发动机旋转传感器装置及具备该装置的船用发动机的制作方法
【专利摘要】该旋转传感器装置(51)具备：传感器轴(15)，所述传感器轴(15)将轴线设为与曲柄轴(3)不同；齿轮驱动机构(21)，所述齿轮驱动机构(21)使曲柄轴(3)和传感器轴(15)等速且同步地连动旋转；被检测旋转体(18)，所述被检测旋转体(18)被设在传感器轴(15)上；以及，旋转检测部(19)，所述旋转检测部(19)检测被检测旋转体(18)的动作。传感器轴(15)是使被检测旋转体(18)旋转的专用旋转轴。齿轮驱动机构(21)具备曲柄轴(3)侧的驱动齿轮(22)和传感器轴(15)侧的从动齿轮(23)，可吸收曲柄轴(3)和传感器轴(15)的轴间距离变化。传感器轴(15)轴心位置位于曲柄轴(3)轴心位置的正下方，并设定为发动机停止时驱动齿轮(22)和从动齿轮(23)之间的啮合量为允许最大值。
【专利说明】
发动机旋转传感器装置及具备该装置的船用发动机
技术领域
[0001]本发明涉及一种发动机旋转传感器装置及具备该装置的船用发动机，所述发动机旋转传感器装置用于检测曲柄轴绝对角度位置及旋转速度等旋转信息。
【背景技术】
[0002]往复活塞发动机(往复式发动机)设有检测曲柄轴绝对角度位置及旋转速度等旋转信息的旋转传感器装置。汽车发动机等较小型发动机中，在与曲柄轴一起旋转的飞轮及皮带轮等旋转构件的周边部设有突起及缺口等旋转检测目标部，通过设在曲柄箱侧的光学传感器及磁力传感器等旋转检测部检测该旋转检测目标部的动作，并检测曲柄轴的旋转信息。
[0003]大型船用发动机同样，例如图5所示的旋转传感器装置101，通过特殊柔性接头6(挠性接头)将传感器轴5与轴支撑在曲柄箱I主轴承2上的巨大曲柄轴3轴端部同轴连接，用设在曲柄箱I端面的专用传感器轴承7轴支撑该传感器轴5，并通过固定在传感器轴承7附近的旋转检测部9检测设在传感器轴5顶端部的被检测旋转体8的旋转状况。
[0004]此外，例如专利文献I的图2所示，已知在船用大型柴油发动机中，通过齿轮2a和齿轮3将曲柄轴3的旋转传递给高压栗4的旋转轴后驱动高压栗4，并通过角度传感器8检测该高压栗4旋转轴的旋转，从而检测曲柄轴3的旋转。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I:日本专利特开2000-145529号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]在专利文献I所记载的曲柄轴旋转检测结构中，高压栗4等辅机类以大于曲柄轴3的高速旋转。因而，必须将齿轮2a齿数与齿轮3齿数的差距设计得较大。因此，必须减速到几分之一，使通过角度传感器8检测的旋转轴的旋转数据变为曲柄轴3的旋转数据，可能导致检测精度降低。
[0010]本发明鉴于上述情况开发完成，其目的在于提供一种发动机旋转传感器装置及具备该装置的船用发动机，所述发动机旋转传感器装置可通过简单且廉价的结构高精度地检测曲柄轴的旋转信息。
[0011]技术方案
[0012 ]本发明为解决上述课题，采用以下方法。
[0013]本发明第一方式所述发动机旋转传感器装置具备:传感器轴，所述传感器轴具有与曲柄轴不同的轴线且由该曲柄轴驱动;等速旋转传递机构，所述等速旋转传递机构使所述曲柄轴和所述传感器轴等速旋转;被检测旋转体，所述被检测旋转体被设在所述传感器轴上；以及，旋转检测部，所述旋转检测部检测所述被检测旋转体的动作。
[0014]根据上述构成的旋转传感器装置，由发动机曲柄轴驱动且作为与曲柄轴不同的另一轴设置的传感器轴，通过等速旋转传递机构以与曲柄轴的等速被旋转驱动。而且，设在该传感器轴上的被检测旋转体的动作由旋转检测部检测。
[0015]传感器轴为轴线与曲柄轴不同的另一轴，即使是例如曲柄轴远远大于传感器轴的大径且其径向轴向振动量大于传感器轴的旋转轴，无需特殊且昂贵的柔性接头等，也可以将该曲柄轴与传感器轴之间连接。如此通过省略柔性接头，可让旋转传感器装置的结构变得简单且廉价。
[0016]而且，传感器轴以与曲柄轴的等速被旋转驱动，因此传感器轴的旋转信息直接成为曲柄轴的旋转信息。因此，能以高精度检测曲柄轴的旋转信息。
[0017]此外，在上述结构中，所述等速旋转传递机构优选可吸收所述曲柄轴和所述传感器轴的轴间距离变化。
[0018]如此，只要等速旋转传递机构可吸改曲柄轴和传感器轴的轴间距离变化，便可将设在传感器轴上的柔性接头省略或简略化，让旋转传感器装置的结构变得简单且廉价。
[0019]此外，在上述结构中，所述等速旋转传递机构也可以采用如下结构，该结构具备:驱动齿轮，所述驱动齿轮被固定在所述曲柄轴上；以及，从动齿轮，所述从动齿轮被固定在所述传感器轴上，与所述驱动齿轮啮合，并拥有与所述驱动齿轮相同的齿数。
[0020]如此，只要通过驱动齿轮和从动齿轮将曲柄轴的旋转传递给传感器轴，便可利用驱动齿轮和从动齿轮之间的啮合量宽度(轴间距离方向的齿隙)，吸收曲柄轴和传感器轴的轴间距离的变化，可以有助于柔性接头的省略化或简单化。
[0021]此外，在上述结构中，优选为所述传感器轴轴心位置位于所述曲柄轴轴心位置的下方，并设定为所述发动机停止时所述驱动齿轮和所述从动齿轮之间的啮合量为允许最大值。
[0022]根据上述结构，发动机停止后曲柄轴因重力来到轴承间隙中的最下部时，齿轮间的啮合量为允许最大值。因此，发动机运行曲柄轴位置上升时，存在啮合量减少的趋势，因而啮合量过大。亦即，不用担心齿隙过小。
[0023]因此，可防止因发动机运行中齿隙不足而导致曲柄轴和传感器轴的轴间距离变化的吸收性降低，并防止齿轮、传感器轴、传感器轴承等破损和异常磨损等故障发生。
[0024]此外，在上述结构中，所述等速旋转传递机构也可以采用如下结构，该结构具备:驱动旋转构件，所述驱动旋转构件被固定在所述曲柄轴上并在外周部形成有啮合部;从动旋转构件，所述从动旋转构件被固定在所述传感器轴上并在外周部形成有啮合部；以及，啮合卷绕安装构件，所述啮合卷绕安装构件被卷绕安装在所述驱动旋转构件和所述从动旋转构件的周围且与所述啮合部啮合，并使所述驱动旋转构件和所述从动旋转构件等速旋转。
[0025]只要如上述所示构成等速旋转传递机构，便可使曲柄轴和传感器轴的轴间距离变化吸收到啮合卷绕安装构件上。例如，采用链条或三角皮带作为啮合卷绕安装构件后松弛地卷绕安装，用张紧装置吸收该松弛即可。如此，使用普通且简单的机械单元便可吸收轴间尺寸的变化。
[0026]此外，本发明所述船用发动机的特征在于，具备上述任意结构的发动机旋转传感器装置。
[0027]根据该船用发动机，通过适用于船用发动机的简单且廉价的结构，可高精度地检测曲柄轴的旋转信息。
[0028]有益效果
[0029]如以上所示，在本发明所述发动机旋转传感器装置及具备该装置的船用发动机中，通过简单且廉价的结构，可高精度地检测曲柄轴的旋转信息。
【附图说明】
[0030]图1是表示本发明第一实施方式的船用大型柴油发动机曲柄轴前端部附近和旋转传感器装置的纵截面图。
[0031]图2是图1II向视图的发动机及旋转传感器装置的正面图。
[0032]图3是图1II1-1II向视图的等速旋转传递机构的正面图，(a)表示发动机停止时的啮合量大小，(b)表示发动机运行时的啮合量大小。
[0033]图4是表示本发明第二实施方式的等速旋转传递机构的正面图。
[0034]图5是表示以往技术的船用大型柴油发动机曲柄轴前端部附近和旋转传感器装置的纵截面图。
【具体实施方式】
[0035]以下参考附图，对本发明所述旋转传感器装置的实施方式进行说明。
[0036][第一实施方式]
[0037]图1是表示本发明第一实施方式的船用大型柴油发动机曲柄轴前端部附近和旋转传感器装置51的纵截面图，图2是图1II向视图的发动机及旋转传感器装置51的正面图。
[0038]该旋转传感器装置51被设在大型柴油发动机的曲柄箱I的前面，检测大型柴油发动机曲柄轴3的旋转信息(绝对角度位置、旋转速度等)。
[0039]曲柄轴3被轴支撑在曲柄箱I上设置的主轴承2上，其前端面3a从曲柄箱I的前面突出，包围该突出部的环状推力止动部4被固定在曲柄箱I的前面。推力止动部4是将曲柄轴3的轴向动作限定在指定范围(数毫米程度)的限制构件。
[0040]推力止动部4上固定有圆筒状齿轮箱11，该齿轮箱11内部具备传感器齿轮室12。齿轮箱11的前面Ila以贯穿方式设有筒状传感器轴承13，传感器轴15被轴支撑在该传感器轴承13上。传感器轴15是具备与曲柄轴3不同的轴线且以平行于曲柄轴3的方式被轴支撑的旋转轴，经由后述的齿轮驱动机构21通过曲柄轴3被旋转驱动。
[0041]传感器轴15的轴支撑位置优选位于曲柄轴3轴心位置的下方，如图2、图3所示，理想方式是在曲柄轴3轴线的垂直下方配置传感器轴15。但是，只要是曲柄轴3下方，也可以位于从垂直下方略微偏移的位置。
[0042]传感器轴15的顶端部设有圆盘状(转子状)被检测旋转体18，而齿轮箱11侧固定有包围被检测旋转体18周围的形状的旋转检测部19。而且，与传感器轴15—起旋转的被检测旋转体18的动作由旋转检测部19检测。如此，传感器轴15是使被检测旋转体18旋转的专用旋转轴。
[0043]传感器齿轮室12内部容纳有齿轮驱动机构21，作为使曲柄轴3和传感器轴15等速且同步地连动旋转的等速旋转传递机构。该齿轮驱动机构21具备固定在曲柄轴3上的驱动齿轮22和固定在传感器轴15上的从动齿轮23。驱动齿轮22和从动齿轮23拥有相同的齿数，并相互啮合。通过该齿轮驱动机构21，曲柄轴3和传感器轴15等速且同步地连动旋转。
[0044]曲柄轴3的直径大，因此在主轴承2内部沿径向以数毫米振动。此外，还沿轴向在推力止动部4允许的范围内以数毫米程度移动。曲柄轴3和传感器轴15的轴间距离因曲柄轴3的径向振动而变化，齿轮驱动机构21可吸收该轴间距离的变化。这是因为轴支撑传感器轴15的传感器轴承13经由齿轮箱11被固定在曲柄箱I上，不易受到曲柄轴3径向移动的影响。
[0045]亦即，曲柄轴3沿径向位移后，虽然驱动齿轮22和从动齿轮23的啮合量发生变化，但是在两个齿轮22、23之间不会引起跳齿。因此，曲柄轴3的旋转始终被持续传递给传感器轴15。此外，曲柄轴3的轴向振动通过驱动齿轮22相对于从动齿轮23沿轴向滑动而被吸收。
[0046]图3是图1II1-1II向视图的齿轮驱动机构21的正面图，(a)表示发动机停止时驱动齿轮22和从动齿轮23之间的啮合量Hl大小，(b)表示发动机运行时驱动齿轮22和从动齿轮23之间的啮合量H2大小。
[0047]此处，设定传感器轴15相对于曲柄轴3的轴心位置，使发动机停止时(a)的啮合量Hl和发动机运行时(b)的啮合量H2的关系满足Hl > H2。
[0048]此外，进行设定，使发动机停止时(a)的啮合量Hl为允许最大值，使发动机运行时(b)的啮合量H2为允许最小值以上。
[0049]发动机停止时曲柄轴3因自重处于与主轴承2最低部接触的状态。另一方面，发动机运行时受润滑油卷入或由轴荷载特性及旋转方向等决定的轴动作的影响，曲柄轴3会从主轴承2最低部脱离。因此，发动机停止时和发动机运行时，曲柄轴3和传感器轴15的轴间距离变化A H。如此即使曲柄轴3的位置变高，驱动齿轮22和从动齿轮23之间的啮合量H2也不会低于允许最小值。
[0050]旋转传感器装置51如上述构成。另外，上述实施方式中，传感器轴15由曲柄轴3驱动，但并不限定于曲柄轴3，只要是与发动机旋转速度呈比例旋转的旋转轴，也可以通过例如凸轮轴、平衡轴等对传感器轴15进行旋转驱动。
[0051 ]曲柄轴3旋转后，其旋转经过驱动齿轮22和从动齿轮23的啮合被传递给传感器轴15，传感器轴15以与曲柄轴3的等速被旋转驱动。被检测旋转体18与该传感器轴15—起旋转，该被检测旋转体18的旋转作为曲柄轴3的旋转信息(绝对角度位置、旋转速度等)由旋转检测部19检测。
[0052]该旋转传感器装置51的传感器轴15为轴线与曲柄轴3不同的另一轴。因此，即使是例如曲柄轴3的大径且径向轴向振动量大的旋转轴，无需如以往那样使用复杂且昂贵的专用零件即柔性接头，也可以将该曲柄轴3与传感器轴15之间连接。如此通过省略柔性接头，可让旋转传感器装置51的结构变得简单且廉价。
[0053]而且，传感器轴15以与曲柄轴3的等速被旋转驱动，因此传感器轴15的旋转信息直接成为曲柄轴3的旋转信息。因此，能以高精度检测曲柄轴3的旋转信息。
[0054]此外，将曲柄轴3的旋转传递给传感器轴15的是齿轮驱动机构21，所述齿轮驱动机构21具备:驱动齿轮22，所述驱动齿轮22被固定在曲柄轴3上；以及，从动齿轮23，所述从动齿轮23被固定在传感器轴15上，与驱动齿轮22啮合，并拥有与驱动齿轮22相同的齿数。
[0055]如此，只要用驱动齿轮22和从动齿轮23将曲柄轴3的旋转传递给传感器轴15，便可利用驱动齿轮22和从动齿轮23之间的啮合量Hl、H2(轴间距离方向的齿隙)，吸收因曲柄轴3振动引起的曲柄轴3和传感器轴15的轴间距离的变化ΔΗ，在该方面也可以有助于柔性接头的省略或简单化。
[0056]并且，该旋转传感器装置51中，传感器轴15轴心位置位于曲柄轴3轴心位置的下方，当发动机停止时曲柄轴3因重力来到轴承间隙中的最下部时，齿轮22、23间的啮合量Hl为允许最大值。
[0057]因此，发动机运行曲柄轴3位置上升时，存在啮合量Hl向H2减少的趋势，因而啮合量过大。亦即，不用担心齿隙过小。因此，可防止因发动机运行中齿隙不足而导致曲柄轴3和传感器轴15的轴间距离变化量△ H的吸收性降低，并防止齿轮22、23、传感器轴15、传感器轴承13等破损和异常磨损等故障发生。
[0058][第二实施方式]
[0059]图4是表示本发明第二实施方式的等速旋转传递机构的正面图。
[0060]如图1?图3所示的第一实施方式中，使用齿轮驱动机构21作为使曲柄轴3和传感器轴15等速且同步地连动旋转的等速旋转传递机构，而该第二实施方式中，使用运用链条的卷绕驱动机构25作为等速旋转传递机构。
[0061]该卷绕驱动机构25具备:驱动链轮齿26(驱动旋转构件)、从动链轮齿27(从动旋转构件)、链条28(啮合卷绕安装构件)及吸收链条28松弛的张紧链轮齿29。
[0062]驱动链轮齿26被固定在曲柄轴3上并在外周部形成有齿26a(啮合部)，从动链轮齿27被固定在传感器轴15上并在外周部形成有齿27a(啮合部)。驱动链轮齿26的齿26a的数量与从动链轮齿27的齿27a的数量相同。
[0063]链条28被卷绕安装在驱动链轮齿26和从动链轮齿27的周围且与各齿26a、27a啮合，并使驱动链轮齿26和从动链轮齿27等速且同步地连动旋转。另外，张紧链轮齿29被设在链条28松弛侧的链条线上。通过该卷绕驱动机构25，曲柄轴3和传感器轴15等速且同步地连动旋转。
[0064]如此，只要将等速旋转传递机构设为使用链轮齿26、27和链条28的卷绕驱动机构25，便可使曲柄轴3和传感器轴15的轴间距离变化吸收到链条28(张紧链轮齿29)上。如此，使用普通且简单的机械单元便可吸收曲柄轴3和传感器轴15的轴间尺寸变化。
[0065]而且，可将传感器轴15轴支撑位置的自由度提高到高于第一实施方式。亦即，第一实施方式的齿轮驱动机构21中，通过齿轮22、23将曲柄轴3的旋转传递给传感器轴15，无法将齿轮22、23的外径制造得太大，因此必然使传感器轴15轴支撑在曲柄轴3附近。
[0066]相对于此，该第二实施方式的卷绕驱动机构25中，通过延长链条28的长度，可将传感器轴15的轴支撑位置从曲柄轴3上离开。并且，无需如第一实施方式所示将传感器轴15轴心位置设在曲柄轴3轴心位置的下方，在该方面也可以提高传感器轴15轴支撑位置的自由度。
[0067]另外，通过将该卷绕驱动机构25的链轮齿26、27分别变更为三角皮带轮(带齿皮带轮)，并将链条28变更为三角皮带(带齿皮带)，便可实现与上述相同的作用和效果，而且无需注油，因此与齿轮式及链条式相比可提高维护性。
[0068]如以上说明所示，根据本实施方式所述的旋转传感器装置51，可将过去设在曲柄轴3和传感器轴15之间的柔性接头省略或者简单化，并且可正确获取曲柄轴3的旋转信息。
[0069]此外，在具备该旋转传感器装置51的船用发动机中，通过适用于船用发动机的简单且廉价的结构，可高精度地检测曲柄轴的旋转信息，提高发动机的可靠性。
[0070]另外，本发明并不仅限定于上述实施方式的结构，在不脱离本发明主旨的范围内能够适当地进行变更或改良，可变更使用领域，如此进行变更或改良后的实施方式也包含在本发明的权利范围内。
[0071]例如，上述实施方式对在船用大型柴油发动机上运用本发明所述旋转传感器装置的示例进行了说明，但并不限定于船用，例如还可以运用在陆上发电用大型发动机等。此夕卜，曲柄轴3和传感器轴15的相对位置关系并不限定于上述实施方式。
[0072]符号说明
[0073]I曲柄箱
[0074]2主轴承
[0075]3曲柄轴
[0076]4推力止动部
[0077]11齿轮箱
[0078]12传感器齿轮室
[0079]13传感器轴承
[0080]15传感器轴
[0081]18被检测旋转体
[0082]19旋转检测部
[0083]21齿轮驱动机构(等速旋转传递机构)
[0084]22驱动齿轮
[0085]23从动齿轮
[0086]25卷绕驱动机构(等速旋转传递机构)
[0087]26驱动链轮齿(驱动旋转构件)
[0088]26a齿(啮合部)
[0089]27从动链轮齿(从动旋转构件)
[0090]27a齿(啮合部)
[0091]28链条(啮合卷绕安装构件)
[0092]29张紧链轮齿
[0093]H1、H2驱动齿轮和从动齿轮之间的啮合量
[0094]ΔΗ曲柄轴和传感器轴的轴间距离变化量
【主权项】
1.一种发动机旋转传感器装置，其特征在于，具备: 传感器轴，所述传感器轴具有与曲柄轴不同的轴线且由所述曲柄轴驱动； 等速旋转传递机构，所述等速旋转传递机构使所述曲柄轴和所述传感器轴等速旋转；被检测旋转体，所述被检测旋转体被设在所述传感器轴上；以及， 旋转检测部，所述旋转检测部检测所述被检测旋转体的动作。2.根据权利要求1所述的发动机旋转传感器装置，其特征在于，所述等速旋转传递机构可吸收所述曲柄轴和所述传感器轴的轴间距离变化。3.根据权利要求1或2所述的发动机旋转传感器装置，其特征在于， 所述等速旋转传递机构具备: 驱动齿轮，所述驱动齿轮被固定在所述曲柄轴上；以及， 从动齿轮，所述从动齿轮被固定在所述传感器轴上，与所述驱动齿轮啮合，并拥有与所述驱动齿轮相同的齿数。4.根据权利要求3所述的发动机旋转传感器装置，其特征在于，所述传感器轴轴心位置位于所述曲柄轴轴心位置的下方，并设定为所述发动机停止时所述驱动齿轮和所述从动齿轮之间的啮合量为允许最大值。5.根据权利要求1或2所述的发动机旋转传感器装置，其特征在于， 所述等速旋转传递机构具备: 驱动旋转构件，所述驱动旋转构件被固定在所述曲柄轴上并在外周部形成有啮合部； 从动旋转构件，所述从动旋转构件被固定在所述传感器轴上并在外周部形成有啮合部；以及， 啮合卷绕安装构件，所述啮合卷绕安装构件被卷绕安装在所述驱动旋转构件和所述从动旋转构件的周围且与所述啮合部啮合，并使所述驱动旋转构件和所述从动旋转构件等速旋转。6.—种船用发动机，其特征在于，具备根据权利要求1至5中任一项所述的发动机旋转传感器装置。
【文档编号】G01D5/04GK106030248SQ201580003376
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月24日
【发明人】吉川秀, 吉川秀一, 江户浩二, 伊藤和久
【申请人】三菱重工业株式会社