JP3040654B2 - 回転センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カムシャフトなどの回
転軸に取り付けられてその回転軸の回転状態に関する電
気信号を出力する回転センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガソリンエンジンの点火装置にお
いて、スパークプラグへ高電圧を分配するディストリビ
ュータを使用しないものが普及してきている。そのよう
な点火装置においては、点火時期を決定するための、気
筒判別信号、クランク角度基準位置信号、及びエンジン
回転数信号を出力するカムポジションセンサが使用され
る。このようなカムポジションセンサにあっては、電磁
式のものが一般的であり、電磁式のカムポジションセン
サでは、それぞれの信号用のタイミングロータをカムシ
ャフトに連結し、それらのタイミングロータと所定のギ
ャップをあけて配設したピックアップから上記信号を得
るように構成されている。電磁式と同様な構成のものと
して、特開平３−１２５０１号公報の回転角を測定する
測定装置のように、回転軸の端部に取り付けられる強磁
性材料のスリーブ体の内側にセンサコイルを配設する構
成のものも知られている。

【０００３】上記した電磁式のカムポジションセンサに
あって、例えば４気筒エンジンに取り付けられるものの
場合、ピックアップコイルを巻回する鉄心は、タイミン
グロータ内面に９０°づつ離間して形成された回転角の
検出のための突起にそれぞれの端部が対向するように構
成され、タイミングロータの突起が一方の端部を通過す
る毎にピックアップコイルに電圧が発生するものであ
る。そして、鉄心の一方の端部が任意の突起に対向する
と、他方の端部が前記突起から１８０°離間した突起と
対向し、鉄心とタイミングロータとにより閉磁路が形成
され、ピックアップコイルに発生する誘導磁気を増加さ
せるものとなり、センサ出力電圧が大きくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した４
気筒エンジン用のカムポジションセンサにおけるピック
アップの構造は、一般的には気筒数が変わっても同じも
のである。すなわち、端部同士が１８０°離間している
鉄心と、一方の端部の近傍に巻回されるピックアップコ
イルとを具備してなる構造で、偶数気筒数のエンジンに
おいては、上記したように、ピックアップの一方の端部
と他方の端部と２つの突起とが一直線上に並び、誘導磁
気を増加させる。

【０００５】しかしながら、３気筒エンジンにおいて
は、前記突起が１２０°毎に形成されるもので、一方の
端部が３つの内の一つの突起と対向しても、他方の端部
は他の突起と対向するものではない。このことは逆の場
合も同じで、他方の端部が突起と対向した状態で、一方
の端部は他の突起とは対向していない。したがって、図
６に示すように、センサ出力電圧が大きくならず、しか
も、他方の端部が突起と対向した状態では、上記した信
号とならない無用な電圧が誘起されて、正常な出力電圧
に対してノイズとなるものであり、耐ノイズ性能を低下
させている。

【０００６】本発明は、このような不具合を解消するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような手段を講じたものであ
る。すなわち、本発明に係る回転センサは、筒体内周面
に複数の回転角検出用突起が所定角度離間して形成され
回転軸の一方の端部に取り付けられるシグナルロータ
と、該シグナルロータの回転角検出用突起の内接円内側
に非接触状態で配置される電磁ピックアップとを備えて
なり、電磁ピックアップが、一方の端部が前記回転角検
出用突起の任意の１つに対向した際に前記所定角度の整
数倍の角度を形成して屈曲する一方の端部の延長線上に
位置して他の回転角検出用突起に他の端部が対向する鉄
心と、該鉄心に巻回されるコイルと、前記コイルを貫通
する磁力線を発生する磁石とを具備してなることを特徴
とする。

【０００８】

【作用】このような構成のものであれば、電磁ピックア
ップの鉄心が、そのそれぞれの端部を一直線上に位置さ
せずに、所定の角度の正数倍の角度を形成して屈曲して
いるので、シグナルロータが回転してその一方の端部が
回転角検出用突起と対向した時点で、他方の端部は他の
回転角検出用突起と対向する。つまり、鉄心のそれぞれ
の端部は、別個の回転角検出用突起と対向するもので、
鉄心とシグナルロータとで閉磁路が形成される。これに
よって、磁石から発生する磁力線は鉄心の中を通り、一
方の端部から回転角検出用突起に至り、シグナルロータ
内を経て他の回転角検出用突起から他方の端部を介して
再び鉄心内を貫通する。したがって、コイルに誘起され
る誘導磁気が増加されるものとなり、電磁ピックアップ
の出力電圧が大きくなり、ＳＮ比の高いものにすること
ができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。図１に示すカム回転センサ１００は、自動車
用の３気筒エンジン１に適用されるもので、筒体２１内
周面２１ａに複数の回転角検出用突起２２が所定角度α
離間して形成され回転軸たる後述の吸気弁駆動カムシャ
フト１１の一方の端部に取り付けられるシグナルロータ
２と、該シグナルロータ２の回転角検出用突起２２の内
接円内側に非接触状態で配置される電磁ピックアップ３
とを備えている。この実施例におけるカム回転センサ１
００は、ディストリビュータのない点火システムに必要
な、例えば気筒判別信号及びクランク角度基準位置信号
を出力するものである。また、このカム回転センサ１０
０が取り付けられるエンジン１は、３気筒のダブルオー
バーヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）式のもので、吸気
弁駆動カムシャフト１１の一方の端部のカムシャフト駆
動用のスプロケットが収容される空間部分を利用して取
り付けられるものである。具体的には、このＤＯＨＣエ
ンジンでは、排気弁駆動カムシャフトの一方端にスプロ
ケットが固定され、そのスプロケットがクランク軸との
間に張架されたチェーンによって駆動されるようになっ
ている。

【００１０】吸気弁駆動カムシャフト１１と排気弁駆動
カムシャフトとは、シリンダヘッド１２のスプロケット
室１３に近接するスペースに設置されるギヤにより相互
に逆方向に回転するように構成され、シリンダヘッド１
２の上部に形成された軸受部１４により回転可能に軸支
される。この軸受部１４は、カムシャフトベアリングキ
ャップ１４ａが取り付けられてカム軸軸支孔１４ｂを形
成する。カム軸軸支孔１４ｂの内周面は、回転センサで
あるカム回転センサ１００の電磁ピックアップ３を取り
付ける、シリンダヘッド１２の側壁１５に設けられた取
付部１６とキャップ１７とで形成されるセンサ取付孔１
８と同軸に加工される。したがって、カム軸軸支孔１４
ｂと電磁ピックアップ３の取付のための開口部となるセ
ンサ取付孔１８とは、同軸上に形成されることになる。
この取付部１６は、吸気弁駆動カムシャフト１１の軸受
部１４を加工する場合に必要となる半円形の切欠を利用
しているもので、吸気弁駆動カムシャフト１１の端部に
対向しているスプロケット室１３外側側面であるシリン
ダヘッド１２の側面１５に設けられる。したがって、吸
気弁駆動カムシャフト１１のシグナルロータ１の取り付
けられる一方の端部に対向する側壁１５に設けられるも
のである。

【００１１】シグナルロータ２は、ボス付きの円筒形の
筒体２１の内周面に、エンジン１００の気筒数に応じ
て、その筒体２１の周方向に所定角度α離れて、軸方向
に条状に突出した回転角検出用突起２２が形成され、吸
気弁駆動カムシャフト１１の一方の端部に取り付けられ
る。この実施例では、回転角検出用突起２２は気筒数に
合わせて１２０°毎に３条設けられており、さらにクラ
ンク角度基準信号のための突条２３が設けられている。
このような形状のシグナルロータ２は、吸気弁駆動カム
シャフト１１の一方の端部に取り付けられ、シリンダヘ
ッド１２のスプロケット室１３内における、シャフト駆
動用のスプロケットに対向する場所であるデッドスペー
スに配設されることになる。したがって、その外径は、
デッドスペースに収容できる大きさであればよく、特別
に厳しい制約を受けるものではない。また、その筒体２
１内部における、回転角検出用突起２２の先端に内接す
る円の大きさ、つまり実質的な内径寸法は、電磁ピック
アップ３の外径に径方向のクリアランスを加えた大きさ
にしてある。回転角検出用突起２２を除いた筒体２１内
部の形状については、特に規定しないが、電磁ピックア
ップ３が回転角検出用突起２２の位置で最大となる電気
信号を出力するように形成すればよい。

【００１２】電磁ピックアップ３は、一方の端部が回転
角検出用突起２２の任意の１つに対向した際に所定角度
αの整数倍の角度を形成して屈曲する一方の端部３１ａ
の延長線上に位置して他の回転角検出用突起２２に他の
端部３１ｂが対向する鉄心３１と、該鉄心３１に巻回さ
れるコイル３２と、前記コイル３２を貫通する磁力線を
発生する磁石３３とを具備してなる。この実施例におけ
る電磁ピックアップ３は、例えば、磁力線を透過する合
成樹脂製の円筒からなるケース３４内に、コイル３２を
巻回した磁石３３付の鉄心３１を内設したもので、ケー
ス３４後端に設けられたフランジ３４ａから出力電圧を
取り出せるようになっている。

【００１３】鉄心３１は、あらかじめその両端部が１２
０°の角度を形成して屈曲した位置になるように成形し
たフェライトの薄板を積層してなるもので、その一方の
端部３１ａが回転角検出用突起２２の幅と略同一の幅に
形成してあり、他方の端部３１ｂは磁石３３の大きさと
合わせて幅広く形成されている。電磁ピックアップ３が
シグナルロータ２内に納められた際に、一方の端部３１
ａと回転角検出用突起２２との一方の間隙は、ケース３
４の円筒の厚みとケース３４と回転角検出用突起２２と
のクリアランスとの和よりわずかに大きい距離に設定
し、他方の端部３１ｂとの他方の間隙は、一方の間隙の
例えば約１〜４倍程度に設定する。この他方の間隙は、
その寸法が前記の数値以上に大きくなると閉磁路が形成
し難くなるので好ましくない。

【００１４】コイル３２は、鉄心３１の一方の端部３１
ａ側にボビンを介して巻回されており、その下側に磁石
３３が取り付けられている。コイル３２及び磁石３３に
ついては、従来と同様な構造で鉄心３１に取り付けられ
るものであってよい。

【００１５】また、ケース３４の外周面には、取付部分
のシール性を維持する目的と、電磁ピックアップ３の取
付微調整の際の軸線の傾き防止の目的で、Ｏリングシー
ル５が装着される２条の溝３４ｂが軸方向に離間して形
成されている。この電磁ピックアップ３は、図に示すよ
うに、シリンダヘッド１２の側壁１５にフランジ３４ａ
の下端側に穿設された取付調整孔に挿入された１本のボ
ルト６で固定されており、このボルト６をゆるめて微調
整を行うことができるようになっている。

【００１６】以上の構成において、センサ取付孔１８と
カム軸軸支孔１４ｂとが同軸に加工され、吸気弁駆動カ
ムシャフト２が組み付けられる際にカム回転センサ１０
０の組み付けが実施される。組み付けは、まず、吸気弁
駆動カムシャフト１１の一方の端部にシグナルロータ２
を圧入して取り付け、そのシグナルロータ２が取り付け
られた吸気弁駆動カムシャフト１１を、シリンダヘッド
１２の軸受部１４に載置し、各軸受部１４にカムシャフ
トベアリングキャップ１４ａを固定してシリンダヘッド
１２に回転可能に取り付ける。シグナルロータ２を取り
付ける場合、回転角検出用突起２２により電磁ピックア
ップ３から出力される出力電圧が異なるので、吸気弁駆
動カムシャフト１１の基準となる回転位置と、基準とな
る回転角検出用突起２２とを、正確に位置あわせを行っ
て圧入する。次に、シリンダヘッド１２の取付部１６に
キャップ１３を固定し、センサ取付孔１８を形成する。
電磁ピックアップ３は、センサ取付孔１８に取り付ける
前に、ケース３４の溝３４ｂにＯリングシール５を装着
しておき、フランジ３４ａの取付調整孔を下にしてセン
サ取付孔１８に装入する。そして、取付調整孔４１ｄに
ボルト６を挿入して仮止めしておく。

【００１７】このようにしてカム回転センサ１００の組
み付けが完了した後、エンジンが組み立てられ、運転さ
れると、電磁ピックアップ３から出力される出力電圧を
観測しながら、電磁ピックアップ３を左右いずれかの方
向に回転させて、シグナルロータ２のいずれか１つの回
転角検出用突起２２が電磁ピックアップ３内部の鉄心３
１の一方の端部３１ａと対向するタイミングを調整す
る。この場合、鉄心３１の一方の端部３１ａが回転角検
出用突起２２と対向すると、その他方の端部３１ｂも他
の回転角検出用突起２２と対向する。このため、磁石３
３から発した磁力線は、コイル３２の巻回してある鉄心
３１の部分を透過し、一方の端部３１ａからギャップを
介してシグナルロータ２に進入し、他の回転角検出用突
起２２から他方の端部３１ｂを経て再び鉄心３１内部に
入り、１つの閉磁路を形成する。このように、閉磁路Ｍ
Ｃが形成されることにより、鉄心３１内を透過する誘導
磁気が増加されることとなり、コイル３２誘起される誘
導起電力が大きくなり、出力電圧が大きくなる。したが
って、出力電圧とノイズとの比率であるＳＮ比が改善さ
れ、気筒別信号及びクランク角度基準信号を認識し易く
することができる。

【００１８】なお、この実施例のカム回転センサ１００
は、それ自体のケースとなるものを有しておらず、吸気
弁駆動カムシャフト１１にシグナルロータ２を取り付
け、シリンダヘッド１２の側壁１５に電磁ピックアップ
３を取り付けて形成されるので、カム回転センサ１００
自体がシリンダヘッド１２内に収納された状態となり、
言い換えれば電磁ピックアップ３のフランジ３４ａ部分
を残してその他の部分がシリンダヘッド１２のスプロケ
ット室１３のデッドスペース部分に収まるので、エンジ
ン全体の大きさが大きくなるのを抑えることができ、し
かも部品点数を削減することができるので容易にコスト
ダウンすることができる。しかして、電磁ピックアップ
３は、シリンダヘッド１２の側壁１５に形成され、吸気
弁駆動カムシャフト１１のカム軸軸支孔１４ｂと同軸加
工されるセンサ取付孔１８に取り付けられるので、シグ
ナルロータ２と電磁ピックアップ３との軸のずれを最少
限にすることができるとともに、電磁ピックアップ３の
鉄心３１とシグナルロータ２の回転角検出用突起２２の
相対角度を、高精度に直角に保持することができ、した
がって、カム回転センサ１００における径方向のクリア
ランスを縮小することができ、磁気により発生する出力
電圧を高くすることができる。

【００１９】また、電磁ピックアップ３の取付について
は、２本のＯリングシール５を介して行っているので、
吸気弁駆動カムシャフト１１の基準位置に対する相対的
な円周方向の取付角度を可変調整する際に、電磁ピック
アップ３がセンサ取付孔１８のクリアランス分だけ軸線
から外れて傾斜することが防止でき、クランク軸に対す
る吸気弁駆動カムシャフト１１の位相のずれ及び回転角
検出用突起２２を有するシグナルロータ２の吸気弁駆動
カムシャフト１１に対する位相のずれを容易に補正する
ことができる。さらに、デッドスペースの大きさに合わ
せてシグナルロータ２の外径を大きくすることができ、
そのシグナルロータ２の大きさに合わせて電磁ピックア
ップ３を大きくすることができるので、磁気の変化速度
に比例して発生する出力電圧を高くすることが可能で、
よって回転検出精度を向上させることができる。

【００２０】なお、本発明は以上説明した実施例に限定
されるものではない。例えば、上記実施例では、３気筒
エンジンに適用するカム回転センサ１００を説明した
が、他の実施例としては、５気筒エンジンに適用し得る
ように、図５に示すような、シグナルロータ２の回転角
検出用突起２２を７２°毎に円周方向に設け、かつこれ
に対応して鉄心３１を例えば１４４°の角度で屈曲した
形状に形成したものが挙げられる。なお、鉄心３１は、
その一方の端部３１ａが任意の１つの回転角検出用突起
２２と対向した際に、他方の端部３１ｂ部が他の回転角
検出用突起２２と対向すればよいので、例えば屈曲の角
度を７２°にしたもの（図中想像線で示す）でもよい
が、この場合は巻回方法に若干の工夫が必要となる。

【００２１】また、上記実施例では、カム回転センサ自
体の全体のケースを有していない例を説明したが、シグ
ナルロータと電磁ピックアップとを１つのケース内に収
納して構成するものであってもよい。この場合、シグナ
ルロータを形成する筒体の後面から回転軸をケース外に
突出させ、カム軸等の目的の回転軸に連結し得るように
すればよい。

【００２２】さらに、上記実施例ではギヤ駆動方式の３
気筒ＤＯＨＣエンジンを説明したが、タイミングベルト
のみでそれぞれのカムシャフトを駆動する方式のＤＯＨ
ＣエンジンやＳＯＨＣエンジンであってもよい。しかし
て、そのようなエンジンにあっては、カムシャフト端部
に固定される駆動用のスプロケットが固定される端部と
は異なる他方の端部にシグナルロータ２を取り付けるも
のであってもよいが、シグナルロータ２を駆動用スプロ
ケットのシリンダヘッド１２の側壁と対向する側面に一
体に形成するものが好ましい。このようなスプロケット
とシグナルロータ２との一体構成にすることにより、上
記実施例と同等の効果が得られるとともに、シグナルロ
ータ２が駆動用のスプロケット８と一体になるので、さ
らに部品点数を削減することができ、それに伴って組付
工数も減少するのでさらなるコストダウンが可能とな
る。

【００２３】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上に詳述したように、電磁
ピックアップの鉄心３１を、シグナルロータの回転角検
出用突起の設置位置に応じて設定される所定の条件を満
たす屈曲形状のものとすることにより、鉄心の一方の端
部が任意の回転角検出用突起と対向した場合に閉磁路が
形成されるので、出力電圧を大きくすることができ、ノ
イズに対して出力信号を認識し易くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を組み付けたエンジンの要部
を拡大して示す断面図。

【図２】同実施例を分解して示す斜視図。

【図３】図１のＡ−Ａ線に沿った端面図。

【図４】同実施例の出力電圧の変化を示す波形図。

【図５】本発明の他の実施例の図３相当図。

【図６】従来例の出力電圧の変化を示す波形図。

【符号の説明】

２…シグナルロータ ３…電磁ピックアップ １１…吸気弁駆動カムシャフト １１ａ…一方の端部 ２１…筒体 ２１ａ…内周面 ２２…回転角検出用突起 ３１…鉄心 ３１ａ…一方の端部 ３１ｂ…他方の端部 ３２…コイル ３３…磁石 α…所定角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 G01D 5/20 G01D 5/245 G01P 3/488

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒体内周面に複数の回転角検出用突起が所
   定角度離間して形成され回転軸の一方の端部に取り付け
   られるシグナルロータと、該シグナルロータの回転角検
   出用突起の内接円内側に非接触状態で配置される電磁ピ
   ックアップとを備えてなり、 電磁ピックアップが、一方の端部が前記回転角検出用突
   起の任意の１つに対向した際に前記所定角度の整数倍の
   角度を形成して屈曲する一方の端部の延長線上に位置し
   て他の回転角検出用突起に他の端部が対向する鉄心と、
   該鉄心に巻回されるコイルと、前記コイルを貫通する磁
   力線を発生する磁石とを具備してなることを特徴とする
   回転センサ。