(57)【要約】【課題】簡素且つ安価な構成により、クランク軸の回転情報を精度良く検出する。【解決手段】回転センサ装置５１は、クランク軸３に駆動され、クランク軸３とは軸線を異にするセンサ軸１５と、クランク軸３とセンサ軸１５とを等速且つ同期させて連動回転させるギア駆動機構２１と、センサ軸１５に設けられた被検出回転体１８と、被検出回転体１８の動きを検出する回転検出部１９とを具備している。センサ軸１５は被検出回転体１８を回転させる専用の回転軸である。ギア駆動機構２１は、クランク軸３側の駆動ギア２２と、センサ軸１５側の従動ギア２３とを具備し、クランク軸３とセンサ軸１５との軸間距離の変化を吸収可能である。駆動ギア２２と従動ギア２３とは同じ歯数である。センサ軸１５の軸心位置は、クランク軸３の軸心位置の真下にあり、エンジンの停止時に駆動ギア２２と従動ギア２３との間の噛み合い代が許容最大値となるように設定されている。【選択図】図１
2015165189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸とは異なる軸線を備えるとともに該クランク軸によって駆動されるセンサ軸と、
前記クランク軸と前記センサ軸とを等速回転させる等速回転伝達機構と、
前記センサ軸に設けられた被検出回転体と、
前記被検出回転体の動きを検出する回転検出部と、
を備えることを特徴とするエンジンの回転センサ装置。
【請求項２】
前記等速回転伝達機構は、前記クランク軸と前記センサ軸との軸間距離の変化を吸収可能である請求項１に記載のエンジンの回転センサ装置。
【請求項３】
前記等速回転伝達機構は、
前記クランク軸に固定された駆動ギアと、
前記センサ軸に固定されて前記駆動ギアに噛み合い、前記駆動ギアと同じ歯数を持つ従動ギアと、
を備える請求項１または２に記載のエンジンの回転センサ装置。
【請求項４】
前記センサ軸の軸心位置は、前記クランク軸の軸心位置よりも下方にあり、前記エンジンの停止時に、前記駆動ギアと前記従動ギアとの間の噛み合い代が許容最大値となるように設定されている請求項３に記載のエンジンの回転センサ装置。
【請求項５】
前記等速回転伝達機構は、
前記クランク軸に固定されて外周部に噛合部が形成された駆動回転部材と、
前記センサ軸に固定されて外周部に噛合部が形成された従動回転部材と、
前記駆動回転部材および前記従動回転部材の周囲に巻装されて前記噛合部に噛み合い、
前記駆動回転部材と前記従動回転部材とを等速回転させる噛合巻装部材と、
を備える請求項１または２に記載のエンジンの回転センサ装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のエンジンの回転センサ装置を備えた舶用エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク軸の絶対角度位置や回転速度等の回転情報を検出するための、エンジンの回転センサ装置、これを備えた舶用エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
往復ピストンエンジン（レシプロエンジン）には、クランク軸の絶対角度位置や回転速度等の回転情報を検出する回転センサ装置が設けられている。自動車エンジン等の比較的小型のエンジンでは、クランク軸と共に回転するフライホイールやプーリー等の回転部材の周縁部に突起や切欠き等の回転検知目標部を設け、この回転検知目標部の動きを、クランクケース側に設けた光学センサや磁力センサ等の回転検出部により検出してクランク軸の回転情報を検出するようになっている。
【０００３】
大型の舶用エンジンにおいても同様であり、例えば図５に示す回転センサ装置１０１のように、クランクケース１の主軸受２に軸支された巨大なクランク軸３の軸端部にセンサ軸５を、特殊なフレキシブル継手６（撓み継手）を介して同軸的に連結し、このセンサ軸５をクランクケース１の端面に設けた専用のセンサ軸受７で軸支しながら、センサ軸５の先端部に設けた被検出回転体８の回転状況を、センサ軸受７の近傍に固定された回転検出部９によって検出するようになっている。
【０００４】
また、例えば特許文献１の図２に示されるように、舶用の大型ディーゼルエンジンにおいて、クランク軸３の回転を歯車２ａと歯車３とにより高圧ポンプ４の回転軸に伝達して高圧ポンプ４を駆動するとともに、この高圧ポンプ４の回転軸の回転を角度センサ８により検出してクランク軸３の回転を検出するようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４５５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているクランク軸の回転検出構造において、高圧ポンプ４のような補機類は、クランク軸３よりも高速で回転するため、歯車２ａの歯数と歯車３の歯数が大きく異なるように設計しなければならい。このため、角度センサ８によって検出した回転軸の回転データをクランク軸３の回転データとなるように数分の一に減速しなければならならず、検出精度が低下する虞があった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、簡素且つ安価な構成により、クランク軸の回転情報を精度良く検出することができるエンジンの回転センサ装置、これを備えた舶用エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るエンジンの回転センサ装置は、クランク軸とは異なる軸線を備えるとともに該クランク軸によって駆動されるセンサ軸と、前記クランク軸と前記センサ軸とを等速回転させる等速回転伝達機構と、前記センサ軸に設けられた被検出回転体と、前記被検出回転体の動きを検出する回転検出部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記構成の回転センサ装置によれば、エンジンのクランク軸に駆動され、クランク軸とは別軸として設けられたセンサ軸が、等速回転伝達機構によってクランク軸と等速で回転駆動される。そして、このセンサ軸に設けられた被検出回転体の動きが回転検出部によって検出される。
【００１０】
センサ軸は、クランク軸とは軸線が異なる別軸であるため、例えばクランク軸がセンサ軸よりも格段に大径であり、その径方向および軸方向への振れ量がセンサ軸より大きな回転軸であっても、このクランク軸とセンサ軸との間を特殊で高価なフレキシブル継手等で接続しなくてもよい。このようにフレキシブル継手を省けることにより、回転センサ装置の構成を簡素且つ安価なものにすることができる。
【００１１】
しかも、センサ軸がクランク軸と等速で回転駆動されるため、センサ軸の回転情報がそのままクランク軸の回転情報となる。このため、高い精度でクランク軸の回転情報を検出することができる。
【００１２】
また、上記構成において、前記等速回転伝達機構は、前記クランク軸と前記センサ軸との軸間距離の変化を吸収可能であることが好ましい。
【００１３】
このように、等速回転伝達機構がクランク軸とセンサ軸との軸間距離の変化を吸収可能であれば、センサ軸に設けるフレキシブル継手を省くか簡略化し、回転センサ装置の構成を簡素且つ安価にすることができる。
【００１４】
また、上記構成において、前記等速回転伝達機構は、前記クランク軸に固定された駆動ギアと、前記センサ軸に固定されて前記駆動ギアに噛み合い、前記駆動ギアと同じ歯数を持つ従動ギアと、を備えた構成としてもよい。
【００１５】
このように、クランク軸の回転を駆動ギアと従動ギアとによってセンサ軸に伝達すれば、駆動ギアと従動ギアとの間の噛み合い代の幅（軸間距離方向のバックラッシュ）を利用してクランク軸とセンサ軸との軸間距離の変化を吸収することができ、フレキシブル継手の省略化または簡素化に貢献することができる。
【００１６】
また、上記構成において、前記センサ軸の軸心位置は、前記クランク軸の軸心位置よりも下方にあり、前記エンジンの停止時に、前記駆動ギアと前記従動ギアとの間の噛み合い代が許容最大値となるように設定するのが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、エンジンが停止してクランク軸が重力により軸受隙間中の最下部に来た時に、ギア間の噛み合い代が許容最大値となる。このため、エンジンが作動してクランク軸の位置が上昇した時には噛み合い代が減少する傾向となり、これによって噛み合い代が過大になる、即ちバックラッシュが過小になる虞がない。
したがって、エンジン作動中にバックラッシュが不足することによるクランク軸とセンサ軸との軸間距離の変化の吸収性の低下、およびギア、センサ軸、センサ軸受等の破損および異常摩耗といった不具合を防止することができる。
【００１８】
また、上記構成において、前記等速回転伝達機構は、前記クランク軸に固定されて外周部に噛合部が形成された駆動回転部材と、前記センサ軸に固定されて外周部に噛合部が形成された従動回転部材と、前記駆動回転部材および前記従動回転部材の周囲に巻装されて前記噛合部に噛み合い、前記駆動回転部材と前記従動回転部材とを等速回転させる噛合巻装部材と、を備えた構成としてもよい。
【００１９】
上記のように等速回転伝達機構を構成すれば、クランク軸とセンサ軸との軸間距離の変化を噛合巻装部材に吸収させることができる。例えば、噛合巻装部材をチェーンやコグドベルトにして緩めに巻装し、その弛みをテンショナーで吸収するようにすればよい。これにより、一般的且つ簡素な機械要素を用いて軸間寸法の変化を吸収することができる。
【００２０】
また、本発明に係る舶用エンジンは、上記いずれかの構成のエンジンの回転センサ装置を備えていることを特徴とする。
この舶用エンジンによれば、舶用エンジンに適した簡素且つ安価な構成により、クランク軸の回転情報を精度良く検出することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明に係るエンジンの回転センサ装置、これを備えた舶用エンジンにおいては、簡素且つ安価な構成により、クランク軸の回転情報を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す舶用大型ディーゼルエンジンのクランク軸前端部付近と回転センサ装置の縦断面図である。
【図２】図１のII矢視によるエンジンおよび回転センサ装置の正面図である。
【図３】図１のIII-III矢視による等速回転伝達機構の正面図であり、（ａ）はエンジン停止時、（ｂ）はエンジン作動時における噛み合い代の大きさを示している。
【図４】本発明の第２実施形態を示す等速回転伝達機構の正面図である。
【図５】従来の技術を示す舶用大型ディーゼルエンジンのクランク軸前端部付近と回転センサ装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る回転センサ装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態を示す舶用大型ディーゼルエンジンのクランク軸前端部付近と回転センサ装置５１の縦断面図であり、図２は図１のII矢視によるエンジンおよび回転センサ装置５１の正面図である。
【００２５】
この回転センサ装置５１は、大型ディーゼルエンジンにおけるクランクケース１の前面に設けられており、大型ディーゼルエンジンのクランク軸３の回転情報（絶対角度位置、回転速度等）を検出するものである。
【００２６】
クランク軸３はクランクケース１に設けられた主軸受２に軸支されており、その前端面３ａがクランクケース１の前面から突出し、この突出部を囲む環状のスラストストッパ４がクランクケース１の前面に固定されている。スラストストッパ４はクランク軸３の軸方向の動きを所定範囲（数ミリ程度）に限定する規制部材である。
【００２７】
スラストストッパ４には円筒状のギアハウジング１１が固定され、このギアハウジング１１の内部にセンサギア室１２を備えている。ギアハウジング１１の前面１１ａには筒状のセンサ軸受１３が貫通するように設けられ、このセンサ軸受１３にセンサ軸１５が軸支されている。センサ軸１５は、クランク軸３とは異なる軸線を備え、クランク軸３に対して平行に軸支された回転軸であり、後述するギア駆動機構２１を介してクランク軸３によって回転駆動される。
【００２８】
センサ軸１５の軸支位置は、クランク軸３の軸心位置よりも下方であることが好ましく、図２、図３にも示すように、クランク軸３の軸線の鉛直下にセンサ軸１５を配置するのが理想的である。しかし、クランク軸３よりも下方であれば、鉛直下から多少ずれた位置であっても構わない。
【００２９】
センサ軸１５の先端部には円盤状（ローター状）の被検出回転体１８が設けられる一方、ギアハウジング１１側には、被検出回転体１８の周囲を取り囲む形状の回転検出部１９が固定されている。そして、センサ軸１５と共に回転する被検出回転体１８の動きが回転検出部１９によって検出される。このように、センサ軸１５は被検出回転体１８を回転させる専用の回転軸となっている。
【００３０】
センサギア室１２の内部には、クランク軸３とセンサ軸１５とを等速且つ同期させて連動回転させる等速回転伝達機構としてギア駆動機構２１が収容されている。このギア駆動機構２１は、クランク軸３に固定された駆動ギア２２と、センサ軸１５に固定された従動ギア２３とを具備している。駆動ギア２２と従動ギア２３は同じ歯数を持ち、互いに噛み合っている。このギア駆動機構２１により、クランク軸３とセンサ軸１５とが等速且つ同期して連動回転する。
【００３１】
クランク軸３は径が大きいため、主軸受２の内部で径方向に数ミリ振れる。また、軸方向にもスラストストッパ４が許容する範囲内で数ミリ程度移動する。クランク軸３の径方向の振れに起因して、クランク軸３とセンサ軸１５との軸間距離が変化するが、ギア駆動機構２１は、この軸間距離の変化を吸収可能である。これは、センサ軸１５を軸支するセンサ軸受１３がギアハウジング１１を介してクランクケース１に固定されており、クランク軸３の径方向への移動に影響されにくいためである。
【００３２】
即ち、クランク軸３が径方向に変位すると、駆動ギア２２と従動ギア２３との噛み合い代が変化するが、両方のギア２２，２３の間で歯飛びが起こることはない。このため、クランク軸３の回転が常にセンサ軸１５に伝達され続ける。また、クランク軸３の軸方向への振れは、駆動ギア２２が従動ギア２３に対して軸方向にスライドすることにより吸収される。
【００３３】
図３は、図１のIII-III矢視によるギア駆動機構２１の正面図であり、（ａ）はエンジン停止時、（ｂ）はエンジン作動時における駆動ギア２２と従動ギア２３との間の噛み合い代Ｈ１，Ｈ２の大きさを示している。
ここで、エンジン停止時（ａ）における噛み合い代Ｈ１と、エンジン作動時（ｂ）における噛み合い代Ｈ２との関係がＨ１＞Ｈ２となるように、クランク軸３に対するセンサ軸１５の軸心位置が設定されている。
また、エンジン停止時（ａ）における噛み合い代Ｈ１は許容最大値とされ、エンジン作動時（ｂ）における噛み合い代Ｈ２は許容最小値以上となるように設定されている。
【００３４】
エンジン停止時にはクランク軸３が自重により主軸受２の最低部に接触した状態となる。一方、エンジン作動時には潤滑油の巻き込みや、軸荷重特性および回転方向等によって決定される軸挙動によってクランク軸３が主軸受２の最低部から浮き上がる。このため、エンジン停止時とエンジン作動時とでは、クランク軸３とセンサ軸１５との軸間距離がΔＨだけ変化する。このようにクランク軸３の位置が高くなっても、駆動ギア２２と従動ギア２３との間の噛み合い代Ｈ２が許容最小値を下回らないようになっている。
【００３５】
以上のように回転センサ装置５１は構成されている。なお、上記実施形態では、センサ軸１５がクランク軸３に駆動されるようになっているが、クランク軸３に限らず、エンジンの回転速度に比例して回転する回転軸であれば、例えばカム軸、バランサ軸等によってセンサ軸１５を回転駆動するようにすることも考えられる。
【００３６】
クランク軸３が回転すると、その回転が駆動ギア２２と従動ギア２３との噛み合いを経てセンサ軸１５に伝達され、センサ軸１５がクランク軸３と等速で回転駆動される。このセンサ軸１５と共に被検出回転体１８が回転し、この被検出回転体１８の回転がクランク軸３の回転情報（絶対角度位置、回転速度等）として回転検出部１９に検出される。
【００３７】
この回転センサ装置５１のセンサ軸１５は、クランク軸３とは軸線が異なる別軸であるため、クランク軸３のように大径で径方向および軸方向への振れ量が大きな回転軸であっても、このクランク軸３とセンサ軸１５との間を従来のように複雑で高価な専用部品であるフレキシブル継手で接続しなくてもよい。このようにフレキシブル継手を省けることにより、回転センサ装置５１の構成を簡素且つ安価なものにすることができる。
【００３８】
しかも、センサ軸１５がクランク軸３と等速で回転駆動されるため、センサ軸１５の回転情報がそのままクランク軸３の回転情報となる。したがって、高い精度でクランク軸３の回転情報を検出することができる。
【００３９】
また、クランク軸３の回転をセンサ軸１５に伝達するのが、クランク軸３に固定された駆動ギア２２と、センサ軸１５に固定されて駆動ギア２２に噛み合い、駆動ギア２２と同じ歯数を持つ従動ギア２３とを備えたギア駆動機構２１となっている。
このように、クランク軸３の回転を駆動ギア２２と従動ギア２３とでセンサ軸１５に伝達すれば、駆動ギア２２と従動ギア２３との間の噛み合い代Ｈ１，Ｈ２（軸間距離方向のバックラッシュ）を利用して、クランク軸３の振れに起因するクランク軸３とセンサ軸１５との軸間距離の変化ΔＨを吸収することができ、この点でもフレキシブル継手の省略または簡素化に貢献することができる。
【００４０】
さらに、この回転センサ装置５１は、センサ軸１５の軸心位置がクランク軸３の軸心位置よりも下方にあり、エンジン停止時においてクランク軸３が重力により軸受隙間中の最下部に来た時に、ギア２２，２３間の噛み合い代Ｈ１が許容最大値となる。
【００４１】
このため、エンジンが作動してクランク軸３の位置が上昇した時には噛み合い代Ｈ１がＨ２に減少する傾向となり、これによって噛み合い代が過大になる、即ちバックラッシュが過小になる虞がない。したがって、エンジン作動中にバックラッシュが不足することによるクランク軸３とセンサ軸１５との軸間距離の変化分ΔＨの吸収性の低下、およびギア２２，２３、センサ軸１５、センサ軸受１３等の破損および異常摩耗等の不具合を防止することができる。
【００４２】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態を示す等速回転伝達機構の正面図である。
図１〜図３に示した第１実施形態では、クランク軸３とセンサ軸１５とを等速且つ同期させて連動回転させる等速回転伝達機構としてギア駆動機構２１が用いられていたが、この第２実施形態では、等速回転伝達機構としてチェーンを用いた巻掛駆動機構２５が用いられている。
【００４３】
この巻掛駆動機構２５は、駆動スプロケット２６（駆動回転部材）と、従動スプロケット２７（従動回転部材）と、チェーン２８（噛合巻装部材）と、チェーン２８の弛みを吸収するテンションスプロケット２９とを具備している。
駆動スプロケット２６は、クランク軸３に固定されて外周部に歯２６ａ（噛合部）が形成され、従動スプロケット２７は、センサ軸１５に固定されて外周部に歯２７ａ（噛合部）が形成されている。駆動スプロケット２６の歯２６ａの数と従動スプロケット２７の歯２７ａの数は同じである。
【００４４】
チェーン２８は、駆動スプロケット２６および従動スプロケット２７の周囲に巻装されて各歯２６ａ，２７ａに噛み合い、駆動スプロケット２６と従動スプロケット２７とを等速且つ同期させて連動回転させる。なお、テンションスプロケット２９はチェーン２８の緩み側のチェーンラインに設けられる。この巻掛駆動機構２５により、クランク軸３とセンサ軸１５とが等速且つ同期して連動回転する。
【００４５】
このように、等速回転伝達機構を、スプロケット２６，２７とチェーン２８とを用いた巻掛駆動機構２５にすれば、クランク軸３とセンサ軸１５との軸間距離の変化をチェーン２８（テンションスプロケット２９）に吸収させることができる。これにより、一般的且つ簡素な機械要素を用いてクランク軸３とセンサ軸１５の軸間寸法の変化を吸収することができる。
【００４６】
しかも、センサ軸１５の軸支位置の自由度を第１実施形態の場合よりも高めることができる。つまり、第１実施形態のギア駆動機構２１では、クランク軸３の回転をギア２２，２３によってセンサ軸１５に伝達しており、ギア２２，２３の外径をあまり大きくできなかったため、必然的にセンサ軸１５をクランク軸３の近傍に軸支せざるを得なかった。
【００４７】
これに対して、この第２実施形態の巻掛駆動機構２５では、チェーン２８の長さを延ばすことにより、センサ軸１５の軸支位置をクランク軸３から離すことができる。さらに、第１実施形態のようにセンサ軸１５の軸心位置をクランク軸３の軸心位置よりも下方にする必要がなく、この点でもセンサ軸１５の軸支位置の自由度を高めることができる。
【００４８】
なお、この巻掛駆動機構２５のスプロケット２６，２７をそれぞれコグドプーリー（歯付プーリー）に変更し、チェーン２８をコグドベルト（歯付ベルト）に変更することにより、上記と同様な作用・効果を奏することができ、しかも注油が不要になることからギア式やチェーン式に比べてメンテナンス性を向上させることができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態に係る回転センサ装置５１によれば、従来、クランク軸３とセンサ軸１５との間に設けられていたフレキシブル継手を省略する、もしくは簡素化することができるとともに、クランク軸３の回転情報を正確に取得することができる。
【００５０】
また、この回転センサ装置５１を備えた舶用エンジンにおいては、舶用エンジンに適した簡素且つ安価な構成により、クランク軸の回転情報を精度良く検出し、エンジンの信頼性を高めることができる。
【００５１】
なお、本発明は、上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えたり、適用分野を変更したりすることもでき、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
【００５２】
例えば、上記実施形態では、舶用大型ディーゼルエンジンに本発明に係る回転センサ装置を適用した例について説明したが、舶用に限らず、例えば陸上発電用の大型エンジン等にも適用することができる。
また、クランク軸３とセンサ軸１５の相対位置関係は上記実施形態のものに限定されない。
【符号の説明】
【００５３】
１  クランクケース
２  主軸受
３  クランク軸
４  スラストストッパ
１１  ギアハウジング
１２  センサギア室
１３  センサ軸受
１５  センサ軸
１８  被検出回転体
１９  回転検出部
２１  ギア駆動機構（等速回転伝達機構）
２２  駆動ギア
２３  従動ギア
２５  巻掛駆動機構（等速回転伝達機構）
２６  駆動スプロケット（駆動回転部材）
２６ａ  歯（噛合部）
２７  従動スプロケット（従動回転部材）
２７ａ  歯（噛合部）
２８  チェーン（噛合巻装部材）
２９  テンションスプロケット
Ｈ１，Ｈ２  駆動ギアと従動ギアとの間の噛み合い代
ΔＨ  クランク軸とセンサ軸との軸間距離の変化量
【図１】
2015165189.tif 000003
【図２】
2015165189.tif 000004
【図３】
2015165189.tif 000005
【図４】
2015165189.tif 000006
【図５】
2015165189.tif 000007