JP2008502886A5 - - Google Patents

Description

エンジン位置を検出するための装置および方法

本発明は、回転エレメントを有する内燃機関の位置を検出するための装置および方法に関する。

内燃機関の位置を正確に知ることは、とりわけ内燃機関の始動の改善、始動時間の短縮のために有用であり、スタータ無しでエンジンを直接始動することもできる。実際にエンジンの位置を正確に知ることにより、燃料を供給すべきシリンダを選択し、調量すべき最適の燃料量を決定し、同様に点火時点を最適化することができる。

すでに公知の装置は、センサと、エンジン制御手段とを有し：
前記センサは離散値を取る信号を送出し、回転部材と固定部材を有し、前記回転部材は回転エレメントに結合されており、実質的に同じである複数の基準点を有し、これらの基準点は１増分だけ角度的にオフセットされている。

ここで前記固定部材は次の要素を有する：
・固定部材に対する基準点の相対位置に基づいて第１信号を発生する第１手段；
・固定部材に対する基準点の相対位置に基づいて第２信号を発生する第２手段；
前記第１信号と第２信号とは同じであるが位相シフトされており、
・前記第１手段と第２手段に接続された分析手段；
この分析手段は、第１信号に基づき特徴的イベントを検出するための第３手段と、第１値と第２値を備える２進の第３信号を発生するための第４手段とを有し、前記第４手段は、第１信号に基づいて特徴的イベントが検出されると、第３信号を第１値と第２値との間で変化させる。

さらに前記エンジン制御手段はセンサの分析手段と接続されており、このエンジン制御手段は次の要素を有する：
・回転エレメントの位置を表すカウンタ；
・３信号が第１値と第２値との間で変化するのを検出し、当該変化に基づいてカウンタを変更する第５手段；
・スパークプラグまたは燃料インジェクタであるエンジンエレメントを、カウンタの値に基づいて作動させる第６手段。

しかしこの装置は、エンジンが常に同じ方向に回転する場合には満足のいくものであるが、エンジンが逆転するともはやエンジンの位置を正確に知ることができなくなる。例えば内燃機関が停止フェーズにあるとき、エンジンは機械的平衡位置を中心に振動する。この停止フェーズ中に回転方向が連続的に変化すると、従来形式の装置は計数イベントにエラーを発生し、従ってエンジンの位置を知ることができなくなる。

実際には、複数の基準点はギヤの溝と歯の特定の連続からなり、第１信号に出現する特徴的イベントは、基準値が上方または下方にシフトすることである。基準値は一般的に第１信号の平均値に相当する。種々の技術的理由およびとりわけ種々異なる世代の装置間での互換性のために、シフトのただ一つの形式が基準値によって検出される。従って歯の検出（選択されたプロトコルに従いそれぞれ溝の検出）を、上昇縁で基準値を通過する第１信号に関連させることができる。また歯の検出（選択されたプロトコルに従いそれぞれ溝の検出）を、下降縁で基準値を通過する第１信号に関連させることもできる。

しかしこのような装置は、内燃機関が逆転すると間違った情報を送出すると思われる。実際に、第１信号の基準値上昇のシフトが一方の回転方向では歯のシフトに物理的に相応しても、上昇方向での基準値のシフトは別の回転方向では歯のシフトに、もはや物理的に相応しない（溝であっても）。従ってセンサは歯を所定の方向で、溝を別の方向でシグナリングする。結果として分析手段にはこの混乱によってエラーが引き起こされる。

本発明の目的は、この欠点を適度なコストで、前世代のセンサとの互換性を維持して除去することである。言い替えると、歯（それぞれ溝）のシフトだけを回転方向とは別に、回転方向に関係なく検出する。

この課題を解決するために本発明によれば分析手段が次の要素を付加的に有する；
・第１信号において特徴的イベントが検出される場合、第２信号の値を基準値と比較する比較手段、
・特徴的イベントが第１信号に検出され、かつ比較結果がポジティブである場合だけ、第３信号を第１値と第２値との間で変化させる第４手段を制御するための制御手段。

従ってエンジンの回転方向に関係なく、同じ機械的イベント（例えば歯のシフト）が常に物理的に検出される。結果として分析手段にはエラーが引き起こされない。従ってエンジンの位置は、エンジンが逆転しても正確に既知である。

しかし上に述べたように内燃機関は、停止の前に振動する傾向を有する。本発明による別の有利な特徴によれば、装置は次の特徴を有する：
・分析手段は、第１信号に特徴的イベントが検出される場合、第１信号の変化を検出し、これを基準値と比較するための第７手段を有する；
・第４手段は、第７手段により検出された第１信号での変化と基準値との比較結果に基づいて第２値が所定期間の間保持された後、第２値を第１値に変化させる；
・第５手段は、基準値と、第１値が第２値に変化する時点と第２値が第１値に変化する時点との間の期間とを比較し、この比較結果に基づいてカウンタを増分または減分する。

従って分析手段は、エンジンの回転方向を検出する。実際に、カウンタ値の変化は、エンジンが一方の方向に回転するときに負となり、他方の方向に回転するときに正となる。

第３信号が連続的に変化する間の間隔は第５手段によって容易に検出される。

従ってカウンタ値は回転エレメントの物理的位置と常に一致し、回転の方向および回転エレメントの振動とは無関係である。
本発明による別の有利な特徴によれば、装置は次の特徴を有する：
センサの固定部分は次の要素を有する：
・実質的に正弦波である第４信号を発生する第１ゾンデ；
・第１ゾンデに類似する第２ゾンデ、この第２ゾンデは第１ゾンデに近接配置されており、第４信号に実質的に類似するが、しかし第４信号に対して位相のシフトされた第５信号を発生する；
・第５信号を第４信号から減算し、第１信号を発生する手段；
・第３手段は、第１信号がゼロ値を通過するのを検出する。

従ってエアギャップ、温度等の変動により、第４信号と第５信号の時間導関数は減衰される。従いこの装置は非常に正確であり、非常に頑強である。

さらにこの装置は有利には次の特徴を有する：
・第２手段は、第１ゾンデおよび第２ゾンデに類似する第３ゾンデを有し、この第３ゾンデは第１ゾンデと第２ゾンデの中央近傍に配置されており、前記第２信号は最小値と最大値との間で変化する；
・第１信号に特徴的イベントが検出される場合、第２信号の値をその最小値および／または最大値と比較する比較手段。

従って第１信号と第２信号は両方とも実質的に正弦波であり、直角位相である。結果として、第１信号がゼロ値を取るときに、第２信号は近似的に終値（最大値または最小値）である。これらの条件の下で、第１信号のゼロ値によるどのシフトがカウンタを変更すべきであり、どれがカウンタを変更すべきでないかが正確に検出される。

本発明はまた方法に関するものである。この方法では、固定部材と回転部材を有する公知のセンサが使用される。ここで回転部材は実質的に同じである複数の基準点を有し、これらの基準点は１増分だけ角度的にオフセットされている。前記センサは第１信号と第２信号を発生し、これらの信号は同じであるが、位相がシフトされている。第１値と第２値を取る２進信号がセンサからエンジン制御手段に伝送される。この方法は次のステップを有する：
ａ）第１信号において特徴的イベントを検出するステップ；
ｂ）第３信号が、第１値から第２値へ変化するステップ；
ｃ）第３信号の変化がエンジン制御手段で検出され、第３信号の変化数がカウンタで計数されるステップ；
ｄ）スパークプラグまたは燃料インジェクタであるエンジンエレメントを、カウンタ値に基づいて作動させるステップ。

この方法は、回転方向の逆転に関する上記欠点を有する。これを改善するために本発明によれば、ステップａ）の間に付加的に、第２信号の値が基準値と比較され、ステップｂ）は、ステップａ）での第２信号の値と基準値との比較結果がポジティブである場合にだけ実行される。

本発明による有利な特徴によれば、次のステップが実行される：
・センサが第４信号および第５信号を発生するステップ、これらの信号は同じであるが位相シフトされている；
・第１信号が、第５信号を第４信号から減算することにより発生されるステップ；
・ステップａ）の間に、第１信号がゼロ値を通過するのを検出するステップ。

これにより回転エレメントの位置検出の正確性が改善される。

本発明を以下の説明で、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の装置の概略図である。
図２は、図１の装置の一部詳細図である。
図３は、装置で発生される種々の信号を示す線図である。

図１は、実質的にセンサ２とエンジン制御ユニット４を有する装置１を示す。

センサ２は回転部材８と固定部材６を有する。回転部材８はエンジンのクランクシャフトと一体であり、固定部材６は回転部材８の回転運動を検出するように構成されている。固定部材６は図２に詳細が示されている。

回転部材８は強磁性ディスク８を有し、このディスクは６０の歯２６と６０の溝２８の連続からなる。これらは均等に分散されており、歯２６（それぞれ溝２８）はディスク８の周囲にそれぞれ６°毎に配置されている。これはクランクシャフトの回転増分を規定する。実際には、２つの歯がディスク８で除去されており、これによりクランクシャフトの基準位置２４を参照することができる。本発明の枠を逸脱することなしに、欠けている歯および溝は別の数であっても良い。

固定部材６は、磁石、３つのホール効果ゾンデ、または同じ形式の３つの磁気抵抗ゾンデ１８，２０，２２、減算器アセンブリ３０、および分析ユニット１０を有する。磁石１６は磁界を発生し、この磁界はディスク８の歯２６の存在により変形される。ゾンデ１８，２０，２２により検出される電圧３８，３４，４０は実質的に正弦波であり、ゾンデに対する溝２８の位置に基づく。図３に示すように、信号３４の電圧は、ゾンデが歯２６の先端に対向するときに最大である。曲線８を参照すると、この曲線は、歯２６と溝２８の連続を備えるディスクをセンサ２の固定部材６により見た様子を示す。歯２６の上に指示された数字は、センサの固定部材６の前方を通過する歯の番号であり、この番号は基準位置２４から数えたものである。

ゾンデ２０はゾンデ１８とゾンデ２２の中央に配置されており、ゾンデ１８およびゾンデ２２に対して１歯幅だけ離れている。

減算器アセンブリ３０は信号３２を発生する。この信号は、ゾンデ１８から得られた電圧３８とゾンデ２２から得られた電圧４０との差に相当する。図３に示されているように、信号３２は実質的に正弦波であり、平均値はゼロに近似する。またこの信号３２は、ゾンデ２０から得られた電圧３４により規定される信号と直角位相である。

信号３２の平均値がゼロに近似していなければ、成分の連続除去を実行して前記平均値をゼロにできることを述べておく。

信号３２、３４は分析ユニット１０に入力される。分析ユニット１０は、クランクシャフトの運動を回転の１増分により検出し、情報をエンジン制御ユニット４に送出する。分析ユニット１０は制御ユニット４４、検出ユニット４６，２進信号３６の発生器４８，および２つのコンパレータ５４，４２を有する。２つのコンパレータ５４、４２は信号３２，３４を受信し、信号５８，６０を発生し、これらの信号は制御ユニット４４に入力される。

検出ユニット４６は、信号３２によるゼロ値通過１２，１４を検出する。制御ユニット４４は次に、信号３４が最大値３４ＭＡＸにあるか、または最小値３４ｍｉｎにあるかを、コンパレータ４２から受信した信号５８に基づいて決定する。実際には信号５８は２進であり、最大値３４ＭＡＸと最小値３４ｍｉｎとの間の平均値に対する信号３４の値に基づく。

信号３４が最小値３４ｍｉｎであるとき、ゾンデ２０は歯２６に対向する。最小値３４ｍｉｎを信号３４が連続して２回通過する間に回転の方向が変化しなければ、ディスク３８は１増分だけシフトされる。制御ユニット４４は次に発生器４８を制御して、信号３６を値３６ＭＡＸから値３６ｍｉｎに変化させる。

回転方向を知るために、コンパレータ５４と、コンパレータ５４が制御ユニット４４に伝送する信号６０により、信号３２がゼロ値を通過するときに上昇するか、または下降するかを、ゼロ値を通過した直後の信号３２の値を測定することによって決定する。

信号３２がゼロ値を通過した後に負であれば、エンジンは正規の方向に回転しており、制御ユニット４４は発生器４８に対して、信号３６を値３６ｍｉｎから値３６ＭＡＸに、値３６ｍｉｎに期間Ｔ１の間留まった後に変化させる。

信号３２がゼロ値を通過した後に上昇すれば、すなわち正であれば、エンジンは逆転しており、制御ユニット４４は発生器４８に対して、信号３６を値３６ｍｉｎから値３６ＭＡＸに、値３６ｍｉｎに期間Ｔ２の間留まった後に変化させる。

期間Ｔ２は期間Ｔ１とは別個である。有利には期間Ｔ２は期間Ｔ１の２倍の長さである。図３に示された一点鎖線７２はエンジンの逆転を表す。逆転しているにも拘わらず、カウンタ５６の値は常に、装置６に対向する歯の番号と一致していることが分る。

エンジン制御ユニット４は、検出ユニット５０，カウンタ５６、および制御ユニット５２を有する。制御ユニット５２は内燃機関の動作エレメント、とりわけスパークプラグ６８および燃料インジェクタ７０と接続されている。

検出ユニット５０は、信号３６の値３６ＭＡＸから値３６ｍｉｎへの変化６４，信号３６の値３６ｍｉｎから値３６ＭＡＸへの変化６６、およびこれらの変化を分離する期間Ｔｍｅｓを検出する。この期間がＴ１に等しければ、カウンタ５６は各変化６４の後にカウントアップする。この期間がＴ２に等しければ、カウンタは各変化６４の後にカウントダウンする。実際には検出された期間Ｔｍｅｓは値Ｔ１およびＴ２の平均と比較され、カウンタを増分または減分する。

ディスク８の基準位置２４がセンサ２の固定部材６に対向するとき、信号３２はゼロ値を取らず、従って信号３６は長期間の間、値３６ＭＡＸに留まる。このことは検出ユニット５０により検出され、カウンタ５６は２回転毎に１回ゼロにリセットされ、これにより２クランクシャフト回転内でのエンジンの位置を知ることができる。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、当業者が適宜に変更することができる。

例えば基準値を、第１信号３２がゼロを通過する以外のものに選択することができる。

２つまたはそれ以上の基準値を選択することも有利である。実際に、信号３２がゼロ値を通過することを基準値として選択すると２つの値を使用することになる。第１の値は上昇モード１２でのゼロ通過であり、第２の値は下降モード１４でのゼロ通過である。上記の実施例では、２つの非ゼロ基準値を次のように選択することができる。すなわち、一方を信号３２の平均値より上とし、他方を平均値より下とし、（２つの信号３２と３４間の直角位相に基づいて）信号３２と３４の比較によってイベントを直ちに識別できるようにする。

同様に、直角位相ではないが、いずれかの位相シフトを有する第１と第２の信号３２，３４により動作することも可能である。なぜなら信号３２と３４を比較することによって、従来技術の装置ではエラー情報が生じたことを回避する所望の目的が達成されるからである。

図１は、本発明の装置の概略図である。 図２は、図１の装置の一部詳細図である。 図３は、装置で発生される種々の信号を示す線図である。

Claims (10)

1. 回転エレメントを有する内燃機関の位置を検出する装置（１）であって、
   該装置は、回転部材（８）と固定部材（６）を備えるセンサ（２）と、センサの分析手段（１０）と接続されたエンジン制御手段（４）とを有し、
   前記回転部材（８）は回転エレメントに結合されており、実質的に同じである複数の基準点（２６）を有し、
   該基準点（２６）は１増分だけ角度的にオフセットされており、
   前記固定部材（６）は次の要素を含む：
   ・固定部材（６）に対する基準点（２６）の相対位置に基づいて第１信号（３２）を発生する第１手段（１６，１８，２２，３０）；
   ・固定部材（６）に対する基準点（２６）の相対位置に基づいて第２信号（３４）を発生する第２手段（１６，２０）；
   ここで前記第１信号（３２）と第２信号（３４）とは同じであるが位相シフトされており、
   ・前記第１手段（１６，１８，２２，３０）および第２手段（１６，２０）と接続された分析手段（１０）；
   該分析手段（１０）は、第１信号における少なくとも１つの特徴的イベント（１２，１４）を検出する第３手段（４６）と、第１値（３６ＭＡＸ）または第２値（３６ｍｉｎ）を取る２進形式の第３信号（３６）を発生する第４手段（４８）とを有し、
   前記第４手段（４８）は、第１信号（３２）に少なくとも１つの特徴的イベント（１２，１４）を検出した後に、第３信号（３６）を第１値（３６ＭＡＸ）と第２値（３６ｍｉｎ）との間で変化させ、
   前記エンジン制御手段（４）は次の要素を有する：
   ・回転エレメントの位置を表すカウンタ（５６）；
   ・第３信号（３６）が第１値（３６ＭＡＸ）と第２値（３６ｍｉｎ）との間で変化するのを検出し、当該変化に基づいてカウンタ（５６）を変更する第５手段（５０）；
   ・スパークプラグ（６８）または燃料インジェクタ（７０）であるエンジンエレメントを、カウンタ（５６）の値に基づいて作動させるための第６手段（５２）；
   形式の装置において、
   前記分析手段（１０）はさらに次の要素を有する：
   ・第１信号（３２）に特徴的イベント（１２，１４）が検出される場合、第２信号（３４）の値を基準値と比較する比較手段（４２）；
   ・特徴的イベント（１２，１４）が第１信号（３２）に検出され、かつ比較結果（５８）がポジティブである場合だけ、第３信号（３６）を第１値（３６ＭＡＸ）と第２値（３６ｍｉｎ）との間で変化させる第４手段（４８）を制御するための制御手段（４４）；
   ことを特徴とする装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   ・分析手段（１０）は、第１信号（３２）に特徴的イベント（１２，１４）が検出される場合、第１信号の変化を検出し、これを基準値と比較する第７手段（５４）を有し、
   ・第４手段（４８）は、第１信号（３２）の変化と基準値との比較結果（６０）に基づいて、第２値（３６ｍｉｎ）が所定期間（Ｔ１，Ｔ２）の間保持された後、第２値（３６ｍｉｎ）を第１値（３６ＭＡＸ）に変化させ、
   ・第５手段（５０）は、基準値と、第１値（３６ＭＡＸ）が第２値（３６ｍｉｎ）に変化する時点（６４）と第２値（３６ｍｉｎ）が第１値（３６ＭＡＸ）に変化する時点（６６）との間の期間（Ｔ１，Ｔ２）とを比較し、この比較結果（６２）に基づいてカウンタ（５６）を増分または減分する、装置。
3. 請求項１または２記載の装置において、
   センサの固定部分は次の要素を有し：
   ・実質的に正弦波である第４信号（３８）を発生する第１ゾンデ（１８）；
   ・第１ゾンデ（１８）に類似する第２ゾンデ（２２）；
   該第２ゾンデは第１ゾンデ（１８）に近接配置されており、第４信号（３８）に実質的に類似するが、しかし第４信号（３８）に対して位相のシフトされた第５信号（４０）を発生し、
   ・第５信号（４０）を第４信号（３８）から減算し、第１信号（３２）を発生する手段（３０）；
   第３手段（４６）は、第１信号（３２）がゼロ値を通過するのを検出する、装置。
4. 請求項３記載の装置において、
   ・第２手段は、第１ゾンデ（１８）および第２ゾンデ（２２）に類似する第３ゾンデ（２０）を有し、
   該第３ゾンデ（２０）は第１ゾンデ（１８）と第２ゾンデ（２２）の中央近傍に配置されており、
   前記第２信号（３４）は最小値（３４ｍｉｎ）と最大値（３４ＭＡＸ）との間で変化し、
   ・比較手段（４２）は、第１信号（３２）に特徴的イベント（１２，１４）が検出される場合、第２信号（３４）の値をその最小値（３４ｍｉｎ）および／または最大値（３４ＭＡＸ）と比較する、装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一項記載の装置において、
   センサの固定部分は磁石（１６）を有し、センサの回転部材は複数の強磁性歯（２６）を有し、
   第１手段および第２手段（１８，２０，２２）はそれぞれホール効果ゾンデ、または磁気抵抗ゾンデの形式である、装置。
6. 回転エレメントを有する内燃機関の位置を検出する方法であって、
   ・回転部材（８）と固定部材（６）を有するセンサ（２）を使用し、
   回転部材（８）は実質的に同じである複数の基準点（２６）を有し、該基準点は１増分だけ角度的にオフセットされており、
   前記センサは第１信号（３２）と第２信号（３１）を発生し、当該信号は類似しているが、位相シフトされており、
   ・第１値（３６ＭＡＸ）または第２値（３６ｍｉｎ）を取る２進信号（３６）がセンサ（２）からエンジン制御手段（４）へ伝送される形式の方法において、
   当該方法は次のステップを有する：
   ａ）第１信号（３２）における特徴的イベント（１２，１４）を検出するステップ；
   ｂ）第３信号（３６）を第１値（３６ＭＡＸ）から第２値（３６ｍｉｎ）に変化させるステップ；
   ｃ）第３信号（３６）の変化（６４）がエンジン制御手段（４）で検出され、第３信号（３６）の変化数がカウンタ（５６）で計数されるステップ；
   ｄ）スパークプラグ（６８）または燃料インジェクタ（７０）であるエンジンエレメントを、カウンタ（５６）の値に基づいて作動させるステップ；
   ここでステップａ）の間に付加的に、第２信号（３４）の値が基準値と比較され（４２）、ステップｂ）は、ステップａ）での第２信号（３４）の値と基準値との比較結果（５８）がポジティブである場合にだけ実行される、ことを特徴とする方法。
7. 請求項６記載の方法において、
   ・第１信号（３２）の変化を、ステップａ）の間に検出（５４）し、
   ・ステップｅ）の間に、前記変化を基準値と比較し、
   ・ステップｂ）の後に、第３信号（３６）を第２値（３６ｍｉｎ）に所定期間（Ｔ１，Ｔ２）の間、検出された第１信号（３２）の変化と基準値との比較結果（６０）に基づいて維持し、次に第３信号（３６）を第２値（３６ｍｉｎ）から第１値（３６ＭＡＸ）に変化（６６）させ、
   ・第３信号（３６）が第１値（３６ＭＡＸ）から第２値（３６ｍｉｎ）に変化する時点と第２値（３６ｍｉｎ）から第１値（３６ＭＡＸ）に変化する時点との間の期間をエンジン制御手段（４）で検出し、
   ・カウンタ（５６）を検出された期間に基づいて増分または減分する、方法。
8. 請求項６または７記載の方法において、
   検出された期間は、カウンタを増分または減分するために値（Ｔ１，Ｔ２）の平均と比較される、方法。
9. 請求項６から８までのいずれか一項記載の方法において、
   ・第４信号（３８）および第５信号（４０）を発生するセンサ（２）が使用され、これらの信号は同じであるが位相シフトされており、
   ・第１信号（３２）が、第５信号（４０）を第４信号（３８）から減算することにより発生され、
   ・ステップａ）の間に、第１信号（３２）がゼロ値を通過する（１２，１４）のを検出する、方法。
10. 請求項７または８を受けた場合の請求項９記載の方法において、
    ステップｅ）の間に、第１信号（３２）が、ゼロ値を通過した後に正の値を取るか否かを決定する、方法。