JP6918858B2 - エンジンのクランク角検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのクランク角検出装置に係り、特に、パルサ歯の通過を検出するパルサセンサを用いてクランク軸の角度を検出するエンジンのクランク角検出装置に関する。

従来から、エンジンの回転数を算出するほか、エンジンの点火制御や燃料噴射制御に用いるクランク角を検出するためのクランク角検出装置が知られている。

特許文献１には、クランクシャフトの端部に取り付けられるフライホイールの外周面に複数のパルサ歯を形成し、このパルサ歯の通過状態をホール素子等からなるパルサセンサによって検出するクランク角検出装置が開示されている。

特開２０１１−３３００３号公報

しかし、特許文献１の構成では、大径のフライホイールの外周面に対向する位置にパルサセンサを配設する必要があるため、クランクケースやケースカバーが大型化しやすく、また、外方に露出するパルサセンサがエンジンの外観性に影響を与えるという課題があった。一方、クランク軸の端部に設けられる発電機のアウタロータにパルサ歯を形成した場合でも同様の課題が生じるほか、クランク軸の端部にパルサリングを設ける構成ではクランク軸方向にエンジンの寸法が増大しやすく、クランク角検出装置の構成には依然として工夫の余地があった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、エンジンの小型化を図ると共に外観性を高めることができるエンジンのクランク角検出装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、複数の検出部（７１）が設けられると共に、エンジン（Ｅ）のクランク軸（５０）と同軸回転するパルサリング（７０）と、前記検出部（７１）の通過状態を検出するセンサ（３７）とを含んで構成されるエンジンのクランク角検出装置において、前記パルサリング（７０）が、前記クランク軸（５０）のクランクウェブ（５３）に固定されており、前記パルサリング（７０）に、前記クランク軸（５０）の慣性バランスを整えるためのウェイト（Ｗ）が設けられている点に第１の特徴がある。

また、前記パルサリング（７０）が、前記クランク軸（５０）の軸方向端部寄りの前記クランクウェブ（５３）に固定される点に第２の特徴がある。

また、前記ウェイト（Ｗ）が、前記パルサリング（７０）の一部の厚さ寸法を増加させる形状とされる点に第３の特徴がある。

また、前記ウェイト（Ｗ）が、前記パルサリング（７０）と一体に設けられている点に第４の特徴がある。

また、前記ウェイト（Ｗ）が、前記パルサリング（７０）と異なる材質または異なる部材で構成される点に第５の特徴がある。

また、前記パルサリング（７０）には、前記ウェイト（Ｗ）が設けられない部分に肉抜き孔（７５）が形成される点に第６の特徴がある。

また、前記パルサリング（７０）は、前記クランクウェブ（５３）に対して締結部材（８２）で固定される点に第７の特徴がある。

また、前記パルサリング（７０）を前記クランクウェブ（５３）に固定した際に、前記締結部材（８２）の頭部と前記ウェイト（Ｗ）の表面とが同じ高さとなる点に第８の特徴がある。

さらに、前記パルサリング（７０）に、前記締結部材（８２）を通す貫通孔（７４）が同心円上で等間隔に設けられており、前記ウェイト（Ｗ）が、前記貫通孔（７４）同士の間の位置に配設される点に第９の特徴がある。

第１の特徴によれば、複数の検出部（７１）が設けられると共に、エンジン（Ｅ）のクランク軸（５０）と同軸回転するパルサリング（７０）と、前記検出部（７１）の通過状態を検出するセンサ（３７）とを含んで構成されるエンジンのクランク角検出装置において、前記パルサリング（７０）が、前記クランク軸（５０）のクランクウェブ（５３）に固定されており、前記パルサリング（７０）に、前記クランク軸（５０）の慣性バランスを整えるためのウェイト（Ｗ）が設けられているので、パルサリングにウェイトが設けられることで、パルサリングを取り付けるためにクランクウェブの厚さを減らしても、クランク軸の長さや重量を保ったままクランク軸の慣性バランスを整えることが可能となる。これにより、クランク軸方向のエンジン寸法を増加させずにパルサリングをクランク軸端部より内側寄りに配設し、パルサセンサをクランク軸端部より内側に移動することで、クランクケースやケースカバーの大型化を防ぐと共にエンジンの外観性を向上させることができる。

第２の特徴によれば、前記パルサリング（７０）が、前記クランク軸（５０）の軸方向端部寄りの前記クランクウェブ（５３）に固定されるので、複数のクランクウェブを有するクランク軸において、組立済みのクランク軸に対してパルサリングを後付けで取り付けることが可能となり、作業工数を低減すると共にメンテナンスも容易となる。また、クランク軸の中央寄りのクランクウェブにパルサリングを設ける場合に比して、クランクケース外壁から突出するセンサの取付作業やメンテナンスが容易となる。

第３の特徴によれば、前記ウェイト（Ｗ）が、前記パルサリング（７０）の一部の厚さ寸法を増加させる形状とされるので、パルサリングの外形を変えることなくウェイトを設けることが可能となる。

第４の特徴によれば、前記ウェイト（Ｗ）が、前記パルサリング（７０）と一体に設けられているので、ウェイト付きのパルサリングを削り出し部品や焼結部品として構成することで、パルサリングの寸法や重量の精度を高めることが可能となる。

第５の特徴によれば、前記ウェイト（Ｗ）が、前記パルサリング（７０）と異なる材質または異なる部材で構成されるので、例えば、パルサリングを低密度部材で形成すると共にウェイトを高密度部材で形成することで重量差を大きくすることが可能となる。

第６の特徴によれば、前記パルサリング（７０）には、前記ウェイト（Ｗ）が設けられない部分に肉抜き孔（７５）が形成されるので、ウェイトを設けた部分との重量差を大きくすることで、パルサリングの薄肉化および小型化を図ることができる。

第７の特徴によれば、前記パルサリング（７０）は、前記クランクウェブ（５３）に対して締結部材（８２）で固定されるので、パルサリングの取付作業が容易となると共に、クランクケース等と干渉することなく締結部材の頭部の厚さ分のウェイトを確保することが可能となる。また、パルサリングとウェイトとを別体とする場合には、締結部材によってクランクウェブに共締め固定する構成とすることができる。

第８の特徴によれば、前記パルサリング（７０）を前記クランクウェブ（５３）に固定した際に、前記締結部材（８２）の頭部と前記ウェイト（Ｗ）の表面とが同じ高さとなるので、締結部材を固定するために確保された空間を最大限に利用してウェイトを設けることが可能となる。

第９の特徴によれば、前記パルサリング（７０）に、前記締結部材（８２）を通す貫通孔（７４）が同心円上で等間隔に設けられており、前記ウェイト（Ｗ）が、前記貫通孔（７４）同士の間の位置に配設されるので、ウェイトによる慣性力が最も大きくなる部分を貫通孔同士の間に設定して、ウェイトの形状を簡略化することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るエンジンのクランク角検出装置を適用した自動二輪車１の左側面図である。 パワーユニットを車体左後方上方から見た斜視図である。 クランク軸の斜視図である。 パルサリングの取り付け状態を示すパワーユニットの断面図である。 図４のV−V線断面図である。 パルサリングの正面図である。 図６のVII−VII線断面図である。 図６のVII−VII線断面図である。 本実施形態の変形例に係るパルサリングの正面図である。 図９のX−X線断面図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンのクランク角検出装置を適用した自動二輪車１の左側面図である。自動二輪車１は、エンジンＥと変速機とを一体に構成したパワーユニットＰの駆動力を、ドライブチェーン２６を介して後輪ＷＲに伝達する鞍乗型車両である。

車体フレームＦの前端部に固定されるヘッドパイプＦ１には、トップブリッジ７ａおよびボトムブリッジ７ｂを連結するステムシャフトが揺動自在に軸支されている。前輪ＷＦを回転自在に軸支する左右一対のフロントフォーク１１は、トップブリッジ７ａおよびボトムブリッジ７ｂに固定されることで前輪ＷＦを操舵可能に支持する。フロントフォーク１１の前方には、メータ装置６およびヘッドライト９が配設されており、フロントフォーク１１には、前輪ＷＦの上方を覆うフロントフェンダ１２および左右一対の前側ウインカ装置８が取り付けられている。

車体フレーム３６の後方下部には、スイングアーム２５を揺動自在に軸支するピボット２０を支持するピボットフレームＦ３が連結されている。ピボットフレームＦ３の車体後方には乗員が足を乗せるステップ２２が配設されており、ピボットフレームＦ３の下端部にはサイドスタンド２４が揺動自在に軸支されている。後輪ＷＲを回転自在に軸支するスイングアーム２５は、リヤクッション３２によって車体フレーム３６に吊り下げられている。スイングアーム２５の後端部には、ライセンスプレートのホルダを兼ねるリヤフェンダ２７が取り付けられている。

車体フレーム３６に吊り下げられるパワーユニットＰは、並列４気筒のエンジンＥと多段変速機とを一体に設けた構成とされる。クランク軸５０を軸支するシリンダ一体型のクランクケース１５の上部にはシリンダヘッド１４が固定され、シリンダヘッド１４の上部にはシリンダヘッドカバー１０が固定される。シリンダヘッド１４の背面の吸気ポートには燃料噴射装置を有するスロットルボディ３が連結され、シリンダヘッド１４の前面の排気ポートには車体後方のマフラ２３に連なる排気管３９が連結されている。スロットルボディ３の車体後方にはエアクリーナボックス３４が連結されており、エアクリーナボックス３４の側面に左右一対のサイドカバー３５が取り付けられている。

パワーユニットＰの上方には、車体フレームＦを車幅方向に跨ぐ形状の燃料タンク２が配設されている。燃料タンク２の車体後方には、車体フレームＦの後部に連結されるリヤフレームＦ２に支持されるシート３３およびリヤカウル４５が配設されている。リヤフレームＦ２の下部にはタンデムステップホルダ３１が取り付けられており、リヤカウル４５の後端部には、尾灯装置２９および左右一対の後側ウインカ装置２８が配設されている。

エンジンＥのシリンダヘッド１４の車体前方には、ラジエータ１３が配設されている。ラジエータ１３の下端部から延びる第１ホース１８およびクランクケース１５のシリンダ部分に接続される第２ホース１６は、それぞれ、クランクケースカバー１７の後方下方に配設されるウォータポンプカバー１９に接続される。さらに、ウォータポンプカバー１９には、車体上方に冷却水を圧送する第３ホース４６が接続されている。

クランクケースカバー１７とピボットフレームＦ３との間には、パワーユニットＰの出力軸に固定されるドライブスプロケットを覆うカバー部材４２が配設されている。本発明に係るクランク角検出装置を構成するパルサセンサ３７は、クランクケースカバー１７の車体上方で、かつクランクケース１５の車体後方寄りの位置に取り付けられている。

図２は、パワーユニットＰを車体左後方上方から見た斜視図である。シリンダ一体型のクランクケース１５は、下側ケース１５ａとの間にクランク軸５０を挟んで該クランク軸５０を回転自在に軸支する。クランクケースカバー１７は、クランクケース１５と下側ケース１５ａとの接合面を跨いで取り付けられる。クランクケースカバー１７の上部には、クランク軸５０と同期回転する発電機（図５参照）から電力を取り出すハーネス４７が連結されている。また、ピボットフレームＦ３の下端前方には、シフトロッド４３に連結されたシフトペダル４１が揺動可能に軸支されている。

この図では、ウォータポンプカバー１９に接続される第３ホース４６（図１参照）を取り外した状態を示している。クランクケースカバー１７は、エンジンＥのシリンダ部分より車幅方向外側に突出して配設されており、第１ホース１８および第２ホース１６は、クランクケースカバー１７を避けてその上下に配索されている。

本発明に係るパルサセンサ３７は、クランクケース１５に取り付けられた取付冶具３８に固定される。詳しくは、クランクケースカバー１７より車幅方向内側で、かつ車体後方寄りの位置に、鉛直方向に対して後傾して取り付けられる。この取付態様によれば、パルサセンサ３７が外方から視認しにくくなり、エンジンＥの外観性を高めることが可能となる。さらに、本実施形態では、第３ホース４６が取り付けられることで、パルサセンサ３７がより一層視認しにくくなる。

図３は、クランク軸５０の斜視図である。本発明に係るクランク角検出装置では、クランク軸５０のクランクウェブ５３にパルサリング７０を取り付ける。これにより、例えば、発電機のアウタロータの外周に検出部としてのパルサ歯を設けた構成や、クランク軸のフライホイールの外周にパルサ歯を取り付けた構成に比して、クランクケースやクランクケースカバーの小型化を図ることが可能となる。また、クランク軸５０の端部にパルサリングを取り付ける構成に比しては、クランク軸の軸方向寸法の増加を抑えることができる。

本実施形態に係るクランク軸５０は、車幅方向左側の左側端部軸５１と、車幅方向右側の右側端部軸６８との間に、クランクケース１５に支持されるメインジャーナル５２，５７，６１，６５と、コンロッドの大端部を支持するクランクピン５５，６０，６３，６９と、メインジャーナルおよびクランクピンを連結すると共にクランク軸５０の慣性バランスを保つウェイトとして機能するクランクウェブ５３，５６，５９，６２，６４と、バランサを駆動する駆動ギヤ５８と、クランク軸５０の駆動力を変速機に伝達するプライマリドライブギヤ６６と、クランク軸５０の回転を平均化するフライホイール６７とを配設して構成されている。

本実施形態では、車幅方向左側の端部に配設されるクランクウェブ５３の外壁面にパルサリング７０を取り付ける。具体的には、クランクウェブ５３に形成された３つの締結孔５４に係合する締結部材８２（図４参照）によって、クランクウェブ５３の車幅方向左側面にパルサリング７０が固定される。これにより、複数のクランクウェブを有するクランク軸５０において、組立済みのクランク軸５０に対してパルサリング７０を後付けで取り付けることが可能となり、作業工数を低減すると共にメンテナンスも容易となる。また、クランク軸５０の中央寄りのクランクウェブにパルサリングを設ける場合に比して、クランクケース１５の外壁から突出するパルサセンサ３７の取付作業やメンテナンスが容易となる。

図４は、パルサリング７０の取り付け状態を示すパワーユニットＰの断面図である。シリンダ内壁８０の内側を上下に往復動するコンロッド８１は、回転軸Ｃにより回転するクランク軸５０のクランクピンに回転自在に軸支される。

前記したように、本実施形態では、クランク軸５０の車幅方向左側端部のクランクウェブ５３に、回転軸Ｃと同軸回転するパルサリング７０を取り付ける。このとき、パルサリング７０の車幅方向左側面と、メタル軸受を介してクランク軸５０のメインジャーナルを支持する立設壁の側面との間の隙間を適正値に保つためには、クランクウェブ５３の厚さ寸法を減らす必要があり、これにより、クランクウェブ５３の重量が低減して、クランク軸５０の慣性バランスを保つ機能に影響を与えることが考えられる。

これに対し、本実施形態では、パルサリング７０にウェイトＷを設けることにより、クランク軸５０の慣性バランスを保つというクランクウェブ５３の機能を維持しつつ、クランクウェブ５３にパルサリング７０を取り付けることを可能としている。

図４に示すように、パルサリング７０は、ボルト等からなる締結部材８２を軸方向に螺合することでクランクウェブ５３に取り付けられている。板状の金属部材からなるパルサリング７０の外周面には、１カ所の歯欠け部７２を挟んで複数の検出部としてのパルサ歯７１が等間隔で形成されている。パルサリング７０の外周部に近接配置されるパルサセンサ３７は、取付冶具３８の貫通孔３８ａに螺合される締結部材によってクランクケース１５に固定される。

図５は、図４のV−V線断面図である。クランク軸５０の車幅方向左側端部のクランクジャーナル５２は、クランクメタル５２ａを介して、クランクケース１５および下側ケース１５ａにそれぞれ形成される立設壁１５ｂによって支持される。

本実施形態では、クランクウェブ５３に対して、ボルト等からなる締結部材８２によってパルサリング７０を取り付ける。このため、締結部材８２の頭部と立設壁１５ｂの側面との間隔を保つためにクランクウェブ５３の厚さ寸法を低減する必要があるが、パルサリング７０の外周寄りの位置にウェイトＷを設けることで、クランクウェブ５３の慣性重量バランスを維持している。ウェイトＷは、パルサリング７０の一部の厚さ寸法を増加させる形状とされており、これにより、パルサリング７０の外形を変えることなくウェイトＷを設けることを可能とする。また、ウェイトＷの厚さ寸法を、締結部材８２の頭部と同じ高さまで増やすことで、余裕スペースを最大限利用してウェイトＷの重量を増すことができる。

本実施形態に係るパルサリング７０は、例えば、クランク軸の端部に設ける場合に比して径方向のスペースに余裕があるため、クランクウェブ５３より大径化することができ、これにより、パルサ歯７１の数を増やしてクランク角の検出精度を高めるほか、ウェイトＷによる重量効果を高めることを可能とする。

クランク軸５０の左側端部軸５１には、ボルト８５によって発電機Ｇのアウタロータ８４が固定されている。本実施形態に係るクランク角検出装置の構成によれば、アウタロータ８４の外周部にパルサ歯を設ける構成に比してクランクケース１５やクランクケースカバー１７の小型化が可能であり、さらに、アウタロータ８４よりさらに軸方向外側にパルサリングを固定する構成に比してクランクケースカバー１７の軸方向外側への突出量を低減できる。

図６は、パルサリング７０の正面図である。中心に円形の開口７７が設けられたパルサリング７０の本体部７６には、同心円上で等間隔に設けられて締結部材８２が挿通される３つの貫通孔７４と、長円形状の４つの肉抜き孔７５とが形成されている。ウェイトＷは、隣り合う２つの貫通孔７４の間で、肉抜き孔７５が設けられていない位置に配設される。これにより、ウェイトＷによる慣性力が最も大きくなる部分を貫通孔７４同士の間に設定し、肉抜き孔７５が設けられている部分との重量差を大きくして、パルサリング７０の薄肉化および小型化を図ることができる。ウェイトＷは、図示するようにパルサ歯７１の基部より内側の範囲に収めるほか、クランク角の検出に影響を与えない範囲でパルサ歯７１と重なる位置まで径方向外側に拡大してもよい。

図７は、図６のVII−VII線断面図である。この図では、パルサリング７０を構成する本体部７６とウェイトＷとを一体に構成した場合を示しており、全体を削り出し部品や焼結部品として構成して、パルサリング７０の寸法や重量の精度を高めることが可能となる。

図８は、図６のVII−VII線断面図である。この図では、本体部７６とウェイトＷとを別体に構成した場合を示しており、例えば、本体部７６を低密度部材で形成すると共にウェイトＷを高密度部材で形成して、異なる素材により重量差を大きくすることが可能となる。また、本体部７６とウェイトＷとを圧着やろう付け等で結合する構成では、ウェイトＷの形状を簡略化することができる。

一方、締結部材８２によってパルサリング７０をクランクウェブ５３に共締めする構成では、ウェイトＷに締結部材８２を通す取付孔を形成する必要があるものの、図６に破線で示すような範囲までウェイトＷを大型化することが容易となる。なお、締結部材８２によって共締めする構成では、締結部材８２を皿ビス形状として、締結部材の頭部とウェイトＷの表面とが面一をなすように構成してもよい。

図９は、本実施形態の変形例に係るパルサリング７０ａの正面図である。また、図１０は図９のX−X線断面図である。この変形例では、本体部７６と別体に構成したウェイトＷを、締結部材８２とは異なる締結部材９０を用いて本体部７６に締結した点に特徴がある。本変形例では、本体部７６に２つの雌ねじ孔９１を形成すると共に、ウェイトＷに皿ざぐり加工を施して、２つの皿ビス９０によって両者を締結している。これにより、皿ビス９０の上端面がウェイトＷと面一をなし、オイルによる回転抵抗を生じさせないと共に、パルサリング７０ａとウェイトＷとが先組みできてクランクウェブ５３への取付作業が容易となる。なお、パルサリングの外径や厚さ寸法、肉抜き孔やパルサ歯の形状や配置等は、図６および図９に示した形態に限られず、種々の変形が可能である。

上記したように、本発明に係るクランク角検出装置によれば、クランク軸５０のクランクウェブ５３に固定されるパルサリング７０に、クランク軸５０の慣性バランスを整えるためのウェイトＷが設けられるので、パルサリング７０を取り付けるためにクランクウェブ５３の厚さを減らしても、クランク軸５０の長さや重量を保ったままクランク軸５０の慣性バランスを整えることが可能となる。これにより、クランク軸方向のエンジン寸法を増加させずにパルサリング７０をクランク軸端部より内側寄りに配設し、パルサセンサ３７をクランク軸端部より内側に移動することで、クランクケース１５やクランクケースカバー１７の大型化を防ぐと共にエンジンＥの外観性を向上させることができる。

なお、自動二輪車の形態、パワーユニットを構成するエンジンの形態、クランク軸の形状や構造、クランクウェブの形状や個数、パルサリングの形状や材質、締結部材の個数や形状、ウェイトの形状や材質等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。本発明に係るクランク角検出装置は、自動二輪車に限られず、鞍乗型の三輪車や四輪車に搭載される多気筒エンジンに適用することが可能である。

１…自動二輪車、１５…クランクケース、５０…クランク軸、３７…パルサセンサ（センサ）、５３…クランクウェブ、７０…パルサリング、７１…パルサ歯（検出部）、７４…貫通孔、７５…肉抜き孔、８２…締結部材、Ｅ…エンジン、Ｐ…パワーユニット、Ｗ…ウェイト

Claims (7)

1. 複数の検出部（７１）が設けられると共に、エンジン（Ｅ）のクランク軸（５０）と同軸回転するパルサリング（７０）と、前記検出部（７１）の通過状態を検出するセンサ（３７）とを含んで構成されるエンジンのクランク角検出装置において、
   前記パルサリング（７０）が、前記クランク軸（５０）のクランクウェブ（５３）に固定されており、
   前記パルサリング（７０）に、前記クランク軸（５０）の慣性バランスを整えるためのウェイト（Ｗ）が設けられており、
   前記パルサリング（７０）には、前記ウェイト（Ｗ）が設けられない部分に肉抜き孔（７５）が形成されており、
   前記ウェイト（Ｗ）が設けられた側は肉抜き無しとしており、
   前記ウェイト（Ｗ）は、前記パルサリング（７０）を前記クランクウェブ（５３）に固定するための２つの締結部材（８２）の間で前記締結部材（８２）を囲むようにして検出部（７１）の近傍まで径方向外側に伸びていることを特徴とするエンジンのクランク角検出装置。
2. 前記パルサリング（７０）が、前記クランク軸（５０）のクランクウェブ（５３）に固定されており、
   前記パルサリング（７０）に、前記クランク軸（５０）の慣性バランスを整えるためのウェイト（Ｗ）が設けられており、
   前記パルサリング（７０）は、前記クランクウェブ（５３）に対して締結部材（８２）で固定され、
   前記パルサリング（７０）に、前記締結部材（８２）を通す貫通孔（７４）が同心円上で等間隔に設けられており、
   前記ウェイト（Ｗ）が、前記貫通孔（７４）同士の間の位置に配設され、
   前記締結部材（８２）は計３ヶ所に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのクランク角検出装置。
3. 前記パルサリング（７０）が、前記クランク軸（５０）の軸方向端部寄りの発電機（Ｇ）と隣り合う前記クランクウェブ（５３）に固定されることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンのクランク角検出装置。
4. 前記ウェイト（Ｗ）が、前記パルサリング（７０）の一部の厚さ寸法を増加させる形状とされることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンのクランク角検出装置。
5. 前記ウェイト（Ｗ）が、前記パルサリング（７０）と一体に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のエンジンのクランク角検出装置。
6. 前記ウェイト（Ｗ）が、前記パルサリング（７０）と異なる材質または異なる部材で構成されることを特徴とする請求項４に記載のエンジンのクランク角検出装置。
7. 前記パルサリング（７０）を前記クランクウェブ（５３）に固定した際に、前記締結部材（８２）の頭部と前記ウェイト（Ｗ）の表面とが同じ高さとなることを特徴とする請求項２に記載のエンジンのクランク角検出装置。

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