JP2005233622A

JP2005233622A - 逆転検出機能付き回転検出装置

Info

Publication number: JP2005233622A
Application number: JP2004039247A
Authority: JP
Inventors: Akito Adachi; 章人安達
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】回転検出装置とコントロールコンピュータを１本の信号線で結ぶのみであっても、好適に、シグナルロータの正転状態または逆転状態に関する情報を伝送する。
【解決手段】回転検出装置４０は、シグナルロータ３０の側方に近接配置され、突起３２の通過を検出して、パルス信号をコントロールコンピュータ５０に出力する。回転検出装置４０の処理回路４６は、論理回路で構成される。この論理回路は、回転センサ４２及び補助センサ４４の検出信号からシグナルロータ３０の回転方向が判定する第一の機能と、シグナルロータ３０が正転状態であるときに時間幅αのパルス信号を出力し、逆転状態であるときに時間幅βのパルス信号を出力する第二の機能を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転部材の正転・逆転を検出する回転検出センサ、例えば、車載されたエンジンのクランクシャフトの逆転を検出し、エンジン始動時の迅速な気筒判別を可能にする回転検出センサに関する。

一般に、複数の気筒を備える自動車用エンジン等の内燃機関においては、各気筒ごとに燃料噴射や点火が行われるため、内燃機関におけるクランクシャフト及びカムシャフトの回転位置等から各気筒について気筒判別を行い、それら各気筒のうち燃料噴射や点火を行うべき気筒を見分けることが必要になる。そこで従来は、クランクシャフト及びカムシャフトの回転位置を知るため、クランクシャフト及びカムシャフトにシグナルロータを取り付け、それらシグナルロータの側方にクランクポジションセンサ及びカムポジションセンサを設けている。

クランクシャフトのシグナルロータにおいては、その外周面の周方向に所定間隔毎に複数の突起が形成される。そして、クランクシャフトの回転に伴い、各突起が順次クランクポジションセンサの側方を通過することにより、クランクポジションセンサからはパルス状の検出信号が出力される。また、カムポジションセンサのシグナルロータにおいては、その外周面に所定数（例えば三つ）の突起が形成される。そして、カムシャフトの回転に伴い突起がカムポジションセンサの側方を通過することにより、この突起の通過に対応してカムポジションセンサから所定周期毎に検出信号が出力される。

クランクポジションセンサ及びカムポジションセンサからの検出信号に基づき、クランクシャフト及びカムシャフトの回転位置が分かるようになる。そして、このクランクシャフト及びカムシャフト回転位置等に基づき気筒判別が行われ、これによって燃料噴射や点火を行うべき気筒が見分けられる。

ところで、エンジンを停止させるために燃料噴射弁からの燃料噴射を停止すると、クランクシャフトの回転速度（エンジンの回転速度）が徐々に低下する。この状態にあっては、圧縮行程中の気筒で密閉された燃焼室の容積が縮小する際の抵抗、及び膨張行程中の気筒で密閉された燃焼室の容積が拡大する際の抵抗がクランクシャフトの回転に抗するものとなる。

そして、圧縮行程中の気筒では燃焼室内の空気が圧縮バネのような働きをし、膨張行程中の気筒では燃焼室内の空気が引張バネのような働きをする。そのため、停止過程にあるエンジンにおいては、クランクシャフトの回転速度が最小値（「０」）に達した後、上記燃焼室内の空気の働きによってクランクシャフトが逆方向に回転し始める。更に、クランクシャフトの逆回転中に回転速度が「０」になると、やはり上記燃焼室内の空気の働きにより、クランクシャフトが再び正回転するようになる。

こうしてクランクシャフトが正回転と逆回転を繰り返すが、その際の正回転及び逆回転はいずれも回転角度が大きなものではなく、結局は初回の逆回転が生じたときに圧縮行程であった気筒が圧縮行程のままで、クランクシャフトの回転は完全に停止することとなる。そして、クランクシャフトの停止位置は、初回に逆回転が生じたときのクランク角よりも所定角度分だけ遅角側の位置となる。

特開２００１−２１４７９１号公報特開平１１−１１７７８０号公報特開平１０−２２０３３０号公報

エンジンの始動をスムーズに行うためには、出来るだけ迅速に燃料噴射や点火を行うべき気筒を見分けることが要求される。このため、クランクポジションセンサと共に、シグナルロータの逆回転を検出するためのセンサを設けて、これらを回転検出装置として構成し、これを利用して気筒判別を行っていた。

図５に、第一の関連技術に係る回転検出装置１２を示す。この回転検出装置１２は、シグナルロータ１０に近接配置されており、シグナルロータ１０の回転を検出して、２本の信号ライン１６，１８を介して２種類の信号♯１，♯２を出力する。一方の出力信号♯１は、シグナルロータ１０の突起が対向するときに“Ｈ”（Ｈｉｇｈ）となり、突起が対向しないときに“Ｌ”（Ｌｏｗ）となる２値信号である。他方の出力信号♯２は、シグナルロータ１０が正転状態のときに“Ｌ”となり、逆転状態のときに“Ｈ”となる２値信号である。これら２つの出力信号は、遠隔配置されたエンジンコントロールコンピュータ１４に入力され、コントロールコンピュータ１４は逆回転後のシグナルロータ１０の回転位置を認識する。

図６に、第二の関連技術に係る回転検出装置２２を示す。この回転検出装置２２は、シグナルロータ２０の回転を検出して、１本の信号ライン２６を介して出力信号♯３をコントロールコンピュータ２４に出力する。当該出力信号♯３は、回転検出装置２２の検出状況に応じて、４段階の電位のいずれかに設定される。つまり、出力信号♯３は、回転検出装置２２によりシグナルロータ２０の正転状態が検出され、且つ、突起の対向が検出されるときに最大電位（４Ｖ）に設定される。シグナルロータ２０の逆転状態、且つ、突起の対向が検出されるときに二番目に大きい電位（３Ｖ）に設定される。シグナルロータ２０の逆転状態、且つ、突起の対向が検出されないときに三番目に大きい電位（２Ｖ）に設定される。シグナルロータ２０の正転状態、且つ、突起の対向が検出されないときに最小電位（１Ｖ）に設定される。

上述した第一の関連技術に係る回転検出装置１２では、突起の検出を伝える信号ライン１６とは別の独立した信号ライン１８を介して、シグナルロータ１０の回転方向をコントロールコンピュータ１４に伝えるため、信号ライン１６，１８が２本必要になってしまう。一方、第二の関連技術に係る回転検出装置２２のように、正転状態及び逆転状態を出力信号♯３の電位で表した場合には、信号ライン２６を１本で済ませることができるが、出力信号♯３にノイズ等が影響すると、コントロールコンピュータ２４はそれによる出力信号♯３の一時的な電位変化により回転位置の認識が困難となってしまう。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、回転検出装置とコントロールコンピュータを１本の信号線で結ぶのみであっても、好適に、シグナルロータの正転状態または逆転状態に関する情報を伝送可能な回転検出装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、複数の突起を周方向に離間して有する回転部材に近接配置され、前記回転部材の回転を検出する回転検出装置であって、前記突起に対向した位置に配置され、前記突起を検出する回転センサと、前記回転センサによる突起検出に応じてパルス信号を出力する処理回路と、を備え、前記処理回路は、前記回転部材が正転状態にあるときに時間幅αのパルス信号を出力し、前記回転部材が逆転状態にあるときに時間幅βのパルス信号を出力することを特徴とする。この構成によれば、回転部材の正転状態又は逆転状態はパルス信号の時間幅で表されるので、その判定を確実に行うことができる。

また、上記の回転検出装置において、前記回転センサと周方向に位置をずらして配置され、前記突起を検出する補助センサを備え、前記処理回路は、前記回転センサの検出信号が変化したタイミングにおいて、前記補助センサによる突起検出の有無に基づいて前記回転部材の正転状態または逆転状態を判定することが好ましい。

また、上記の回転検出装置において、前記処理回路は、前記回転部材の回転数が所定閾値以上であるとき、前記パルス信号の出力を禁止することが好ましい。

また、上記の回転検出装置において、前記処理回路が出力したパルス信号は、遠隔配置されたコントロールコンピュータに取り込まれ、その時間幅に基づき回転部材の回転方向が判定されることが好ましい。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１には、本実施形態に係る回転検出装置４０、及びそれに関連する装置構成が示されている。

シグナルロータ３０は、円板形状の部材であり、その外周には多数の突起が所定角度ごとに離間して形成されている。シグナルロータ３０の中心はクランクシャフトに固定されており、クランクシャフトが回転するとそれと共にシグナルロータ３０も回転する。なお、本実施形態では、シグナルロータ３０はクランクシャフトに直接固定されるが、クランクシャフトに間接的に連結される他の部材（例えば、カムシャフト）に固定されてもよい。

回転検出装置４０は、シグナルロータ３０側方の近接した位置に配置されている。回転検出装置４０は、２つのクランクポジションセンサ４２，４４、及び処理回路４６を備えている。これらは、一体化されたユニットとして構成され、車両の組み立ての際には一つの部品として取り扱われる。

２つのクランクポジションセンサ４２，４４は、シグナルロータ３０の回転方向に離間して配置されており、これらのうち遅角側に配置されるセンサ４２が、主に突起３２を検出するための回転センサである。また、進角側に配置されるセンサ４４が、シグナルロータ３０の正転又は逆転を検出するための補助センサとなっている。突起３２が各センサ４２，４４に対向する位置を通過する際には、各センサ４２，４４からはそれに対応した略矩形波形の検出信号が出力される。この検出信号は、突起３２が対向位置を通過するときに“Ｈ”となり、突起間の谷間が対向位置を通過するときに“Ｌ”となる。

処理回路４６は、回転センサ４２及び補助センサ４４の検出信号に基づいてシグナルロータ３０の回転方向を判定し、その回転方向に応じた時間幅のパルス信号を出力するように論理回路が構成されている。この処理回路４６のパルス信号生成については後に詳述する。

コントロールコンピュータ５０は、制御プログラムが格納されたＲＯＭ、その制御プログラムを読み出して実行するＣＰＵ、ＣＰＵのワークスペースとなるＲＡＭ、等を含んで構成され、エンジンの運転に関する各種制御を行う。それらの制御の中には、気筒内への燃料噴射に関する噴射制御や、燃料への点火に関する点火制御が含まれる。コントロールコンピュータ５０は、これらの制御を好適に行うために、処理回路４６からパルス信号を取り込んで、クランクシャフトの回転位置を認識する。特に、エンジン停止時に逆回転後の回転位置を認識することにより、エンジン始動時に燃料噴射及び点火を行うべき気筒の判別を迅速に行う。

次に、回転検出装置４０の処理回路４６が行うパルス信号の生成処理について説明する。パルス信号の生成処理は、主に、処理回路４６の２つの機能により実現される。つまり、シグナルロータ３０の回転方向を判定する第一の機能と、シグナルロータ３０の回転方向に応じた時間幅のパルス信号を出力する第二の機能である。

処理回路４６の第一の機能について説明する。処理回路４６は、図２に示す対応表にしたがい、シグナルロータ３０の正転又は逆転を判定する。つまり、回転センサ４２が“Ｌ”から“Ｈ”に変化したときに補助センサ４４が“Ｌ”である場合と、回転センサ４２が“Ｈ”から“Ｌ”に変化したときに補助センサ４４が“Ｈ”である場合に、シグナルロータ３０の正転方向に回転していることを判定する。また、回転センサ４２が“Ｌ”から“Ｈ”に変化したときに補助センサ４４が“Ｈ”である場合と、回転センサ４２が“Ｈ”から“Ｌ”に変化したときに補助センサ４４が“Ｌ”である場合に、シグナルロータ３０の逆転方向に回転していることを判定する。

この回転方向の判定の様子は、図３のタイミングチャートを参照すると理解が容易である。時刻ｔ１，ｔ３では、回転センサ４２が“Ｌ”から“Ｈ”に変化し、補助センサ４４が“Ｌ”である。よって、シグナルロータ３０の正転状態が判定される。また、時刻ｔ２，ｔ４では、回転センサ４２が“Ｈ”から“Ｌ”に変化し、補助センサ４４が“Ｈ”である。よって、同様に、シグナルロータ３０の正転状態が判定される。

一方、時刻ｔ５，ｔ７では、回転センサ４２が“Ｌ”から“Ｈ”に変化し、補助センサ４４が“Ｈ”である。よって、シグナルロータ３０の逆転状態が判定される。また、時刻ｔ６，ｔ８では、回転センサ４２が“Ｈ”から“Ｌ”に変化し、補助センサ４４が“Ｌ”である。よって、同様に、シグナルロータ３０の逆転状態が判定される。

なお、本実施形態では、突起３２及びクランクポジションセンサ４２，４４の配置関係から図２に示す対応表により回転方向が判別されているが、他の実施形態において、これらを別の配置関係（例えば、突起３２の幅を大きくしたり、クランクポジションセンサ４２，４４の離間距離を大きくするなど）とした場合には、別の対応表により回転方向が判別される。但し、いずれの配置関係としても、回転センサ４２の検出信号が変化したタイミングにおいて、前記補助センサ４４による突起検出の有無を確認すれば、シグナルロータ３０の回転方向を判定可能である。

処理回路４６の第二の機能について説明する。処理回路４６は、シグナルロータ３０の正転状態が判定されている場合において、回転センサ４２の検出信号の立ち上がりを判定すると、そのタイミングで時間幅αのパルス信号をコントロールコンピュータ５０に向けて出力する。一方、処理回路４６は、シグナルロータ３０の逆転状態が判定されている場合において、回転センサ４２の検出信号の立ち上がりを判定すると、そのタイミングで時間幅βのパルス信号を出力する。図３では、時刻ｔ１，ｔ３において時間幅αのパルス信号が出力されており、時刻ｔ５，ｔ７において時間幅βのパルス信号が出力されている。ここで、パルス信号の出力電位“Ｈ”は５Ｖ程度の比較的高圧に設定されており、ノイズの影響を受けにくくされている。

なお、シグナルロータ３０の回転数が予め設定された所定閾値以上である場合には、処理回路４６は、極めて小さい時間幅のパルス信号を出力するか、又はパルス信号の出力を禁止する処理を行う。シグナルロータ３０の回転が高速であるほど、パルス信号の間隔が狭くなり、パルス信号が“Ｈ”から“Ｌ”に変化するタイミング（例えば、ｔ１’）の前に、次のパルス信号の出力タイミング（例えば、ｔ３）となり、パルス信号が結合してしまうからである。また、シグナルロータ３０が高速回転するときには、必ず正転状態にあるため、回転方向を判定する必要がないからでもある。

なお、処理回路４６は、上記の第一の機能及び第二の機能を実現するものであれば、その論理回路の構成は任意である。また、本実施形態では、処理回路４６を簡易に構成するために論理回路として構成しているが、これに代えて他の態様としてもよい。例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ等を用いてプログラムを実行することにより、上記の各機能を実現しても差し支えない。

本実施形態において特徴的なことは、処理回路４６がシグナルロータ３０の回転方向に応じて、パルス信号の時間幅を変更することである。これによれば、パルス信号の属性の一つである時間幅に、シグナルロータ３０の回転方向の情報を割り付けることにより、信号ラインを増やすことなく、コントロールコンピュータ５０に回転方向の情報を伝えることができる。また、パルス信号は“Ｈ”と“Ｌ”の２値であるため、ノイズ等の影響を受けても、パルス信号の時間幅を精度よく検出することができる。

なお、本実施形態では、パルス信号の時間幅α，βを固定したものとしたが、時間幅α，βは互いに判別可能であれば、状況に応じて変化する値としてもよい。例えば、シグナルロータ３０の回転が高速になるほど、パルス信号の時間幅α，βが小さくなるように設定してもよい。

次に、コントロールコンピュータ５０がパルス信号を取り込んで、これに基づきシグナルロータ３０の回転位置を認識する処理について説明する。図４は、コントロールコンピュータ５０が行う処理を示すフローチャートである。

コントロールコンピュータ５０と回転検出装置４０の間には一本の信号ライン５２のみが延設されており、処理回路４６から出力されたパルス信号は、この信号ライン５２を介してコントロールコンピュータ５０に入力される（Ｓ４０１）。シグナルロータ３０が回転する際には、多数のパルス信号が間欠的に入力される。

コントロールコンピュータ５０は、パルス信号が一つ入力されると、そのパルス信号の立ち上がりエッジから時間計測を開始し、次に入力されるパルス信号の立ち上がりエッジまでの時間Ｔ_pulse__intervalを計測する（Ｓ４０２）。例えば図３において、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの時間が計測される。そして、コントロールコンピュータ５０は、計測された立ち上がりエッジの時間間隔Ｔ_pulse__intervalに基づいて、シグナルロータ３０の回転数Ｎを算出する（Ｓ４０３）。

次に、コントロールコンピュータ５０は、算出された回転数Ｎが所定閾値Ｘｒｐｍ以上であるか否かを判定する（Ｓ４０４）。この判定において、回転数Ｎが閾値Ｘｒｐｍ以上であると判定された場合には、シグナルロータ３０の正転状態を判断する（Ｓ４０５）。一方、回転数Ｎが閾値Ｘより小さいと判定された場合には、パルス信号の時間幅Ｔ_pulse__widthを計測する（Ｓ４０６）。

次に、コントロールコンピュータ５０は、パルス信号の時間幅Ｔ_pulse__widthがβμｓｅｃであるか否かを判定する（Ｓ４０７）。この判定において、時間幅Ｔ_pulse__widthがβμｓｅｃであると判定された場合には、シグナルロータ３０の逆転状態を判断する（Ｓ４０８）。一方、時間幅Ｔ_pulse__widthがβμｓｅｃでないと判定された場合には、シグナルロータ３０の正転状態を判断する（Ｓ４０５）。

コントロールコンピュータ５０は、このようにしてシグナルロータ３０が正転状態にあるか、又は逆転状態にあるかを判定し、それぞれの回転状態において入力されるパルス信号を計数することにより、シグナルロータ３０の正確な回転位置を認識する。つまり、逆転状態が判定された場合には、正転状態で計数されたパルス数から逆転状態で計数されたパルス数を差し引くことで、逆転後の回転位置を認識する。このように、逆転後の正確な回転位置が認識されるので、次回のエンジン始動時には燃料噴射及び点火すべき気筒を迅速に判別することができる。

なお、上記のコントロールコンピュータ５０の処理では、パルス信号の時間幅Ｔ_pulse__widthがβμｓｅｃであるか否かが判定されているが、これに代えて、パルス信号の時間幅Ｔ_pulse__widthがαμｓｅｃであるか否かが判定されてもよい。つまり、少なくとも一方のパルス信号の時間幅Ｔ_pulse__widthを確認すれば、回転方向の判断は可能である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、等価な範囲で様々な変形が可能である。

本発明の実施形態に係る回転検出装置の概略を示す構成図である。シグナルロータの回転方向を判定するための対応表である。クランクポジションセンサの検出信号、処理回路の回転方向判定、及び出力信号を示すタイミングチャートである。コントロールコンピュータの処理を示すフローチャートである。第一の従来技術に係る回転検出装置の概略を示す構成図である。第二の従来技術に係る回転検出装置の概略を示す構成図である。

符号の説明

３０シグナルロータ、３２突起、４０回転検出装置、４２，４４クランクポジションセンサ、４６処理回路、５０コントロールコンピュータ、５２信号ライン。

Claims

複数の突起を周方向に離間して有する回転部材に近接配置され、前記回転部材の回転を検出する回転検出装置であって、
前記突起に対向した位置に配置され、前記突起を検出する回転センサと、
前記回転センサによる突起検出に応じてパルス信号を出力する処理回路と、
を備え、
前記処理回路は、前記回転部材が正転状態にあるときに時間幅αのパルス信号を出力し、前記回転部材が逆転状態にあるときに時間幅βのパルス信号を出力する
ことを特徴とする逆転検出機能付き回転検出装置。
請求項１に記載の回転検出装置であって、
前記回転センサと周方向に位置をずらして配置され、前記突起を検出する補助センサを備え、
前記処理回路は、前記回転センサの検出信号が変化したタイミングにおいて、前記補助センサによる突起検出の有無に基づいて前記回転部材の正転状態または逆転状態を判定する
ことを特徴とする逆転検出機能付き回転検出装置。
請求項１に記載の回転検出装置であって、
前記処理回路は、前記回転部材の回転数が所定閾値以上であるとき、前記パルス信号の出力を禁止することを特徴とする逆転検出機能付き回転検出装置。
請求項１に記載の回転検出装置であって、
前記処理回路が出力したパルス信号は、遠隔配置されたコントロールコンピュータに取り込まれ、その時間幅に基づき回転部材の回転方向が判定されることを特徴とする逆転検出機能付き回転検出装置。