JP4321504B2

JP4321504B2 - 内燃機関のカム角センサ取付構造

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Publication number: JP4321504B2
Application number: JP2005213576A
Authority: JP
Inventors: 英明遠山; 紳野村; 広直禰津
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2025-07-25
Also published as: KR20070013224A; KR100794093B1; EP1748168B1; CN1904332B; US20070017282A1; EP1748168A2; EP1748168A8; EP1748168A3; JP2007032309A; US7343889B2; KR20070115854A; CN1904332A

Description

本発明は、内燃機関のカムシャフトの回転角を検出するためのカム角センサの取付構造に関する。

内燃機関には、吸・排気弁のカムシャフトの回転角（位置）を検出するためのカム角センサが設けられる。カム角センサは、カムシャフトの後端部に設けられた被検出部としてのシグナルプレートの径方向外方に配置され、このシグナルプレートに形成された突起や溝を感知する。このカム角センサは、シリンダヘッド（特許文献１参照）、シリンダヘッドの上面開口を覆うヘッドカバー、あるいはシリンダヘッドとともにカムシャフトを回転可能に挟持するカムブラケットやヘッドアッパ（特許文献２参照）等に取り付けられる。
特許第３４３１５０５号公報特開２００５−１１３８５０号公報

カム角センサをシリンダヘッドに取り付ける場合、シリンダヘッドの上側には、このシリンダヘッドの上面開口を覆うヘッドカバーが存在するため、必然的に、カム角センサ及びその取付部位がシグナルプレートの側方から下方の領域、つまりシリンダヘッドの側方から下方領域に配置されることとなる。近年では内燃機関の小型化が特に求められており、上述したようにシリンダヘッドの側方から下方領域にカム角センサの取付スペースを確保することは非常に困難である。また、例えば吸気弁と排気弁の双方にバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更機構（ＶＴＣ）を適用し、吸気側と排気側の双方のカムシャフトに対してカム角センサを適用する場合、シリンダヘッドの排気側の側壁に取り付けられる高温な排気マニホールドの近傍に排気側のカム角センサが配置されることとなり、カム角センサの読み取り精度・信頼性・耐久性の低下を招くおそれがある。カム角センサの取付部位をシリンダヘッドの後壁に設定すると、カムシャフトの後端に取り付けられるシグナルプレートに対してカム角センサが後方に配置される軸方向読み取り方式となる。このような軸方向読み取り方式は、カム角センサをシグナルプレートの径方向外方に配置する周方向読み取り方式に比して、カムシャフトのスラスト方向がたつきや熱膨張等に起因するシグナルプレートの軸方向位置ずれによって、シグナルプレートとカム角センサ間の距離（ギャップ）が変化するために、読み取り精度が低いという問題がある。カム角センサが斜め下方から組み付けられる構造とすると、カム角センサの先端の感知部が斜め上向きとなるため、この感知部に粉塵やオイル等の異物が溜まり、汚損や故障の原因となるおそれがある。

カム角センサをヘッドカバーに取り付ける場合、カム角センサをシグナルプレートの（鉛直）上方に配置することができる。従って、周方向読み取り方式で、かつ、カム角センサを上方より取り付けることができ、作業性・メンテナンス性に優れるとともに、カム角センサの先端の感知部が下向きとなるため、上記のように感知部に粉塵やオイル等の異物が溜まることがない。但し、カム角センサをヘッドカバーに取り付けるためには、カム角センサを保持するための剛性を確保するために、例えばアルミ合金のような金属製のヘッドカバーとする必要があり、樹脂製のヘッドカバーに比して、重量，コスト及び形状自由度の面で不利である。また、機関振動等によるセンサ読取精度の低下を招くことのないように、ヘッドカバーを堅牢にシリンダヘッドに固定しなければならず、例えばアルミダイカスト製のヘッドカバーとし、その取付構造を剛な取付構造、つまりリジット（又はセミフローティング）構造とする必要がある。このため、例えばフルフローティング方式のようなソフトマウント構造を採用できる樹脂製のヘッドカバーを用いる場合に比して、重量・コスト及び音振性の点でも不利となる。

カムブラケットにカム角センサを取り付ける場合、カムブラケットにはカムシャフトやフロント（リヤ）カバーから比較的大きな荷重が作用するために、その変形による読み取り精度の低下を招くおそれがあり、カム角センサの取付部材としては不利といえる。気筒列の全てのカムブラケットを一体化したラダーフレーム形状の一体型カムブラケット（ヘッドアッパ）は、剛性が高い点ではカム角センサの取付部材として有利であるが、重量増加や大型化の課題が残る。また、このようなカムブラケットは一般的には液体ガスケットを挟んでシリンダヘッドに上面に固定されるが、このような液体ガスケットはつぶれ量が必ずしも一定（均一）でなく、このつぶれ量のばらつきによりセンサの上下方向位置が変動するため、読み取り精度の点でも不向きといえる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、ヘッドカバーの小型・軽量化と、カム角センサの精度向上と、を高いレベルで両立し得る新規な内燃機関のカム角センサ取付構造を提供するものである。

内燃機関のシリンダヘッドの上面開口を覆うヘッドカバーを備えるとともに、シリンダヘッドに回転可能に支持されるカムシャフトの被検出部を感知して、カムシャフトの回転角を検出するカム角センサを備える内燃機関のカム角センサ取付構造において、上記カム角センサが取り付けられるセンサブラケットが、上記シリンダヘッドに剛に固定されるとともに、上記カムシャフトを回転可能に支持するカムブラケットとは異なる部材であって、上記カムブラケットとは異なる位置に配置され、上記ヘッドカバーが、上記シリンダヘッド及びセンサブラケットに対してソフトマウントされている。

ヘッドカバーのヘッドアッパ及びセンサブラケットへの取付構造を、フルフローティング等のソフトマウント構造とすることにより、音振性が向上するとともに、このヘッドカバーを軽量かつ安価な合成樹脂製とすることができ、かつ、シリンダヘッドに対して剛に取り付けられるセンサブラケットにカム角センサが取り付けられるため、カム角センサをシリンダヘッド側に剛な状態で取り付けることができ、ソフトマウントされるヘッドカバーに取り付ける場合に比して、その検出精度を向上することができる。このように、ヘッドカバーの合成樹脂化等のよる小型・軽量化と、カム角センサの精度向上と、を高いレベルで両立することができる。

図１〜図６は、本発明の第１実施例に係るカム角センサの取付構造が適用された内燃機関を示している。この内燃機関は、吸気側（ＩＮＴ側）をバンク内側、排気側（ＥＸＨ側）をバンク外側とするＶ型６気筒エンジンであって、横置き姿勢で車両前側のエンジンルームに搭載される。なお、本明細書での「上」「下」は、基本的にはシリンダの上下を基準とするものであり、「前」「後」は内燃機関の前後方向・気筒列方向を基準とするものである。なお、必要に応じて、吸気側の構成要素には参照符号の後に「Ｉ」を、排気側の構成要素には参照符号の後に「Ｅ」を付記している。

シリンダヘッド１０は、アルミ合金により鋳造され、上方に向けて開口する上面開口１１を有する。この上面開口１１を覆うように、シリンダヘッド１０の上部にヘッドカバー（ロッカーカバーやカムカバーとも呼ぶ）１２が複数のボルトボス部４０でボルトにより固定される。このヘッドカバー１２は、軽量かつ安価な合成樹脂材料により一体的に型成形されるもので、振動・異音を生じることのないように、音振性に優れた、いわゆるフルフローティング（又はセミフローティング）の取付構造によってシリンダヘッド１０にソフトマウントされている。すなわち、ヘッドカバー１２のフランジ状の下面開口周縁部１３に形成されたガスケット溝１４にはガスケット１５が装着され、このガスケット１５によって、下面開口周縁部１３と、これに対向するシリンダヘッド１０のフランジ状の上面開口周縁部１６と、が所定の隙間１７を確保した状態で全周にわたって液密に密閉されている。

シリンダヘッド１０には、カム軸受部１８に固定される複数のカムブラケット（図示省略）を用いて吸気カムシャフト１９Ｉ及び排気カムシャフト１９Ｅが回転可能に支持される。周知のようにカムシャフト１９Ｉ，１９Ｅはタイミングチェーン等を介してクランクシャフトに連動して回転し、カムシャフト１９Ｉ，１９Ｅの回転に応じて吸・排気弁が開閉作動する。また、図示していないが、クランクシャフトの回転角（ＣＡ）に対するカムシャフト１９Ｉ，１９Ｅの位相を変更可能なバルブタイミング変更機構が、吸気側及び排気側の双方に設けられる。

図４や図５に示すように、吸・排カムシャフト１９Ｉ，１９Ｅの後端部にはそれぞれシグナルプレート２０Ｉ，２０Ｅが設けられている。各シグナルプレート２０には、被検出部としての複数の信号突起２１が周方向に間欠的に形成されている。また、各シグナルプレート２０Ｉ，２０Ｅの径方向外方にカム角センサ２２Ｉ，２２Ｅがそれぞれ設けられている。各カム角センサ２２は、例えば周知のＰＨＡＳＥセンサであって、先端の感知部２３でシグナルプレート２０の信号突起２１を感知することにより、カムシャフト１９の回転角を検出するようになっている。また、図示していないが、クランクシャフトのクランク角やエンジン回転数を検出するクランク角センサが設けられており、これらクランク角センサとカム角センサ２２の検出信号に基づいて、各気筒毎の燃料噴射タイミングや点火タイミングが制御されるとともに、上記のバルブタイミング変更機構による吸気弁や排気弁のバルブタイミングが制御される。

シリンダヘッド１０の上面後部には、カム角センサ２２が取り付けられるセンサブラケット２４が取り付けられる。このセンサブラケット２４は、アルミ合金又は鋳鉄等のようにシリンダヘッド１０と同等の剛性・強度を有する金属材料により形成されており、略円筒状をなす３つのブラケットボス部２５でボルトによってシリンダヘッド１０のボルトボス部２６に強固かつ堅牢に固定され、つまりシリンダヘッド１０に剛に取り付けられる。なお、シリンダヘッド１０の上面開口周縁部１６にガスケット１５が配置される幅を全周にわたって確保するように、上記のボルトボス部２６はシリンダヘッド１０の内壁より内方へ張り出すように形成されている。また、センサブラケット２４には、上記のブラケットボス部２５の上縁に接続する略平坦な平坦部２８が設けられ、この平坦部２８に、カム角センサ２２が嵌合・保持される略円筒状の一対のセンサ取付ボス２９Ｉ，２９Ｅが形成されている。このようにセンサブラケット２４は、シリンダヘッド１０の上面周縁部１６に対し、シリンダヘッド１０の両側壁及び後壁中央部の三箇所で堅牢に固定され、つまりシリンダヘッド１０の両側壁及び後壁に架け渡された状態でシリンダヘッド１０の上方に安定して支持されており、シリンダヘッド１０の後部側を補強するための補強部材としても機能している。

カム角センサ２２は、シグナルプレート２０を指向する先端の感知部２３が下向きとなる姿勢で、上方よりセンサ取付ボス２９Ｉ，２９ＥにＯリング４１を介して液密に組み付けられる。このカム角センサ２２には、センサ取付ボス２９の側方に付帯形成されたセンサブラケット２４のセンサ用ボス部３０にボルトで固定されるフランジ部４２が設けられ、このフランジ部４２上にコネクタ部４３が設けられる。組付状態でのカム角センサ２２は、シグナルプレート２０と同一軸直交面上であって、かつ、シグナルプレート２０の半径方向外方に配置される。

図１にも示すようにヘッドカバー１２はボス部３１でセンサブラケット２４のボス部３２に取り付けられる。このヘッドカバー１２は、センサブラケット２４に対してもソフトマウントされている。詳しくは、センサブラケット２４の平坦部２８の外周にはフランジ状の上面外周縁部３５が設けられる。一方、ヘッドカバー１２の上面後部にはブラケット開口部３３が２箇所に開口形成され、ブラケット開口部３３の裏面開口周縁部３４にはガスケット溝３６が形成されている。このガスケット溝３６に装着されるガスケット３７によって、上記の上面外周縁部３５と裏面開口周縁部３４とが所定の隙間３８を確保した状態で全周にわたって密封・シールされている。このように、ヘッドカバー１２は、シリンダヘッド１０及びセンサブラケット２４の双方に対して上方よりフルフローティング状態で取り付けられている。

以上のような本実施例によれば、以下に列記する特徴的な作用効果を奏する。

シリンダヘッド１０に剛に取り付けられる金属製のセンサブラケット２４にカム角センサ２２を取り付けており、これらシリンダヘッド１０やセンサブラケット２４に対してヘッドカバー１２をソフトマウントしている。つまり、このヘッドカバー１２を軽量かつ安価な合成樹脂製とし、その取付構造を音振性に優れたフルフローティングつまりソフトマウント構造としている。このように、センサブラケット２４を介してカム角センサ２２を安定的に保持して検出精度の向上を図りつつ、ソフトマウント構造のヘッドカバー１２の合成樹脂化により軽量化・低コスト化及び音振性の向上等を図ることができる。

センサ取付ボス２９がシグナルプレート２０の径方向外方に配置された、いわゆる周方向読取り方式であるため、軸方向読取り方式に比して検出精度に優れている。また、カム角センサ２２を、その感知部２３が下方へ向かう姿勢で、センサ取付ボス２９に上方側から取り付けることができ、カム角センサ２２の取付作業及びメンテナンス作業が容易で、かつ、感知部２３に異物が混入したり溜まることがなく、上記の異物によるカム角センサ２２の汚損・故障を招くことがない。

閉環状のガスケット１５によりシリンダヘッド１０の上面開口周縁部１６とヘッドカバー１２の下面開口周縁部１３とを全周にわたってシールするようになっており、後述する第２実施例のような三叉路・三つ又状のシール乗継ぎ部分のないシール構造であるために、シール性に優れている。ガスケット３７によるヘッドカバー１２とセンサブラケット２４とのシール構造も同様である。

また、この第１実施例では、吸・排気双方にセンサ取付ボス２９が設けられたセンサブラケット２４を、左右バンクで同様に用いることができる。従って、左右バンクで異なるセンサブラケットを用いる場合に比して、部品種類を削減できる。そして、車両搭載状態でのエンジンフード等により規制される機関全高を抑制するように、一方のセンサ取付ボス２９Ｉをシリンダ軸線に対して傾斜させている。なお、図１〜図６に示す一方のバンク側では傾斜するセンサ取付ボス２９Ｉが吸気側となっているが、図示しないもう一方のバンク側では傾斜するセンサ取付ボス部が排気側となる。

図７及び図８は本発明の第２実施例に係るカム角センサの取付構造が適用された内燃機関を示している。この内燃機関は、直列４気筒エンジンであって、横置き姿勢で車両前側のエンジンルームに搭載される。従って、車両組付状態ではシリンダ軸方向に沿う機関上下方向と鉛直方向とがほぼ一致する。

第１実施例と同様に、センサブラケット２４Ａはシリンダヘッド１０に剛に固定される一方、ヘッドカバー１２Ａはシリンダヘッド１０及びセンサブラケット２４Ａにソフトマウントされる。但し、上記の第１実施例では、センサブラケット２４が固定されたシリンダヘッド１０の上面開口１１を覆うようにヘッドカバー１２が取り付けられており、ブラケット開口部３３を除いてセンサブラケット２４全体がヘッドカバー１２により覆われる形態となっているのに対し、この第２実施例では、シリンダヘッド１０に合成樹脂製のヘッドカバー１２Ａとセンサブラケット２４Ａとが気筒列方向（図７及び図８の左右方向）に隣り合う状態で固定されている。つまり、センサブラケット２４Ａがシリンダヘッド１０の上面開口１１の後部側の一部を覆うもので、ヘッドカバー１２Ａの一部を構成しているとも言える。

ヘッドカバー１２Ａ及びセンサブラケット２４Ａのフランジ状の下面開口周縁部１３Ａと、シリンダヘッド１０のフランジ状の上面開口周縁部１６とは、液体ガスケット１５Ａにより全周にわたってシールされている。また、ヘッドカバー１２Ａの後面開口周縁部５１と、センサブラケット２４Ａの前面開口周縁部５２とはガスケット５３により隙間５３を確保した状態で密封されている。

この第２実施例では、ヘッドカバー１２Ａの一部をセンサブラケット２４Ａとして別体化した形となっており、第１実施例に比して軽量かつコンパクトであるものの、ガスケット１５Ａ，５３が三つ又状に交差するシール乗継ぎ部５４があり、上記第１実施例に比してシール性の面では不利である。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、シグナルプレートやセンサブラケットを機関前側に設けても良い。

本発明の第１実施例に係るカム角センサ取付構造を適用した内燃機関を示す図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。上記第１実施例の内燃機関を示す上面図。上記第１実施例の内燃機関を示す斜視図。上記第１実施例の内燃機関をヘッドカバーを外した状態で示す斜視図。上記第１実施例の内燃機関をヘッドカバーを外した状態で示す後面図。上記第１実施例の内燃機関をヘッドカバーを外した状態で示す上面図。本発明の第２実施例に係るカム角センサ構造を適用した内燃機関を示す上面図。図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

符号の説明

１０…シリンダヘッド
１２…ヘッドカバー
１５…ガスケット（第１のガスケット）
２０…シグナルプレート
２４…センサブラケット
２２…カム角センサ
３３…ブラケット開口部
３７…ガスケット（第２のガスケット）

Claims

内燃機関のシリンダヘッドの上面開口を覆うヘッドカバーを備えるとともに、シリンダヘッドに回転可能に支持されるカムシャフトの被検出部を感知して、カムシャフトの回転角を検出するカム角センサを備える内燃機関のカム角センサ取付構造において、
上記カム角センサが取り付けられるセンサブラケットが、上記シリンダヘッドに剛に取り付けられるとともに、上記カムシャフトを回転可能に支持するカムブラケットとは異なる部材であって、上記カムブラケットとは異なる位置に配置され、
上記ヘッドカバーが、上記シリンダヘッド及びセンサブラケットに対してソフトマウントされることを特徴とする内燃機関のカム角センサ取付構造。
上記ヘッドカバーが合成樹脂製であり、上記ヘッドカバー及びセンサブラケットが金属製であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
上記カム角センサは、その感知部が下方へ向かう姿勢でセンサブラケットに上方から取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
上記シリンダヘッドの上面開口周縁部とヘッドカバーの下面開口周縁部とが全周にわたって第１のガスケットを介して密封されているとともに、
上記ヘッドカバーにブラケット開口部が開口形成されており、このブラケット開口部の裏面開口周縁部と、上記センサブラケットの上面外周縁部とが、第２のガスケットを介して全周にわたって密封されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
上記センサブラケットは、シリンダヘッドの上面開口周縁部に対し、シリンダヘッドの両側壁及び後壁中央部の三箇所で固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
上記センサブラケットがＶ型内燃機関の両バンクで共通して用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
上記シリンダヘッドの上面開口周縁部とヘッドカバー及びセンサブラケットの下面開口周縁部とがガスケットを介して密封されており、
かつ、上記ヘッドカバーの後面開口周縁部とセンサブラケットの前面開口周縁部とがガスケットを介して密封されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。
上記ヘッドカバーに開口形成されたブラケット開口部の裏面開口周縁部と、上記センサブラケットのセンサ取付ボスの周囲に形成された平坦部の上面外周縁部とが、ガスケットによって全周にわたって密封されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関のカム角センサ取付構造。