JP2023148218A

JP2023148218A - カムシャフト

Info

Publication number: JP2023148218A
Application number: JP2022056123A
Authority: JP
Inventors: 浩平畑田; Kohei Hatada
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-10-13
Anticipated expiration: 2042-03-30
Also published as: BR102023002657A2; JP7505850B2

Abstract

【課題】一端部にカム角度検出用のシグナルロータと補機駆動用ボス部とを有して、ボス部には補機の係合突起が噛合する係合溝を形成しているカムシャフトにおいて、カム角度の検出精度や補機駆動機能を阻害することなく短縮化を可能にする。【解決手段】カムシャフト３の後端のジャーナル部４に設けた後ろ向き張り出し部７に、カム角度検知用のシグナルロータ９と補機駆動用のボス部１０とが形成されている。ボス部１０に形成した係合溝３０に、補機の回転軸１９に設けた係合突起２９が噛合するが、係合溝３０をシグナルロータ９の肉厚部内に入り込ませている。係合溝３０をシグナルロータ９にオーバーラップできるため、エンジンの全長を短くしてコンパクト化できる。シグナルロータ９の歯部１１～１３には加工不要であるため、カム角度の検出精度には影響しない。【選択図】図２

Description

本願発明は、エンジン（内燃機関）に使用するカムシャフトに関するものである。

カムシャフトはバルブを開閉するものであり、回転角度を検知する必要がある。そこで、その一端部に、外周に複数の欠歯部が形成されたシグナルロータを一体に設けて、外周面に対してセンサを臨ませることが行われている。

また、カムシャフトでオイルポンプやブレーキブースターアシスト用真空ポンプのような補機を駆動することも行われており、その例が特許文献１に開示されている。この特許文献１では、カムシャフトの一端面に一文字状の係合溝を形成し、オイルポンプのロータに設けた一文字状の突起を係合溝に噛合させることにより、カムシャフトによってオイルポンプを駆動している。すなわち、特許文献１には、オイルポンプのロータとカムシャフトの一端部とをカップリング機構によって噛合させることが開示されている。

特開平０８－２７０４１０号公報

さて、カムシャフトの一端部にカム角度検出用のシグナルロータと補機駆動用ボス部とを設けることも行われており、この場合は、ボス部をシグナルロータの端面から突設させることになる。他方、エンジンの小型化のためにカムシャフト及びシリンダヘッドの長さを短くせねばならない場合があるが、カムシャフトにシグナルロータとボス部とを一体に設けた従来の構造では、カムシャフトの長さを詰める方法が無くて、エンジンの小型化を実現できないという問題があった。

本願発明はこのような現状を背景に成されたものであり、センサによるセンシング機能を損なうことなくエンジンのコンパクト化を実現しようとするものである。

本願発明はカムシャフトに関するものであり、
「カム軸本体と、前記カム軸本体の一端に設けた大径のシグナルロータとを有し、前記シグナルロータに欠歯部が形成されており、かつ、前記シグナルロータの端面に、補機を駆動するための係合突起が噛み合う係合溝を有するボス部が突設されているカムシャフトであって、
前記係合溝が前記シグナルロータの肉厚部内に入り込んでいる」
という構成になっている。

本願発明は、様々に具体化できる。その例として請求項２では、
「前記シグナルロータには、軸心を挟んで両側に開口するように一対の前記欠歯部が形成されており、前記係合溝は、前記一対の欠歯部と連通するように形成されている」
という構成になっている。

本願発明では、係合溝がシグナルロータに入り込んでいる。すなわち、シグナルロータとクラック部とが軸方向に重なっている。従って、シグナルロータのセンシング機能と補機の駆動機能とを確保しつつ、カムシャフトの全長を短くしてエンジンのコンパクト化に貢献できる。

シグナルロータの検知は、欠歯部の間の歯部をセンサで検知しているため、係合溝が欠歯部に連通していても、センサの検出機能には影響しない。そして、係合溝が欠歯部に連通していることにより、係合溝はシグナルロータの端面をフライス加工することによって容易に形成できる。従って、係合溝加工の容易性とセンサ機能及び補機駆動機能の確実性を損なうことなく、エンジンをコンパクト化できる。

カム軸及びシリンダヘッドの一部をやや下方から見た縦断側面図である。（Ａ）はカム軸を図１に対して９０°回転させた状態での縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視断面図である。（Ａ）は係合溝を横から見た状態での要部の分離側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車の多気筒エンジンに適用している。以下では方向を特定するため前後の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向及びカム軸線方向であり、タイミングチェーンが配置されている側を前として、ミッションが配置されている側を後ろとしている。

(1).構造の説明
本実施形態では、シリンダヘッドは、吸気ポートや排気ポートが形成された本体（図示せず）に、図１に示したカムハウジング１を上から重ね固定した構造になっており、カムハウジング１に設けた複数の半円状軸受部２に、カムシャフト（排気側又は吸気側のカムシャフト）３のジャーナル部４がカムキャップ５を介して回転自在に保持されている。符号６で示すのは、バルブを開閉するカムロブである。

カムシャフト３は、後端のジャーナル部４の後方に突出した後ろ向き張り出し部７を備えており、後ろ向き張り出し部７に、カム角度センサ８で検知するためのシグナルロータ９と、シグナルロータ９の後端面から突出したボス部１０とを設けている。シグナルロータ９はカムロブ６よりも少し大径に設定されており、図３（Ｂ）に明示するように、外周部に、第１～第３の３つの欠歯部１４～１６と、隣り合った欠歯部１４～１６の間に位置した３つの歯部１１～１３とが形成されている。

３つずつの欠歯部１４～１６と歯部１１～１３とは、周方向の長さが相違している。便宜的に、歯部１１～１３は、周方向の長さが短い順に第１歯部１１、第２歯部１２、第３歯部１３と呼んで、欠歯部１４～１６は、周方向の長さが長い順に、第１欠歯部１４、第２欠歯部１５、第３欠歯部１６と呼ぶこととする。

図１のとおり、カムハウジング１を構成する後ろ壁１７の端面に、補機の一例としての真空ポンプ１８が図示しないボルトで固定されている。真空ポンプ１８はブレーキブースタをアシストするためのものであり、羽根車又はロータを備えた回転軸１９が、後ろ壁１７を貫通した状態でカムシャフト３と同心に配置されている。ポンプ室は下方に膨れており、後面に、入口ポート２０と出口ポート２１とを設けている。ブレーキブースタは入口ポート２０に接続されて、出口ポート２１は大気に開放されている。

図２に明示するように、カム角度センサ８はシグナルロータ９の上方に配置されている。カム角度センサ８は、下半部がヘッドカバー２２に貫通してシグナルロータ９に向いた本体部２３と、ヘッドカバー２２の上面に重なって本体部２３に繋がった締結部２４とを有しており、締結部２４がボルト（図示せず）で固定されている。また、本体部２３の上端部にはＯリング２５を装着しており、ヘッドカバー２２に形成された筒状ボス部２６の内周にＯリング２５が密嵌している。

本体部２３の下端は近接スイッチ等の検知部になっており、シグナルロータ９の各歯部１１～１３を検知することにより、カムシャフト３の回転位相が割り出される。そして、カム角度センサ８による角度検出と図示しないＶＶＴによる進角制御又は遅角制御との組合せにより、バルブの開閉タイミングが制御される。

真空ポンプ１８の回転軸１９は、カムシャフト３によって駆動される。そこで、回転軸１９の前端にビス２７で固定された回転体（円板）２８の前端に一文字状の係合突起２９を形成して、この係合突起２９を、カムシャフト３のボス部１０に形成した一文字状の係合溝３０に噛合させている。回転体２８は、オイルシール３１を介してカムハウジング１に回転自在に保持されている。回転軸１９は、カムハウジング１に装着した軸受部材３２によって回転自在に保持される。

そして、係合溝３０は、ボス部１０の全長を分断しつつ、シグナルロータ９の一部まで入り込んでおり、かつ、係合溝３０は、軸心を挟んで両側に位置した第１欠歯部１４と第３欠歯部１６とに連通している。すなわち、係合溝３０の両端は、第１欠歯部１４と第３欠歯部１６との箇所で外周方向（放射方向）に開放されている。

(2).まとめ
以上の構成において、係合突起２９と係合溝３０との噛み合わせによるカップリング機構により、真空ポンプ１８の回転軸１９はカムシャフト３によって駆動されるが、係合溝３０はシグナルロータ９の肉厚部内（板厚部内）に入り込んでいるため、カムシャフト３の全長を短くして、シリンダヘッド（カムハウジング１）の全長を短くできる。従って、エンジンのコンパクト化に貢献できる。

そして、カム角度センサ８は、シグナルロータ９の歯部１１～１３を検知するものであるため、係合溝３０をシグナルロータ９の肉厚部内に入り込ませても、カム角度センサ８による検知精度には影響しない。従って、バルブの開閉タイミングの制御機能を阻害することなく、エンジンをコンパクト化できる。

係合溝３０はシグナルロータ９のうち歯部１１～１３の箇所に形成することも可能であるが、この場合は、カム角度センサ８による正確な検知のためには歯部１１～１３の外周面には所定の幅寸法が必要であることから、係合溝３０は歯部１１～１３の外周面に至らないようにエンドミルによって加工せねばならず、すると、加工に手間がかかる問題がある。

これに対して、本実施形態のように係合溝３０を一対の欠歯部１４，１６に開口させると、係合溝３０はフライス加工によって迅速かつ高精度で形成できる。従って、カム角度センサ８の検出精度を阻害することなく、係合溝３０を容易に加工できる。

本実施形態では、係合突起２９は欠歯部１４～１６の箇所に位置しているが、係合突起２９の先端面は欠歯部１４～１６の内周面よりも軸心側に位置している。換言すると、係合突起２９の外接円の直径は欠歯部１４～１６の内径よりも小径に設定されている。このため、カム角度センサ８が係合突起２９を誤って検出することはない。この点でも、カム角度センサ８は検知精度に優れている。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、係合突起と係合溝とは、例えば十字状に形成することも可能である。補機としては、オイルポンプやウォータポンプも採用できる。２本のカムシャフトのうち一方でオイルポンプ又はウォータポンプを駆動して、他方で真空ポンプを駆動するといったことも可能である。

本願発明はエンジンのカムシャフトに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１シリンダヘッドを構成するカムハウジング
２軸受部
３カムシャフト
４ジャーナル部
５カムキャップ
６カムロブ
７後ろ向き張り出し部
８カム角度センサ
９シグナルロータ
１０ボス部
１１～１３歯部
１４～１６欠歯部
１８補機の一例としての真空ポンプ
１９真空ポンプの回転軸
２３カム角度センサの本体部
２８回転体（円板）
２９係合突起
３０係合溝

Claims

カム軸本体と、前記カム軸本体の一端に設けた大径のシグナルロータとを有し、前記シグナルロータに欠歯部が形成されており、かつ、前記シグナルロータの端面に、補機を駆動するための係合突起が噛み合う係合溝を有するボス部が突設されているカムシャフトであって、
前記係合溝が前記シグナルロータの肉厚部内に入り込んでいる、
カムシャフト。
前記シグナルロータには、軸心を挟んで両側に開口するように一対の前記欠歯部が形成されており、前記係合溝は、前記一対の欠歯部と連通するように形成されている、
請求項１に記載したカムシャフト。