JP4020360B2 - クランクシャフトの回転角度検出用のプレートの取付構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に用いられるクランクシャフトの回転角度検出用のプレートの取付構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関は、クランクシャフトの回転角度を検出することで燃料混合気の吸気や、排気、又は、点火のタイミングなどの制御を行っている。回転角度を検出するための手段としては、例えば、実公平４−４７４２４号公報などに記載されており、クランクシャフトと同期して回転する円盤状のタイミングプレートの回転量をセンサで検出する構成が知られている。
【０００３】
このようなタイミングプレートの従来の構成の一例を図６から図９に示す。なお、図６は従来のクランクシャフトの正面図であり、図７は図６のＤ−Ｄ線断面図である。さらに、図８は図６のＥ−Ｅ線断面図であり、図９は図７の部分Ｆの拡大図である。
図６、及び、図７に示すように、タイミングプレート１２１は、中央部分に開口部を有し、この開口部をクランクシャフト１０１の段差部１１３ａに嵌合させた後に三つのボルト１４１，１４２，１４３でクランクアーム１１３、及び、クランクウェイト１１４にそれぞれ締結されている。従って、内燃機関が稼動してクランクシャフト１０１が回転すると、タイミングプレート１２１も一体となって回転する。また、タイミングプレート１２１の外周部分には切欠きによって多数の被検出歯１２４が形成されており、エンジンの本体側には電磁ピックアップを備えたセンサが被検出歯１２４に近接させて固定されている。クランクシャフト１０１が回転すると被検出歯１２４はシャフト軸１１１を中心として回転するので、被検出歯１２４がセンサの前を通過する時間間隔や、被検出歯１２４の検出数をセンサで取得すると、クランクシャフト１０１の回転角度を検出できる。
【０００４】
このタイミングプレート１２１は、センサで検出する回転角度の精度を高めるために、クランクシャフト１０１のシャフト軸１１１に対する芯出しを行うと共に、周方向の位相決めを行うことが必要である。このため、図９に示すように、タイミングプレート１２１の芯出しは、開口部を形成する内周１２２ａを、ジャーナル部１１１ａからクランクアーム１１３、クランクウェイト１１４にかけて形成された段差部１１３ａに突き当てることで行われている。なお、タイミングプレート１２１の開口部の内周１２２ａが嵌め合わせられる段差部１１３ａには、内周１２２ａの乗り上げを防止するための逃げ溝１１３ｂが全周に渡って形成されている。また、周方向の位相決めは、クランクアーム１１３の所定位置に装着されるノックピン１４４により行われる。より具体的には、図８に示すように、ノックピン１４４の突出部１４８をタイミングプレート１２１に形成された長穴１２５に挿通させることにより行っている。この長穴１２５は、図６に示すようにタイミングプレート１２１の半径方向に長軸を有し、短軸がノックピン１４４の突出部１４８の外径とほぼ同じ長さを有しているので、タイミングプレート１２１の周方向の位相決めを行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにしてタイミングプレート１２１の芯出しを行うと、段差部１１３ａに逃げ溝１１３ｂを形成する必要があるので、加工に手間がかかるという問題があった。
また、このような逃げ溝１１３ｂからなるアール形状を有する隅部は、応力が集中し易いという問題を有している。このことから、隅部を硬化させるための表面処理（熱処理、ロール加工など）を施さなければならなかった。
従って、本発明は、内燃機関のタイミング制御のために用いられるプレートが取り付けられたクランクシャフトの製造工程を簡略化しつつ、プレートを確実に取り付けることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する請求項１に係る発明は、内燃機関のクランクシャフトの回転角度を検出するための凸部が外周に配列されたリング状のプレートを前記クランクシャフトに締結部材により固定する取付構造であって、前記プレートは、中央部分に開口部を有し、前記開口部の内径は、前記クランクシャフトのうち前記開口部の内周に対面する部分の外径よりも大きく、前記プレートは、前記クランクシャフトに対して所定の遊びをもって挿入された状態で、前記クランクシャフトに装着された複数のノックピンにより位置決めされ、前記プレートの中心軸と前記クランクシャフトの回転軸とが一致させられ、かつ、前記プレートの周方向の位相が固定されることを特徴とする。
【０００７】
このような取付構造は、クランクシャフトに対して所定の遊びをもって挿入されるプレートに設けられた複数の位置決め穴のそれぞれに、位置決め穴の径とほぼ等しい外径を有するノックピンを挿通させることで、クランクシャフトに対するプレートの周方向の固定、及び、プレートの芯出しを行うことができるので、クランクシャフトの工数の削減が可能であると共に、クランクシャフトの強度低下を抑制することが可能である。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のクランクシャフトの回転角度検出用のプレートの取付構造において、締結部材は、クランクアームにプレートを締結する第一ボルトと、クランクウエイトの周方向の両端部においてクランクウエイトと前記プレートとを締結する第二ボルト、及び、第三ボルトからなり、ノックピンは、前記クランクウエイトの周方向の両端部であって前記第二ボルト及び前記第三ボルトの近傍にそれぞれ装着されることとした。
【０００９】
このような取付構造は、クランクウエイトの周方向の両端部に締結部材を配置することで、プレートの締結強度を高めることができる。しかも、ノックピン及びノックピン受け座部をクランクアーム側に設けた場合と比較して、クランクウエイトの軽量化に寄与することができると共に、ノックピン間の距離を長く確保できるので、位置決め精度が向上する。さらに、締結部材によるクランクシャフトに対するプレートの締結作業を行う際に、作業者がノックピンの装着の有無を目視で容易に確認することができる。このような締結部材とノックピンの配置は、ノックピンの装着忘れを防止し、プレートの位置決めを確実に行わせるものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載のクランクシャフトの回転角度検出用のプレートの取付構造において、締結部材は、クランクアームとプレートとを締結する第一ボルトと、クランクウェイトの周方向の両端部においてクランクウェイトとプレートとを締結する第二ボルト、及び、第三ボルトとからなり、ノックピンは、クランクウェイトをクランクアームに対して下側に位置させた場合に、第二ボルト、及び、第三ボルトのそれぞれ直下方に位置する構造にした。
【００１１】
このような取付構造は、請求項２と同様な作用効果を奏することに加えて、一層ノックピンの装着確認が容易であると共に、一層クランクウエイトの軽量化に寄与する。
また、前記ノックピンは、前記クランクシャフトに設けられた装着穴の内径とほぼ等しい外径を有する部分と、前記プレートに設けられた位置決め穴の内径とほぼ等しい外径を有する部分と、を備えるのが好ましい。
また、前記ノックピンは、前記クランクシャフトに設けられた装着穴の内径とほぼ等しい外径を有する大径部と、前記プレートに設けられた位置決め穴の内径とほぼ等しい外径を有する小径部と、を備え、前記小径部の外径は前記大径部の外径よりも小さいのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図１はプレートが取り付けれたクランクシャフトを備える内燃機関の構成を示す図である。図２は図１の一部拡大図であり、クランクシャフトの正面図である。図３は図２のＡ−Ａ線断面図でありクランクシャフトの側面の一部拡大断面図である。図１に示すように、クランクシャフト１を備える内燃機関であるエンジン２は、燃料混合気を燃焼させることにより発生するピストン３の往復運動をクランクシャフト１の回転運動に変換する機構を有しており、クランクシャフト１はクランクケース４内に収容されている。
【００１３】
図２及び図３に示すように、クランクシャフト１は、シャフト軸１１を回転軸とし、回転軸からオフセットした位置にあるクランクピン１２をクランクアーム１３でシャフト軸１１に連結させると共に、回転時のアンバランス量を打ち消すための錘であるクランクウェイト１４をクランクピン１２と対向する位置に備えている。クランクシャフト１は、シャフト軸１１のジャーナル部１１ａにおいて、図示しないメインベアリングを介してクランクケース４に回転可能に軸支されており、クランクピン１２にはピストン３（図１参照）から揺振可能に延設されるコネクティングロッド５が連結される。なお、シャフト軸１１の一端部には、タイミングベルトを駆動させるためのクランクシャフトプーリが固定され、他端部には、フライホイールが固定される。
【００１４】
図３に示すようにクランクアーム１３は、ジャーナル部１１ａ側の端面に、後に詳細を説明するタイミングプレート２１を締結させるための段差部１３ａと平坦部１３ｂとを有している。平坦部１３ｂは、回転軸に垂直な平面であり締結部材である第一ボルト４１をねじ込むためのねじ穴１３ｃが形成されている。一方、段差部１３ａは、図２に示すように周方向に沿って円弧状に形成されており、平坦部１３ｂとの境界はなだらかな曲面になっている。
【００１５】
クランクウェイト１４は、図２に示すように、シャフト軸１１を中心としてクランクピン１２から反対側においてシャフト軸１１から延設されている。そして、図３に示すように、クランクウェイト１４のジャーナル部１１ａ側の端面には、タイミングプレート２１を締結させるための段差部１４ａと平坦部１４ｂとを有している。段差部１４ａは、周方向に沿って円弧状に形成されており、平坦部１４ｂとの境界はなだらかな曲面になっている。平坦部１４ｂは、回転軸に垂直な平面であり締結部材である第二、第三ボルト４２，４３をねじ込むためのねじ穴（不図示）が形成されている。
【００１６】
本実施形態においてクランクシャフト１の回転角度を検出する手段は、図３に示すジャーナル部１１ａに連なるクランクアーム１３、及び、クランクウェイト１４にそれぞれ締結され、取り付けられたタイミングプレート２１と、図１に示すクランクケース４に固定されたセンサ３１と、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）とを含んで構成されている。
【００１７】
図２及び図３、並びに、図３の部分Ｃの拡大図である図５に示すようにタイミングプレート２１は、中央部分に開口部２２を有するリング形状をなしている。この開口部２２の径は、クランクアーム１３に形成された段差部１３ａの外形、及び、クランクウェイト１４に形成された段差部１４ａの外径よりも大きい。従って、タイミングプレート２１は、シャフト軸１１、及び、段差部１３ａ、並びに、段差部１４ａに遊嵌しており、後に説明する締結部材等によりクランクシャフト１に取り付けられている。また、タイミングプレート２１の外周部は、クランクアーム１３、及び、クランクウェイト１４に沿うように、シャフト軸１１の軸方向に折り曲げられている。折り曲げにより形成される曲部の近傍から先端にかけては、切り欠き２３によって、凸部である被検出歯２４が形成されている。この被検出歯２４は、一部を除いて、外周に沿って等間隔に配置されている。被検出歯２４が等間隔に形成されていない部分２５は、数個分の被検出歯２４に相当する長さを有し、クランクシャフト１の回転角度を検出する際の基準点として用いられる。なお、符号２６は、タイミングプレート２１を取り付けた後のクランクシャフト１全体のバランスを調整するために形成されたバランス調整穴である。
【００１８】
このようなタイミングプレート２１をクランクシャフト１に取り付ける取付構造としては、タイミングプレート２１をクランクシャフト１に強固に取り付けるための締結部材である第一ボルト４１、第二ボルト４２、及び、第三ボルト４３と、クランクシャフト１に対するタイミングプレート２１の位置決めを行うためのノックピン４４，４５とがあげられる。なお、本実施形態において位置決めとは、タイミングプレート２１の中心軸とクランクシャフト１の回転軸とを一致させること、及び、タイミングプレート２１の周方向の位相を所定位置に固定することである。
【００１９】
第一ボルト４１は、クランクアーム１３とタイミングプレート２１とを締結させており、その締結位置はクランクアーム１３の周方向における中心位置である。第二ボルト４２、及び、第三ボルト４３は、クランクウェイト１４とタイミングプレート２１とを締結させている。第二ボルト４２と第三ボルト４３のそれぞれの締結位置は、クランクウェイト１４の周方向における端部、つまり、周方向からみて位相差が最も大きくなるような位置である。このような締結部材の配置でタイミングプレート２１を締結させて、クランクシャフト１に取り付けることで、タイミングプレート２１の締付剛性を高めることができる。
【００２０】
ノックピン４４，４５は、図２に示すように、タイミングプレート２１がクランクウェイト１４に重ね合わされる領域に装着されている。ノックピン４４，４５は、図２のＢ−Ｂ線断面図である図４に示すようにクランクウェイト１４に形成された受け座部である装着穴４６に装着される大径部４７と、クランクウェイト１４から突出し、タイミングプレート２１に形成された位置決め穴２５を貫通する小径部４８とを有している。大径部４７は、装着穴４６の内径とほぼ等しい外径を有する円柱であり、装着穴４６の深さ方向に摺動可能である。小径部４８は、大径部４７よりも相対的に小さい外径の円柱であり、タイミングプレート２１の位置決め穴２５の径とほぼ等しい外径を有している。
【００２１】
ノックピン４４，４５、装着穴４６、及び、位置決め穴２５は、所定の精度で加工されているので、クランクウェイト１４にノックピン４４，４５を挿入した状態でタイミングプレート２１を取り付けると、位置決め穴２５とノックピン４４，４５とが嵌め合い状態になる。さらに、ノックピン４４，４５が二つあることで各ノックピン４４，４５まわりの回転も防止される。よって、タイミングプレート２１の半径方向の位置、及び、周方向の位相が固定され、所定位置にタイミングプレート２１が位置決めされる。なお、位置決め穴２５の開口径は、ノックピン４４，４５の大径部４７の外径よりも小さくなっているので、ノックピン４４，４５が抜け落ちることはない。
【００２２】
また、ノックピン４４，４５の装着位置は、図２に示すように第二ボルト４２、第三ボルト４３の締め付け位置の近傍であることが望ましい。このようにすると、第二ボルト４２、第三ボルト４３の締め付け作業中にノックピン４４，４５の存在を容易に確認できるからである。このような観点からは、クランクアーム１３に対して下側にクランクウェイト１４が位置するようにクランクシャフト１を配置した状態で、クランクピン４４，４５が第二ボルト４２、第三ボルト４３のそれぞれの直下方に装着穴４６があることが望ましい。第二ボルト４２、第三ボルト４３の締結作業中にノックピン４４，４５の装着の確認がさらに容易になるからである。また、図示しないが、ノックピン４４を第二ボルト４２の側方で、ノックピン４４と第二ボルト４２とが並ぶように装着し、ノックピン４５を第三ボルト４３の側方で、ノックピン４５と第三ボルト４３とが並ぶように装着しても同様な効果を得ることができる。
【００２３】
一方、クランクシャフト１の回転量を検出するセンサ３１は、剛性の高いクランクケース４のロアケース４ａに固定されており、電磁ピックアップを備えている。この電磁ピックアップは、永久磁石の周りにコイルを設け、磁束の変化により電圧を誘起する一種の交流発電機である。従って、クランクシャフト１の回転時に、一体となって回転するタイミングプレート２１の被検出歯２４が近接すると磁束変化により高い電圧（出力信号）を出力し、被検出歯２４が離れる（切り欠き２３が近接する）と相対的に低い電圧を出力する。なお、センサ３１が、クランクシャフト１を支持すべきベアリングキャップが一体に形成されたロアケース４ａに固定、すなわち、剛性の高いクランクケース４のロアケース４ａに固定されることで、被検出歯２４を精度良く検出できることも本実施形態の特徴の一つである。
【００２４】
ＥＣＵは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、メモリなどから構成されており、センサ３１で誘起する電圧の変化をパルス信号として取得し、パルス数をカウントしたり、パルス間隔を計測したりすることで、クランクシャフト１の回転角度や、回転数を導き、スパークプラグを放電させるタイミングなどを制御する制御信号を出力する。
【００２５】
このようなタイミングプレート２１の位置決めは、二つのノックピン４４，４５により行われるので、タイミングプレート２１の開口部２２で位置決めを行う必要がなくなり、開口部２２の形状を精度良く加工する必要がない。さらに、タイミングプレート２１が段差部１３ａ，１４ａに乗り上げることを防止するための逃げ溝を設ける必要もなくなるので、応力集中を抑制でき、クランクアーム１３やクランクウェイト１４の強度を充分に確保することができる。
また、タイミングプレート２１の外周部をクランクアーム１３、クランクウェイト１４に沿うように折り曲げているので、全体の径をコンパクトにまとめることができ、かつ、タイミングプレート２１の剛性を高めることができる。
さらに、ノックピン４４，４５を第二ボルト４２、第三ボルト４３の近傍に装着することでノックピン４４，４５の装着状態を容易に確認できるので、ノックピン４４，４５の装着を忘れ、位置決めされないままでタイミングプレート２１がクランクシャフト１に取り付けられることを確実に防止することができる。
【００２６】
なお、ボルト４１，４２，４３の数や、ノックピン４４，４５の数、又は、これらの配置については適宜選択することができる。また、ノックピン４４，４５は圧入によりクランクウェイト１４に装着されても良い。
また、第二ボルト４２とノックピン４４の上下関係、及び、第三ボルト４３とノックピン４５の上下関係を逆転させても良い。すなわち、第一ボルト４１、第二ボルト４３、及び、第三ボルト４３を１２０°間隔（等間隔）で配置することで、タイミングプレート２１の締結剛性が向上すると共に、ノックピン４４，４５を第二ボルト、及び、第三ボルト４３の上側スペースであるクランクウエイト１４におけるクランクアーム１３側の両端部に配置すれば、スペースの有効活用が可能である。さらに、第一ボルト４１、第二ボルト４２、及び、第三ボルト４３は同一部品が用いられているが、第一ボルト４１のねじ部の径よりも、第二ボルト４２、及び、第三ボルト４３のねじ部の径を小さくすることで、クランクウエイト１４の大径化を抑制することもできる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の請求項１によれば、プレートをクランクシャフトに確実に取り付けることができる。また、クランクシャフトとプレートとの嵌め合いによるクランクシャフトの強度低下や、製造作業の手間を省略することができ、クランクシャフトの製造コストの低減を図ることができる。
本発明の請求項２によれば、プレートの位置決め精度を向上させることができる。さらに、ノックピンによる位置決めが行われていることを容易に確認することができる。
本発明の請求項３によれば、クランクシャフトへのプレートの締付強度を大きくとることができ、ノックピンの装着の有無の確認がさらに容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるプレートが取り付けられたクランクシャフトを備える内燃機関の構成を示す図である。
【図２】図１の一部拡大図であり、クランクシャフトの正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図であり、クランクシャフトの側面を示す図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図であり、ノックピンの装着状態を示す図である。
【図５】図３の部分Ｃの拡大図である。
【図６】従来のクランクシャフトの正面図である。
【図７】図６のＤ−Ｄ線断面図であり、クランクシャフトの側面を示す図である。
【図８】図６のＥ−Ｅ線断面図であり、ノックピンの装着状態を示す図である。
【図９】図７の部分Ｆの拡大図である。
【符号の説明】
１ クランクシャフト
１１ シャフト軸
１３ クランクアーム
１３ａ 段差部
１４ クランクウェイト
１４ａ 段差部
２１ タイミングプレート
２２ 開口部
２４ 被検出波
２５ 位置決め穴
３１ センサ
４１ 第一ボルト（締結部材）
４２ 第二ボルト（締結部材）
４３ 第三ボルト（締結部材）
４４，４５ ノックピン

Claims (5)

1. 内燃機関のクランクシャフトの回転角度を検出するための凸部が外周に配列されたリング状のプレートを前記クランクシャフトに締結部材により固定する取付構造であって、
   前記プレートは、中央部分に開口部を有し、
   前記開口部の内径は、前記クランクシャフトのうち前記開口部の内周に対面する部分の外径よりも大きく、
   前記プレートは、前記クランクシャフトに対して所定の遊びをもって挿入された状態で、前記クランクシャフトに装着された複数のノックピンにより、前記プレートの中心軸と前記クランクシャフトの回転軸とが一致させられ、かつ、前記プレートの周方向の位相が固定されることを特徴とするクランクシャフトの回転角度検出用のプレートの取付構造。
2. 前記締結部材は、クランクアームに前記プレートを締結する第一ボルトと、クランクウエイトの周方向の両端部において前記クランクウエイトと前記プレートとを締結する第二ボルト、及び、第三ボルトからなり、前記ノックピンは、前記クランクウエイトの周方向の両端部であって前記第二ボルト及び前記第三ボルトの近傍にそれぞれ装着されることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの回転角度検出用のプレートの取付構造。
3. 前記締結部材は、クランクアームと前記プレートとを締結する第一ボルトと、クランクウェイトの周方向の両端部において前記クランクウェイトと前記プレートとを締結する第二ボルト、及び、第三ボルトとからなり、前記ノックピンは、前記クランクウェイトを前記クランクアームに対して下側に位置させた場合に、前記第二ボルト、及び、前記第三ボルトのそれぞれ直下方に位置することを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの回転角度検出用のプレートの取付構造。
4. 前記ノックピンは、前記クランクシャフトに設けられた装着穴の内径とほぼ等しい外径を有する部分と、前記プレートに設けられた位置決め穴の内径とほぼ等しい外径を有する部分と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のクランクシャフトの回転角度検出用のプレートの取付構造。
5. 前記ノックピンは、前記クランクシャフトに設けられた装着穴の内径とほぼ等しい外径を有する大径部と、前記プレートに設けられた位置決め穴の内径とほぼ等しい外径を有する小径部と、を備え、前記小径部の外径は前記大径部の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のクランクシャフトの回転角度検出用のプレートの取付構造。

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