JP3629140B2 - クランク角検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃エンジンのクランクシャフトの回転角度位置を検知して検知信号を生成するクランク角検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジンへ燃料をインジェクタによって噴射供給するための燃料噴射タイミングや点火プラグに火花放電させる点火タイミングの制御は、エンジンのクランクシャフトの基準角度位置から回転角度位置、すなわちクランク角に基づいて実行される。クランク角はクランク角検出装置によって検出される。このクランク角検出装置は、通常、クランク角度の所定角度毎のクランク角信号（以下、ＣＲＫ信号と称する。）と、ピストンが上死点位置にある時点を示すＴＤＣ信号とを出力する。このＣＲＫ信号は、内燃エンジンの作動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）のクロックパルスとしても活用され得る。
【０００３】
図１は４気筒４サイクル内燃エンジンの構成を概念的に示している。クランクシャフト１はエンジン本体ブロック１０１においてシリンダ部（シリンダブロック）１０２とベアリングキャップ１１０により回転自在に保持されている。シリンダ部１０２の下方にはオイルパン１０４が延在している。またシリンダ部１０２のクランクシャフト１の軸方向一端にはタイミングベルトカバーが設けられている。シリンダ部１０２とタイミングベルトカバー内のタイミングベルト室１０３との間にはブロック１０１に取り付けられた仕切壁１０５、すなわちオイルポンプを備えるポンプハウジングが設けられている。そして、クランク角検出装置１０６は、従来、タイミングベルト室１０３の仕切壁１０５に近い位置に配設されていた。クランクシャフト１の一端にはプーリ１０７が固着されて、例えば吸排気弁駆動機構を駆動するカムシャフトを回転させるトルクを得ている。なお、クランクシャフト１の仕切壁１０５の近傍にはオイルシール１０８が設けられて、シリンダ部１０２の液密性が維持されている。またクランクシャフト１の他端にはフライホイール１０９が固着せしめられている。
【０００４】
図２は従来のクランク角検出装置１０６のクランクシャフト１に平行な断面を示している。クランク角検出装置１０６は、クランクシャフト１の回転に応じて回転する円盤状回転体２とその外周部近傍において仕切壁１０５に固設された検出部３とから構成される。回転体２は中央に貫通孔４を有し、この中央貫通孔４によってクランクシャフト１の中心軸に垂直な面内にて回転するようにクランクシャフト１の表面の一部に形成されたスプライン溝５へ嵌合して固定されている。これにより回転体２はクランクシャフト１の回転に応動して回転するのである。回転体２の外周面には所定角度毎に磁性片あるいは着磁片からなる複数の被検知部６が形成されている。検出部３は磁束変化または磁束強さを検知するものであり、例えば、磁気コイルピックアップやＭＲ（磁気抵抗）素子ピックアップからなる。クランクシャフト１に応動して回転体２が回転すると、いずれかの被検知部６が検出部３の近傍を通過したとき検出部３から検知パルス信号が生成される。クランクシャフト１の端部を支持する上記ベアリングキャップ１１０は、仕切壁１０５の内側、すなわち回転体の被検出部から離れた位置に設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近時、ＥＣＵの高性能化に伴ってより高い精度で例えば１度毎のクランク角を検出する必要が生じている。そのためには被検知部６の密度を高くしなければならず、高密度の被検知部６の各々を正しく検知するためには検出部３と被検知部６との間の間隙をより狭く設定する必要がある。例えばＭＲ（磁気抵抗）素子ピックアップであれば間隙長は０．３〜０．５ｍｍと非常に小さい値とする必要がある。しかしながらクランクシャフト１は、例えば３０００〜４０００ｒ．ｐ．ｍ．の高速回転をするので、クランクシャフト１と回転体２とのラジアル方向の相対移動によりクランクシャフト１に回転ぶれを生じ、特に、ベアリングキャップ１１０と被検知部６との距離が大きいと回転ぶれは大きくなる。そこで、検出部３と被検知部６との間隙長を十分大きくする必要がある。よって、クランク角を高精度に検出することは実際上容易ではない。
【０００６】
そこで、本発明の目的はクランク角を高精度にかつ確実に検出できるクランク角検出装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるクランク角検出装置は、内燃エンジンのクランクシャフトに応動して回転しかつ被検知部を備えた回転体と、前記回転体の前記被検知部の位置を検出して検知信号を発生する検出部と、を含むベルト室内のクランク角検出装置であって、前記回転体は、その周縁端部に沿って屈曲部を有し、前記回転体は、前記クランクシャフトにそのラジアル方向に相対的移動自在に係合し、且つ、前記検出部を支持するために前記ベルト室の壁に固着した支持部材にベアリングを介して回転自在に支持されており、前記ベアリング、前記被検知部、及び、前記被検知部は、前記回転体の前記屈曲部と前記支持部材を含む前記ベルト室の壁とによって形成される空間内に配置されている。かかる構成により、クランクシャフトの振動やぶれを回転体へ伝達することなくラジアル方向の回転トルクのみを伝達し、さらに回転体上に設置される被検知部と検出部との間隙長を常に一定に保持するためクランク角を高精度にかつ確実に検出できるのである。また、ベアリングへの異物の混入が低減できてベアリングの耐久性を向上できるとともに、被検知部及び検出部への異物の不着も低減できてクランク角を高精度に検出できるのである。
【０００８】
さらに、本発明によるクランク角検出装置は、前記クランクシャフトに直交する同一平面上に前記ベアリングと、前記回転体の前記被検知部と、を配置する。かかる構成によって、クランクシャフトの軸方向を大型化することなく、ベアリングと被検知部とを配置できるとともに、被検知部の回転ぶれも低減できるのである。
【０００９】
さらに、本発明によるクランク角検出装置は、前記回転体の内側空間部に前記ベアリングと、前記被検知部と、前記検出部と、を配置する。かかる構成によって、回転体の内側空間を利用して、ベアリングと、被検知部と、検出部と、をコンパクトに配置できるのである。また、被検知部及び検出部への異物の付着も低減できるので、クランク角を高精度に検出できると共に、ベアリングへの異物の侵入も低減できるので、ベアリングの耐久性も向上できて好ましい。
【００１０】
さらに、本発明によるクランク角検出装置は、前記回転体が、前記内燃エンジンのカムシャフトへのトルク伝達のためのベルトプーリを兼ねているとともに、前記ベルトプーリに形成されたベルト案内部を前記同一平面上に配置する。かかる構成によって、ベルト案内部の回転ぶれを低減できるので、被検知部の回転ぶれもさらに低減できるのである。また小型化に資するとともに部品点数及び取り付け作業工程を減少させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図３は本発明のクランク角検出装置１０６のセンサ部を示している。すなわち、クランクシャフト１に嵌合した円盤状回転体２の外周面に磁性体を塗布して円周方向において一定間隔毎に着磁された被検知部としての被検知部６が形成されている。そして、被検知部６は、例えば１度毎に設けられたＣＲＫ信号発生用の被検知部６ａ及び４気筒エンジン用として１８０度毎に形成された各気筒上死点ＴＤＣ信号発生用の被検知部６ｂからなっている。回転体２の外周面近傍には図２と同様に、回転体の被検知部６ｂの位置を検出する検出部としての検知部６ａが形成されている。
【００１２】
図４は本発明によるクランク角検出装置１０６の一実施例を示し、クランクシャフト１の中心軸を含む断面を示している。クランクシャフト１の表面の一部分には軸方向に沿って伸びる複数の溝からなるスプライン溝５を有している。一方、中央貫通孔４を有する円盤状の回転体２においては、中央貫通孔４の表面にクランクシャフト１のスプライン溝５に嵌合するような相似形状のスプライン溝５が形成されている。回転体２はその回転面に対してクランクシャフト１が垂直となるようにスプライン溝５同士を嵌合して組み合わされる。本構成によりクランクシャフト１と回転体２にあってはクランクシャフト１の中心軸方向の相対的移動は許容されないが、ラジアル方向には相対的移動が許容される一方、クランクシャフト１の回転トルクが回転体２に確実に伝達されるのである。またクランクシャフト１から回転体２へ確実に回転トルクを伝達するものであればよく、例えばクランクシャフト１に多角形断面部を成形し、これに噛合嵌合する中央貫通孔４を回転体２に形成した構成であってもよい。以上によりクランクシャフト１の回転に応動して回転体２が回転駆動される一方で、クランクシャフト１の振動が回転体２へ伝達されることを防止できるのである。さらに、回転体２は中央貫通孔４の周縁部から仕切壁１０５に向かって延出した第１の円筒部７を有し、円筒部７はクランクシャフト１と同心に形成され、かつクランクシャフト１の外径よりも僅かに大きい内径を有している。さらに円盤状の回転体２の外周縁部であって仕切壁１０５に対向する面には図３において示したと同様な磁性膜が形成され、これに被検知部６が形成されている。さらに検出部３は支持部材としてのホルダ９に固着され、ホルダ９は検出部３と被検知部６の配された回転体２の面とを対向させるように仕切壁１０５に固定されている。ホルダ９は中央部にクランクシャフト１の外径よりも大きい貫通孔を有し、回転体２の第１の円筒部７と同心円状であって貫通孔を囲む第２の円筒部８がホルダ９と一体に形成されている。さらに第１の円筒部７と第２の円筒部８は互いに対向しており、回転体２は第１の円筒部７と第２の円筒部８の間に設けられたベアリング１０によって回転自在に支持されている。ベアリング１０はボールベアリング、ローラーベアリングの如きベアリングである。すなわち、内燃エンジンのクランクシャフト１に応動して回転しかつ被検知部６を備えた回転体２と、回転体２の被検知部６の位置を検出して検知信号を発生する検出部３と、を含むクランク角検出装置１０６であって、回転体２は、検出部３を支持する支持部材９にベアリング１０を介して回転自在に支持されている。かかる構成により、クランクシャフトの振動やぶれを回転体へ伝達することなく回転トルクのみを伝達し、被検知部６と検出部３との間の間隙長を短くすることができ、高い精度でクランク角を検知することが可能となるのである。
【００１３】
なお、上記した実施例の構成において検出部３を支持する支持部材としてのホルダ９は仕切壁１０５、すなわちオイルポンプのハウジングに固定されているが、ホルダ９はオイルポンプのハウジングと一体に形成されたものであってもよい。この場合は、部品点数の削減が可能となると共に、ベアリング１０の支持剛性やベアリング１０の位置決め精度も向上する。
【００１４】
図５は、本発明の他の実施例である。クランク角検出装置１０６のクランクシャフトの中心軸を含む断面を示している。本実施例においては、回転体２の外周縁部から第１の円筒部７と同心円状に仕切壁１０５に向かって延出する第３の円筒部１１が回転体２と一体に形成されている。第３の円筒部１１の外周面には被検知部６が形成されている。すなわち、クランクシャフト１に直交する同一平面上にベアリング１０と、回転体２の被検知部６と、を配置する。かかる構成によってクランクシャフト１の軸方向を大型化することなく、ベアリング１０と被検知部６とを配置できるとともに、被検知部６の回転ぶれも低減できるのである。
【００１５】
図６は、本発明のさらなる実施例としてのクランク角検出装置１０６のクランクシャフトの中心軸を含む断面を示している。本実施例においては、被検知部６が第３の円筒部１１の内壁面に沿って円周方向に分布配置される。これに対応して検出部３は第３の円筒部１１の内壁面に対向するようにホルダ９に固着されている。すなわち、回転体２の内側空間部にベアリング１０と、被検知部６と、検出部３と、を配置する。かかる構成によって、回転体２の内側空間を利用して、クランクシャフト１の軸方向を大型化することなく、ベアリング１０と被検知部６とを配置できるとともに、被検知部６の回転ぶれも低減できるのである。また、被検知部６及び検出部３への異物の付着も低減できるので、クランク角を高精度に検出できると共に、ベアリング１０への異物の侵入も低減できるので、ベアリング１０の耐久性も向上できて好ましい。
【００１６】
図７は、本発明のさらなる実施例としてのクランク角検出装置１０６のクランクシャフトの中心軸を含む断面を示している。本実施例においては、回転体２と一体に形成された第３の円筒部１１の外周面にベルトを案内する溝であるベルト案内部１２が形成されてプーリ１０７を兼ねている。すなわち、回転体２が、内燃エンジンのカムシャフトへのトルク伝達のためのベルトプーリ１０７を兼ねているとともに、ベルトプーリ１０７に形成されたベルト案内部１２をクランクシャフト１に直交しベアリング１０と被検知部６を含む同一平面上に配置する。かかる構成によりベルト案内部１２の回転ぶれを低減できるので、被検知部の回転ぶれもさらに低減できるのである。また、ベルト案内部１２の内側空間を利用して、ベアリング１０と、被検知部６と、検出部３と、をコンパクトに配置できる。またプーリ１０７に吸排気弁を駆動するためのカムシャフトを駆動するベルトを巻架してカムシャフト駆動用プーリを別に設ける必要をなくして小型化に資するとともに部品点数及び取り付け作業工程を減少させることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のクランク角検出装置によれば、内燃エンジンのクランクシャフトに応動して回転しかつ被検知部を備えた回転体と、前記回転体の前記被検知部の位置を検出して検知信号を発生する検出部と、を含むクランク角検出装置であって、前記回転体は、前記検出部を支持する支持部材にベアリングを介して回転自在に支持されており、前記クランクシャフトから前記回転体へのトルクの伝達が前記クランクシャフトと前記回転体とのラジアル方向での相対的移動を許容するトルク伝達手段によってなされる。かかる構成により、クランクシャフトの振動やぶれを回転体へ伝達することなく回転トルクのみを伝達し、さらに回転体上に設置される被検知部と検出部との間隙長を常に一定に保持できるため当該間隙長を短く設計することができ、クランク角を高精度にかつ確実に検出できるのである。
【００１８】
さらに、本発明によるクランク角検出装置は、前記クランクシャフトに直交する同一平面上に前記ベアリングと、前記回転体の前記被検知部と、を配置する。かかる構成によって、クランクシャフトの軸方向を大型化することなく、ベアリングと被検知部とを配置できるとともに、被検知部の回転ぶれも低減できるのである。
【００１９】
さらに、本発明によるクランク角検出装置は、前記回転体の内側空間部に前記ベアリングと、前記被検知部と、前記検出部とを配置する。かかる構成によって回転体内部の内側空間を利用して、ベアリングと、被検知部と、検出部と、をコンパクトに配置できるのである。また、被検知部及び検出部への異物の付着も低減できるので、クランク角を高精度に検出できると共に、ベアリングへの異物の侵入も低減できるので、ベアリングの耐久性も向上できて好ましい。。
【００２０】
さらに、本発明によるクランク角検出装置は、前記回転体が、前記内燃エンジンのカムシャフトへのトルク伝達のためのベルトプーリを兼ねているとともに、前記ベルトプーリに形成されたベルト案内部を前記クランクシャフトに直交する同一平面上に配置する。かかる構成によってベルト案内部の回転ぶれを低減できるので被検知部の回転ぶれもさらに低減できるのである。また小型化に資するとともに部品点数及び取り付け作業工程を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃エンジンの構成概略を示す模式図である。
【図２】従来のクランク角検出装置を示す断面図である。
【図３】本発明によるクランク角検出装置の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の１つの実施例としてのクランク角検出装置を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施例としてのクランク角検出装置を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施例としてのクランク角検出装置を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施例としてのクランク角検出装置を示す断面図である。
【主要部分の符号の説明】
１ クランクシャフト
２ 回転体
３ 検出部
４ 中央貫通孔
５ スプライン溝
６ 被検知部
７ 第１の円筒部
８ 第２の円筒部
９ ホルダ
１０ ベアリング
１１ 第３の円筒部
１２ ベルト案内部

Claims (3)

1. 内燃エンジンのクランクシャフトに応動して回転しかつ被検知部を備えた回転体と、前記回転体の前記被検知部の位置を検出して検知信号を発生する検出部と、を含むベルト室内のクランク角検出装置であって、
   前記回転体は、その周縁端部に沿って屈曲部を有し、前記回転体は、前記クランクシャフトにそのラジアル方向に相対的移動自在に係合し、且つ、前記検出部を支持するために前記ベルト室の壁に固着した支持部材にベアリングを介して回転自在に支持されており、前記ベアリング、前記被検知部、及び、前記検出部は、前記回転体の前記屈曲部と前記支持部材を含む前記ベルト室の壁とによって形成される空間内に配置されていることを特徴とするクランク角検出装置。
2. 前記クランクシャフトに直交する同一平面上に前記ベアリングと、前記回転体の前記被検知部と、を配置することを特徴とする請求項１記載のクランク角検出装置。
3. 前記回転体が、前記内燃エンジンのカムシャフトへのトルク伝達のためのベルトプーリを兼ねているとともに、前記ベルトプーリに形成されたベルト案内部を前記同一平面上に配置することを特徴とする請求項２記載のクランク角検出装置。

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