JP2004124879A - エンジンの行程判別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンに通常設けられるセンサを用いて圧縮上死点を判別する。
【解決手段】エンジンの上死点近傍の予定位置でパルサ信号を出力する点火パルサ１２を有する。エンジンの１サイクルを等角度の４区間に分割し、前記各区間のクランク角速度を測定する手段を設ける。４区間毎に検出したクランク角速度の、１サイクルにおける変化パターンが予定のパターンであるか否かをパルサ信号に応答して判別する。４区間のクランク角速度の変化パターンが予定のパターンになっているときのパルサ信号の出力時をエンジンの圧縮上死点と判定する。４区間のクランク角速度は各区間にクランク回転時間によって代表できる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの行程判別装置に関し、特に、スタータモータを備えたエンジンの行程判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの各種制御においてエンジンの行程との関連で制御用のパラメータや制御信号の出力タイミング等が決定される。そのために行程判別方法が種々考えられている。まず第１の方法として、カムシャフトの回転角度を検出するセンサとクランクセンサとを備え、両センサの出力の関係から行程を判別するものがある。
【０００３】
また、第２の方法として、吸気管の圧力を検出するセンサとクランクセンサとを備え、クランク角と吸気管圧力との関係から行程を判別するものがある。この方法は特開２０００−３３７２０６号公報に一例が記載されている。
【０００４】
さらに、第３の方法として、エンジンサイクル中にクランク角速度が変動することに鑑み、クランク角の一定角度毎にパルス信号を出力するクランクセンサを設け、そのパルス信号の間隔を判別して行程を認識するものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１の方法では、クランク角センサと別にカムシャフト用のセンサを設けなければならない。また、第２の方法では、吸気管内圧力を検出するセンサを有していないキャブレータ方式のエンジンでは新たに吸気管内圧力センサを必要とする。さらに、第３の方法において、クランクセンサは、上死点を検出するため一定区間でパルス信号が出力されない構造になっている。また、クランクセンサのパルス信号は点火時期を決定するためにも用いられるので、前記パルス信号が出力されない一定区間を変更することはできない。したがって、クランクの１回転中を通してクランクセンサの出力を検出し、その検出結果で行程を判別するというようにセンサをレイアウトすることができない。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、少ない数のセンサで精度良くエンジンの行程を判別することができる行程判別装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、エンジンの上死点近傍の予定位置でパルサ信号を出力する点火パルサと、エンジンの１サイクルを等角度の４区間に分割し、前記各区間のクランク角速度を測定する手段と、前記４区間毎に検出したクランク角速度の、１サイクルにおける変化パターンが予定のパターンであるか否かを前記パルサ信号に応答して判別し、該４区間のクランク角速度の変化パターンが予定のパターンになっているときのパルサ信号の出力時をエンジンの圧縮上死点と判定する手段とを具備した点に第１の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、エンジンの上死点近傍の予定位置でパルサ信号を出力する点火パルサと、エンジンの１サイクルに対応するクランク角を等角度の４区間に分割し、前記各区間の回転時間を計測する手段と、前記各区間毎に、現在の区間と直前の区間との回転時間の増減により、増大の場合は正符号を、低減の場合は負符号を付加する手段と、前記４区間の符号が予定の並びになっているか否かを前記パルサ信号に応答して判別し、該４区間の符号が予定の並びになっているときのパルサ信号の出力時をエンジンの圧縮上死点と判定する手段とを具備した点に第２の特徴がある。
【０００９】
第１および第２の特徴によれば、エンジンの爆発行程では、クランク角速度が他の行程より速く、爆発行程から後、徐々に低下していくのに鑑み、パルサ信号が出力された後、クランク角速度が増大し、その後漸減する変化パターンが検出されたとき、このパルサ信号を着火パルスと判定する。つまりこのパルサ信号が出力されたときが圧縮上死点であると判定する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る行程判別装置を適用するエンジンのスタータモータの断面図である。スタータモータ１はロータ２とステータ３とを有する。スタータモータ１は図示しないエンジンの始動手段であるとともに、エンジンが自律運転を開始した後は、該エンジンで駆動される発電機として作用する。
【００１１】
ロータ２はカップ状のヨーク４と、ヨーク４をエンジンのクランク軸（図示しない）に結合するスリーブつまりハブ５と、ヨーク４の内周に沿って配置された複数のマグネット６とを含む。スリーブ５の端部外周には回転検出のための環状のセンサマグネット７が嵌挿されている。センサマグネット７は所定角度毎に極性を反転させた着磁帯（角度検出用着磁帯）と、１回転のうちの１カ所の着磁部もしくは１カ所だけ他と異なる極性に着磁された着磁帯（基準位置検出用着磁部ないし着磁帯）とを有する。
【００１２】
ステータ３はステータコア８と該ステータコア８に絶縁材９を介して巻回されたステータ巻線１０とを含む。ステータ巻線１０は三相巻線である。ステータコア８は図示しないステータベースを介してエンジンのケーシングに固定される。ステータ３にはセンサマグネット７の角度検出用着磁帯に対向して配置される三つの第１磁気センサ１１と基準位置検出用着磁部ないし着磁帯に対向して配置される第２磁気センサ１２とを含むセンサパッケージ１３が設けられる。
【００１３】
第１磁気センサ１１は所定角度毎に極性を変化させたセンサマグネット７の着磁帯に対応して所定角度毎に交番する検出信号を出力する。この検出信号はクランク角の変化に対応するので、以下、第１磁気センサ１１をクランク角センサ１１という。クランク角センサは、スタータモータ１のＵ，Ｖ，Ｗ相に対応して電気角１２０°の位相差を有して３個配置される。すなわち、クランク角センサ１１はセンサ１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗからなる。
【００１４】
第２磁気センサは基準位置検出用着磁部ないし着磁帯に対応して１回転毎に１回パルス信号を出力する。このパルス信号は点火時期検出用に用いられるので、以下、第２磁気センサ１２を点火パルサ１２という。
【００１５】
センサパッケージ１３はクランク角センサ１１、および点火パルサ１２を支持する基板１４とセンサ１１，１２を制御部（図示せず）に接続するリード線１５を含み、ボルト１６でステータ３に固定される。
【００１６】
図３は、前記スタータモータを含む自動二輪車用エンジンの要部システム構成図である。ＥＣＵ１７には、スタータモータ１の三相巻線１Ｕ，１Ｖ，１Ｗに結合される整流回路１００と、整流回路１００を構成するスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）を、クランク角センサ１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗの出力に従って制御するスイッチング回路２００とを備える。また、ＥＣＵ１７には、クランク角センサ１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ、点火パルサ１２および後述の各センサの検出信号ならびにスイッチの切り替えに基づき、予定のプログラムに従って動作するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）３００を備える。
【００１７】
ＥＣＵ１７には、メインスイッチ１８，スタータスイッチ１９，スタータリレー２０，点火コイル２１、スロットルセンサ２２、速度センサ２３が接続される。速度センサ２３はクランク軸の１回転毎に検出信号を出力するように形成され、クランク軸の近接して配置される。点火コイル２１の二次側には点火プラグ２４が接続される。
【００１８】
上記各部の電源としてバッテリ２５が設けられ、バッテリ２５からヒューズ２６およびメインスイッチ１８を介して各部に電流が供給される。
【００１９】
図４はクランク角センサ１１と点火パルサ１２の出力の位相関係を示す図である。クランク角センサ１１はクランク角１０°毎に１回パルス信号を出力する。つまり、クランク軸が１回転すると第１磁気センサ１１は３６個のパルス信号を出力する。したがって、圧縮・爆発・排気・吸気の１サイクルで７２パルスを出力する。クランク角１０°を１ステージとして１８ステージを一区切りとする測定区間（１区〜４区）を設定し、１サイクルを７２ステージ４測定区間と規定する。
【００２０】
一方、点火パルサ１２はクランク軸の１回転毎にパルス信号を１回出力する。点火パルサ１２の出力波形（矩形波に波形整形された後の波形）の立ち下がりエッジから予定されたステージ（例えば３ステージ）からステージ番号を割り振り、各計測区間毎のクランク回転時間を計測する。そして、この回転時間に基づいて点火パルサ１２の出力のうち、どれが圧縮行程の着火パルスであるかを判別する。
【００２１】
図５は、計測区間毎のクランク回転時間の計測例を示す図である。同図において、直前の測定区間の回転時間に対する各測定区間の回転時間の増減を判別し、回転時間が増えた場合は符号「＋」、回転時間が減少した場合は符号「−」を、それぞれ記憶する。点火パルサ１２の検出信号が出力される毎に直前の四つの測定区間の増減符号の並びを判別し、その符号の並びが（−、＋、＋、＋）となっていれば、その判別時の第２磁気センサ１２の出力パルスが着火パルスであると判断できる。測定時間が徐々に長くなっているということはクランク角速度が低減していることを意味し、エンジンの１サイクル中に徐々に負荷が大きくなって圧縮行程の着火タイミングで負荷が最大となるエンジンの特性に合致する。
【００２２】
図６，図７は行程判別のフローチャートである。図６のステップＳ１では、イグニッションオンになったか判断する。この判断が肯定ならばステップＳ２に進み、２回転分のクランク角を１０度毎に分割し、１〜７２ステージのナンバリングを行う。ステップＳ３では、エンジン回転数Ｎｅがアイドル回転数Ｎｉ以上で目標回転数Ｎｔ以下の範囲にあるか判断する。ステップＳ３が肯定ならばステップＳ４でクランクの回転方向が正回転か判断する。ステップＳ４が肯定ならばステップＳ５に進んで点火パルサ１２の出力（点火パルス）がマイナス（−）側に立ち上がったか判断する。ステップＳ５が肯定ならばステップＳ６に進み、点火パルスのマイナス側への立ち上がりから予定ステージ（例えば３ステージ）経過したか判断する。ステップＳ６が肯定ならば、行程判別のためのクランク回転時間判断のための条件が成立したと判定し、図７のステップＳ７に進む。
【００２３】
図７のステップＳ７では、フラグＦ１〜Ｆ４をクリア（＝０）する。フラグＦ１は１区間（１８ステージ）の回転に要した時間が前区間より減少した場合にセット（＝１）されるフラグである。一方、フラグＦ２〜Ｆ４は１区間の回転に要した時間が前区間の時間より増大したときにセットされるフラグである。
【００２４】
ステップＳ８では、クランク角が第１ステージから１８ステージ（クランク角１８０°）進んだ時間Ａを計測してメモリに保持する。続いて、ステップＳ９では前区間（直前サイクルの第４区）の時間Ｄの計測記録があるか否かを判断する。最初は前データがないので、ステップＳ１２に進む。前データがある場合は、ステップＳ１０に進み、時間Ａから時間Ｄを減算し、その値がマイナスかどうかを判別する。この判断が肯定ならばステップＳ１１に進んでフラグ（マイナスフラグ）Ｆ１を立てる。
【００２５】
ステップＳ１２では、次の１８ステージ分をクランク角が変化する時間Ｂを計測してメモリに保持する。ステップＳ１３では、時間Ｂから時間Ａを減算し、その値がプラスかどうかを判別する。この判断が肯定ならばステップＳ１４に進んでフラグ（プラスフラグ）Ｆ２を立てる。ステップＳ１３が否定ならばステップＳ１５に進む。
【００２６】
ステップＳ１５では、全フラグＦ１〜Ｆ４がセットされたか否かを判別する。全てのフラグがセットされているのは、ステップＳ１４の処理の時点でその区間を含む最新４区間の時間増減を示す符号の並びが（−、＋、＋、＋）になったときである。この並びは図５に示した例と同じである。すなわち、ステップＳ１５が肯定ならばそれから４区間前の区間時間の計測開始時が圧縮行程の最後、つまり圧縮上死点（ＴＤＣ）であると判定される（ステップＳ２３）。つまりそのときのパルサ信号が着火パルスである。
【００２７】
最初は全フラグをセットする判断が済んでいない（最大でもフラグＦ１とＦ２とがセットされているだけである）のでステップＳ１５は否定となる。ステップＳ１５が否定の場合はステップＳ１６に進む。
【００２８】
ステップＳ１６では、次の１８ステージ分をクランク角が変化する時間Ｃを計測してメモリに保持する。ステップＳ１７では、時間Ｃから時間Ｂを減算し、その値がプラスかどうかを判別する。この判断が肯定ならばステップＳ１８に進んでフラグ（プラスフラグ）Ｆ３を立てる。ステップＳ１７が否定ならばステップＳ１９に進む。
【００２９】
ステップＳ１９では、次の１８ステージ分をクランク角が変化する時間Ｄを計測してメモリに保持する。ステップＳ２０では、時間Ｄから時間Ｃを減算し、その値がプラスかどうかを判別する。この判断が肯定ならばステップＳ２１進んでフラグ（プラスフラグ）Ｆ４を立てる。ステップＳ２０が否定ならばステップＳ８に進む。
【００３０】
ステップＳ２２では、フラグＦ１〜Ｆ４がすべてセットされているか否かを判断する。ステップＳ２２が肯定ならば、ステップＳ２４に進んでそのときのパルサ信号が着火パルスであると判定する。ステップＳ１５の判断と同様、最初は全フラグをセットする判断が済んでいないのでステップＳ２２は否定となる。ステップＳ２２が否定の場合はステップＳ８に進む。
【００３１】
２回目以後の各時間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの計測が行われると、先に保持されている値は最新の計測結果で更新される。
【００３２】
図１は、行程判別装置の要部機能を示すブロック図である。時間Ａ計測部２７は１サイクル中の第１区のクランク軸回転時間を測定する。同様に、時間Ｂ計測部２８は第２区、時間Ｃ計測部２９は第３区、時間Ｄ計測部３０は第４区のクランク軸回転時間をそれぞれ測定する。第１減算部３１は第２区の時間から第１区の時間を減算し、第２減算部３２は第３区の時間から第２区の時間を減算する。また、第３減算部３３は第４区の時間から第３区の時間を減算し、第４減算部３４は次に検出された第１区の時間から第４区の時間を減算する。
【００３３】
第１符号メモリ３５、第２符号メモリ３６、第３符号メモリ３７、および第４符号メモリ３８は、それぞれ第１減算部３１、第２減算部３２、第３減算部３３、および第４減算部３４の減算結果の正負符号を記憶する。並び判別部３９は第１符号メモリ３５から第４符号メモリ３８までの符号の並びを、第２減算部３２による減算が終わった時点と第４減算部３４による減算が終わった時点とで判別する。すなわち、第２減算部３２による減算が終わった時点で、第１符号メモリ３５〜第４符号メモリ３８の符号の並びが判断される。そして、判断の結果、符号の並びが（−、＋、＋、＋）であった場合に、該符号の並びの判断から４区間前のパルサ信号が着火パルスと判断される。
【００３４】
一方のパルサ信号が着火パルスと判定されれば、同時に他方のパルサ信号は捨て火パルスと判定できる。判定が完了すると確定フラグを立てて着火パルスを確定する。なお、上記判定を随時実行し、着火パルスが連続２回検出されると、前記確定フラグにかかわらず、着火パルスを更新する。
【００３５】
また、着火パルスが確定すると、その立ち上がりエッジを基準にしてステージのナンバリングを行う。そしてそのステージ番号は、スタータモータの正転および逆転に応じてインクリメントまたはデクリメントし、常に現在のステージ番号を把握しておく。エンジン回転数が前記回転数Ｎｔ以上になってステージが確定できない場合は、エンジン回転数が該回転数Ｎｔ以下になったときに着火パルスをもとに再度ナンバリングを行う。
【００３６】
着火パルスのプラス側への立ち上がりエッジがステージ番号「０」からずれている場合は、ナンバリングを更新するのがよい。この場合、ナンバリングの更新はエンジン回転数がアイドル回転数Ｎｉ以上で、基準回転数Ｎｔ以下の範囲で行う。
【００３７】
上記実施形態では、４つの区間をクランクが回転するのに要する時間の変化パターンに基づいて圧縮上死点を検出するようにした。これは、４つの区間のクランク角速度を時間で代表させたものであり、時間の変化パターンに代えてクランク角速度の変化パターンが予定のパターンであるか否かによって圧縮上死点を判定してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１および請求項２の発明によれば、予定区間毎のクランク角速度の、１サイクル中の変化パターンに基づいて、１サイクル中に２回出力されるパルサ信号のうち一方を圧縮上死点近傍で出力される着火パルスであると判定できる。この判定は、クランク角センサが出力する一定クランク角毎の信号間隔をタイマ手段などで計測し、その計測結果を点火パルサの出力毎に処理することによって行える。したがって、従来からエンジンの制御に通常に使用されるセンサとは別個に専用のセンサを設けることなく、正確にエンジンの行程を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る行程判別装置の要部機能を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る行程判別装置を適用するエンジンのスタータモータの断面図である。
【図３】スタータモータを含む自動二輪車用エンジンの要部システム構成図である。
【図４】クランク角センサと点火パルサの出力の位相関係を示す図である。
【図５】計測区間毎のクランク回転時間の計測例を示す図である。
【図６】行程判別のフローチャート（その１）である。
【図７】行程判別のフローチャート（その２）である。
【符号の説明】
１…モータ、　２…ロータ、　３…ステータ、　４…ヨーク、　５…スリーブ、６…ロータマグネット、　７…センサマグネット、　１０…ステータ巻線、　１１…クランク角センサ、　１２…点火パルサ、　２７…時間Ａ計測部、　２８…時間Ｂ計測部、　２９…時間Ｃ計測部、　３０…時間Ｄ計測部、　３１…第１減算部、　３２…第２減算部、　３３…第３減算部、　３４…第４減算部、　３５…第１符号メモリ、　３６…第２符号メモリ、　３７…第３符号メモリ、　３８…第４符号メモリ、　３９…並び判別部

Claims (2)

1. エンジンの上死点近傍の予定位置でパルサ信号を出力する点火パルサと、
   エンジンの１サイクルを等角度の４区間に分割し、前記各区間のクランク角速度を測定する手段と、
   前記４区間毎に検出したクランク角速度の、１サイクルにおける変化パターンが予定のパターンであるか否かを前記パルサ信号に応答して判別し、該４区間のクランク角速度の変化パターンが予定のパターンになっているときのパルサ信号の出力時をエンジンの圧縮上死点と判定する手段とを具備したことを特徴とするエンジンの行程判別装置。
2. エンジンの上死点近傍の予定位置でパルサ信号を出力する点火パルサと、
   エンジンの１サイクルに対応するクランク角を等角度の４区間に分割し、前記各区間の回転時間を計測する手段と、
   前記各区間毎に、現在の区間と直前の区間との回転時間の増減により、増大の場合は正符号を、低減の場合は負符号を付加する手段と、
   前記４区間の符号が予定の並びになっているか否かを前記パルサ信号に応答して判別し、該４区間の符号が予定の並びになっているときのパルサ信号の出力時をエンジンの圧縮上死点と判定する手段とを具備したことを特徴とするエンジンの行程判別装置。

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