技術 エンジンの回転状態を監視するために用いる被検出装置

0001

本発明は、エンジンの回転状態を監視するために用いる被検出装置に関する。

0002

エンジンの排ガス制御、出力制御、燃費制御等に関わる重要な役割の一つに燃料噴射タイミングを挙げることができる。近年、特にディーゼルエンジンの排ガス規制が厳しくなってきたことから、燃料噴射タイミングの調整は益々重要になってきた。燃料噴射タイミングをより正確なものとするには、エンジンの回転状態（速度等）を正確に監視する必要がある。

0003

従来は、エンジンの回転状態を監視するために、パルサーリング、即ち、検出体ギアが被検出物として利用されてきた。パルサーリングはエンジンの回転に伴って回転し、センサによってこのパルサーリングの回転状態（速度等）が監視される。更に、燃料噴射タイミングの向上要求に伴って、このようなパルサーリングに代えて、エンジン部品の一部であるフライホイールが被検出物として利用されるようになってきた。

0004

図１２に、エンジンの内部構造の概略横面図を示す。この図等からも明らかなように、エンジン７には、少なくとも、略円板状のプーリーギア７１と、略円板状のフライホイール７２と、それらを連結して、それらと同期して回転するクランク軸７３が設けられている。更に、これらの基本的部品に加えて、フライホイール７２の回転状態を監視するセンサ７４がフライホイールの近傍に設けられている。特に図示はしないが、よく知られているように、クランク軸７３の所定箇所７５にはピストンが取り付けられる。明らかなように、例えば、ピストン数が４つであれば、このエンジンは四気筒エンジンということになる。

0005

エンジンに使用されるフライホイールは、クランク軸と同期して回転する部品の中で最も外径が大きく、例えば、約３０ｃｍ〜の直径を有し、一般に、軽いものでも約２０ｋｇ程度の重さを持つ。フライホイールは、パルサーリングに比較してかなり大きいことから、フライホイールを被検出物として利用すれば、そこにより多くの被感知部分、例えば複数の穴を設けることができる。

0006

従来は、フライホイールにこのような被感知部分を設けるため、フライホイールの表面に穴を直接ドリルで加工する方法、或いは、フライホイールの大きさに合わせて加工したパルサーリングをフライホイールに取り付けるといった方法が採用されてきた。

0007

特許第３３５２３６６号複合磁気回転センサが開示されている。

0008

しかしながら、このような従来方法で被感知部分を設けたのでは、加工コストが非常に高くなるといった欠点がある。

0009

本発明はこのような従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、エンジンのフライホイールのような回転部品をエンジンの回転状態を監視するための被検出物として利用するにあたり、回転部品自体を被検出物として使用するのではなく、別体で設けたプレス材を被検出装置として利用することとして、その加工を容易にし、また、加工コストを安価にするものである。

0010

上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンのクランク軸と同期して回転する回転部品に取り付けられてこの回転部品と共に回転し、この回転部品の近傍に配置されたセンサによって複数の被感知部分を感知されて前記センサによるクランク軸の回転状態の監視を可能とする被検出装置であって、該被検出装置は回転部品とは別体のプレス材をプレス加工することによって形成されていることを特徴としている。

0011

上記被検出装置において、被感知部分は複数の貫通穴であってもよく、この穴は完全な円形であるか、楕円形であるか、矩形であるか、若しくは凹凸形状であってもよい。

0012

また、上記被検出装置において、前記回転部品と前記複数の貫通穴との間に隙間が形成されていてもよい。これにより、センサによる感度を向上させることができる。

0013

更に、上記被検出装置において、少なくとも前記隙間に補強材をつめてもよい。これにより、プレス材の強度を高め、また、騒音を防止することができる。

0014

更に、上記被検出装置において、前記被検出装置の被感知部分は前記回転部品の環状表面に配置されてもよいし、前記回転部品の表面に配置されてもよい。

0015

また、上記検出装置において、前記クランク軸の位置と被感知部分の位置を合わせる手段を設けてもよい。

0016

更にまた、上記被検出装置は複数に分割されていてもよく、これにより、プレス材の製造をより簡易にし、製造コストを下げることができる。また、分割された被検出装置を回転部品に位置決めするための手段を設けてもよい。

0017

尚、これらの構成では、複合磁気回転センサを使用するのが好ましい。

0018

本発明によれば、エンジンの回転部品をエンジンの回転状態を監視するための被検出物として利用するにあたり、回転部品自体を被検出物として使用するのではなく、別体で設けたプレス材を被検出装置として利用することとして、その加工を容易にし、また、加工コストを安価にすることができる。

0019

図１、図２を参照して、本発明において被検出手段として利用されるプレス材を説明する。図１は、このプレス材を一部破断してフライホイール若しくはクランクプーリー等のクランク軸と同期して回転する回転部品に取り付けた状態をセンサとともに示した概略斜視図、図２は、このプレス材の環状側面における中心線断面図である。

0020

図面からは明らかでないが、プレス材１は、回転部品３とは別体の一般入手可能なプレス板を、打抜き、曲げ等の加工を行うことによって容易に製造できる。プレス材の材質は、例えば、ＳＰＣＣ、ＳＰＦＣ材のような磁性材料であり、その厚みは、プレス加工可能な厚み、例えば、約１〜２ｍｍ程度と考えてよい。ただし、プレス加工可能であれば、どのような厚みであってもよい。プレス材１は、全体として底が抜けた皿の形状に加工されている。また、プレス材１の環状側面１２の表面には、センサ５によって感知され得る複数の貫通穴１３が設けられている。これらの穴１３は、プレス加工によって一度に形成することができる。したがって、その加工コストは非常に安価である。穴の形状は完全な円形であってもよく、その個数は例えば６０個程度とすることができる。

0021

エンジンの組立時、プレス材１は、回転部品３の背面側、特に、リングギア３１が設けられた側の表面側の対向側に固定される。例えば、回転部品３とプレス材１それぞれの背面に設けた止め穴１４に、ネジ（図示されていない）を取り付けることによって互いに固定することができる。これにより、プレス材１は回転部品３と共に回転する。

0022

回転部品３の回転に伴って、プレス材１に設けた複数の穴１３がセンサ５の感知面を通過する。このプレス材１の運動に応答して、センサ５に所定の信号が発生される。尚、側面の一部に設けた穴が設けられていない領域１５は、センサ５が信号を発生する際のタイミング取りの基準として、換言すれば、クランク軸の位置と被検出部である穴１３の位置を合わせる手段として利用できる。

0023

図２によく示されているように、プレス材１と回転部品３が互いに固定されるとき、プレス材１の環状側面の内側１６と回転部品３の背面側の環状側面の外側３２との間に隙間１７を形成するのが好ましい。プレス材１の厚みは比較的薄いことから、プレス材１を回転部品３に完全に密着させてしまうと、センサ５による穴１３の感知が不可能になるか、または、感知に誤りが生じ易くなってしまうためである。センサ５によって穴１３を正確に感知するには、プレス材１の表面から回転部品３までの距離１９は、例えば、約１．８ｍｍ、好ましくは約３ｍｍ以上必要と考えられる。ここで、例えば距離１９を１．８ｍｍ、プレス材１の厚み１８をＡ、隙間１７の大きさをＢとおけば、Ａ＋Ｂ＝１．８ｍｍという関係が成り立つ。すなわち、プレス材１の厚みが小さければ隙間を大きくし、プレス材の厚みが大きければ間隔を小さくしてやればよい。隙間１７の大きさを適当に調整することにより、センサによる感知性能を高めることができる。尚、プレス材１の厚みが増せば隙間を形成する必要はなくなるが、この場合には、プレス加工が困難なものになり、或いは、不可能になってしまう。

0024

図３に、本発明で使用することができるセンサの一例を示す。このセンサ５は、特許第３３５２３６６号等に開示された大バルクハウゼンジャンプを利用したセンサ（以下、「複合磁気回転センサ」と呼ぶ）である。このセンサ５は、大バルクハウゼンジャンプを起こし得る磁気ワイヤ５１と、これを支持する樹脂製の内部支持部材５２と、この内部支持部材５２の外部を取り巻く検出コイル５３と、この検出コイル５３を先端側上下から挟み込むＮ極磁石５４及びＳ極磁石５５と、後端側上下から挟み込むヨーク５６、５７、更に、特に後端側上部に設けたヨーク５６の上部付近に位置する調整ヨーク５８、Ｓ極磁石５５と下側のヨーク５７や配線５９が固定される基板６０、これらの部品全体を支持する外部支持部材６１と、最も外側の形成する外装６２等から成る。磁気ワイヤ５１に大バルクハウゼンジャンプによって信号が生じたとき、この信号は、基板６０を通じて配線５９に伝達され、外部に取り出される。このとき取り出される信号は、穴の形状に関わらずパルス状である。このため、この複合磁気回転センサ５によれば、他の従来センサと異なり、波形の形状ではなく、信号の有無のみによって、つまり、セット磁界とリセット磁界が生じることによる信号の有無のみによって、穴を感知でき、穴の形状や精度に影響されにくいという利点が得られる（詳細は上記特許公報参照）。特に、プレス材には、プレス加工時にバリやエッジができる危険が高いため、本発明の構成において、複合磁気回転センサ５は、他の従来センサに比べてより好ましいと考えられる。

0025

複合磁気回転センサ以外に使用可能なセンサとして、例えば、電磁ピックアップセンサやＭＲセンサ、ホールセンサがある。これらのセンサはよく知られているため、それらの構成についてここでは詳述しない。ただし、電磁ピックアップセンサは、回転部品の回転速度が低速で出力が小さいときには、回転の検出が不可能になってしまうという欠点があり（但し、増幅を行うことにより検出可能な場合もある）、また、ＭＲセンサ、ホールセンサは、電磁ピックアップと同様、磁界そのものの変化を捉えた上でセンサ内の波形成形回路を通り一般には０〜５Ｖといった大きさの出力になるが、磁界変化が小さいと検出不可能になってしまうこともあり、また、プレス加工精度がセンサのタイミング制度に影響を及ぼすこともあるため、上述した複合磁気回転センサが現段階では最も好ましいと考えられる。

0026

尚、プレス材１に設ける穴１３の形状は、センサ５によって感知され得る形状や精度であれば足り、図１に示すような完全な穴である必要はなく、また、必ずしも穴である必要はない。図４乃至図６に、センサ５によって感知することができる穴の形状例を示している。これらの図は、センサ付近における環状側面における上面図であって、環状側面における湾曲を考慮しないで図示されている。図４の穴１３−１は、角部を滑らかにした略楕円形、図５の穴１３−２は、角部を鋭く形成した長方形のような矩形、図６の穴１３−３は、穴の移動方向との直交方向において長方形の一辺を取り除いた凹凸形状となっている。これらの形状を用いた場合、図１に示したような完全な円形に比べて、プレス材の移動方向における穴の長さ（センサによる感知方向における穴の径）を小さくすることができ、これにより、より多くの被感知部分をプレス材に設けることができる。例えば、穴同士を中心角において６度程度離して約６０個の穴を設けることもできるし、それ以上の穴を設けることもできる。

0027

図７に、上に説明したプレス材の変形例を示す。図１等を参照して説明したプレス材は一体形成型のものであったが、図７の変形例に示すように、プレス材を分割した形状とすることもできる。このように、プレス材を分割形状とすることにより、プレス材の製造をより簡易にすることができ、製造コストを減少させることができる。

0028

尚、図７は、図１に略対応する図を示すものであるが、図１と異なり、プレス材が回転部品に完全に固定される前の状態を示している。また、図７には、プレス材を例えば三分割した例を示したが、勿論、三分割に限定されるものではない。

0029

分割された各プレス材片１’は、それぞれに２個づつ設けられた止め穴１４とこれらに対応して設けられた回転部品３のネジ穴２１とにネジ２６を貫通させて、回転部品３に完全に固定することができる。また、回転部品３における各プレス材片１’の位置精度の向上を図るため、位置決めピン２７（１つだけしか示していない）を用いてもよい。つまり、プレス材片１’と回転部品３双方の対応位置に、位置決めピン２７を貫通させるための穴２５、２５’を設け、それらの穴を位置決めピンによって整合させてもよい。

0030

尚、プレス材を分割した場合、図１の領域１５に対応する部分、つまり、クランク軸の位置と被検出部である穴１３の位置を合わせる手段を、プレス材片１’同士の間隔を調整することによって形成することができる。例えば、図７に示すように、領域１５Ａとして、穴の移動方向において穴１３の２個分の長さ領域を設けてもよい。また、領域１５Ｂや１５Ｃとして、穴１３の１個分の長さ領域を設けることにより、これらの領域を穴１３として利用することもできる。その他、様々な変形が可能であろう。

0031

図８に、本発明の第二実施形態によるプレス材を示す。この図８は、第一実施形態の図２に対応すると考えてよい。但し、便宜上、ここでは回転部品のリングギアは省略して示している。

0032

第一実施形態では、プレス材と回転部品との間、或いは、プレス材の穴同士の間に隙間が形成されていた。プレス材１は回転部品３とともに相当の高速度で回転されるが、このような隙間があると、プレス材の強度が弱められ、また、プレス材の振動等によって騒音が生じてしまう。第二実施形態は、この問題を解決する改良形態である。ここでは、プレス材１と回転部品３の間の隙間１７と、更に、プレス材の穴１３同士の間の隙間に、例えば、プラスチック、ウレタン、ゴムのような非磁性材料、或いは、非磁性の金属等の補強材２３がつめられている。これにより、プレス材１は補強され、隙間から騒音が発生することも防止される。尚、その他の構成については第一実施形態と同様のものと考えてよい。

0033

次いで、図９、図１０に、本発明の第三実施形態によるプレス材を示す。図９はこのプレス材の正面図である。図１０は図９のＡ−Ａ線断面図であって、上の図２や図８に対応する図と考えてよい。但し、ここでも回転部品のリングギアは省略して示している。

0034

第一実施形態や第二実施形態と異なり、このプレス材１Ａは、全体として平板状に形成されており、その中心付近に回転部品３に向かって突出する凹部２２Ａを有する。凹部２２Ａの中心には比較的大きな穴２４Ａが形成されており、その穴２４Ａの周囲にネジ止め用の止め穴１４Ａが設けられている。センサ５によって感知される貫通穴１３Ａは、ここでは、プレス材１Ａの環状側面ではなく、凹部２２Ａの更に外側の同心環状部分２０Ａに沿って設けられている。尚、貫通穴１３Ａの深さがより深くなるよう、隙間１７Ａが設けられている点等は、上の実施形態と同様である。当然のことながら、この実施形態では、穴１３Ａの位置に対応して、センサ５はプレス材１Ａの表面に配置されている。また、エンジン組立時に、プレス材１は、回転部品３の表面側、つまり、リングギア３１が設けられた側に固定される。

0035

この第三の実施形態においても、第一実施形態の変形例と同様に、プレス材１Ａを複数に分割した形で製造することができる。図１１にその分割形状の例を示す。回転部品３の大きさに対応して、プレス材１Ａは比較的大きなものにする必要があるが、この第三実施形態の構成によれば、プレス材１Ａを複数に分割した形（ここでは６つに均等分割している）で形成することができる。分割された複数のプレス材片１Ａ’は、回転部品３上で組み合わされて、最終的に、図１０に示すような１つの大きなプレス材として形成される。この方法によれば、プレス材の製造をより簡易にすることができ、製造コストを減少させることができる。分割の方法は、図１１に示すように同じ大きさとしてもよいし、異なる大きさとしてもよい。また、図１１には特に示していないが、この実施形態においても、図７の実施例と同様に、位置決めピンを設けてもよい。

0036

尚、上の実施形態では、プレス材を回転部品にネジによって固定するとしたが、例えば、プレス材の背面に凸部を、回転部品にこの凸部に対応する凹部を設ける等して、プレス材を回転部品に圧入固定できるようにしてもよい。

0037

本発明の第一実施形態によるプレス材を示す図。
図１のプレス材の環状側面における中心線断面図。
本発明で利用され得るセンサの構造を示す図。
センサによって感知され得る穴の形状例であって、略楕円形の穴を示す図。
センサによって感知され得る穴の形状例であって、矩形の穴を示す図。
センサによって感知され得る穴の形状例であって、凹凸形状の穴を示す図。
本発明の第一実施形態によるプレス材の変形例を示す図。
本発明の第二実施形態によるプレス材を示す図。
本発明の第三実施形態によるプレス材の正面図。
図９のＡ−Ａ線断面図。
本発明の第三実施形態によるプレス材の変形例を示す図。
エンジンの内部構造の概略横面図。

0038

１プレス材
５センサ
１２環状側面
１３ 穴
１５ 領域
２７ 位置決めピン