JP2003120359A - エンジンのクランク角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン始動時にクランク角度位置を迅速に
検出して点火をエンジン回転後１回目の上死点で行なう
ようにできるクランク角検出装置を提供する。 【解決手段】 クランク軸に固定したリングギヤ４２の
周縁に等間隔で複数の歯４３を設けるとともに１ヵ所に
歯欠け部４４を形成し、該リングギヤ４２の歯を検出す
るためのクランク角センサ３を備えた単気筒エンジンの
クランク角検出装置において、クランク軸の停止状態か
ら１回目の回転中に、クランク角が上死点に達する前に
前記クランク角センサ３が前記歯欠け部４４を検出する
位置に該クランク角センサ３を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンのクラン
ク角検出装置に関し、特にクランク角を検出するための
クランク角センサの配置構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンのクランク角度位置を検出する
ために、クランク軸にリングギヤを固定し、このリング
ギヤに複数の突起（歯）を等間隔で設けるとともに、そ
の基準位置を定めるために１ヵ所に歯欠け部を形成して
不等ピッチで構成される。エンジン回転中に突起の凸部
と凹部を計測し、その比率を用いて基準位置である歯欠
け部を識別することにより、クランク角が検出される。
検出したクランク角により燃料噴射時期や点火時期を制
御する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エンジ
ン始動時にエンジン停止状態から回転を開始したとき、
最初にクランク角度位置を検出するまでは、点火をする
ことができない。４サイクル単気筒エンジンでは、点火
時期は圧縮上死点であり、エンジン２回転で点火が１度
のため、エンジン回転開始からクランク角の位置検出前
に１回目の圧縮上死点が通過すると、点火時期は２回転
後となって、始動が遅れる。特にキック始動の場合に
は、１回目の圧縮上死点で点火せず２回転後になると起
動できない可能性もあるため、エンジン回転後の迅速な
クランク角検出が必要になる。

【０００４】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、エンジン始動時にクランク角度位置を迅速に検出
して点火をエンジン回転後１回目の上死点で行なうよう
にできるクランク角検出装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、単気筒エンジンのクランク軸にリング
ギヤを固定し、該リングギヤに等間隔で複数の歯を設け
るとともに１ヵ所に歯欠け部を形成し、該リングギヤの
歯を検出するためのクランク角センサを備えたエンジン
のクランク角検出装置において、クランク軸の停止状態
から１回目の回転中に、クランク角（ピストン）が上死
点に達する前に前記クランク角センサが前記歯欠け部を
検出する位置に該クランク角センサを設けたことを特徴
とするエンジンのクランク角検出装置を提供する。

【０００６】この構成によれば、エンジン回転開始後１
回目の回転中にクランク角（ピストン）が最初の上死点
に達する前にクランク角センサが歯欠け部を検出してク
ランク角の位置を認識するため、ピストンが１回目の最
初の上死点に達したときに直ちに点火をすることができ
る。

【０００７】このような歯欠け部及び上死点位置と関連
させてクランク角センサを配置することは、以下に説明
するように、エンジンを停止したとき、クランク角がほ
ぼ一定の位置で停止する傾向があることに着目し、これ
を利用して可能となったものである。

【０００８】図６は、エンジン停止時のピストン停止位
置の確率分布図である。図示したように、圧縮行程中の
上死点前にピストンが停止する傾向が高い。これは、エ
ンジン停止時に、ピストンの上昇動作に対する抵抗が圧
縮行程のときが最も強くなるためであり、特にベルト式
無段変速機を備えたエンジンの場合、エンジン停止前に
は、クラッチがオフしているため、駆動系からの負荷が
ないので、上死点前にピストンが停止する傾向が顕著に
なる。したがって、次回にエンジンを使用する場合に
は、エンジン始動は、圧縮行程の途中から回転開始する
ことになる。そこで、上記ピストン停止位置の分布に基
づいて予め上死点に対応する歯が１回目の回転で上死点
に達する前に、クランク角センサで歯欠け部を検出でき
るように配置することにより、始動時に１回目の圧縮上
死点前にクランク角度位置が認識され、これにより最初
の上死点での点火が実行できる。

【０００９】好ましい構成例では、前記エンジンは、４
サイクル単気筒エンジンであることを特徴としている。

【００１０】スクータ等の小型自動二輪車において、ス
イングユニット式エンジンが用いられている。このスイ
ングユニット式エンジンは、エンジンのクランクケース
と減速機ケースを一体結合してエンジンユニットを形成
し、減速機に後輪を連結するとともにダンパーを介して
車体フレームに揺動可能に取付け、エンジンユニットの
前部をピボットを介して車体フレームに枢着した構成で
ある。これにより、エンジンユニットは後輪とともにピ
ボットを中心にある角度範囲内で回転可能となり車体フ
レームに対し揺動して走行中の振動を吸収する。このス
イングユニット式エンジンの減速機としてベルト式の無
段変速機が用いられている。

【００１１】このような小型自動二輪車のスイングユニ
ット式エンジンとしては、従来気化器を備えた２サイク
ルエンジンが用いられていたが、高精度の運転制御性や
排気ガスエミッション向上のため、燃料噴射式４サイク
ルエンジンの使用が考えられ開発途上である。

【００１２】このエンジンに関する水温や吸気温等の検
出信号およびエンジン回転数やスロットル開度、吸気圧
力等の運転状態検出信号に基づいて燃料噴射制御や点火
時期制御等のエンジン駆動制御を行うエンジン制御ユニ
ット（ＥＣＵ）が車体に取り付けられる。

【００１３】本発明では、このＥＣＵによりクランク角
センサからの信号を演算処理してクランク角を判別する
とともに点火コイルを駆動して点火を行なう。

【００１４】このような４サイクル単気筒エンジンで
は、エンジン停止時にピストンが一定位置で停止する確
率が特に大きいため、次回エンジン始動時に、１回目の
回転中の上死点で効率よく点火させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に
係る自動二輪車の制御システム全体のブロック構成図で
ある。

【００１６】一体部品としてユニット化されたエンジン
制御装置（ＥＣＵ）１の制御回路ＣＰＵ（不図示）への
入力として、メインスイッチ２からのオンオフ信号、ク
ランク角センサ３からのクランクパルス信号、吸気圧セ
ンサ４からの吸気圧検出信号、吸気温センサ５からの吸
気温度検出信号、水温センサ６からの冷却水温検出信
号、インジェクタ電圧センサ７からのインジェクタ制御
のための電圧信号、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を有
するスイッチボックス８からの検査用入力信号が入力さ
れる。また、バッテリ２０が接続されバッテリ電源が入
力される。

【００１７】ＥＣＵ１からの出力として、燃料ポンプを
駆動するポンプリレー９へのポンプリレー出力信号、イ
ンジェクタ１０の電磁コイルを駆動するインジェクタ出
力信号、点火コイル１１を駆動する点火コイル出力信
号、冷却水温に応じてオートチョーク１２を駆動するオ
ートチョーク出力信号、異常状態を検出した時にメータ
２２内のダイアグ警告灯１３を駆動するダイアグ警告信
号、冷却水温が所定温度を越えたときに警告を表示する
水温警告灯１４を駆動する水温警告信号、エンジンキー
等のイモビライザ１７が異常操作されたときにイモビラ
イザ警告灯１５を駆動するイモビライザ警告信号が出力
される。また、各センサへセンサ用電源回路２１を介し
て又は直接電力を供給する電源電圧が出力される。

【００１８】また、ＥＣＵ１は、外部の汎用通信装置１
８に接続され、制御データ等を汎用通信ラインを介して
入出力可能である。さらに、シリアル通信装置１９に接
続されシリアル通信が可能である。

【００１９】図２は本発明の実施形態に係るクランク角
検出装置のシステム構成図である。単気筒４サイクルエ
ンジン３０は、ピストン３１の上面に燃焼室３２が形成
され、この燃焼室３２に連通して吸気管３３及び排気管
３４が接続される。吸気管３３にはスロットルバルブ３
５が装着され端部に吸気バルブ３６が設けられる。排気
管３４の端部に排気バルブ３７が設けられる。３８は点
火プラグである。エンジン３０のシリンダ周囲に冷却ジ
ャケット３９が設けられ、水温センサ６が取付けられ
る。ピストン３１は、コンロッド４０を介してクランク
軸４１に連結される。

【００２０】クランク軸４１にリングギヤ４２が一体的
に固定される。リングギヤ４２の周縁には複数の歯（突
起）４３が等間隔で設けられ、１ヶ所に歯欠け部４４が
形成される。このリングギヤ４２の歯４３を検出するク
ランク角センサ（クランクパルスセンサ）３が備わる。
クランク角センサ３は、各歯４３を検出して各歯の上辺
長さに対応したパルス幅のパルス信号を発する。この例
では、１２ヵ所に歯４３の位置があり、そのうち１ヵ所
が歯欠け部４４であるため、クランク１回転の間に３０
°ごとに１１個のパルス信号を発信する。

【００２１】吸気管３３にはインジェクタ１０が装着さ
れる。このインジェクタ１０には、燃料タンク４５か
ら、燃料ポンプ４６によりフィルタ４７を通して吸い上
げられた燃料が、レギュレータ４８により一定圧力にさ
れた状態で送られる。点火プラグ３８には、ＥＣＵ１
（図１）により駆動制御される点火コイル１１が接続さ
れる。吸気管３３には吸気圧センサ４及び吸気温センサ
５が取り付けられ、それぞれＥＣＵ１に接続される。

【００２２】排気管３４には排気ガス浄化用の２次空気
導入管４９が接続される。この２次空気導入管４９上に
エアカットバルブ５０が設けられる。このエアカットバ
ルブ５０は、通常走行時あるいは加速時等のスロットル
が開いた高回転時に開いて２次空気を導入し、減速時等
のスロットルが閉じた低回転時には閉じて２次空気をカ
ットする。

【００２３】図３は、図２のシステムのエンジン停止時
の位置関係説明図である。ピストン３１が上死点のとき
に最上位置に達する上死点歯４３ａは、前述の図６で説
明したように、常にほぼ一定の位置で停止する。この停
止状態で、歯欠け部４４は図示したようにほぼ最上位置
付近にあり、クランク角センサ３は、ほぼ右端付近に対
向している。この停止状態からエンジン（クランク軸）
が矢印Ａの方向に回転開始する。

【００２４】図４は、図３のエンジンが上死点に達した
ときの位置関係説明図である。ピストン上死点の位置で
は、上死点歯４３ａが最上位置にあり、歯欠け部４４は
クランク角センサ３を既に通過した後の状態にある。す
なわち、クランク角センサ３は、ピストン上死点に達す
る前に歯欠け部４４を検出し、これによりクランク角を
既に判別した状態である。したがって、１回目の回転で
ピストンが上死点に達したときに点火させることができ
る。

【００２５】さらに詳しくいうと、クランク角センサ３
からのクランクパルス信号がＥＣＵ内の制御回路（ＣＰ
Ｕ）に取り込まれる。ＣＰＵは、リングギヤの歯の凹凸
による立上りクランク角信号と立下がりクランク角信号
のパルス入力により割込みプログラムが起動されるよう
に構成されている。ＣＰＵは、各パルス信号の立上りク
ランク角から立下がりクランク角までの所要時間を計測
してリングギヤの歯の幅を検出し、立下がりクランク角
から次の立上がりクランク角までの所要時間を計測する
ことにより、各歯の間の間隔を検出する。計測した歯の
幅と歯間の間隔との比により歯欠け部の位置を判別して
クランク角度位置を認識する。

【００２６】図５は、上記本発明の実施形態のタイムチ
ャートである。時間ｔ１でエンジンが回転開始する。時
間ｔ２でクランク角センサ３が最初の歯４３を検出して
最初のパルス信号を発信し、これをＥＣＵに入力する。
ここでＥＣＵは点火コイルをＯＮにして点火可能状態に
する（点火コイルがＯＮからＯＦＦに変わるときに点火
が行なわれる）。３つ目のパルス信号の位置が歯欠け部
４４に対応し、パルス信号が入力されない。したがっ
て、この歯欠け部４４を通過することにより、その後の
時間ｔ３で、このクランクパルス信号により、ＥＣＵは
このエンジンのクランク角度位置を識別することができ
る。これにより、この時間ｔ３の時点（上死点に達する
前の時点）でＥＣＵは上死点歯４４の位置を含むクラン
ク角の回転位置を認識するため、時間ｔ４でエンジンが
上死点に達したときに点火コイルをＯＦＦにして点火を
行なうことができる。クランク角度は１パルス毎に３０
°ずつ増える。以後２回転毎の圧縮行程の上死点で点火
が行なわれる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、エン
ジン始動時に、エンジン回転開始後１回目の回転中にク
ランク角が最初の上死点に達する前にクランク角センサ
が歯欠け部を検出してクランク角の位置を認識するた
め、ピストンが１回目の最初の上死点に達したときに直
ちに点火をすることができ、効率よく迅速な始動制御が
行なわれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る自動二輪車の制御システム全体
の構成図。

【図２】 本発明に係るエンジンのクランク角検出装置
の構成図。

【図３】 図２の装置のエンジン停止状態の位置関係説
明図。

【図４】 図２の装置の点火時の位置関係説明図。

【図５】 図２の装置の動作を示すタイムチャート。

【図６】 エンジン停止時のピストン停止位置の確率分
布図。

【符号の説明】

１：ＥＣＵ、２：メインスイッチ、３：クランク角セン
サ、４：吸気圧センサ、５：吸気温センサ、６：水温セ
ンサ、７：インジェクタ電圧センサ、８：スイッチボッ
クス、９：ポンプリレー、１０：インジェクタ、１１：
点火コイル、１２：オートチョーク、１３：ダイアグ警
告灯、１４：水温警告灯、１５：イモビライザ警告灯、
１７：イモビライザ、１８：汎用通信装置、１９：シリ
アル通信装置、２０：バッテリ、２１：センサ用電源回
路、２２：メータ、３０：エンジン、３１：ピストン、
３２：燃焼室、３３：吸気管、３４：排気管、３５：ス
トットルバルブ、３６：吸気バルブ、３７：排気バル
ブ、３８：点火プラグ、３９：冷却ジャケット、４０：
コンロッド、４１：クランク軸、４２：リングギヤ、４
３：歯、４３ａ：上死点歯、４４：歯欠け部、４５：燃
料タンク、４６：燃料ポンプ、４７：フィルタ、４８：
レギュレータ、４９：２次空気供給管、５０：エアカッ
トバルブ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単気筒エンジンのクランク軸にリングギヤ
   を固定し、該リングギヤに等間隔で複数の歯を設けると
   ともに１ヵ所に歯欠け部を形成し、該リングギヤの歯を
   検出するためのクランク角センサを備えたエンジンのク
   ランク角検出装置において、 クランク軸の停止状態から１回目の回転中に、クランク
   角が上死点に達する前に前記クランク角センサが前記歯
   欠け部を検出する位置に該クランク角センサを設けたこ
   とを特徴とするエンジンのクランク角検出装置。
2. 【請求項２】前記エンジンは、４サイクル単気筒エンジ
   ンであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの
   クランク角検出構造。