KR100794093B1 - 내연 기관의 캠각 센서 설치 구조 - Google Patents

내연 기관의 캠각 센서 설치 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 캠각 센서(22)의 검출 정밀도를 손상시키지 않고 헤드 커버(12)의 소형 및 경량화를 도모하는 것이다.
캠각 센서(22)가 설치되는 센서 브래킷(24)을 실린더 헤드(10)의 상면 외주연부(16)에, 그 양측벽 및 후방벽 중앙부의 3 군데에서 강고하게 고정한다. 실린더 헤드(10)의 상면 개구(11)를 덮는 합성 수지제의 헤드 커버(12)를, 실린더 헤드(10) 및 센서 브래킷(24)의 양방에 대해 소프트 마운트한다.
캠각 센서, 헤드 커버, 센서 브래킷, 실린더 헤드, 상면 개구

Description

내연 기관의 캠각 센서 설치 구조{MOUNTING STRUCTURE OF CAM ANGLE SENSOR FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관의 캠 샤프트의 회전각을 검출하기 위한 캠각 센서의 설치 구조에 관한 것이다.
내연 기관에는 흡기 및 배기 밸브의 캠 샤프트의 회전각(위치)을 검출하기 위한 캠각 센서가 설치된다. 캠각 센서는, 캠 샤프트의 후단부에 설치된 피검출부로서의 신호 플레이트의 직경 방향 외측에 배치되고, 이 신호 플레이트에 형성된 돌기나 홈을 감지한다. 이 캠각 센서는 실린더 헤드(특허 문헌 1 참조), 실린더 헤드의 상면 개구를 덮는 헤드 커버, 혹은 실린더 헤드와 함께 캠 샤프트를 회전 가능하게 사이에 끼우는 캠 브래킷이나 헤드 상부(특허 문헌 2 참조) 등에 설치된다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 제3431505호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 2005-113850호 공보
캠각 센서를 실린더 헤드에 설치하는 경우, 실린더 헤드의 상측에는, 이 실린더 헤드의 상면 개구를 덮는 헤드 커버가 존재하기 때문에, 필연적으로 캠각 센서 및 그 설치 부위가 신호 플레이트의 측방으로부터 하방의 영역, 즉 실린더 헤드의 측방으로부터 하방 영역에 배치되게 된다. 최근에는 내연 기관의 소형화가 특히 요구되고 있고, 상술한 바와 같이 실린더 헤드의 측방으로부터 하방 영역에 캠각 센서의 설치 공간을 확보하는 것은 매우 곤란하다. 또한, 캠각 센서가 경사 하방으로부터 조립 부착되는 구조라 하면, 캠각 센서의 선단부의 감지부가 경사 상향이 되기 때문에, 이 감지부에 분진이나 오일 등의 이물질이 쌓여 오손이나 고장의 원인이 될 우려가 있다.
캠각 센서를 헤드 커버에 설치하는 경우, 캠각 센서를 유지하기 위한 강성을 확보하기 위해, 예를 들어 알루미늄 합금과 같은 금속제의 헤드 커버로 할 필요가 있어, 수지제의 헤드 커버에 비해 중량, 비용 및 형상 자유도의 면에서 불리하다. 또한, 기관 진동 등에 의한 센서 판독 정밀도의 저하를 초래하는 일이 없도록, 헤드 커버를 견고하게 실린더 헤드에 고정해야만 하고, 예를 들어 알루미늄 다이캐스트제의 헤드 커버로 하고, 그 설치 구조를 강(剛)의 설치 구조, 즉 강성[또는 반부동식(semi-floating)] 구조로 할 필요가 있다. 이로 인해, 예를 들어 전부동식(full floating) 방식과 같은 소프트 마운트 구조를 채용할 수 있는 수지제의 헤드 커버를 이용하는 경우에 비해, 중량, 비용 및 소음ㆍ진동성의 점에서도 불리해 진다.
캠 브래킷에 캠각 센서를 설치하는 경우, 캠 브래킷에는 캠 샤프트나 전방 (후방) 커버로부터 비교적 큰 하중이 작용하기 때문에, 그 변형에 의한 판독 정밀도의 저하를 초래할 우려가 있어, 캠각 센서의 설치 부재로서는 불리하다고 할 수 있다.
본 발명은 이러한 과제에 비추어 이루어진 것이며, 헤드 커버의 소형 및 경량화와, 캠각 센서의 정밀도 향상을 높은 레벨로 양립할 수 있는 신규의 내연 기관의 캠각 센서 설치 구조를 제공하는 것이다.
내연 기관의 실린더 헤드의 상면 개구를 덮는 헤드 커버를 구비하는 동시에, 실린더 헤드에 회전 가능하게 지지되는 캠 샤프트의 피검출부를 감지하여, 캠 샤프트의 회전각을 검출하는 캠각 센서를 구비하는 내연 기관의 캠각 센서 설치 구조에 있어서, 상기 캠각 센서가 설치되는 센서 브래킷이 상기 실린더 헤드에 접촉 상태로 고정되고, 상기 헤드 커버가 상기 실린더 헤드 및 센서 브래킷에 대해 가스킷을 거쳐서 비접촉 상태로 설치되어 있다.
도1 내지 도7은 본 발명의 제1 실시예에 관한 캠각 센서의 설치 구조가 적용된 내연 기관을 도시하고 있다. 이 내연 기관은 흡기측(INT측)을 뱅크 내측, 배기측(EXH측)을 뱅크 외측으로 하는 V형 6기통 엔진이며, 횡배치 자세로 차량 전방측의 엔진룸에 탑재된다. 또한, 본 명세서에서의「상」「하」는, 기본적으로는 실린 더의 상하를 기준으로 하는 것이고,「전」「후」는 내연 기관의 전후 방향 및 기통열 방향을 기준으로 하는 것이다. 또한, 필요에 따라서, 흡기측의 구성 요소에는 참조 부호 뒤에「I」를, 배기측의 구성 요소에는 참조 부호 뒤에「E」를 부기하고 있다.
실린더 헤드(10)는 알루미늄 합금에 의해 주조되고, 상방을 향해 개방되는 상면 개구(11)를 갖는다. 이 상면 개구(11)를 덮도록, 실린더 헤드(10)의 상부에 헤드 커버(로커 커버나 캠 커버라고도 부름)(12)가 복수의 볼트 보스부(40)에서 볼트에 의해 고정된다. 이 헤드 커버(12)는 경량이면서 저렴한 합성 수지 재료에 의해 일체적으로 형 성형되는 것으로, 진동 및 소음이 생기는 일이 없도록, 소음ㆍ진동성이 우수한, 소위 전부동식(또는 반부동식)의 설치 구조에 의해 실린더 헤드(10)에 소프트 마운트되어 있다. 즉, 헤드 커버(12)의 플랜지형의 하면 개구 주연부(13)에 형성된 가스킷홈(14)에는 고무 가스킷(15)이 장착되고, 이 고무 가스킷(15)에 의해, 하면 개구 주연부(13)와, 이에 대향하는 실린더 헤드(10)의 플랜지형의 상면 개구 주연부(16)가 소정의 간극(17)을 확보한 상태에서 전체 주위에 걸쳐 액밀하게 밀폐되어 있다. 즉, 헤드 커버(12)가 실린더 헤드(10)에 대해 고무 가스킷(15)을 거쳐서 비접촉 상태로 설치된다.
실린더 헤드(10)에는, 캠 베어링부(18)에 고정되는 복수의 캠 브래킷(도시 생략)을 이용하여 흡기 캠 샤프트(19I) 및 배기 캠 샤프트(19E)가 회전 가능하게 지지된다. 공지된 바와 같이 캠 샤프트(19I, 19E)는 타이밍 체인 등을 거쳐서 크랭크 샤프트에 연동되어 회전하고, 캠 샤프트(19I, 19E)의 회전에 따라서 흡기 및 배기 밸브가 개폐 작동한다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 크랭크 샤프트의 회전각(CA)에 대한 캠 샤프트(19I, 19E)의 위상을 변경 가능한 밸브 타이밍 변경 기구가 흡기측 및 배기측의 양방에 설치된다.
도4나 도5에 도시한 바와 같이, 흡기 및 배기 캠 샤프트(19I, 19E)의 후단부에는 각각 신호 플레이트(20I, 20E)가 설치되어 있다. 각 신호 플레이트(20)에는 피검출부로서의 복수의 신호 돌기(21)가 주위 방향에 간헐적으로 형성되어 있다. 또한, 각 신호 플레이트(20I, 20E)의 직경 방향 외측에 캠각 센서(22I, 22E)가 각각 설치되어 있다. 각 캠각 센서(22)는, 예를 들어 공지의 PHASE 센서이며, 선단부의 감지부(23)에서 신호 플레이트(20)의 신호 돌기(21)를 감지함으로써 캠 샤프트(19)의 회전각을 검출하도록 되어 있다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 크랭크 샤프트의 크랭크각이나 엔진 회전수를 검출하는 크랭크각 센서가 설치되어 있고, 이들 크랭크각 센서와 캠각 센서(22)의 검출 신호를 기초로 하여, 각 기통마다의 연료 분사 타이밍이나 점화 타이밍이 제어되는 동시에, 상기한 밸브 타이밍 변경 기구에 의한 흡기 밸브나 배기 밸브의 밸브 타이밍이 제어된다.
실린더 헤드(10)의 상면 후방부에는, 캠각 센서(22)가 설치되는 센서 브래킷(24)이 설치된다. 이 센서 브래킷(24)은 알루미늄 합금 또는 주철 등과 같이 실린더 헤드(10)와 동등한 강성 및 강도를 갖는 금속 재료에 의해 형성되어 있고, 대략 원통형을 이루는 3개의 브래킷 보스부(25)에서 볼트에 의해 실린더 헤드(10)의 볼트 보스부(26)에 강고하고 또한 견고하게 고정되고, 즉 실린더 헤드(10)에 접촉 상태로 설치된다. 또한, 실린더 헤드(10)의 상면 개구 주연부(16)에 고무 가스 킷(15)이 배치되는 폭을 전체 주위에 걸쳐 확보되도록, 상기한 볼트 보스부(26)는 실린더 헤드(10)의 내벽으로부터 내측으로 돌출되도록 형성되어 있다. 또한, 센서 브래킷(24)에는, 상기한 브래킷 보스부(25)의 상부 모서리부에 접속하는 대략 평탄한 평탄부(28)가 마련되고, 이 평탄부(28)에, 캠각 센서(22)가 끼워 맞춤 및 유지되는 대략 원통형의 한 쌍의 센서 설치 보스(29I, 29E)가 형성되어 있다. 이와 같이 센서 브래킷(24)은, 실린더 헤드(10)의 표면 주연부(16)에 대해 실린더 헤드(10)의 양측벽 및 후방벽 중앙부의 3 군데에서 견고하게 고정되고, 즉 실린더 헤드(10)의 양측벽 및 후방벽에 가설된 상태에서 실린더 헤드(10)의 상방으로 안정되게 지지되어 있고, 실린더 헤드(10)의 후방부측을 보강하기 위한 보강 부재로서도 기능하고 있다.
캠각 센서(22)는 신호 플레이트(20)를 지향하는 선단부의 감지부(23)가 하향이 되는 자세로, 상방으로부터 센서 설치 보스(29I, 29E)에 O링(41)을 거쳐서 액밀하게 조립 부착된다. 이 캠각 센서(22)에는, 센서 설치 보스(29)의 측방에 부대 형성된 센서 브래킷(24)의 센서용 보스부(30)에 볼트로 고정되는 플랜지부(42)가 설치되고, 이 플랜지부(42) 상에 커넥터부(43)가 설치된다. 조립 부착 상태에서의 캠각 센서(22)는 신호 플레이트(20)와 동일축 직교면 상이며, 또한 신호 플레이트(20)의 반경 방향 외측에 배치된다.
도1에도 도시한 바와 같이, 헤드 커버(12)는 보스부(31)에서 센서 브래킷(24)의 보스부(32)에 설치된다. 헤드 커버의 보스부(31)와 센서 브래킷의 보스부(32) 사이에는 간극이 존재하여 비접촉 상태이다. 이 헤드 커버(12)는 센서 브 래킷(24)에 대해서도 소프트 마운트되어 있다. 상세하게는, 센서 브래킷(24)의 평탄부(28)의 외주에는 플랜지형의 상면 외주연부(35)가 마련된다. 한편, 헤드 커버(12)의 상면 후방부에는 브래킷 개구부(33)가 2 군데에 개구 형성되고, 브래킷 개구부(33)의 이면 개구 주연부(34)에는 가스킷홈(36)이 형성되어 있다. 이 가스킷홈(36)에 장착되는 고무 가스킷(37)에 의해, 상기한 상면 외주연부(35)와 이면 개구 주연부(34)가 소정의 간극(38)을 확보한 상태에서 전체 주위에 걸쳐 밀봉 및 시일되어 있다. 즉, 헤드 커버(12)가 센서 브래킷(24)에 대해 고무 가스킷(37)을 거쳐서 비접촉 상태로 설치된다. 이와 같이, 헤드 커버(12)는 실린더 헤드(10) 및 센서 브래킷(24)의 양방에 대해 상방으로부터 전부동식 상태로 설치되어 있다.
이상과 같은 본 실시예에 따르면, 이하에 열거하는 특징적인 작용 효과를 발휘한다.
실린더 헤드(10)에 접촉 상태로 설치되는 금속제의 센서 브래킷(24)에 캠각 센서(22)를 설치하고 있고, 이들 실린더 헤드(10)나 센서 브래킷(24)에 대해 헤드 커버(12)를 고무 가스킷(15, 37)을 거쳐서 비접촉 상태로 설치하고 있다. 즉, 이 헤드 커버(12)를 경량이면서 저렴한 합성 수지제로 하고, 그 설치 구조를 소음ㆍ진동성이 우수한 전부동식, 즉 소프트 마운트 구조로 하고 있다. 이와 같이, 센서 브래킷(24)을 거쳐서 캠각 센서(22)를 안정적으로 유지하여 검출 정밀도의 향상을 도모하면서, 소프트 마운트 구조의 헤드 커버(12)의 합성 수지화에 의해 경량화 및 저비용화 및 소음ㆍ진동성의 향상 등을 도모할 수 있다.
센서 설치 보스(29)가 신호 플레이트(20)의 직경 방향 외측에 배치된, 소위 주위 방향 판독 방식이기 때문에 축방향 판독 방식에 비해 검출 정밀도가 우수하다. 또한, 캠각 센서(22)를, 그 감지부(23)가 하방을 향하는 자세로, 센서 설치 보스(29)에 상방측으로부터 설치할 수 있어 캠각 센서(22)의 설치 작업 및 유지 보수 작업이 용이하고, 또한 감지부(23)에 이물질이 혼입되거나 쌓이는 일이 없어, 상기한 이물질에 의한 캠각 센서(22)의 오손 및 고장을 초래할 일이 없다.
폐환형의 고무 가스킷(15)에 의해 실린더 헤드(10)의 상면 개구 주연부(16)와 헤드 커버(12)의 하면 개구 주연부(13)를 전체 주위에 걸쳐 시일하도록 되어 있고, 후술하는 제2 실시예와 같은 삼차로 및 삼거리형의 시일 접속 부분이 없는 시일 구조이기 때문에 시일성이 우수하다. 고무 가스킷(37)에 의한 헤드 커버(12)와 센서 브래킷(24)의 시일 구조도 마찬가지이다.
또한, 본 제1 실시예에서는, 흡기 및 배기 양방에 센서 설치 보스(29)가 설치된 센서 브래킷(24)을 좌우 뱅크에서 마찬가지로 이용할 수 있다. 따라서, 좌우 뱅크에서 다른 센서 브래킷을 이용하는 경우에 비해 부품 종류를 삭감할 수 있다. 그리고, 차량 탑재 상태에서의 엔진 후드 등에 의해 규제되는 기관 전체 높이를 억제하도록, 한쪽의 센서 설치 보스(29I)를 실린더 축선에 대해 경사지게 하고 있다. 또한, 도1 내지 도7에 도시하는 한쪽의 뱅크측에서는 경사지는 센서 설치 보스(29I)가 흡기측으로 되어 있지만, 도시하지 않은 또 한쪽의 뱅크측에서는 경사지는 센서 설치 보스부가 배기측이 된다.
이상과 같이 본 발명을 구체적인 실시예를 기초로 하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경을 포함하는 것이다. 예를 들어, 신호 플레이트나 센서 브래킷을 기관 전방측에 설치해도 좋다.
헤드 커버가 실린더 헤드 및 센서 브래킷에 대해 가스킷을 거쳐서 비접촉 상태로 설치됨으로써 소음ㆍ진동성이 향상되는 동시에, 이 헤드 커버를 경량이면서 저렴한 합성 수지제로 할 수 있고, 또한 실린더 헤드에 대해 접촉 상태로 설치되는 센서 브래킷에 캠각 센서가 설치되기 때문에, 캠각 센서를 실린더 헤드측에 강의 상태로 설치할 수 있어, 소프트 마운트되는 헤드 커버에 설치하는 경우에 비해, 그 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 헤드 커버의 합성 수지화 등에 의한 소형 및 경량화와, 캠각 센서의 정밀도 향상을 높은 레벨로 양립할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 캠각 센서 설치 구조를 적용한 내연 기관을 도시하는 도2의 A-A선을 따르는 단면도.
도2는 상기 제1 실시예의 내연 기관을 도시하는 상면도.
도3은 상기 제1 실시예의 내연 기관을 도시하는 사시도.
도4는 상기 제1 실시예의 내연 기관을 헤드 커버를 제거한 상태에서 도시하는 사시도.
도5는 상기 제1 실시예의 내연 기관을 헤드 커버를 제거한 상태에서 도시하는 후방면도.
도6은 상기 제1 실시예의 내연 기관을 헤드 커버를 제거한 상태에서 도시하는 상면도.
도7은 도6의 B-B선을 따르는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 실린더 헤드
12 : 헤드 커버
15 : 고무 가스킷(제1 가스킷)
20 : 신호 플레이트
24 : 센서 브래킷
22 : 캠각 센서
33 : 브래킷 개구부
37 : 고무 가스킷(제2 가스킷)

Claims (7)

  1. 내연 기관의 실린더 헤드의 상면 개구를 덮는 헤드 커버를 구비하는 동시에,
    실린더 헤드에 회전 가능하게 지지되는 캠 샤프트의 피검출부를 감지하여, 캠 샤프트의 회전각을 검출하는 캠각 센서를 구비하는 내연 기관의 캠각 센서 설치 구조에 있어서,
    실린더 헤드의 캠 베어링부에 고정되어 캠 샤프트를 회전 가능하게 지지하는데 이용되는 캠 브래킷과는 별도로, 상기 실린더 헤드에 접촉 상태로 설치되며, 상기 캠각 센서를 설치하기 위한 센서 브래킷과,
    상기 실린더 헤드 커버와 상기 센서 브래킷 사이에 배치되며, 상기 실린더 헤드 커버와 상기 센서 브래킷을 비접촉 상태로 설치하기 위한 가스킷을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 캠각 센서 설치 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 헤드 커버가 합성 수지제이고, 상기 실린더 헤드 및 센서 브래킷이 금속제인 것을 특징으로 하는 내연 기관의 캠각 센서 설치 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캠각 센서는, 그 감지부가 하방을 향하는 자세로 센서 브래킷에 상방으로부터 설치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 캠각 센서 설치 구조.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실린더 헤드의 상면 개구 주연부와 헤드 커버의 하면 개구 주연부가 전체 주위에 걸쳐 제1 가스킷을 거쳐서 밀봉되어 있는 동시에,
    상기 헤드 커버에 브래킷 개구부가 개구 형성되어 있고, 이 브래킷 개구부의 이면 개구 주연부와, 상기 센서 브래킷의 상면 외주연부가, 제2 가스킷을 거쳐서 전체 주위에 걸쳐 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 캠각 센서 설치 구조.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서 브래킷은, 실린더 헤드의 상면 개구 주연부에 대해 실린더 헤드의 양측벽 및 후방벽 중앙부의 3 군데에서 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 캠각 센서 설치 구조.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서 브래킷이 V형 내연 기관의 양뱅크에서 공통되어 이용되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 캠각 센서 설치 구조.
  7. 내연 기관의 실린더 헤드의 상면 개구를 덮는 헤드 커버를 구비하는 동시에,
    실린더 헤드에 회전 가능하게 지지되는 캠 샤프트의 피검출부를 감지하여, 캠 샤프트의 회전각을 검출하는 캠각 센서를 구비하는 내연 기관의 캠각 센서 설치 방법에 있어서,
    상기 캠각 센서를 설치하는 센서 브래킷을, 실린더 헤드의 캠 베어링부에 고 정되어 캠 샤프트를 회전 가능하게 지지하는데 이용되는 캠 브래킷과는 별도로, 상기 실린더 헤드에 접촉 상태로 설치하고,
    상기 실린더 헤드 커버는 가스킷을 거쳐서 비접촉 상태로 상기 센서 브래킷에 설치하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 캠각 센서 설치 방법.
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