されて軸心方向に凹んだ凹部と、の相対嵌合により構成されている請求項１に記載のエンジン用クランク角検出装置。
3. 前記凸部が前記パルス回転体に一体形成されている請求項１又は２に記載のエンジン用クランク角検出装置。
4. 前記パルス回転体は、金属粉又は磁性材粉が混入された合成樹脂材により形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジン用クランク角検出装置。
5. 前記パルス回転体が板金製であって、外周端部の軸心方向への全周折り曲げでなる筒状外周壁にギヤ状検出部が形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジン用クランク角検出装置。
6. 前記凸部は、前記パルス回転体の内周側端部の一部を軸心方向に切り起こすこと、又はバーリングにより形成されている請求項５に記載の
7. 前記パルス回転体の外周側に近接する位置に他部品取付用のボルトが設けられ、前記ボルトは磁性されたマグネットボルトである請求項１〜６の何れか一項に記載のエンジン用クランク角検出装置。

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