JP2014173434A

JP2014173434A - クランク角信号誤差補正方法

Info

Publication number: JP2014173434A
Application number: JP2013043979A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Suyama; 博伸陶山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-22
Also published as: DE102014102507A1

Abstract

【課題】クランク角信号により所定クランク角位置が検知されてからタイミングライトを点灯させるまでの時間を調整するための外部可変抵抗器を不要にする。
【解決手段】クランクパルサ１１の回転に伴ってクランク角センサ１３がクランク角信号を出力し、クランクシャフト１０が所定のクランク角位置にきたと推定されるときに出力されるクランク角信号に同期して誤差検出用制御装置３が駆動信号を出力し、駆動信号を出力した時のクランクシャフト１０の実クランク角位置と所定のクランク角位置との誤差を検出し、検出した誤差の情報を、内燃機関を制御する電子制御装置４に記憶させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランクパルサおよびクランク角センサにてクランク角を検出する内燃機関におけるクランク角信号誤差補正方法に関するものである。

従来、クランク角を検出する装置として、内燃機関のクランクシャフトまたはクランクシャフトと同期して回転する回転部材に、多数の歯が形成されたクランクパルサを組み付け、クランクパルサの歯に対向してクランク角センサを配置して、クランク角信号を出力するものが知られている。

しかし、クランクパルサおよびクランク角センサの組み付け位置誤差等により、例えば燃料噴射時期の指令値と、実際に燃料が噴射された時のクランクシャフトの実クランク角とに誤差（以下、クランク角誤差という）が発生する。

そこで、特許文献１に開示された装置では、クランク角信号により所定クランク角位置が検知されてからタイミングライトを点灯させるまでの時間を調整するための外部可変抵抗器を、内燃機関を制御する電子制御装置に設け、外部可変抵抗器の抵抗値から、クランク角誤差を検出し、その誤差に基づいて点火時期または燃料噴射時期の制御目標値を補正するようにしている。

特開昭５９−１３４３７７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された装置では、内燃機関を制御する電子制御装置に外部可変抵抗器を設ける必要があった。

また、内燃機関と電子制御装置が異なる工場で製造される場合、内燃機関の製造工場で（すなわち、電子制御装置がない状態で）クランク角誤差を検出することができなかった。

本発明は上記点に鑑みて、可変抵抗器を不要にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、周方向に沿って多数の歯が形成され、内燃機関（１）のクランクシャフト（１０）またはクランクシャフトと同期して回転する回転部材に組み付けられたクランクパルサ（１１）と、クランクパルサの回転に伴って所定回転角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ（１３）と、クランクシャフトが所定のクランク角位置にきたと推定されるときに出力されるクランク角信号に同期して駆動信号を出力する駆動信号出力手段（３）とを準備し、駆動信号を出力した時のクランクシャフトの実クランク角位置と所定のクランク角位置との誤差を検出する誤差検出工程と、誤差検出工程で誤差が検出された内燃機関と対にして用いられて内燃機関を制御する電子制御装置（４）に、誤差検出工程で検出した前記誤差の情報を記憶させる誤差情報記憶工程とを備えることを特徴とする。

これによると、前述した従来装置のような、クランク角信号により所定クランク角位置が検知されてからタイミングライトを点灯させるまでの時間を調整するものではないため、外部可変抵抗器を廃止することができる。

また、誤差検出工程で検出した誤差の情報を例えばメディアを利用して電子制御装置に反映させることにより、内燃機関の製造工場でクランク角誤差を検出することができる。

また、請求項３に記載の発明では、周方向に沿って多数の歯が形成され、内燃機関（１）のクランクシャフト（１０）またはクランクシャフトと同期して回転する回転部材に組み付けられたクランクパルサ（１１）と、クランクパルサの回転に伴って所定回転角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ（１３）と、特定の内燃機関と対にして用いられて内燃機関を制御するとともに、クランクシャフトが所定のクランク角位置にきたと推定されるときに出力されるクランク角信号に同期して駆動信号を出力する電子制御装置（４）とを準備し、駆動信号を出力した時のクランクシャフトの実クランク角位置と所定のクランク角位置との誤差を検出する誤差検出工程と、誤差検出工程で検出した誤差の情報を電子制御装置に記憶させる誤差情報記憶工程とを備えることを特徴とする。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る方法を適用した誤差検出装置の構成を示す図である。図１のクランクパルサおよびクランク角センサを示す透視図である。図１のシリンダブロックおよびクランクプーリを示す図である。図１の装置の作動説明に供するタイムチャートである。図１の装置の作動説明に供するシリンダブロックおよびクランクプーリの図である。本発明の第２実施形態に係る方法を適用した誤差検出装置の構成を示す図である。本発明の第３実施形態に係る方法を適用した誤差検出装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。

図１〜図３に示すように、圧縮式着火式多気筒内燃機関（以下、内燃機関という）１の作動は、電子制御装置４によって制御される。電子制御装置４は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。

なお、本実施形態は、内燃機関１と電子制御装置４が異なる工場で製造される場合、換言すると、内燃機関１と電子制御装置４が対になって出荷されない場合に、適用される。

内燃機関１のクランクシャフト１０には、周方向に沿って多数の歯が形成されたクランクパルサ１１が組み付けられている。このクランクパルサ１１は、シリンダブロック１２の内部（すなわち、外部から視認できない位置）に配置されている。

クランクパルサ１１の回転に伴って所定回転角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ１３が、クランクパルサ１１の歯に対向して配置されている。クランク角センサ１３としては、電磁ピックアップタイプまたは磁気抵抗素子タイプのセンサを用いることができる。

クランクシャフト１０におけるシリンダブロック１２の外に突出した部位には、回転部材としてのクランクプーリ１４が組み付けられている。このクランクプーリ１４には、周方向の特定の位置に回転部材マーク１４０が付与されている。

シリンダブロック１２には、クランクプーリ１４の回転方向に沿って目盛り１２０が付与されている。また、シリンダブロック１２には、クランクシャフト１０が所定のクランク角位置にきたときの回転部材マーク１４０に対応する位置に、基準位置マーク１２１が付与されている。

なお、この所定のクランク角位置は、例えば内燃機関１の第１気筒が圧縮上死点のときのクランク角位置、あるいは、近年の燃焼制御や排気ガス規制に影響を示す早期噴射を考慮した最進角（ＢＴＤＣ側）噴射時期に対応するクランク角位置が考えられる。

内燃機関１は、カムシャフト（図示せず）が所定回転角位置にきたときに気筒判別用の信号（以下、Ｇ信号という）を出力するカム角センサ１５を備えている。本実施形態では、内燃機関１の第１気筒が圧縮上死点直前のときにＧ信号を出力する。なお、カム角センサ１５としては、電磁ピックアップタイプまたは磁気抵抗素子タイプのセンサ等を用いることができる。

クランクプーリ１４およびシリンダブロック１２は、タイミングライト２によって照らされるようになっている。

このタイミングライト２および内燃機関１の作動は、駆動信号出力手段としての誤差検出用制御装置３にて制御される。誤差検出用制御装置３は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。なお、誤差検出用制御装置３は、クランク角誤差を検出するときにのみ用いられる。

次に、クランク角信号誤差補正方法について、図１〜図５に基づいて説明する。

まず、誤差検出工程では、誤差検出用制御装置３により内燃機関１を制御して内燃機関１の暖機運転を行う。

暖気完了後、内燃機関１の回転数が所定回転数（例えば、アイドリング回転数）になるように、誤差検出用制御装置３により燃料噴射量を制御する。

また、暖気完了後に内燃機関１が所定回転数で作動している状態のときに、誤差検出用制御装置３は、燃料噴射弁１６に駆動信号を出力する。

具体的には、図４に示すように、第１気筒が圧縮行程のときにＧ信号が発生する。そして、Ｇ信号の発生後におけるクランク角信号のＮ番目の時にクランクシャフト１０が所定のクランク角位置にきたと推定して、Ｇ信号の発生後におけるクランク角信号のＮ番目に同期して第１気筒の燃料噴射弁１６に駆動信号を出力する。なお、燃料噴射弁１６の駆動信号は、誤差検出用のモードとして単発噴射を設定しておくことが望ましい。

一方、この駆動信号によりタイミングライト２が点灯する。具体的には、燃料噴射弁１６に電流が流れたときに電磁誘導により電流を発生させ、その誘導電流によりタイミングライト２を点灯させる。そして、作業者は、タイミングライト２が点灯した瞬間における基準位置マーク１２１と回転部材マーク１４０のずれ量を目視にて確認する。

クランクパルサ１１およびクランク角センサ１３の組み付け位置誤差等がない場合は、図３に示すように、基準位置マーク１２１と回転部材マーク１４０の位置のずれ量が０である。

一方、クランクパルサ１１およびクランク角センサ１３の組み付け位置誤差等がある場合は、例えば図５に示すように、基準位置マーク１２１と回転部材マーク１４０の位置がずれる。

この時のずれ量は、駆動信号を出力した時のクランクシャフト１０の実クランク角位置と所定のクランク角位置との誤差（以下、所定のクランク角位置誤差という）に相当する。

そこで、作業者は、その時の基準位置マーク１２１と回転部材マーク１４０の位置のずれ量を目盛り１２０にて読み取り、所定のクランク角位置誤差を検出する。

続いて、誤差情報記憶工程では、上記誤差検出工程で所定のクランク角位置誤差を検出した内燃機関１に組み合わされて車両に搭載される電子制御装置４に、所定のクランク角位置誤差の情報を通信により送信し、記憶させる。以上により、クランク角信号誤差補正が終了する。

なお、誤差情報記憶工程では、所定のクランク角位置誤差の情報を記録媒体であるメディアに記憶させ、そのメディアにより所定のクランク角位置誤差の情報を電子制御装置４に反映させるようにしてもよい。

そして、電子制御装置４は、内燃機関１の運転状況に基づいて燃料噴射時期の制御目標値を算出し、所定のクランク角位置誤差の情報に基づいて燃料噴射時期の制御目標値を補正して、燃料噴射時期の指令値を算出する。

本実施形態によると、クランク角信号により所定クランク角位置が検知されてからタイミングライトを点灯させるまでの時間を調整するものではないため、外部可変抵抗器を廃止することができる。

また、タイミングライト２が点灯した瞬間における基準位置マーク１２１と回転部材マーク１４０のずれ量を目視にて確認するため、そのずれ量を内燃機関１の製造工場やサービス工場でも容易に確認することができる。

さらに、誤差検出工程で検出した誤差の情報を通信またはメディアにより電子制御装置４に反映させるため、最終的に内燃機関１と組み合わせて車両で使用される電子制御装置４の所在を拘束せずに製造ができる。

さらにまた、誤差検出工程における燃料噴射弁１６の駆動信号として単発噴射を設定した場合、１回の噴射開始信号がタイミングライト２の点灯のトリガとなり、基準位置マーク１２１と回転部材マーク１４０の位置のずれ量の読み取りが容易である。

なお、本実施形態では、誤差検出用制御装置３により燃料噴射量を制御して内燃機関１を自立運転させつつ、所定のクランク角位置誤差を検出したが、内燃機関１が自立運転が出来ない状態であれば、外部動力により内燃機関１を擬似的に運転させつつ、所定のクランク角位置誤差を検出しても良い。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、誤差検出用制御装置３を用いずに、電子制御装置４によりクランク角信号誤差補正を実行するようにしたものである。具体的には、本実施形態は、内燃機関１と電子制御装置４が対になって出荷される場合の組立工場における初期調整時、或いは、整備工場における整備点検時・調整時に、適用される。その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、クランク角信号誤差補正を行う際、タイミングライト２および内燃機関１の作動は、電子制御装置４にて制御される。

より詳細には、電子制御装置４は、暖機運転完了後における内燃機関１の回転数が所定回転数（例えば、アイドリング回転数）になるように燃料噴射量を制御するとともに、クランクシャフト１０が所定のクランク角位置にきたと推定されるときに出力されるクランク各信号に同期して燃料噴射弁１６に駆動信号を出力する。

次に、クランク角信号誤差補正方法について説明する。まず、誤差検出工程では、電子制御装置４により内燃機関１を制御して内燃機関１の暖機運転を行う。

暖気完了後、内燃機関１の回転数が所定回転数（例えば、アイドリング回転数）になるように、電子制御装置４により燃料噴射量を制御する。

また、暖気完了後に内燃機関１が所定回転数で作動している状態のときに、電子制御装置４は、燃料噴射弁１６に駆動信号を出力する。

この駆動信号によりタイミングライト２が点灯する。そして、第１位実施形態と同様にして、所定のクランク角位置誤差を検出する。ここで、誤差検出工程における燃料噴射弁１６の駆動信号として単発噴射を設定した場合、１回の噴射開始信号がタイミングライト２の点灯のトリガとなり、基準位置マーク１２１と回転部材マーク１４０の位置のずれ量の読み取りが容易である。

続いて、誤差情報記憶工程では、所定のクランク角位置誤差の情報を電子制御装置４に記憶させる。以上により、クランク角信号誤差補正が終了する。

そして、上記クランク角信号誤差補正に用いた内燃機関１と電子制御装置４を対にして、それらを車両に搭載する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、画像処理装置５を追加したもので、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７に示すように、本実施形態は、画像処理装置５を備えている。この画像処理装置５は、クランクプーリ１４およびシリンダブロック１２の画像を取り込み、駆動信号によりタイミングライト２が点灯した時の基準位置マーク１２１と回転部材マーク１４０のずれ量を画像データに基づいて算出し、算出したずれ量に関する情報を誤差検出用制御装置３に出力する。

そして、誤差検出用制御装置３は、画像処理装置５から出力されたずれ量に関する情報に基づいて、所定のクランク角位置誤差を検出する。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、クランクパルサ１１をクランクシャフト１０に組み付けたが、クランクシャフト１１と同期して回転する速度比１：１の回転部材にクランクパルサ１１を組み付けてもよい。

また、上記各実施形態では、本発明を圧縮式着火式多気筒内燃機関に適用したが、本発明は火花点火式多気筒内燃機関にも適用することができる。この場合、電子制御装置４は、記憶した所定のクランク角位置誤差の情報に基づいて例えば点火時期の制御目標値を補正する。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１内燃機関
３誤差検出用制御装置（駆動信号出力手段）
１０クランクシャフト
１１クランクパルサ
１３クランク角センサ

Claims

周方向に沿って多数の歯が形成され、内燃機関（１）のクランクシャフト（１０）または前記クランクシャフトと同期して回転する回転部材に組み付けられたクランクパルサ（１１）と、
前記クランクパルサの回転に伴って所定回転角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ（１３）と、
前記クランクシャフトが所定のクランク角位置にきたと推定されるときに出力される前記クランク角信号に同期して駆動信号を出力する駆動信号出力手段（３）とを準備し、
前記駆動信号を出力した時の前記クランクシャフトの実クランク角位置と前記所定のクランク角位置との誤差を検出する誤差検出工程と、
前記誤差検出工程で前記誤差が検出された前記内燃機関と対にして用いられて前記内燃機関を制御する電子制御装置（４）に、前記誤差検出工程で検出した前記誤差の情報を記憶させる誤差情報記憶工程とを備えることを特徴とするクランク角信号誤差補正方法。
前記誤差情報記憶工程では、前記誤差の情報を通信により前記電子制御装置に記憶させることを特徴とする請求項１に記載のクランク角信号誤差補正方法。
周方向に沿って多数の歯が形成され、内燃機関（１）のクランクシャフト（１０）または前記クランクシャフトと同期して回転する回転部材に組み付けられたクランクパルサ（１１）と、
前記クランクパルサの回転に伴って所定回転角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ（１３）と、
特定の前記内燃機関と対にして用いられて前記内燃機関を制御するとともに、前記クランクシャフトが所定のクランク角位置にきたと推定されるときに出力される前記クランク角信号に同期して駆動信号を出力する電子制御装置（４）とを準備し、
前記駆動信号を出力した時の前記クランクシャフトの実クランク角位置と前記所定のクランク角位置との誤差を検出する誤差検出工程と、
前記誤差検出工程で検出した誤差の情報を前記電子制御装置に記憶させる誤差情報記憶工程とを備えることを特徴とするクランク角信号誤差補正方法。
前記回転部材は、特定の位置に配置された回転部材マーク（１４０）を備え、
前記内燃機関のシリンダブロック（１２）は、前記回転部材の回転方向に沿って配置された目盛り（１２０）、および前記クランクシャフトが前記所定のクランク角位置にきたときの前記回転部材マークに対応する位置に配置された基準位置マーク（１２１）を備え、
前記回転部材および前記シリンダブロックを照らすタイミングライト（２）を準備し、
前記誤差検出工程では、前記駆動信号に同期して前記タイミングライトを点灯させた際の前記回転部材マークと前記基準位置マークとのずれ量に基づいて前記誤差を検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のクランク角信号誤差補正方法。
前記誤差検出工程では、前記駆動信号の立ち上がりで前記タイミングライトを点灯させることを特徴とする請求項４に記載のクランク角信号誤差補正方法。
前記駆動信号に同期して前記タイミングライトを点灯させた時の前記回転部材マークと前記基準位置マークとのずれ量を画像データに基づいて算出する画像処理装置（５）を準備し、
前記誤差検出工程では、前記画像処理装置で算出した前記回転部材マークと前記基準位置マークとのずれ量に基づいて前記誤差を検出することを特徴とする請求項４または５に記載のクランク角信号誤差補正方法。
前記内燃機関は、前記駆動信号に基づいて作動する燃料噴射弁（１６）を備え、
前記誤差検出工程のとき前記燃料噴射弁に単発噴射を行わせることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のクランク角信号誤差補正方法。