JP4724083B2 - Camshaft for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関用カムシャフトに関し、特に内燃機関のロッカーアームを作動させるためのカムシャフトに関する。   The present invention relates to a camshaft for an internal combustion engine, and more particularly to a camshaft for operating a rocker arm of an internal combustion engine.

従来、内燃機関の動弁系としてカム機構が設けられている。このようなカム機構には、バルブタイミングを図るためにカムの回転角を検出する回転角検出機構が備えられている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−３２９８８５公報 Conventionally, a cam mechanism is provided as a valve operating system for an internal combustion engine. Such a cam mechanism is provided with a rotation angle detection mechanism that detects the rotation angle of the cam in order to achieve valve timing (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-329885 A

上記特許文献１では、カムシャフトに被検出部として円板状のシャッターが設けられ、被検出部には外周から径外方に突出する突起が形成されている。そして、センサが被検出部の上方において突起に対して鉛直方向に対峙して配置され、カムの回転角を検出するものとされている。つまり、カムシャフトに対してカムピースとは別にシャッターを設け、当該シャッターに設けた突起を被検出部として回転角を検出しているのである。   In Patent Document 1, a disc-shaped shutter is provided as a detected part on the camshaft, and a protrusion protruding radially outward from the outer periphery is formed on the detected part. A sensor is arranged above the detected portion so as to face the protrusion in the vertical direction, and detects the rotation angle of the cam. That is, a shutter is provided separately from the cam piece on the camshaft, and the rotation angle is detected by using the protrusion provided on the shutter as a detected portion.

しかしながら、上記のようにカムシャフトにおいてカムピースとは別位置にシャッターを設け、カムピースとは異なる回転部材のシャッターにより回転角を検出する構成では、カムピースとシャッターとの間に周方向のズレが生じると、実際のカムピースの回転角が検出できない場合がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、カムピースの回転角を正確に検出することができる内燃機関用カムシャフトを簡便な構成で安価に提供することを目的としている。 However, in the configuration in which the shutter is provided at a position different from the cam piece on the camshaft as described above and the rotation angle is detected by the shutter of a rotating member different from the campiece, a circumferential displacement occurs between the campiece and the shutter. In some cases, the actual rotation angle of the cam piece cannot be detected.
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a camshaft for an internal combustion engine that can accurately detect the rotation angle of a cam piece at a low cost with a simple configuration.

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関用カムシャフトは、内燃機関のロッカーアームを作動させるための内燃機関用カムシャフトであって、シャフトと、前記シャフトの回転に伴って回転するカムピースとを備え、前記カムピースには、当該カムピースの回転角を検出するための被検出部が形成され、前記被検出部は、前記カムピースの摺動面とは異なる側面から、前記シャフトとは離間した状態で突出してなる突起により形成されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an internal combustion engine camshaft according to the present invention is an internal combustion engine camshaft for operating a rocker arm of an internal combustion engine, and the cam piece rotates with the rotation of the shaft. The cam piece is formed with a detected portion for detecting a rotation angle of the cam piece, and the detected portion is separated from the shaft from a side surface different from a sliding surface of the cam piece. It is formed by the protrusion which protrudes in a state .

このようなカムシャフトによると、シャフトの回転角を検出するための被検出部をカムピースに配設したため、カムピースと被検出部との間に周方向へのズレが生じることもなく、カムピースの回転角を正確に検出することが可能となる。なお、被検出部は、例えばカムシャフトとは別個に設けたセンサにより検出され、当該センサの検出結果に基づいてカムピースの回転角が検出される。   According to such a camshaft, since the detected part for detecting the rotation angle of the shaft is arranged in the cam piece, the cam piece can be rotated without any circumferential displacement between the cam piece and the detected part. It becomes possible to accurately detect the corner. The detected portion is detected by a sensor provided separately from the cam shaft, for example, and the rotation angle of the cam piece is detected based on the detection result of the sensor.

本発明のカムシャフトにおいて、前記カムピースは、金属粉末を金型内にて加圧成形し、これを高温で焼結させた焼結材にて形成されてなり、前記突起は、前記加圧成形時に前記カムピースと一体成形してなるものとすることができる。
 In the camshaft of the present invention, the cam piece is formed of a sintered material obtained by press-molding metal powder in a mold and sintering it at a high temperature, and the protrusion is formed by the press-molding. Sometimes it can be integrally formed with the cam piece.

このように被検出部を突起により形成し、これをカムピースと一体で焼結により成形するものとすれば、製造工程が極めて簡便となり、当該カムピースと一体型の被検出部を高硬度で形成可能となる。具体的には、高精度金型を使用したニアネットシェイプによる製造が可能で切削費及び原料費の削減が可能となり、Ａｓｓｙ費の削減が可能となる。また、金型を使用した製法のため大量生産によるコスト削減が可能で、歩留まりにも優れ、材料の調合次第で様々な材質のカムピースを形成することが可能となる。例えば、金属粉末を原料とすることより、熔解法では製造不可能な組成・材質の製品が製造可能となる。   In this way, if the detected part is formed by a protrusion and is formed by sintering integrally with the cam piece, the manufacturing process becomes extremely simple, and the detected part integrated with the cam piece can be formed with high hardness. It becomes. Specifically, it is possible to manufacture with a near net shape using a high-precision mold, so that cutting costs and raw material costs can be reduced, and the Assy cost can be reduced. In addition, the manufacturing method using a mold can reduce the cost by mass production, the yield is excellent, and cam pieces of various materials can be formed depending on the blending of materials. For example, by using metal powder as a raw material, a product having a composition and material that cannot be manufactured by a melting method can be manufactured.

また、本発明のカムシャフトにおいて、前記突起は、前記カムピースに対して複数形成されており、前記カムピースの回転方向に沿って並列しているものとすることができる。このような構成によると微小な回転であっても、当該回転角の検出を一層正確に行うことができるようになる。   In the camshaft of the present invention, a plurality of the protrusions may be formed with respect to the cam piece, and may be juxtaposed along the rotation direction of the cam piece. According to such a configuration, even when the rotation is minute, the rotation angle can be detected more accurately.

本発明によると、カムピースの回転角を正確に検出することができる内燃機関用カムシャフトを簡便な構成で安価に提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a cam shaft for an internal combustion engine that can accurately detect the rotation angle of the cam piece at a low cost with a simple configuration.

以下、図面を参照して本発明の内燃機関用カムシャフトの実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係るカムシャフトの要部を模式的に示す側面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は本実施形態に係るカムシャフトの製造時に用いる金型の構成を模式的に示す斜視図である。 Hereinafter, an embodiment of a camshaft for an internal combustion engine of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view schematically showing a main part of a camshaft according to the present embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a production of the camshaft according to the present embodiment. It is a perspective view which shows typically the structure of the metal mold | die used sometimes.

本実施形態に係るカムシャフト１は、駆動シャフト２上に複数のカムピース３が固着されて構成されている。駆動シャフト２は、ＳＴＫＭ材等の炭素鋼あるいは合金鋼によるパイプ材により形成されている。また、カムピース３は炭素鋼またはＣｒ、Ｖを含んだ合金鋼による金属粉末を金型内にて加圧成形し、高温で焼結させた焼結材にて形成されている。   The camshaft 1 according to the present embodiment is configured by a plurality of cam pieces 3 being fixed on a drive shaft 2. The drive shaft 2 is formed of a pipe material made of carbon steel or alloy steel such as STKM material. The cam piece 3 is formed of a sintered material obtained by press-molding metal powder of carbon steel or alloy steel containing Cr and V in a mold and sintering at high temperature.

図２に示すように、カムピース３の内部には内孔３１が形成されている。また、カムピース３には、内孔３１の一部を取り囲むように円周状の外周面３２が形成されており、さらに、外方へ突出したカムプロフィール３３が、外周面３２と連続するように形成されている。このようなカムプロフィール３３を備えたカムピース３がロッカーアーム６０に当接し、カムピース３の回転運動に伴って当該ロッカーアーム６０が周期的運動を行い、これに接続されたバルブ６１が開閉することとなる。   As shown in FIG. 2, an inner hole 31 is formed inside the cam piece 3. The cam piece 3 is formed with a circumferential outer peripheral surface 32 so as to surround a part of the inner hole 31, and the cam profile 33 protruding outward is continuous with the outer peripheral surface 32. Is formed. The cam piece 3 having such a cam profile 33 comes into contact with the rocker arm 60, the rocker arm 60 periodically moves as the cam piece 3 rotates, and the valve 61 connected thereto opens and closes. Become.

内孔３１は、駆動シャフト２を挿入するための孔であって、当該挿入前においては、駆動シャフト２の挿入部の外径よりも小さく形成されている。また、内孔３１には、駆動シャフト２をカムピース３に挿入する（後述する）方向に延びるように、複数の溝３４が形成されている。当該溝３４は、内孔３１上に均等に配置されるように形成されており、カムピース３の内孔３１の硬度は、例えばＨｖ３５０以上であり、駆動シャフト２の外周面の硬度（Ｈｖ１５０〜２００）よりも高く形成されている。なお、溝３４は、カムピース３の成形時に外形状と同時に成形されるものとされている。   The inner hole 31 is a hole for inserting the drive shaft 2 and is formed smaller than the outer diameter of the insertion portion of the drive shaft 2 before the insertion. A plurality of grooves 34 are formed in the inner hole 31 so as to extend in a direction in which the drive shaft 2 is inserted into the cam piece 3 (described later). The grooves 34 are formed so as to be evenly arranged on the inner hole 31. The hardness of the inner hole 31 of the cam piece 3 is, for example, Hv 350 or more, and the hardness of the outer peripheral surface of the drive shaft 2 (Hv 150 to 200). ) Is formed higher than. The groove 34 is formed simultaneously with the outer shape when the cam piece 3 is formed.

また、カムピース３の外周面（カムプロフィール、つまり摺動面）とは異なる側面３５には、当該カムピース３の回転態様（具体的には回転数、若しくは回転角）を測定（検出）するための被検出部として突起４０が配設されている。つまり、外部に設けられたセンサ５０に対し、当該センサ５０によって検出可能な突起４０が被検出部として設けられている。突起４０は、図２にも示すように、カムピース３の側面３５上に複数突出されてなり、それぞれ回転方向に並列して設けられている。   Further, on the side surface 35 different from the outer peripheral surface (cam profile, that is, the sliding surface) of the cam piece 3, the rotational mode (specifically, the rotational speed or rotational angle) of the cam piece 3 is measured (detected). A protrusion 40 is provided as a detected portion. That is, with respect to the sensor 50 provided outside, the protrusion 40 that can be detected by the sensor 50 is provided as a detected portion. As shown in FIG. 2, a plurality of protrusions 40 protrude on the side surface 35 of the cam piece 3 and are provided in parallel with each other in the rotational direction.

また、突起４０はカムピース３と同一材料からなり、カムピース３の成形時に一括形成されるものである。つまり、図３に示すように、突起４０を形成可能な型形状７１を具備した金型７０内で金属粉末を加圧成形し、これを高温で焼結させた焼結材により、当該突起４０を具備したカムピース３が製造される。したがって、カムピース３と突起４０とは一体化しており、つまり両者は結合部において実質的に同一の材料濃度を有し、境界面で材料の不連続な濃度勾配を有していないものとされている。また、機械研磨を行った場合のような研磨痕や研磨屑等も付着していないものとされている。   The protrusions 40 are made of the same material as the cam piece 3 and are collectively formed when the cam piece 3 is molded. That is, as shown in FIG. 3, the protrusion 40 is formed of a sintered material obtained by pressure-molding a metal powder in a mold 70 having a mold shape 71 capable of forming the protrusion 40 and sintering the powder at a high temperature. Is produced. Therefore, the cam piece 3 and the protrusion 40 are integrated, that is, both have substantially the same material concentration at the joint and do not have a discontinuous concentration gradient of material at the interface. Yes. Further, it is assumed that polishing marks, polishing debris and the like as in the case of mechanical polishing are not attached.

図１に戻り、カムシャフト１に隣接してセンサ５０が設けられている。センサ５０は、上述した突起４０を検出してカムピース３の回転態様（つまりカムシャフト２の回転態様）を測定する。具体的には、センサ５０として磁気的センサが用いられ、カムピース３の回転に伴って突起４０を検出し、当該検出結果に基づいて回転角を測定することが可能とされている。なお、センサ５０は磁気的センサの他、光学的センサ、電気的センサ、機械的センサを用いることも可能である。   Returning to FIG. 1, a sensor 50 is provided adjacent to the camshaft 1. The sensor 50 detects the above-described protrusion 40 and measures the rotation mode of the cam piece 3 (that is, the rotation mode of the camshaft 2). Specifically, a magnetic sensor is used as the sensor 50, and the protrusion 40 is detected as the cam piece 3 rotates, and the rotation angle can be measured based on the detection result. The sensor 50 may be an optical sensor, an electrical sensor, or a mechanical sensor in addition to a magnetic sensor.

次に、カムシャフト１の製造方法について説明する。
まず、図１に示したような駆動シャフト２とカムピース３を用意する。駆動シャフト２は、ＳＴＫＭ材等の炭素鋼あるいは合金鋼をパイプ状に成形することにより得る。一方、カムピース３は、図３に示した内孔３１及び突起４０を同時形成可能な型形状７１を具備した金型７０を用い、当該金型７０により金属粉末を加圧成形し、その後、これを高温で焼結することにより、図２に示したような溝３１を備えた内孔３１及び突起４０を有するカムピース３を得るものとしている。 Next, a method for manufacturing the camshaft 1 will be described.
First, a drive shaft 2 and a cam piece 3 as shown in FIG. 1 are prepared. The drive shaft 2 is obtained by forming carbon steel or alloy steel such as STKM material into a pipe shape. On the other hand, the cam piece 3 uses a mold 70 having a mold shape 71 capable of simultaneously forming the inner hole 31 and the protrusion 40 shown in FIG. The cam piece 3 having the inner hole 31 having the groove 31 and the projection 40 as shown in FIG. 2 is obtained by sintering at a high temperature.

続いて、このようにして得られたカムピース２を駆動シャフト２に固着させる。具体的には、カムピース３を２００℃以上の高温に加熱することにより、内孔３１の内径を拡張し、この状態でカムピース３の内孔３１内に駆動シャフト２をその長さ方向に挿入する。次に、駆動シャフト２をカムピース３の内孔３１に挿入した状態で冷却すると、拡径されていた内孔３１が再び縮径し、駆動シャフト２の外周面を内方に押圧し始める。従って、内孔３１よりも硬度の低い駆動シャフト２の外周面が、内孔３１によって押圧され、内孔３１によって拘束されていない溝３４と対向した部位が外方に盛り上がり、それぞれ溝３４内に入り込む。これにより、駆動シャフト２とカムピース３が互いに強固に固定され、カムシャフト１が完成する。   Subsequently, the cam piece 2 obtained in this way is fixed to the drive shaft 2. Specifically, the cam piece 3 is heated to a high temperature of 200 ° C. or more to expand the inner diameter of the inner hole 31, and in this state, the drive shaft 2 is inserted into the inner hole 31 of the cam piece 3 in its length direction. . Next, when the drive shaft 2 is cooled in a state where it is inserted into the inner hole 31 of the cam piece 3, the inner hole 31 whose diameter has been increased again contracts and the outer peripheral surface of the drive shaft 2 starts to be pressed inward. Therefore, the outer peripheral surface of the drive shaft 2 having a hardness lower than that of the inner hole 31 is pressed by the inner hole 31, and the portion facing the groove 34 not restrained by the inner hole 31 bulges outward, and enters the groove 34. Get in. Thereby, the drive shaft 2 and the cam piece 3 are firmly fixed to each other, and the camshaft 1 is completed.

カムシャフト１には図１に示したセンサ５０が隣接して設けられ、図示しない内燃機関のシリンダーヘッドにおいて回転可能に固定され、回転することにより、カムプロフィール３３と当接する給排気バルブ６１の作動を制御する。   A sensor 50 shown in FIG. 1 is provided adjacent to the camshaft 1. The camshaft 1 is rotatably fixed to a cylinder head (not shown) of the internal combustion engine, and the camshaft 1 rotates to operate the supply / exhaust valve 61 that contacts the cam profile 33. To control.

以上のような本実施形態によれば、カムピース３の回転角を検出するための被検出部たる突起４０がカムピース３に一体形成されているため、回転に伴ってカムピース３と突起４０との間に周方向へのズレが生じることがなく、カムピース３の回転角を正確に検出することが可能となる。   According to the present embodiment as described above, since the protrusion 40 as the detected portion for detecting the rotation angle of the cam piece 3 is formed integrally with the cam piece 3, the cam piece 3 and the protrusion 40 are rotated with each other. Therefore, the rotational angle of the cam piece 3 can be accurately detected.

また、突起４０をカムピース３と一体で焼結により成形するため、製造工程が極めて簡便となり、当該カムピース３と一体の突起４０を高硬度で形成することが可能とされている。具体的には、高精度な金型７０を使用したニアネットシェイプによる製造が可能で切削費及び原料費の削減が可能となり、Ａｓｓｙ費の削減が可能となる。また、金型７０を使用した製法のため大量生産によるコスト削減が可能で、歩留まりにも優れ、材料の調合次第で様々な材質のカムピース３を形成することが可能となる。例えば、本実施形態のように金属粉末を原料とすることより、熔解法では製造不可能な組成・材質の製品が製造可能とされている。   Further, since the protrusion 40 is formed integrally with the cam piece 3 by sintering, the manufacturing process becomes very simple, and the protrusion 40 integrated with the cam piece 3 can be formed with high hardness. Specifically, it is possible to manufacture with a near net shape using a high-precision mold 70, and it is possible to reduce cutting costs and raw material costs, and it is possible to reduce Assy costs. In addition, since the manufacturing method using the mold 70 is possible, the cost can be reduced by mass production, the yield is excellent, and the cam piece 3 made of various materials can be formed depending on the blending of the materials. For example, by using metal powder as a raw material as in the present embodiment, a product having a composition and material that cannot be manufactured by a melting method can be manufactured.

以上、本発明に係るカムシャフトの実施形態について説明したが、本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）突起４０の形状は、センサ５０により検出可能であれば形状及び大きさに限定はなく、柱状のもの、角状のものであっても良い。
（２）突起４０の数は、回転態様（回転角）を検出可能であれば特に限定はない。
（３）駆動シャフト２とカムピース３を固定するための溝３１は、駆動シャフト２の外周面側に形成してもよい。 Although the embodiment of the camshaft according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the embodiment described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also within the technical scope of the present invention. In addition, the present invention can be implemented with various modifications other than those described below without departing from the scope of the invention.
(1) The shape of the projection 40 is not limited as long as it can be detected by the sensor 50, and may be a columnar shape or a square shape.
(2) The number of protrusions 40 is not particularly limited as long as the rotation mode (rotation angle) can be detected.
(3) The groove 31 for fixing the drive shaft 2 and the cam piece 3 may be formed on the outer peripheral surface side of the drive shaft 2.

本実施形態に係るカムシャフトの要部を模式的に示す側面図。The side view which shows typically the principal part of the cam shaft which concerns on this embodiment. 図１のＡ−Ａ線断面図。AA sectional view taken on the line AA of FIG. カムシャフトの製造時に用いる金型の構成を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the structure of the metal mold | die used at the time of manufacture of a camshaft.

符号の説明Explanation of symbols

１…カムシャフト、２…駆動シャフト（シャフト）、３…カムピース、３３…カムプロフィール（摺動面）、３５…側面、４０…突起（被検出部）、６０…ロッカーアーム   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cam shaft, 2 ... Drive shaft (shaft), 3 ... Cam piece, 33 ... Cam profile (sliding surface), 35 ... Side surface, 40 ... Protrusion (detected part), 60 ... Rocker arm

Claims (3)

内燃機関のロッカーアームを作動させるための内燃機関用カムシャフトであって、
シャフトと、前記シャフトの回転に伴って回転するカムピースとを備え、前記カムピースには、当該カムピースの回転角を検出するための被検出部が形成され、前記被検出部は、前記カムピースの摺動面とは異なる側面から、前記シャフトとは離間した状態で突出してなる突起により形成されることを特徴とする内燃機関用カムシャフト。 A camshaft for an internal combustion engine for operating a rocker arm of the internal combustion engine,
The cam piece includes a shaft and a cam piece that rotates in accordance with the rotation of the shaft, and a detected portion for detecting a rotation angle of the cam piece is formed on the cam piece, and the detected portion is a sliding member of the cam piece. A camshaft for an internal combustion engine, wherein the camshaft is formed by a protrusion that protrudes in a state of being separated from the shaft from a side surface different from the surface . 前記カムピースは、金属粉末を金型内にて加圧成形し、これを高温で焼結させた焼結材にて形成されてなり、
前記突起は、前記加圧成形時に前記カムピースと一体成形してなるものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用カムシャフト。 The cam piece is formed of a sintered material obtained by press-molding metal powder in a mold and sintering it at a high temperature.
The camshaft for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the protrusion is formed integrally with the cam piece during the pressure molding. 前記突起は、前記カムピースに対して複数形成されており、前記カムピースの回転方向に沿って並列していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用カムシャフト。 The camshaft for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the protrusions are formed with respect to the cam piece, and are arranged in parallel along a rotation direction of the cam piece.
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