JP2008309067A - 内燃機関のカム角度検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関におけるカム軸の角度を、より正確に検出できる技術を提供する。
【解決手段】センサユニット1の出力信号をローパスフィルタ2に入力してノイズ除去し、さらに複数の閾値と比較してパルスを出力するコンパレータ3に入力し、コンパレータ3から発生するパルスの数からカム軸の角度を検出する。また、コンパレータ3における閾値数よりも少ない数の第2閾値を有する第2コンパレータ4を備え、回転数が基準回転数未満の場合は、センサユニット1の出力信号がローパスフィルタ2及びコンパレータ3に入力された結果コンパレータ3から出力されたパルスの数からカム軸の角度を検出する。一方、回転数が基準回転数以上の場合には、センサユニット1の出力信号がローパスフィルタ2を介さずに第2コンパレータ4に入力された結果第2コンパレータ4から出力されたパルスの数からカム軸の角度を検出する。
【選択図】図2
【解決手段】センサユニット1の出力信号をローパスフィルタ2に入力してノイズ除去し、さらに複数の閾値と比較してパルスを出力するコンパレータ3に入力し、コンパレータ3から発生するパルスの数からカム軸の角度を検出する。また、コンパレータ3における閾値数よりも少ない数の第2閾値を有する第2コンパレータ4を備え、回転数が基準回転数未満の場合は、センサユニット1の出力信号がローパスフィルタ2及びコンパレータ3に入力された結果コンパレータ3から出力されたパルスの数からカム軸の角度を検出する。一方、回転数が基準回転数以上の場合には、センサユニット1の出力信号がローパスフィルタ2を介さずに第2コンパレータ4に入力された結果第2コンパレータ4から出力されたパルスの数からカム軸の角度を検出する。
【選択図】図2
Description
本発明は内燃機関の吸気弁または排気弁を駆動するためのカム軸の軸回りの角度を検出するカム角度検出装置に関する。
近年の内燃機関においては、吸排気弁の開閉弁タイミングの精度良い制御が必要とされている。従って、吸排気弁の開閉弁タイミングを決定する要因であるカム軸の位相制御をより正確に行うことが要求され、同時にカム軸の角度の検出精度を向上することが要求されている。
これに関連して、内燃機関においてカム軸と同様に回転する回転体の軸回りの角度を高精度で検出する技術の例として以下のものが挙げられる。この技術では、クランク軸の回転角度に応じて出力されるアナログ信号を所定の基準値と比較してパルス信号を発生して基準の角度信号として検出し、一方、前記アナログ信号をデジタル化し、得られたデジタル信号を複数の閾値と比較して、その比較結果に基づいて前記基準の角度信号を補完する角度信号を得ている(例えば、特許文献1参照。)。
上記の従来技術では、回転体の軸回りの角度に応じて出力されるパルス信号の生成間隔を狭くすることができ、より高い分解能をもって回転体の軸回りの角度を検出することが可能となる。しかしながら、通常は、アナログ信号にはノイズが混在しており、前記アナログ信号をデジタル化して閾値と比較したとしても、誤パルスが発生する虞があり、回転体の軸回りの角度の検出精度を充分に高めることが困難な場合があった。
特開2006−113023号公報
特開平07−229410号公報
特開平09−170482号公報
特開2002−161794号公報
特開2003−222047号公報
特許第2559885号公報
本発明の目的とするところは、内燃機関において吸気弁または排気弁を駆動するためのカム軸の軸回りの角度を、より正確に検出可能とする技術を提供することである。
上記目的を達成するための本発明は以下の点を最大の特徴とする。すなわち、カム軸の軸回りの角度に応じてセンサ装置が出力した周期的な出力信号をフィルタに入力してノイズ成分を除去し、ノイズ成分の除去後の前記出力信号を、該出力信号と複数の閾値とを比較して該出力信号が閾値に達した際にパルス信号を出力するコンパレータに入力する。そして、該コンパレータから発生するパルス信号を計数することによりカム軸の軸回りの角度を検出する。
より詳しくは、内燃機関の吸気弁または排気弁を駆動するカム軸の軸回りの角度に応じて周期的に変化する信号を出力するセンサ装置と、
前記センサ装置からの出力信号と複数の閾値とを比較して、前記出力信号が変化して前記閾値の各々に達した際に、パルス信号を発生するコンパレータと、
前記コンパレータに入力される信号のノイズ成分を除去するフィルタと、
前記コンパレータからのパルス信号を計数して前記カム軸の軸回りの角度を導出する角度導出手段と、
を備えることを特徴とする。
前記センサ装置からの出力信号と複数の閾値とを比較して、前記出力信号が変化して前記閾値の各々に達した際に、パルス信号を発生するコンパレータと、
前記コンパレータに入力される信号のノイズ成分を除去するフィルタと、
前記コンパレータからのパルス信号を計数して前記カム軸の軸回りの角度を導出する角度導出手段と、
を備えることを特徴とする。
ここで、カム軸の軸回りの角度を検出する際に、当該角度に応じて周期的に変化する信号を出力するセンサ装置が用いられることが多い。この場合、センサ装置からの出力信号を、該出力信号と複数の閾値とを比較し、該出力信号が各々の閾値に達した際にパルス信号を発生するコンパレータに入力し、このパルス信号を計数することでカム軸の軸回りの角度を検出する。これにより、カム軸の軸回りの角度検出に係る分解能を高めることができる。
しかし、センサ装置からの実際の出力信号にはノイズ成分が含まれているため、コンパレータにおいて該出力信号と比較される閾値の数が多いほど、ノイズ成分によって出力信号が閾値を横切ってしまい誤パルス信号が発生する危険性が大きくなっていた。このため、コンパレータにおける閾値の数を充分に多くすることができず、カム軸の軸回りの角度を充分高い分解能で検出することが困難となる場合があった。
これに対し、本発明においては、センサ装置からの出力信号のノイズ成分を、フィルタで除去した後にコンパレータに入力することとした。これにより、誤パルスの発生を可及的に少なくすることができ、コンパレータにおける閾値の数も充分に多くすることができる。これにより、カム軸の軸回りの角度をより高い分解能で精度良く検出することができる。
また、本発明においては、前記センサ装置から出力され前記フィルタによりノイズ成分が除去される前の出力信号と前記コンパレータにおける閾値の数より少ない数の第2閾値とを比較して、前記ノイズ成分が除去される前の出力信号が変化して前記第2閾値の各々に達した際に、パルス信号を発生する第2コンパレータと、
前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、
をさらに備え、
前記角度導出手段は、前記回転数検出手段によって検出された機関回転数が基準回転数未満の場合には、前記コンパレータから出力されたパルス信号を計数して前記カム軸の軸回りの角度を導出し、前記機関回転数が前記基準回転数以上の場合には、前記第2コンパレータから出力されたパルス信号を計数して前記カム軸の軸回りの角度を導出するようにしてもよい。
前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、
をさらに備え、
前記角度導出手段は、前記回転数検出手段によって検出された機関回転数が基準回転数未満の場合には、前記コンパレータから出力されたパルス信号を計数して前記カム軸の軸回りの角度を導出し、前記機関回転数が前記基準回転数以上の場合には、前記第2コンパレータから出力されたパルス信号を計数して前記カム軸の軸回りの角度を導出するようにしてもよい。
すなわち、この場合は、上記の最大の特徴点に加えて以下の点を最大の特徴とする。本発明においては、コンパレータの他に、コンパレータにおける閾値の数よりも少ない数の第2閾値が設定された第2コンパレータを備える。そして、内燃機関の機関回転数が基準回転数未満の場合には、センサ装置の出力信号がフィルタ及びコンパレータに入力された結果としてコンパレータから出力されたパルス信号を計数してカム軸の軸回りの角度を検出する。一方、機関回転数が前記基準回転数以上の場合には、センサ装置の出力信号がフィルタを介さずに第2コンパレータに入力された結果として第2コンパレータから出力されたパルス信号を計数してカム軸の軸回りの角度を検出する。
ここで、カム軸の軸回りの角度に応じてセンサ装置から出力される出力信号がフィルタ及びコンパレータに入力されるようにした場合には、前述のようにノイズ成分による誤パルスの発生は抑制される一方、フィルタ通過による信号の位相遅れが問題となる場合がある。しかし、本発明においては、内燃機関の機関回転数が基準回転数未満の低回転数である場合に限って、センサ装置からの出力信号をフィルタ及びコンパレータに通過させるので、センサ装置からの出力信号自体の周波数も低く、フィルタによる位相遅れの影響を最
小限に抑制することができる。
小限に抑制することができる。
一方、本発明においては、内燃機関の機関回転数が基準回転数以上の高回転数の場合には、センサ装置からの出力信号は第2コンパレータに入力される。この場合はセンサ装置からの出力信号の周波数も高くなるがが、当該出力信号がフィルタに入力されないため、フィルタによる信号の位相遅れが問題になることがない。
また、この場合には、センサ装置からの出力信号が第2コンパレータにおいて、コンパレータにおけるより少ない数の閾値と比較される。そうすると、第2コンパレータから出力されるパルス信号の間隔が長くなり、角度の検出精度が低下することが懸念される。しかし、本発明においては、内燃機関の機関回転数が基準回転数以上の高回転数の場合に限って第2コンパレータに出力信号が入力されるので、パルス信号の間隔をある程度以上短い状態で維持することが可能となり、角度の検出精度の低下を抑制することができる。さらに、この場合は、センサ装置からの出力信号と比較される閾値の数が比較的少ないので、ノイズに起因する誤パルスの発生も抑制することができる。
このように、本発明においては、内燃機関の機関回転数に応じてフィルタ及びコンパレータと、第2コンパレータとを使い分けることで、フィルタにおける信号の位相遅れ、コンパレータにおけるノイズによる誤パルスの発生、及び、第2コンパレータにおける出力パルス間隔の長期化の不都合を、全てバランスよく抑制することが可能となる。
なお、上記の機関回転数において基準回転数とは、まず、第2閾値の数との関係において、機関回転数がこれ以上の場合には、第2コンパレータにおいて発生するパルス信号の間隔が充分に短く、カム軸の軸回りの角度の検出精度を充分に高くできると判断される機関回転数の値である。また同時に、フィルタにおける信号の遅れとの関係において、機関回転数がこれ未満の場合には、フィルタに入力される信号の周波数が充分に低く、フィルタにおける信号の遅れの影響が問題にならないと判断される機関回転数の値である。すなわち基準回転数とは、これらの2つの条件を両立可能な機関回転数の値であり、予め実験的に求められる。
本発明にあっては、内燃機関において吸気弁または排気弁を駆動するためのカム軸の軸回りの角度を、より正確に検出することができる。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
まず、従来のカム角度検出装置について図3〜図6を用いて説明する。図3には、内燃機関の吸気弁及び排気弁を開閉するためのカム軸10及び、その軸回りの角度を検出するためのカム角度検出装置30の概略構成について示す。図に示すように、本カム角度検出装置30においては、センサ装置としてのカムポジションセンサユニット1(以下、センサユニット1と略す。)が、センサ素子1aがカム軸10の後端部10aに対向するように設けられている。本従来例におけるセンサ素子1aはホール素子により構成されており、センサユニット1の出力部1bからは、センサ素子1a近傍の磁界強度に比例したアナログ信号が出力される。一方、カム軸10の後端部10aには軸回りの所定角度間隔(例えば120度間隔でもよい)で磁界の発生源としての図示しない磁石が設けられている。
すなわち、カム軸10が軸回りに回転して、後端部10aに設けられた磁石がセンサ素
子1aに近づくにつれてセンサユニット1からの出力信号が増加し、磁石が遠ざかると出力信号が減少する。
子1aに近づくにつれてセンサユニット1からの出力信号が増加し、磁石が遠ざかると出力信号が減少する。
そうすると、例えば磁石が後端部10aに120度間隔で設けられている場合には、センサユニット1から出力される信号はカム軸10が1回転する間に3回の増減を繰り返す周期的な信号となる。そして、センサユニット1の出力信号は、コンパレータ回路20に入力される。このコンパレータ回路20では、センサユニット1からの出力信号と、予め定められた単一の基準値とが比較され、センサユニット1からの周期的な出力信号が基準値を横切る(基準値に達する)毎にパルス信号が出力される。そして、図示しないECU内に設けられたパルス計数器25においてコンパレータ回路20から出力されるパルス数が計数されてカム軸10の角度が検出される。ここで図示しないECUは本実施例において角度導出手段に相当する。
しかし、上述のようにコンパレータ回路20においてセンサユニット1からの出力信号と比較する基準値の数を1つに設定した場合には、特に内燃機関の機関回転数が低回転数の場合に、図4に示すように、コンパレータ回路20から出力されるパルス信号のパルス間隔が長くなってしまい、カム軸10の角度の検出精度が低下するおそれがあった。
また、このような不都合を解消するために、図5に示すようにコンパレータ回路20においてセンサユニット1からの出力信号と比較する基準値の数を増加させることにより、内燃機関の機関回転数が低回転数の場合でも、コンパレータ回路20から出力されるパルス信号のパルス間隔をある程度短くすることができ、カム軸10の角度の検出精度を高精度に維持することが可能である。
しかし、センサユニット1からの実際の出力信号にはノイズが混入している。そうすると、コンパレータ回路20においてセンサユニット1からの出力信号と比較する基準値の数を増加させた場合には、図6に示すように、誤パルスの発生数が増加してしまい、逆にカム軸10の角度の検出精度が低下してしまう場合があった。
次に、図1〜図2を用いて本発明におけるカム角度検出装置8の実施例について説明する。本実施例においては図1に示すように、センサユニット1からの出力信号をまずローパスフィルタ2に入力し、ローパスフィルタ2において前記出力信号のノイズ成分を除去し、その上で、複数の基準値が設定された閾値を準備したコンパレータ3に入力してパルス信号を発生させることとした。
これによれば、センサユニット1からの出力信号と複数の基準値とを比較するコンパレータ3を用いてパルス信号を発生させる際に、ノイズを除去できるので、コンパレータ3における誤パルスの発生を抑制することができる。また、内燃機関の機関回転数が低回転数の場合でも、コンパレータ3において発生されるパルス信号のパルス間隔を短くすることができるという、複数の基準値が設定された従来のコンパレータ回路20における利点はそのまま踏襲することができる。従って、これらの相乗効果により、本実施例のカム角度検出装置8では、カム軸10の角度の検出精度を大幅に向上させることができる。
なお、上記のように、センサユニット1からの出力信号を、ローパスフィルタ2に入力してノイズ成分を除去する場合、ローパスフィルタ2の構成によっては信号の遅れが生じる場合がある。特に内燃機関の機関回転数が高回転数の場合には、ローパスフィルタ2における信号の遅れによってコンパレータ3からのパルス信号の出力位相が遅れてしまい、カム軸10の角度の検出精度が低下するおそれがある。
次に、図2を用いて、この点を考慮した場合の本実施例の別の態様について説明する。
本態様に係るカム角度検出装置9においては、入力信号と比較するための複数の基準値が設定されたコンパレータ3の他、単一の基準値が設定された第2コンパレータ4が備えられている。そしてセンサユニット1は、図1で説明したカム角度検出装置8と同様、コンパレータ3とはローパスフィルタ2を介して電気的に接続されている。また、第2コンパレータ4とも並列に接続されている。
本態様に係るカム角度検出装置9においては、入力信号と比較するための複数の基準値が設定されたコンパレータ3の他、単一の基準値が設定された第2コンパレータ4が備えられている。そしてセンサユニット1は、図1で説明したカム角度検出装置8と同様、コンパレータ3とはローパスフィルタ2を介して電気的に接続されている。また、第2コンパレータ4とも並列に接続されている。
コンパレータ3の出力端及び、第2コンパレータ4の出力端は、アナログスイッチ7の2つの入力端に電気的に接続されている。このアナログスイッチ7内部では、コンパレータ3または第2コンパレータ4のいずれかからの入力を後述する所定の条件に応じて選択してアナログスイッチ7の出力端に接続することが可能になっている。すなわち、後述の条件に応じてアナログスイッチ7からの出力信号を、コンパレータ3からの出力パルス信号と、第2コンパレータ4からの出力パルス信号の間で切換えることが可能になっている。
また、アナログスイッチ7には、内燃機関の回転数検出装置5及び内燃機関の回転数比較器6が接続されている。この内燃機関の回転数検出装置5は、図示しないクランクポジションセンサからの出力信号に基づいて内燃機関の機関回転数に応じた出力信号を出力するもので、本実施例において回転数検出手段に相当する。回転数比較器6においては、予め定められた基準回転数に相当する信号と、回転数検出装置5からの出力信号とを比較し、回転数検出装置5によって検出された内燃機関の機関回転数が基準回転数以上と判断できる場合にはON信号を出力する。一方、回転数検出装置5により検出された内燃機関の機関回転数が基準回転数未満と判断できる場合にはOFF信号を出力する。
アナログスイッチ7においては、回転数比較器6からON信号が入力された場合には、アナログスイッチ7の内部において、第2コンパレータ4側の入力端と出力端とが接続され、アナログスイッチ7からは、第2コンパレータ4からの出力パルス信号が出力され、パルス計数器25に入力される。一方、回転数比較器6からOFF信号が入力された場合には、アナログスイッチ7の内部において、コンパレータ3側の入力端と出力端とが接続され、アナログスイッチ7からは、コンパレータ3からの出力パルス信号が出力され、パルス計数器25に入力される。
次に、本態様におけるカム角度検出装置9の作用について説明する。まず、内燃機関の機関回転数が基準回転数以上の場合には、コンパレータ3でなく第2コンパレータ4からの出力パルス信号によってカム軸10の角度が検出される。この場合の出力パルス信号はローパスフィルタ2を通過していないので遅れがない。従って、機関回転数が高回転数の場合に、ローパスフィルタ2における信号の遅れの影響で角度の検出精度が低下することがない。但し、その代わりに第2コンパレータ4に入力される信号にノイズが含まれる場合があるが、第2コンパレータ4では、基準値は一つしか設定されていないので、入力信号にノイズが含まれていたとしても誤パルスの発生頻度が抑制される。
さらに、この場合は、機関回転数自体が高回転数であるので、単一の基準値しか備えていない第2コンパレータ4を使用した場合でも、出力パルス信号のパルス間隔を短くすることができ、この点においてもカム軸10の角度の検出精度を高精度に維持することができる。
一方、内燃機関の機関回転数が基準回転数未満の場合には、本態様においてもコンパレータ3からの出力パルス信号によってカム軸10の角度が検出される。この場合には、コンパレータ3に入力される信号はローパスフィルタ2を通過しているので、ノイズが除去されて誤パルスの発生が抑制されている。また、この場合はローパスフィルタ2における信号の遅れが生じるおそれがあるが、機関回転数自体が低回転数であり、ローパスフィル
タ2を通過する信号の周波数が比較的低いので、信号の遅れの影響が大きくなることを抑制できる。
タ2を通過する信号の周波数が比較的低いので、信号の遅れの影響が大きくなることを抑制できる。
このように、カム角度検出装置9によれば、機関回転数に応じて、ローパスフィルタ2と、複数の基準値が設定されたコンパレータ3と、単一の基準値が設定された第2コンパレータ4とを適宜組み合わせて用いることにより、カム軸10の角度の検出精度を常に高精度に維持することが可能となる。
なお、コンパレータ3において複数設定された基準値は、本実施例において複数の閾値に相当する。第2コンパレータ4において設定された単一の基準値は、本実施例において第2閾値に相当する。上記の実施例においては、第2閾値が1つ設定されている例について説明したが、第2閾値として第2コンパレータにおいて設定された基準値の数は、コンパレータ3において設定された基準値の数より少なければよく、1つであることに限定されない。
また、上記の実施例では、フィルタとしてローパスフィルタ2が使用された例について説明したが、フィルタとして他の種類のフィルタを用いてもよいことはもちろんである。例えば、バターワースフィルタ、カルマンフィルタ、平均値フィルタなどを適宜使用しても構わない。
また、上記の実施例ではセンサユニット1におけるセンサ素子1aとしてホール素子を用いた例について説明したが、センサ素子1aについてもこれに限られるものではない。例えば、光電センサ、静電容量センサ、磁気抵抗素子、機械的スイッチなどを適宜利用することが可能である。
また、上記のローパスフィルタ2、コンパレータ3、第2コンパレータ4は、ハード的に電気素子を組み合わせて実現してもよいし、ECU内におけるソフト的な処理によって実現してもよい。
1・・・センサユニット
1a・・・センサ素子
1b・・・出力部
2・・・ローパスフィルタ
3・・・コンパレータ
4・・・第2コンパレータ
5・・・回転数検出装置
6・・・回転数比較器
7・・・アナログスイッチ
8、9、30・・・カム角度検出装置
10・・・カム軸
10a・・・後端部
20・・・コンパレータ回路
25・・・パルス計数器
1a・・・センサ素子
1b・・・出力部
2・・・ローパスフィルタ
3・・・コンパレータ
4・・・第2コンパレータ
5・・・回転数検出装置
6・・・回転数比較器
7・・・アナログスイッチ
8、9、30・・・カム角度検出装置
10・・・カム軸
10a・・・後端部
20・・・コンパレータ回路
25・・・パルス計数器
Claims (2)
- 内燃機関の吸気弁または排気弁を駆動するカム軸の軸回りの角度に応じて周期的に変化する信号を出力するセンサ装置と、
前記センサ装置からの出力信号と複数の閾値とを比較して、前記出力信号が変化して前記閾値の各々に達した際に、パルス信号を発生するコンパレータと、
前記コンパレータに入力される信号のノイズ成分を除去するフィルタと、
前記コンパレータからのパルス信号を計数して前記カム軸の軸回りの角度を導出する角度導出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のカム角度検出装置。 - 前記センサ装置から出力され前記フィルタによりノイズ成分が除去される前の出力信号と前記コンパレータにおける閾値の数より少ない数の第2閾値とを比較して、前記ノイズ成分が除去される前の出力信号が変化して前記第2閾値の各々に達した際に、パルス信号を発生する第2コンパレータと、
前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、
をさらに備え、
前記角度導出手段は、前記回転数検出手段によって検出された機関回転数が基準回転数未満の場合には、前記コンパレータから出力されたパルス信号を計数して前記カム軸の軸回りの角度を導出し、前記機関回転数が前記基準回転数以上の場合には、前記第2コンパレータから出力されたパルス信号を計数して前記カム軸の軸回りの角度を導出することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のカム角度検出装置。
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-
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Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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