DE10322689B4

DE10322689B4 - Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10322689B4
Application number: DE10322689A
Authority: DE
Inventors: Eiji Kanazawa; Shiro Yonezawa; Tomokazu Makino; Takuo Watanuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: US6732713B1; JP3794487B2; US20040089272A1; DE10322689A1; JP2004162605A

Abstract

Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung, umfassend:
ein Messelement (2, 18), das an einer Kurbelwelle (1) eines Verbrennungsmotors oder einem Abschnitt, der sich synchronisiert zu der Kurbelwelle (1) dreht, angebracht ist, wobei das Messelement (2, 18) eine Vielzahl von Winkelpositions-Erfassungsabschnitten (3), die in gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung der Kurbelwelle (1) angeordnet sind, und eine Vielzahl von Referenzpositions-Erfassungsabschnitten (4a, 4b, 19), an welchen ein Teil der Winkelpositions-Erfassungsabschnitte (3) fehlt, aufweist;
einen Kurbelwinkelsensor (5, 13), der an einer Stelle in der Nähe des Messelements (2, 18) angeordnet ist, um ein Kurbelwinkelsignal in der Form eines Pulszugs zu erzeugen, der den Winkelpositions-Erfassungsabschnitten (3) und den Referenzpositions-Erfassungsabschnitten (4a, 4b, 19) entspricht;
ein Periodenerfassungsteil (6) zum Erfassen von Signalperioden aufeinanderfolgender Pulse des Kurbelwinkelsignals;
ein Referenzpositions-Bestimmungsteil (7) zum Bestimmen einer Vielzahl von Referenzpositionen auf der Grundlage der Signalperioden, die von dem Periodenerfassungsteil (6) erfasst werden;
ein Zählteil (8) zum Zählen der Pulse des Kurbelwinkelsignals, um...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des Kurbelwinkels der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, und sie betrifft insbesondere eine Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung, die befähigt ist, die Drehrichtung der Kurbelwelle zu identifizieren.
2. Beschreibung des verwandten Sachstandes
In herkömmlicher Weise ist eine Vorrichtung zum Identifizieren der Drehrichtung der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen worden, welche einschließt: Ein erstes Signalerzeugungsteil und ein zweites Signalerzeugungsteil, die Pulssignale in Übereinstimmung mit den Drehgeschwindigkeiten oder Anzahlen von Umdrehungen pro Minute von Drehelementen jeweils erzeugen, die an ihren äußeren Umfängen mit einer Vielzahl von Zähnen gebildet sind, die in gleichen Intervallen in ihrer Umfangsrichtung auf eine derartigen Weise angeordnet sind, dass die Signale, die von diesen Signalerzeugungsteilen erzeugt werden, unterschiedlich zueinander werden; ein Abweichungsteil zum Erhalten einer Abweichung zwischen den Signalen, die von den ersten und zweiten Signalerzeugungsteilen erzeugt werden; und ein erstes Verarbeitungsteil zum Verarbeiten der Abweichung zwischen den Signalen in ein Signal mittels eines Filters; wobei das somit verarbeitete Signal mit einem Bestimmungswert verglichen wird, um ein verarbeitetes Pulssignal zu erzeugen, von dessen Periode einer Erzeugung bestimmt wird, ob sich der Verbrennungsmotor in der Vorwärtsrichtung oder in der Rückwärtsrichtung dreht (siehe beispielsweise Dokument 1: Offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. Hei 11-117780 (1 und 2)).
Auch ist eine weitere Drehrichtungs-Identifikationsvorrichtung vorgeschlagen worden, die einen ersten Sensor zum Erzeugen eines Kurbelwinkelsignals an jedem vorbestimmten Winkel einer Drehung der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, und einen zweiten Sensor zum Erzeugen eines Referenzsignals während der Zeit, in der die Kurbelwelle zwei Umdrehungen ausführt, einschließt, wobei die ersten und zweiten Sensoren auf eine derartige Weise angeordnet sind, dass eine Phasendifferenz zwischen einem Puls des Kurbelwinkelsignals, das unmittelbar vor der Erzeugung eines Pulses des Referenzsignals erzeugt wird, und diesem Puls des Referenzsignals, und eine Phasendifferenz zwischen einem Puls des Kurbelwinkelsignals, das unmittelbar nach der Erzeugung dieses Pulses des Referenzsignals erzeugt wird, und diesem Puls des Referenzsignals unterschiedlich zueinander ausgeführt werden, um so die Drehrichtung der Kurbelwelle auf der Grundlage der Größenkorrelation dieser Phasendifferenzen zu bestimmen oder zu identifizieren (siehe beispielsweise Dokument 2: Offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. Hei 11-0162687 (von Absatz Nr. 0016 bis Absatz Nr. 0017 und 2)).
Zusätzlich ist eine weitere Drehrichtungs-Identifikationsvorrichtung vorgeschlagen worden, die ein Referenzsignal-Erzeugungsteil zum Erzeugen eines Referenzsignals bei einer Referenzposition einer Motorkurbelwelle synchronisiert zu der Drehung eines Verbrennungsmotors, ein Winkelsignal-Erzeugungsteil zum Erzeugen einer Vielzahl von Winkelsignalen oder Signalpulsen, mehr als eine vorbestimmte Anzahl während eines Zyklus oder einer Periode des Referenzsignals synchronisiert zu der Drehung des Verbrennungsmotors, und ein Winkelsignal-Zählteil, das wiederholt synchronisiert zu dem Referenzsignal zum Zählen von Signalpulsen des Winkelsignals zurückgesetzt wird, einschließt, wobei, wenn der Zählwert des Winkelsignal-Zählteils während einer Erzeugungsperiode des Referenzsignals nicht gleich einem vorbestimmten Wert ist, bestimmt wird, dass sich der Verbrennungsmotor in der Rückwärtsrichtung dreht, wodurch zumindest entweder die Zündung oder die Kraftstoffinjektion unterbrochen oder abgeschnitten wird (siehe beispielsweise Dokument 3: Offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. Sho 62-182463 (zweite Seite und 2)).
Die herkömmlichen Drehrichtungs- oder Rückwärtsdrehungs-Erfassungsvorrichtungen, wie sie oben beschrieben sind, sind befähigt zu bestimmen, ob sich der Motor in der Rückwärtsrichtung dreht, bringen aber die folgenden Probleme mit sich. Das heißt, es ist unmöglich, das Kurbelwinkelsignal zum genauen Steuern der Kraftstoffinjektion, der Zündungszeitgebung, etc. in Übereinstimmung mit den Betriebszuständen eines Verbrennungsmotors zu steuern, und somit ist es notwendig, einen Kurbelwinkel-Erfassungssensor zum Erzeugen eines Referenz-Kurbelwinkelsignals getrennt bereitzustellen.
Außerdem ist es notwendig, eine Referenzpositions-Erfassungseinrichtung bereitzustellen, die an einer Nockenwelle angebracht ist, um ein Referenzsignal zu erhalten, zusätzlich zu derjenigen, die an der Kurbelwelle angebracht ist.
Weiter ist es auch möglich, zwei Sensoren an der Kurbelwelle getrennt voneinander anzubringen, um zwei Kurbelwellensignale gleichzeitig zu erhalten, aber in diesem Fall ist es notwendig, zwei Messelemente an der Kurbelwelle zu installieren.
Außerdem wird, wenn das Winkelsignal von dem Punkt oder der Stelle gezählt zu werden beginnt, an welchem (an welcher) die Kurbelwinkelposition die Hälfte der Referenzsignal-Erzeugungsperiode ist, der Zählwert des Winkelsignal-Zählteils während der Vorwärtsrichtung gleich jenem während der Rückwärtsrichtung, und somit ist es unmöglich, die Drehrichtung oder Rückwärtsdrehung des Motors zu erfassen.
Dokument US 4,972,332 A offenbart eine Vorrichtung zur Benutzung in elektronisch gesteuerten Kraftstoff-Injektionssystemen, wobei die Vorrichtung die Rotationsgeschwindigkeit, die Position über den Drehwinkel und die Rotationsrichtung unter Verwendung eines einzigen Halleffekt-Sensors bestimmt. Ein Scheibenelement ist ortsfest mit der Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine verbunden und ist drehbar angeordnet. Das Scheibenelement enthält eine Vielzahl von benachbarten, an der Außenseite des Scheibenelements angebrachten Zonen von im Wesentlichen gleicher Länge, wobei jede Zone erste und zweite Bereiche aufweist. Ein erster Abschnitt dieser Zonen weist erste und zweite Bereiche auf, die sich in der Länge im Wesentlichen von den ersten und zweiten Bereichen eines zweiten Abschnitts der Zonen unterscheiden. Damit überträgt der Sensor ein Signal, das eine mit der Momentangeschwindigkeit des Scheibenelements in direktem Zusammenhang stehende Frequenz aufweist, jedoch in der Pulsweite variiert. Ein Mikroprozessor erfasst die Momentanposition über den Drehwinkel und die Rotationsrichtung des Scheibenelements durch die Lokalisierung des zweiten Abschnitts der Zonen und der Reihenfolge, in der sie empfangen werden.
US 5,264,789 A offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der Rotationsrichtung eines Bauteils, wobei das Bauteil einen Geschwindigkeitsaufnehmer-Rotor mit einer Vielzahl von Zähnen oder Erregungsoberflächen aufweist. Der Rotor weist ein vorbestimmtes Muster von Aussparungen und Gruppen von Zähnen auf, wobei sich die Anzahl von Zähnen in einer Gruppe von jeder anderen Gruppe unterscheidet. Da der Rotor sich bewegt, wird das Muster von Aussparungen und Zähnen wahrgenommen und mit einem vorbestimmten Muster verglichen. Auf der Grundlage der Vergleichsergebnisse wird entweder ein die Rotation im Uhrzeigersinn anzeigendes Signal oder ein die Rotation gegen den Uhrzeigersinn anzeigendes Signal erzeugt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung bereitzustellen, die befähigt ist, ein Kurbelwinkelsignal zu liefern wie auch die Drehrichtung der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zu identifizieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung bereitzustellen, die befähigt ist, die Rückwärtsdrehung eines Verbrennungsmotors auf eine zuverlässige Weise zu identifizieren, auch wenn der Motor von irgendeiner Kurbelwinkelposition aus gestartet wird.
Vor dem Hintergrund der obigen Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung bereitgestellt, die wie folgt aufgebaut ist: Ein Messelement ist auf einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors oder einem Abschnitt angebracht, der sich synchronisiert zu der Kurbelwelle dreht, wobei das Messelement eine Vielzahl von Winkelpositions-Erfassungsabschnitten, die in gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung der Kurbelwelle angeordnet sind, und eine Vielzahl von Referenzpositions-Erfassungsabschnitten, an welchem ein Teil der Winkelpositions-Erfassungsabschnitte fehlt, aufweist. Ein Kurbelwinkelsensor ist an einer Stelle in der Nähe des Messelements angebracht, um ein Kurbelwinkelsignal in der Form eines Pulszugs zu erzeugen, der den Winkelpositions-Erfassungsabschnitten und den Referenzpositions-Erfassungsabschnitten entspricht. Ein Periodenerfassungsteil erfasst Signalperioden aufeinanderfolgender Pulse des Kurbelwinkelsignals. Ein Referenzpositions-Bestimmungsteil bestimmt eine Vielzahl von Referenzpositionen auf der Grundlage der Signalperioden, die von dem Periodenerfassungsteil erfasst werden. Ein Zählteil zählt die Pulse des Kurbelwinkelsignals, um einen Zählwert davon bereitzustellen. Ein Drehrichtungs-Bestimmungsteil bestimmt die Drehrichtung der Kurbelwelle auf der Grundlage der Anzahl von Pulsen des Kurbelwinkelsignals, die zwischen der Vielzahl von Referenzpositionen gezählt werden. Dabei ist das Referenzpositions-Bestimmungsteil eingerichtet, die Referenzpositionen durch Vergleichen des Produkts des Verhältnisses zwischen einer zuletzt von dem Periodenerfassungsteil erfassten Signalperiode und einer zweitletzten erfassten Signalperiode und des Verhältnisses zwischen der zuletzt von dem Periodenerfassungsteil erfassten Signalperiode und einer gegenwärtigen Signalperiode mit einem vorgegebenen Wert zu bestimmen.
Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Durchschnittsfachleuten einfacher aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, genommen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, offensichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Aufbauansicht einer Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Kurbelwinkelsignal, das von einem Kurbelwinkelsensor der 1 erzeugt wird;
3 ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der 1 zeigt;
4 die Daten der Kurbelwinkel-Signalperioden der 1;
5 Bestimmungswerte fehlender Zähne gemäß der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der 1;
6 Zählwerte von Pulsen eines Kurbelwinkelsignals gemäß der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der 1;
7 Zählwerte von Pulsen eines Kurbelwinkelsignals und Bestimmungswerte fehlender Zähne, wenn sich die Kurbelwelle in der Rückwärtsrichtung dreht;
8 eine schematische Ansicht eines Kurbelwinkelsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ein Kurbelwinkelsignal, das von dem Kurbelwinkelsensor der 8 erzeugt wird, wenn sich die Kurbelwelle in der Vorwärtsrichtung dreht;
10 ein Kurbelwinkelsignal, das von dem Kurbelwinkelsensor der 8 erzeugt wird, wenn sich die Kurbelwelle in der Rückwärtsrichtung dreht;
11 Bestimmungswerte fehlender Zähne der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der 8 zeigt;
13 eine schematische Ansicht einer Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 einen Bestimmungswert für fehlende Zähne gemäß der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der 13;
15 ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der 13 zeigt;
16 ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 eine schematische Ansicht einer Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
18 ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der 17 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung untenstehend im Detail unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben werden.
Ausführungsform 1.
1 zeigt die Konfiguration einer Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein Musterdiagramm eines Kurbelwinkelsignals, das von einem Kurbelwinkelsensor erzeugt wird, wenn die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors veranlasst wird, sich zu drehen. 3 ist ein Flussdiagramm zum Identifizieren der Drehrichtung der Kurbelwelle gemäß der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform. 4 zeigt Perioden des Kurbelwinkelsignals zu einer Berechnungszeitgebung. 5 zeigt Bestimmungswerte K für einen fehlenden Zahn an jeweiligen Berechnungszeitgebungen. 6 und 7 zeigen die Zählwerte zu jeweiligen Berechnungszeitgebungen, wenn sich die Kurbelwelle in der Vorwärtsrichtung dreht, beziehungsweise wenn sich die Kurbelwelle in der Rückwärtsrichtung dreht. 7 zeigt an, dass die Kurbelwinkelsignal-Nummern abnehmen, während sich der Motor in der Rückwärtsrichtung dreht. Beispielsweise wird ein Zählen der Kurbelwinkel-Signalpulse gestartet, um von einem Kurbelwinkelsignal Nummer 30 hinauf zu einem Kurbelwinkelsignal Nummer 15 aufzuaddieren oder vorzurücken, um die Anzahl von gezählten Pulsen von 16 anzuzeigen, wo sie zurückgesetzt wird. Zusätzlich wird ein Zählen oder eine Addition von dem Kurbelwinkelsignal Nr. 15 hinauf zu dem Kurbelwinkelsignal Nr. 31 gestartet, um die Anzahl von gezählten Pulsen von 17 anzuzeigen.
Die Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung schließt ein: Ein zu messendes Element 2 (nachstehend als ein Messelement bezeichnet), das auf dem Umfang einer Kurbelwelle 1 eines Verbrennungsmotors gebildet ist, und eine Vielzahl von Winkelpositions-Erfassungsabschnitten 3 und eine Vielzahl von Referenzpositions-Erfassungsabschnitten 4a, 4b aufweist; einen Kurbelwinkelsensor 5, der gegenüberliegend zu dem Messelement 2 angeordnet ist, um ein Signal in der Form eines Pulszugs zu erzeugen, dass Änderungen in dem magnetischen Fluss entspricht, der durch die Winkelpositions-Erfassungsabschnitte 3 und die Referenzpositions-Erfassungsabschnitte 4a, 4b in dem Messelement 2 in Übereinstimmung mit der Drehung davon hervorgerufen wird; einen Periodendetektor oder ein Periodendetektorteil 6 zum Bestimmen der Perioden aufeinanderfolgender Pulse des Kurbelwinkelsignals (d. h. der Signalperiode) aus dem Ausgang des Kurbelwinkelsensors 5; eine Referenzpositions-Bestimmungseinrichtung oder ein Referenzpositions-Bestimmungsteil 7 zum Erfassen zweier Arten erster und zweiter Referenzpositionen 4a, 4b von den Perioden des Kurbelwinkelsignals; einen Zähler oder ein Zählteil 8 zum Zählen der Anzahl von Pulsen des Kurbelwinkelsignals; und eine Drehrichtungs-Bestimmungseinrichtung oder ein Drehrichtungs-Bestimmungsteil 9 zum Bestimmen, auf der Grundlage der Anzahl von Pulsen des Kurbelwinkelsignals, die zwischen zwei Arten von Referenzpositionen 4a, 4b gezählt werden, ob sich die Kurbelwelle 1 in der Vorwärtsrichtung oder in der Rückwärtsrichtung dreht.
Die Winkelpositions-Erfassungsabschnitte 3 des Messelements 2 sind in der Form von Zähnen, und sind auf dem äußeren Umfang der Kurbelwelle 1 in gleichen Intervallen von 10 Grad angeordnet. Das Messelement 2 weist den ersten Referenzpositions-Erfassungsabschnitt 4a, an welchem ein Winkelpositions-Erfassungsabschnitt 3 an einem Kurbelwinkel von 95 Grad vor einem oberen Totpunkt (nachstehend bezeichnet als B95° CA) in einer Hälfte (d. h. 180° CA) einer Drehung fehlt, und das über einen Winkelbereich von 20° CA verläuft, und einen zweiten Referenzpositions-Erfassungsabschnitt 4b auf, an welchem zwei Winkelpositions-Erfassungsabschnitte 3 bei Kurbelwinkeln von 95 Grad und 105 Grad vor dem oberen Totpunkt (d. h. B95° CA und B105° CA) in einer anderen Hälfte (d. h. 180° CA) einer Drehung fehlen, und die sich über einen Winkelbereich von 30° (d. h. 30° CA) erstrecken. Es sei darauf hingewiesen, dass die Position von B75° CA als ein Referenzkurbelwinkel eingestellt ist.
Der Kurbelwinkelsensor 5 umfasst einen magnetoresistiven Sensor, der Signalpulse erzeugt, die Änderungen in dem magnetischen Fluss entsprechen, der von in Winkelpositions-Erfassungsabschnitten 3 und den Referenzpositions- Erfassungsabschnitten 4a, 4b in Übereinstimmung mit der Drehung des Messelements 2 hervorgerufen werden.
Das Periodenerfassungsteil 6 misst die Zeit zwischen einer fallenden Flanke jedes Kurbelwinkel-Signalpulses, der darin von dem Kurbelwinkelsensor 5 eingegeben wird, und einer fallenden Flanke des letzten oder unmittelbar vorhergehenden Kurbelwinkel-Signalpulses, der zuvor erhalten wurde, und speichert sie in einem Speicher oder einem Speicherteil 10 als eine Signalperiode T_n (Sekunden).
Das Referenzpositions-Bestimmungsteil 7 erhält eine Referenzposition und dessen Art, in dem Verhältnisse jeweils zwei von drei Signalperioden verwendet werden, wann immer die Signalperiode T_n von dem Periodenerfassungsteil 6 erhalten wird. Wenn der Kurbelwinkelsensor 5 die Referenzpositions-Erfassungsabschnitte 4a, 4b durchläuft, werden spezifische Signalperioden erhalten, die unterschiedlich von der Signalperiode sind, die aufgenommen wird, wenn der Kurbelwinkelsensor 5 an den Winkelpositions-Erfassungsabschnitten 3 vorbeiläuft.
In 1 zeigt, indem Verhältnisse zwischen den spezifischen Signalperioden, die erhalten werden, wenn der Kurbelwinkelsensor 5 an den Referenzpositions-Erfassungsabschnitten 4a, 4b vorbeiläuft, und den Signalperioden, die vor und nach den spezifischen Signalperioden erhalten werden, der Wert, der durch ein Multiplizieren dieser Verhältnisse miteinander erhalten wird, einen Wert an, der deutlicher hervorgehoben ist als eines dieser Verhältnisse. In 1 werden aufeinanderfolgende Verhältnisse nacheinander von der gegenwärtigen Signalperiode T_n, der letzten Signalperiode Tn – 1, die von dem Speicherteil 10 ausgelesen wird, und der zweitletzten Signalperiode T_n-2, die auch von dem Speicherteil 10 ausgelesen wird, erhalten. Das heißt, ein erstes Verhältnis K1 und zweites Verhältnis K2 werden wie folgt berechnet: K1 = T_n-1/T_n-2 und K2 = T_n-1/T_n. Dann wird ein Bestimmungswert K für fehlende Zähne unter Verwendung des folgenden Bestimmungsausdrucks für fehlende Zähne K = K1 × K2 erhalten.
Wenn der Bestimmungswert K für fehlende Zähne weniger als 2 ist, wird bestimmt, dass kein fehlender Zahn vorhanden ist. Wenn der Bestimmungswert K für fehlende Zähne gleich oder größer als 2, aber geringer als 6 ist, wird bestimmt, dass die Anzahl fehlender Zähne 1 ist. Zusätzlich wird, wenn der Bestimmungswert K fehlende Zähne gleich oder größer als 6 ist, bestimmt, dass die Anzahl fehlender Zähne 2 ist. Die Position, an welcher zwei fehlende Zähne erfasst worden sind, wird als die erste Referenzposition 4b ausgeführt, und die Position, an welcher ein fehlender Zahn erfasst worden ist, wird als die zweite Referenzposition 4a ausgeführt, und diese Informationen werden zu dem Zählteil 8 und dem Drehrichtungs-Bestimmungsteil 9 gesendet.
Das Kurbelwinkelsignal wird von dem Kurbelwinkelsensor 5 in den Zählteil 8 eingegeben, wodurch der Zählteil 8 durch das Fallen eines Pulses des Kurbelwinkelsignals ausgelöst wird, um die Anzahl von Ereignissen oder Pulsen des Kurbelwinkelsignals zu zählen. Wenn eine Information bezüglich der Referenzpositionen, die von dem Referenzpositions-Bestimmungsteil 7 gesendet wurden, in dem Zählteil 8 eingegeben wird, wird ein Zähl-(cnt)Register 11, das in dem Zählteil 8 bereitgestellt ist, zurückgesetzt.
Wenn die Referenzpositionsinformation von dem Referenzpositions-Bestimmungsteil 7 in den Drehrichtungs-Bestimmungsteil 9 eingegeben wird, nimmt das Drehrichtungs-Bestimmungsteil 9 den Zählwert des Zählregisters 11 des Zählteils 8 auf und bestimmt auf der Grundlage des Zählwerts, ob sich die Kurbelwelle in der Vorwärtsrichtung oder in der Rückwärtsrichtung dreht. Die somit erhaltene Drehrichtung der Kurbelwelle 1 wird von dem Drehrichtungs-Bestimmungsteil 9 zu einem elektronischen Controller 12 des Verbrennungsmotors gesendet.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass das Periodenerfassungsteil 6, das Referenzpositions-Bestimmungsteil 7, das Zählteil 8 und das Drehrichtungs-Bestimmungsteil 9 durch einen Mikrocomputer ausgebildet sind. Die Betriebsweisen des Speicherteils 10 und des Zählregisters 11 werden von dem Mikrocomputer verarbeitet oder durchgeführt, während ein DRAM und/oder Register, die in dem Mikrocomputer eingeschlossen sind, verwendet werden.
Die Kurbelwinkel-Nummern, die oben auf die sukzessiven Pulse des Kurbelwinkelsignals in 2 geschrieben sind, sind in aufeinanderfolgender Reihenfolge mit einem Referenzkurbelwinkel B75° CA dargestellt, der als eine "1" ausgeführt ist. Das Kurbelwinkelsignal umfasst einen Signalpulszug an jedem Kurbelwinkel von 10° CA innerhalb eines Winkelbereichs von 360° CA und weist keine Pulse an einer Stelle auf, die einen ersten fehlenden Zahn an dem Kurbelwinkel von 95 Grad vor dem oberen Totpunkt (d. h. B95° CA) entspricht, und an Stellen, die den zweiten fehlenden Zähnen bei Winkeln von 95 Grad und 105 Grad vor dem oberen Totpunkt (d. h. B95° CA und B105° CA) entsprechen. Hier ist angenommen, dass die Perioden des Kurbelwinkelsignals, die zu erfassen sind, oder die Dauern zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen, die zu erfassen sind, proportional zu den Winkelabständen zwischen aufeinanderfolgenden Winkelpositions-Erfassungsabschnitten oder Zähnen 3 auf dem äußeren Umfang der Kurbelwelle 1 sind.
Als nächstes wird auf den Betrieb der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung Bezug genommen werden.
In 3 wird, wenn ein nicht veranschaulichter Startschalter des Verbrennungsmotors eingeschaltet wird, ein Kurbelwinkelsignal von dem Kurbelwinkelsensor 5 in den Hauptkörper der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung in einem Schritt S101 eingegeben. In einem Schritt S102 werden die zuletzt aufgenommene Signalperiode T_n und die zweitletzte aufgenommen Signalperiode T_n-1 zu vorbestimmten Gebieten für T_n-1 und T_n-2 in dem Speicherteil 10 bewegt. In einem Schritt S103 wird eine Zeitdauer zwischen dem Fall des gegenwärtigen Eingangspulses des Kurbelwinkelsignals und des Abfalls des zuletzt aufgenommenen Pulses des Kurbelwinkelsignals gemessen und in dem Speicherteil 10 als eine Signalperiode T_n (Sekunden) des Kurbelwinkelsignals gespeichert.
In dem Schritt S103 wird das Zählregister 11 des Zählteils 8 auf einen Abfall des gegenwärtigen Eingangspulses des Kurbelwinkelsignals um 1 hochgesetzt. In einem Schritt S104 werden die Werte der gegenwärtigen Signalperiode T_n, der letzten aufgenommenen Signalperiode T_n-1 und der zweitletzten aufgenommenen Signalperiode T_n-2 des Kurbelwinkelsignals aus dem Speicherteil 10 ausgelesen. Durch ein Substituieren dieser Werte der Signalperioden T_n, T_n-1 und T_n-2 in einen Bestimmungsausdruck für fehlende Zähne (K = (T_n-1)2/(T_n-2 × T_n)) wird ein Bestimmungswert K für fehlende Zähne erhalten. In einem Schritt S105 wird bestimmt, ob der Bestimmungswert K für fehlende Zähne geringer als 2 ist. Wenn der Bestimmungswert K für fehlende Zähne kleiner als 2 ist, wird die Anzahl von fehlenden Zähnen bestimmt, 2 zu sein, und dann kehrt der Steuerungsfluss zu dem Schritt S101 zurück. Auf der anderen Seite schreitet, wenn der Bestimmungswert K für fehlende Zähne gleich oder größer als 2 ist, der Steuerungsfluss zu einem Schritt S106 fort. In dem Schritt S106 wird bestimmt, ob der Bestimmungswert K für fehlende Zähne geringer als 6 ist. Wenn der Bestimmungswert K für fehlende Zähne gleich oder größer als 6 ist, schreitet der Steuerungsfluss zu einem Schritt S107 fort, wohingegen dann, wenn der Bestimmungswert K für fehlende Zähne geringer als 6 ist, der Steuerungsfluss zu einem Schritt S110 fortschreitet. In dem Schritt S107 wird ein Zählwert von dem Zählregister 11 des Zählteils 8 ausgelesen. In einem Schritt S108 wird bestimmt, ob der somit gelesene Zählwert gleich 16 ist, und wenn der Zählwert gleich 16 ist, schreitet der Steuerungsfluss zu einem Schritt S109 fort. Hier wird das Zählregister 11 zurückgesetzt, und dann kehrt der Steuerungsfluss zu dem Schritt S101 zurück. Wenn der Zählwert ein anderer als 16 oder nicht gleich 16 ist, schreitet der Zählwert zu seinem Schritt S112 fort. In dem Schritt S111 wird ein Zählwert von dem Zählregister 11 des Zählteils 8 ausgelesen. In einem Schritt S111 wird bestimmt, ob der somit gelesene Zählwert gleich 17 ist, und wenn der Zählwert gleich 17 ist, schreitet der Steuerungsfluss zu dem Schritt S109 fort. Wenn der Zählwert ein anderer als 17 oder nicht gleich 17 ist, schreitet der Steuerungsfluss zu dem Schritt S112 fort, wo ein Signal zum Anhalten der Kraftstoffinjektion oder Zündung des Verbrennungsmotors zu dem elektronischen Controller 12 gesendet wird, und der Betrieb der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung wird beendet.
Auf diese Weise erzeugt, wenn die Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung angetrieben wird, zu arbeiten, der Kurbelwinkelsensor 5 ein Kurbelwinkelsignal, wie in 2 gezeigt, so dass Signalperioden, die in 4 gezeigt sind, erhalten werden, um Bestimmungswerte K für fehlende Zähne bereitzustellen, wie in 5 gezeigt. Die Signalperioden T_n-2, T_n-1 und T_n bei Kurbelwinkelsignalen Nummern 3 bis 16 und 20 bis 32 sind sämtlich gleich 1 von den Bestimmungswerten K für fehlende Zähne her. Dementsprechend wird, da K gleich 1 wird, bestimmt, dass kein fehlender Zahn vorhanden ist. Auch wird K bei Kurbelwinkelsignal-Nummern 17 und 19 gleich 0,5, und somit wird auf ähnliche Weise bestimmt, dass kein fehlender Zahn vorhanden ist. Darauf wird bei einem Kurbelwinkelsignal Nr. 18 K gleich 4, so dass bestimmt wird, dass ein fehlender Zahn vorhanden ist. Zusätzlich wird bei einem Kurbelwinkelsignal Nr. 1 K gleich 9, so dass bestimmt wird, dass zwei fehlende Zähne vorhanden sind. Dann wird bestimmt, dass die Stelle, die dem Kurbelwinkelsignal Nr. 1 entspricht, die erste Referenzposition ist, und dass die Stelle, die dem Kurbelwinkelsignal Nr. 18 entspricht, die zweite Referenzposition ist, wie in 5 gezeigt.
6 zeigt das Ändern oder den Übergang des Zählwerts der Pulse des Kurbelwinkelsignals, die von dem Zählteil 8 gezählt werden. Wenn sich die Kurbelwelle 1 in der Vorwärtsrichtung dreht, zeigt ein Zählwert von der ersten Referenzposition zu der zweiten Referenzposition 17 an, und der Zählwert von der zweiten Referenzposition zu der ersten Referenzposition zeigt 16 an. Zusätzlich zeigt von dem Ändern oder dem Übergang des Zählwerts, wie in 7 gezeigt, wenn sich die Kurbelwelle 1 in der Rückwärtsrichtung dreht, der Zählwert von der ersten Referenzposition zu der zweiten Referenzposition 16 an, und der Zählwert von der zweiten Referenzposition zu der ersten Referenzposition zeigt 17 an, so dass die Drehrichtung der Kurbelwelle durch ein Bestimmen der Art und des Zählwerts der Referenzpositionen identifiziert werden kann.
Indem ein Sensor verwendet wird, der den Kurbelwinkelsensor 5 und das Messelement 2 umfasst, kann die Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung dieser Ausführungsform ein Kurbelwinkelsignal erzeugen und gleichzeitig die Drehrichtung der Kurbelwelle 1 bestimmen.
Außerdem ist es, auch wenn die Kurbelwelle 1 gestartet wird, sich von jedweder Kurbelwinkelposition zu drehen, möglich, die Drehrichtung der Kurbelwelle 1 zu erhalten.
Weiter ist es nicht notwendig, irgendeinen speziellen Sensor zum Erfassen der Referenzpositionen getrennt von dem Kurbelwinkelsensor 5 bereitzustellen.
Überdies ist es, wenn bestimmt wird, dass sich die Kurbelwelle 1 in der Rückwärtsrichtung dreht, möglich, einen Schaden an dem Verbrennungsmotor durch ein Anhalten der Kraftstoffinjektion oder Zündung des Verbrennungsmotors zu vermeiden.
Daneben werden ein fehlender Zahn oder zwei fehlende Zähne als die Intervalle oder Abstände für fehlende Zähne eingesetzt, aber die Anzahlen von fehlenden Zähnen sind nicht auf diese Werte beschränkt, und jedwede Anzahlen können eingesetzt werden, so lange sie unterschiedlich zueinander sind.
Ausführungsform 2.
8 zeigt die Konfiguration der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese zweite Ausführungsform ist unterschiedlich von der oben erwähnten ersten Ausführungsform in dem Aufbau und der Funktion eines Kurbelwinkelsensors, ist ähnlich in anderen Hinsichten zu der ersten Ausführungsform. 9 zeigt ein Kurbelwinkelsignal, das erzeugt wird, wenn sich die Kurbelwelle der 8 in der Vorwärtsrichtung dreht, und 10 zeigt ein Kurbelwinkelsignal, das erzeugt wird, wenn sich die Kurbelwelle der 8 in der Rückwärtsrichtung dreht. 11 ist ein Graph, der die Perioden der Kurbelwinkelsignale und die Bestimmungswerte für fehlende Zähne in der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. 12 zeigt ein Flussdiagramm zum Bestimmen der Drehrichtung der Kurbelwelle mittels der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der 8.
Ein Kurbelwinkelsensor 13 ist mit einem Element A 14 und einem Element B 15 versehen, die in der Nähe des Messelements 2 in einer beabstandeten Beziehung zueinander in einer Umfangsrichtung davon angeordnet sind. Diese beiden, das Element A 14 und das Element B 15 erzeugen jeweils ein Erfassungssignal oder einen Puls jedes Mal, wenn einer der Winkelpositions-Erfassungsabschnitte 3 des Messelements 2 an diesen vorbeiläuft. Der Kurbelwinkelsensor 13 erzeugt eine Anzahl von Erfassungssignalpulsen, die der Anzahl von Winkelpositions-Erfassungsabschnitten 3 des Messelements 2 während der Zeit entsprechen, in der die Kurbelwelle 1 eine vollständige Umdrehung ausführt. Da das Element A 14 und das Element A 15 in einer beabstandeten Beziehung zueinander in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, wie in 8 gezeigt, ist eine Phasendifferenz zwischen den Erfassungssignalen, die von dem Element A 14 bzw. dem Element B 15 erzeugt werden, vorhanden, wie in 9 und 10 gezeigt.
Die Erfassungssignale, die von diesem Element A 14 und diesem Element B 15 erzeugt werden, werden in eine Abweichungseinheit oder ein Abweichungsteil 16 eingegeben, wo ein Unterschied oder eine Abweichung zwischen dem Erfassungssignal des Elements A 14 und dem Wert des Erfassungssignals des Elements B 15, dessen Polarität umgekehrt ist, erhalten wird, und ein entsprechendes Differenzsignal (A – B), dass die somit erhaltene Differenz darstellt, wird ausgegeben. Das Differenzsignal (A – B), das von dem Abweichungsteil 16 ausgegeben wird, mittels einer Bestimmungseinheit oder eines Bestimmungsteils 17, das zwei unterschiedliche Bestimmungsschwellwerte aufweist, in ein pulsgeformtes Kurbelwinkelsignal konvertiert. Die beiden Bestimmungsschwellwerte des Bestimmungsteils 17 sind Vth1 (V) bzw. Vth2 (V), wobei Vth1 eingestellt ist, höher als Vth2 zu sein. Wenn das Differenzsignal (A – B) den Bestimmungsschwellwert Vth1 aufwärts kreuzt, wird der Bestimmungsteil 17 mit dem Ansteigen eines Pulses des Kurbelwinkelsignals ausgelöst, wohingegen dann, wenn das Differenzsignal (A – B) den Bestimmungsschwellwert Vth2 abwärts kreuzt, der Bestimmungsteil 17 beim Fallen eines Pulses des Kurbelwinkelsignals ausgelöst wird. Somit wird jeder Puls, der von dem Bestimmungsteil 17 erzeugt wird, Periodenerfassungsteil 6 und dem Zählteil 8 als ein Kurbelwinkelsignal gesendet, und danach wird der Betrieb dieser Ausführungsform in ähnlicher Weise zu jenem der ersten Ausführungsform durchgeführt.
9 zeigt das Ändern oder den Übergang des Kurbelwinkelsignals während der Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle, und 10 zeigt das Ändern oder den Übergang des Kurbelwinkelsignals während der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle. Diese Perioden zwischen den fallenden Zeitgebungen aufeinanderfolgender Pulse des Kurbelwinkelsignals werden zu Signalperioden ausgeführt, und in das Periodenerfassungsteil 6 und das Zählteil 8 ebenso eingegeben. Eine gegenwärtige Signalperiode T_n wird von dem Periodenerfassungsteil 6 erfasst oder bestimmt und in dem Speicherteil 10 gespeichert. In der zweiten Ausführungsform werden drei aufeinanderfolgende Perioden, die die letzte Periode T_n-1, die zweitletzte Periode T_n-2 und die drittletzte Periode T_n-3 umfassen, in dem Speicherteil 10 als Signalperioden gespeichert.
Dann wird ein Bestimmungswert K für fehlende Zähne von dem Referenzpositions-Bestimmungsteil 7 unter Verwendung der Signalperioden T_n, T_n-1 und T_n-2 erhalten. Hier wird (K = (T_n-1)3(T_n-3 × T_n-2 × T_n)) als ein Bestimmungsausdruck für fehlende Zähne verwendet. Da die beiden Elemente A 14 und A 15 verwendet werden, um einen Puls aus einer Differenz dazwischen zu erzeugen, sind die Signalperioden der Pulse, die während der Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle erzeugt werden, unterschiedlich von jenen während der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle in Anbetracht dessen, dass der Bestimmungsausdruck für fehlende Zähne dementsprechend auf eine geeignete Weise eingestellt ist. In 11 stellt die durchgezogene Linie Bestimmungswerte K für fehlende Zähne dar, die von den Daten von drei Signalperioden wie in dem Fall der ersten Ausführungsform erhalten werden, und die gestrichelte Linie stellt Bestimmungswerte K für fehlende Zähne dar, die unter Verwendung der Daten von vier Signalperioden erhalten werden. Die Genauigkeit in der Erfassung der fehlenden Zähne gemäß dieser Ausführungsform ist verbessert, wie in 11 gezeigt.
Darauf werden die erste Referenzposition und die zweite Referenzposition auf der Grundlage des Bestimmungswerts K für fehlende Zähne bestimmt. Zu dieser Zeit werden die Bestimmungen wie folgt ausgeführt: Das heißt, wenn K geringer als 2 ist, ist kein fehlender Zahn vorhanden; wenn K gleich oder größer als 2 aber geringer als 12 ist, ist die Anzahl von fehlenden Zähnen 1; und wenn K gleich oder größer als 12 ist, ist die Anzahl von fehlenden Zähnen 2. Somit wird die Position eines Pulses des Kurbelwinkelsignals, wo zwei fehlende Zähne erfasst worden sind, als die erste Referenzposition bestimmt, und die Position eines Pulses des Kurbelwinkelsignals, wo ein fehlender Zahn erfasst worden ist, wird als die zweite Referenzposition bestimmt. Diese Information wird zu dem Zählteil 8 und dem Drehrichtungs-Bestimmungsteil 9 gesendet, so dass die Drehrichtung der Kurbelwelle 1 von dem Drehrichtungs-Bestimmungsteil 9 auf der Grundlage des Zählwerts des Zählteils 8 bestimmt wird, wie in dem Fall der ersten Ausführungsform.
Als nächstes wird der Betrieb der zweiten Ausführungsform auf der Grundlage eines Flussdiagramms, das in 12 gezeigt ist, erklärt werden. Zuerst wird in einem Schritt S201 ein Kurbelwinkelsignal von dem Kurbelwinkelsensor 13 in das Periodenerfassungsteil 6 und das Zählteil 8 eingegeben. In einem Schritt S202 werden die Signalperioden T_n-1, T_n-2 und T_n-3 durch Signalperioden T_n, T_n-1 bzw. T_n-2 aktualisiert, die in dem Speicherteil 10 gespeichert sind. In einem Schritt S203 wird die gegenwärtige Signalperiode T_n aus dem gegenwärtigen Eingangs-Kurbelwinkelsignal erhalten, und "1" wird zu dem Zählwert des Zählregisters 11 des Zählteils 8 hinzugefügt. In einem Schritt S204 werden K1, K2 und K3 unter Verwendung der folgenden Ausdrücke berechnet: das heißt, K1 = T_n-1/T_n-3; K2 = T_n-1/T_n-2; und K3 = T_n-1/T_n. Zusätzlich wird ein Bestimmungswert K für fehlende Zähne unter Verwendung des folgenden Ausdrucks berechnet: das heißt, K = K1 × K2 × K3. In einem Schritt S205 wird bestimmt, ob der Bestimmungswert K für fehlende Zähne geringer als 2 ist. Wenn er geringer als 2 ist, kehrt der Steuerungsfluss zu dem Schritt S201 zurück, wohingegen dann, wenn der Bestimmungswert K für fehlende Zähne gleich oder größer als 2 ist, der Steuerungsfluss zu einem Schritt S206 fortschreitet. In einem Schritt S206 wird bestimmt, ob der Bestimmungswert K für fehlende Zähne geringer als 12 ist. Wenn er gleich oder größer als 12 ist, schreitet der Steuerungsfluss zu einem Schritt S207 fort, wohingegen dann, wenn er geringer als 12 ist, der Steuerungsfluss zu einem Schritt S210 fortschreitet. In dem Schritt S207 wird ein Zählwert des Zählregisters 11 des Zählteils 8 gelesen, und dann schreitet der Steuerungsfluss zu einem Schritt S208 fort. In dem Schritt S208 wird bestimmt, ob der Zählwert gleich 16 ist. Wenn er gleich 16 ist, schreitet der Steuerungsfluss zu einem Schritt S212 fort. In dem Schritt S209 wird das Zählregister 11 des Zählteils 8 zurückgesetzt, und dann kehrt der Steuerungsfluss zu dem Schritt S201 zurück. In dem Schritt S210 wird ein Zählwert des Zählregisters 11 des Zählteils 8 gelesen, und der Steuerungsfluss schreitet zu einem Schritt S211 fort. In dem Schritt S211 wird bestimmt, ob der somit gelesene Zählwert gleich 17 ist. Wenn der Zählwert gleich 17 ist, schreitet der Steuerungsfluss zu dem Schritt S209 fort, wohingegen dann, wenn der Zählwert unterschiedlich von 17 oder nicht gleich 17 ist, der Steuerungsfluss zu einem Schritt S212 fortschreitet. In dem Schritt S212 wird ein Signal zu dem elektronischen Controller 12 gesendet, der dadurch entweder die Kraftstoffinjektion oder die Zündung des Verbrennungsmotors anhält, womit der Betriebsprozess der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung geschlossen oder beendet wird.
Unter Verwendung eines Sensors, der den Kurbelwinkelsensor 13 und das Messelement 2 umfasst, kann die Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung dieser Ausführungsform die Drehrichtung der Kurbelwelle 1 bestimmen.
Zusätzlich ist es, auch wenn die Kurbelwelle 1 gestartet wird, sich von irgendeiner Kurbelwinkelposition zu drehen, möglich, die Drehrichtung der Kurbelwelle 1 zu erhalten.
Außerdem kann eine Empfindlichkeit beim Erfassen von fehlenden Zähnen unter Verwendung der Ausgänge der beiden Elemente A 14 und B 15 mit einer Phasendifferenz dazwischen verbessert werden.
Ausführungsform 3.
13 zeigt die Konfiguration einer Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 14 zeigt Bestimmungswerte für fehlende Zähne der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der 13. 15 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebsprozesses der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. In der dritten Ausführungsform wird ein gleicher Kurbelwinkelsensor 13 wie jener der oben erwähnten zweiten Ausführungsform verwendet, und ein Messelement 18 weist einen einzigen Referenzpositions-Erfassungsabschnitt 19 allein auf. Zusätzlich schließt die Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung eine Periodenerfassungseinheit oder ein Periodenerfassungsteil 6, ein Referenzpositions-Bestimmungsteil 7 und ein Drehrichtungs-Bestimmungsteil 20 ein.
Wenn der Referenzpositions-Erfassungsabschnitt 19 an dem Kurbelwinkelsensor 13 während der Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 1 vorbeiläuft, erzeugt der Kurbelwinkelsensor 13 jeweils ein Kurbelwinkelsignal, wie in 9 gezeigt, oder ein Kurbelwinkelsignal, wie in 10 gezeigt. Eine Signalperiode T_n wird aus dem Kurbelwinkelsignal mittels des Periodenerfassungsteils 6 erhalten. Dann wird ein Bestimmungswert K für fehlende Zähne an einer Referenzposition unter Verwendung vorangehender Signalperioden T_n-1, T_n-2 und T_n-3, die zuvor von dem Referenzpositions-Bestimmungsteil 7 aufgenommen wurden, und einer Signalperiode T_n, die gegenwärtig von dem Periodenerfassungsteil 4 erhalten wird, berechnet. Wie in 14 gezeigt, stellt die durchgezogene Linie Bestimmungswerte K für fehlende Zähne während der Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle dar, und die gestrichelte Linie stellt Bestimmungswerte K für fehlende Zähne während der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle dar. Das Drehrichtungs-Bestimmungsteil 20 bestimmt die Drehrichtung der Kurbelwelle unter Verwendung eines somit berechneten Bestimmungswerts K für fehlende Zähne. Wie in 14 gezeigt, zeigt ein Bestimmungswert K für fehlende Zähne an der Referenzposition 4,5 während der Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle und 2,2 während der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle an. Das Drehrichtungs-Bestimmungsteil 20 bestimmt, ob der Bestimmungswert K für fehlende Zähne an der Referenzposition geringer als 3 oder gleich 3 oder größer als 3 ist, wobei es als Ergebnis davon weiter eine Bestimmung ausführt, ob sich die Kurbelwelle in der Vorwärtsrichtung oder in der Rückwärtsrichtung dreht. Wenn bestimmt wird, dass sich die Kurbelwelle in der Rückwärtsrichtung dreht, wird dem elektronischen Controller 12 des Verbrennungsmotors eine Instruktion oder ein Signal zum Anhalten der Kraftstoffinjektion oder Zündung vorgegeben.
Als nächstes wird der Betrieb der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der 13 unter Verwendung des Flussdiagramms, das in 15 gezeigt ist, erklärt werden. Zuerst wird in einem Schritt S301 ein Kurbelwinkelsignal von dem Kurbelwinkelsensor 13 in das Periodenerfassungsteil 6 eingegeben, und in einem Schritt S302 werden die Signalperioden T_n-2 und T_n-1, die in dem Speicherteil 10 gespeichert sind, durch die Signalperioden T_n-1 bzw. T_n aktualisiert. In einem Schritt S303 wird eine gegenwärtige Signalperiode T_n aus dem Kurbelwinkelsignal, das in dem Periodenerfassungsteil eingegeben ist, erhalten. In einem Schritt S304 werden K1 und K2 unter Verwendung der Ausdrücke (K1 = T_n-1/T_n-2) und (K2 = T_n-1/T_n) erhalten, und zusätzlich wird ein Bestimmungswert K für fehlende Zähne unter Verwendung eines Ausdrucks (K = K1 × K2) erhalten. In einem Schritt S305 wird bestimmt, ob der Bestimmungswert K für fehlende Zähne geringer als 2 ist. Wenn er geringer als 2 ist, kehrt der Steuerungsfluss zu dem Schritt S301 zurück, wohingegen dann, wenn der Bestimmungswert K für fehlende Zähne gleich oder größer als 2 ist, der Steuerungsfluss zu einem Schritt S306 fortschreitet. In dem Schritt S306 wird bestimmt, ob der Bestimmungswert K für fehlende Zähne geringer als 3 ist. Wenn er gleich oder größer als 3 ist, kehrt der Steuerungsfluss zu dem Schritt S301 zurück, wohingegen dann, wenn er geringer als 3 ist, der Steuerungsfluss zu einem Schritt S307 fortschreitet. In dem Schritt S307 wird ein Signal zu dem elektronischen Controller 12 des Verbrennungsmotors gesendet, wodurch entweder die Kraftstoffinjektion oder die Zündung des Verbrennungsmotors angehalten wird, womit der Betriebsprozess der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung abgeschlossen oder beendet wird.
Somit ist es, indem zwei Elemente, die in einer beabstandeten Beziehung zueinander in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, um eine Differenz zwischen den Erfassungsausgängen dieser Elemente zu erhalten, die in der Phase zueinander unterschiedlich sind, möglich, die Drehrichtung der Kurbelwelle nur durch ein Bestimmen von Signalperioden und eines fehlenden Zahns zu bestimmen.
Das Periodenerfassungsteil 6, das Referenzpositions-Bestimmungsteil 7 und das Drehrichtungs-Bestimmungsteil 20 dieser Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung können durch einen Mikrocomputer ausgebildet werden, und somit kann die Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung unter der Verwendung eines in geringer Größe aufgebauten Mikrocomputers ausgeführt werden.
Ausführungsform 4.
16 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese vierte Ausführungsform ist unterschiedlich von der ersten Ausführungsform allein in der Funktion eines Drehrichtungs-Bestimmungsteils 9, aber ist ähnlich in anderen Aspekten der ersten Ausführungsform, womit eine Beschreibung der ähnlichen Teile oder Abschnitte weggelassen wird.
Nun wird der Betrieb der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dieser vierten Ausführungsform auf der Grundlage der 14 erklärt werden. Die Schritte von S401 bis S411 sind die gleichen wie die Schritte von S201 bis S211 der ersten Ausführungsform. In den Schritten S408 und S411 wird, wenn der Zählwert des Zählregisters 11 des Zählteils 8 unterschiedlich von einem vorbestimmten Wert ist, bestimmt, dass sich die Kurbelwelle 1 in der Rückwärtsrichtung dreht, und der Steuerungsfluss schreitet zu einem Schritt S412 fort. In dem Schritt S412 wird die Anzahl von Ereignissen m, die die Anzahl von Malen an Bestimmungen fehlender Zähne darstellt, um "1" hochgesetzt, und der Steuerungsfluss schreitet zu einem Schritt S413 fort, wo bestimmt wird, ob die Anzahl von Ereignissen m gleich oder größer als 5 ist. Wenn sie geringer als 5 ist, kehrt der Steuerungsfluss zu dem Schritt S401 zurück, wohingegen dann, wenn der Zählwert gleich oder größer als 5 ist, der Steuerungsfluss zu einem Schritt S414 fortschreitet. In dem Schritt S414 wird eine Instruktion oder ein Signal zum Anhalten der Kraftstoffinjektion oder der Zündung zu dem elektronischen Controller 12 des Verbrennungsmotors gesendet, und der Betrieb der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung wird beendet.
In der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform ist es, auch in einem Fall, wo eine Bestimmung des Vorhandenseins fehlender Zähne unter dem Einfluss von Rauschen oder dergleichen auf dem Kurbelwinkelsignal ausgeführt wird, möglich, zu bestimmen, dass sich die Kurbelwelle in der Rückwärtsrichtung dreht, wenn das Vorhandensein fehlender Zähne für eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederaufgetreten ist. Folglich kann die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert werden.
Ausführungsform 5.
17 zeigt die Konfiguration einer Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 18 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung der 17 zeigt. Diese fünfte Ausführungsform ist unterschiedlich von der oben erwähnten ersten Ausführungsform in dem Betrieb oder der Funktion eines Drehrichtungs-Bestimmungsteils 21 und in der Nicht-Bereitstellung eines Zählteils. Nachstehend wird das Drehrichtungs-Bestimmungsteil 21 unter Bezugnahme auf 18 beschrieben werden. Die Schritte von S501 bis S506 sind die gleichen wie die Schritte von S101 bis S106 in 3, aber bei S503 wird eine Hochsetzung des Zählwerts nicht ausgeführt. Wenn in dem Schritt S506 bestimmt wird, dass ein Bestimmungswert K für fehlende Zähne gleich oder größer als 6 ist, schreitet der Steuerungsfluss zu einem Schritt S507 fort, wo eine Bestimmung ausgeführt wird, ob ein Wert p für fehlende Zähne gleich 2 ist. Wenn der Wert für fehlende Zähne gleich 2 ist, wird bestimmt, dass sich die Kurbelwelle in der Vorwärtsrichtung dreht. Dann wird in einem Schritt S508 der Wert p für fehlende Zähne in "1" wieder eingeschrieben, und der Steuerungsfluss kehrt zu dem Schritt S501 zurück. Auf der anderen Seite schreitet, wenn der Wert p für fehlende Zähne nicht gleich 2 ist, der Steuerungsfluss zu einem Schritt S509 fort. Wenn in dem Schritt S506 bestimmt wird, dass der Bestimmungswert K für fehlende Zähne gleich oder größer als 2, aber geringer als 6 ist, schreitet der Steuerungsfluss zu einem Schritt S510 fort, wo eine Bestimmung ausgeführt wird, ob der Wert p für fehlende Zähne gleich 1 ist. Wenn der Wert p für fehlende Zähne gleich 1 ist, wird bestimmt, dass sich die Kurbelwelle in der Vorwärtsrichtung dreht. Dann wird in einem Schritt S511 der Wert p für fehlende Zähne in "2" wieder eingeschrieben, und der Steuerungsfluss kehrt zu dem Schritt S501 zurück. Wenn der Wert p für fehlende Zähne nicht gleich 1 ist, schreitet der Steuerungsfluss zu dem Schritt S509 fort, wo eine Instruktion oder ein Signal zum Anhalten der Kraftstoffinjektion oder der Zündung zu dem elektronischen Controller 12 des Verbrennungsmotors gesendet wird, und der Betrieb der Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung wird beendet.
Somit ist es, auch wenn die Kurbelwelle veranlasst wird, sich nur eine Umdrehung in der Rückwärtsrichtung zu drehen, möglich, die Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle genau zu bestimmen. Deswegen kann positiv verhindert werden, dass die Rückwärtsdrehung des Verbrennungsmotors andauert, und ein Schaden des Verbrennungsmotors kann auf ein Minimum begrenzt werden.
Da das Periodenerfassungsteil 6, das Referenzpositions-Bestimmungsteil 7 und das Drehrichtungs-Bestimmungsteil 21 dieser Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung durch einen Mikrocomputer ausgebildet werden können, ist es möglich, die Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung mit einem Mikrocomputer einer geringen Größe auszuführen.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung zu ersehen ist, stellt die vorliegende Erfindung den folgenden herausragenden Vorteil bereit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung bereitgestellt, welche einschließt: Ein Messelement, das auf einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors oder einem Teil, der sich synchronisiert zu der Kurbelwelle dreht, angebracht ist, wobei das Messelement eine Vielzahl von Winkelpositions- Erfassungsabschnitten, die in gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung der Kurbelwelle angeordnet sind, und eine Vielzahl von Referenzpositions-Erfassungsabschnitten aufweist, bei welchen ein Teil der Winkelpositions-Erfassungsabschnitte fehlt; einen Kurbelwinkelsensor, der an einer Stelle in der Nähe des Messelements angeordnet ist, um ein Kurbelwinkelsignal in der Form eines Pulszugs zu erzeugen, das den Winkelpositions-Erfassungsabschnitten und den Referenzpositions-Erfassungsabschnitten entspricht; ein Periodenerfassungsteil zum Erfassen von Signalperioden aufeinanderfolgender Pulse des Kurbelwinkelsignals; ein Referenzpositions-Bestimmungsteil zum Bestimmen einer Vielzahl von Referenzpositionen auf der Grundlage der Signalperioden, die von dem Periodenerfassungsteil erfasst werden; ein Zählteil zum Zählen der Pulse des Kurbelwinkelsignals, um einen Zählwert davon bereitzustellen; und ein Drehrichtungs-Bestimmungsteil zum Bestimmen der Drehrichtung der Kurbelwelle auf der Grundlage der Anzahl von Pulsen des Kurbelwinkelsignals, die zwischen der Vielzahl von Referenzpositionen gezählt werden. Mit dieser Anordnung ist es möglich, ein Kurbelwinkelsignal mittels des einzigen Kurbelwinkelsensors allein zu erhalten, ohne eine Vielzahl von Sensoren zu verwenden, und gleichzeitig ist es auch möglich, die Drehrichtung der Kurbelwelle zu bestimmen oder zu identifizieren, was es somit ermöglicht, den Betrieb des Verbrennungsmotors anzuhalten, wenn sich der Motor in der Rückwärtsrichtung dreht.
Außerdem kann, auch wenn der Verbrennungsmotor von irgendeiner Kurbelwinkelposition gestartet wird, die Rückwärtsdrehung davon auf eine zuverlässige Weise mittels des Drehrichtungs-Bestimmungsteils erfasst werden, das die Rückwärtsdrehung des Messelements auf der Grundlage des Ergebnisses der Referenzpositionsbestimmung gemäß des Intervalls oder der Dauer fehlender Pulse des Kurbelwinkelsignals erfasst.

Claims

Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung, umfassend: ein Messelement (2, 18), das an einer Kurbelwelle (1) eines Verbrennungsmotors oder einem Abschnitt, der sich synchronisiert zu der Kurbelwelle (1) dreht, angebracht ist, wobei das Messelement (2, 18) eine Vielzahl von Winkelpositions-Erfassungsabschnitten (3), die in gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung der Kurbelwelle (1) angeordnet sind, und eine Vielzahl von Referenzpositions-Erfassungsabschnitten (4a, 4b, 19), an welchen ein Teil der Winkelpositions-Erfassungsabschnitte (3) fehlt, aufweist; einen Kurbelwinkelsensor (5, 13), der an einer Stelle in der Nähe des Messelements (2, 18) angeordnet ist, um ein Kurbelwinkelsignal in der Form eines Pulszugs zu erzeugen, der den Winkelpositions-Erfassungsabschnitten (3) und den Referenzpositions-Erfassungsabschnitten (4a, 4b, 19) entspricht; ein Periodenerfassungsteil (6) zum Erfassen von Signalperioden aufeinanderfolgender Pulse des Kurbelwinkelsignals; ein Referenzpositions-Bestimmungsteil (7) zum Bestimmen einer Vielzahl von Referenzpositionen auf der Grundlage der Signalperioden, die von dem Periodenerfassungsteil (6) erfasst werden; ein Zählteil (8) zum Zählen der Pulse des Kurbelwinkelsignals, um einen Zählwert davon bereitzustellen; und ein Drehrichtungs-Bestimmungsteil (9, 20, 21) zum Bestimmen der Drehrichtung der Kurbelwelle (1) auf der Grundlage der Anzahl von Pulsen des Kurbelwinkelsignals, die zwischen der Vielzahl von Referenzpositionen gezählt sind, wobei das Referenzpositions-Bestimmungsteil (7) eingerichtet ist, die Referenzpositionen durch Vergleichen des Produkts (K) des Verhältnisses (K1) zwischen einer zuletzt von dem Periodenerfassungsteil (6) erfassten Signalperiode (T_n-1) und einer zweitletzten erfassten Signalperiode (T_n-2) und des Verhältnisses (K₂) zwischen der zuletzt von dem Periodenerfassungsteil (6) erfassten Signalperiode (T_n-1) und einer gegenwärtigen Signalperiode (T_n) mit einem vorgegebenen Wert zu bestimmen.
Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehrichtungs-Bestimmungsteil (9, 20, 21) die Drehrichtung der Kurbelwelle (1) unter Benutzung der Tatsache bestimmt, dass der Zählwert, der zwischen zwei Positionen unter der Vielzahl von Referenzpositionen während der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (1) gezählt wird, unterschiedlich von jenem während der Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle (1) ist.
Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehrichtungs-Bestimmungsteil (9, 20, 21) die Drehrichtung der Kurbelwelle (1) unter Benutzung der Tatsache bestimmt, dass eine Signalperiode, die einer der Referenzpositionen während der Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle entspricht, unterschiedlich von jener während der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle ist.
Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Referenzpositions-Bestimmungsteil (7) bestimmt, dass Aufeinanderfolgende der Referenzpositionen die gleichen sind, das Drehrichtungs-Bestimmungsteil (9, 20, 21) bestimmt, dass sich die Kurbelwelle (1) in der Rückwärtsrichtung dreht.
Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehrichtungs-Bestimmungsteil (9, 20, 21) bestimmt, dass sich die Kurbelwelle (1) in der Rückwärtsrichtung dreht, wenn die Kurbelwelle (1) fortfährt, sich in der Rückwärtsrichtung um eine Vielzahl von Takten des Verbrennungsmotors zu drehen.
Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelwinkelsensor (5, 13) eine Vielzahl von Elementen (14, 15) zum Erzeugen von Signalen unterschiedlicher Phasen, ein Abweichungsteil (16) zum Erhalten einer Abweichung zwischen den Signalen, und ein Bestimmungsteil (17) zum Konvertieren der Abweichung in ein Kurbelwinkelsignal einschließt.
Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmungsteil (17) die Abweichung unter Verwendung unterschiedlicher Schwellwerte konvertiert, um das Kurbelwinkelsignal bereitzustellen.
Kurbelwinkel-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn bestimmt wird, dass sich die Kurbelwelle (1) in der Rückwärtsrichtung dreht, ein Signal zum Anhalten einer Kraftstoffinjektion oder einer Zündung des Verbrennungsmotors erzeugt wird.