JP2014202201A - 内燃機関のクランク角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸に取り付けた円盤上に、規則性を持った配列で並んだ突起状の歯と、他とは歯の配列の規則性を異とする箇所を設け、これらの歯の通過を電磁ピックアップで検出する従来のクランク角検出装置において、誤差要因として、従来の技術で問題としていた電磁ピックアップ信号の時間的遅延の他に、配列の規則性を異とする箇所の前後の歯における電磁ピックアップの近傍磁界分布の局所的歪みによるクランク角度検出誤差がある。このため、従来の、電磁ピックアップ信号の時間的遅延を補正する技術だけでは精度よく補正できない問題があった。【解決手段】配列の規則性を異とする前後の歯におけるクランク角度検出誤差を補正する補正値を予め記憶しておき、該当する歯が通過した時に電磁ピックアップ信号から得られるクランク角を補正する手段を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のクランク角検出に関する。

従来の内燃機関のクランク角を検出する装置としては、例えば、特許文献１に記載される装置がある。この装置では、クランク軸に円盤を取り付け、この円盤の円周上に規則的に並んだ突起状の歯を設け、この歯に対向し、且つ、回転しない箇所に取り付けた電磁ピックアップにて歯の通過を検出する。この際、円盤の円周上の歯は、一箇所もしくは複数箇所において配列の規則性を異とすることで基準位置を識別することが可能で、各歯が電磁ピックアップを通過する瞬間のクランク角を絶対角度として検出可能である。

さらに、特許文献２に記載される従来の技術では、全ての歯に対する電磁ピックアップの信号が回転数に応じて時間的に遅延し、その遅延量が回転数に対して直線的ではなく非直線的に変化することを問題としている。

特許文献２では全ての歯に対して一様に、回転数に応じた時間的遅延を問題としていたのに対して、さらに、特許文献３に記載される従来の技術では、歯の配列の規則性を異とする方法として、歯を欠いた欠歯と呼ばれる手法を用いた場合に、その欠歯部の前後において、電磁ピックアップの信号が他の歯とは異なる時間的遅延を生じることを問題とし、その補正方法を示している。

特開昭５６−８７８６０号公報 特開平６−２４１７１１号公報 特開２００８−５１０３３号公報

しかし、クランク角検出装置における誤差の要因は、上記の時間的遅延以外の要素がある。本発明者の解析によれば、配列の規則性を異とする箇所の前後の歯において、電磁ピックアップの近傍における磁界分布が局所的に歪むことで、電磁ピックアップの出力信号波形の立下り位置がズレることが明らかとなった。このズレは、電磁ピックアップの信号から検出したクランク角において、進み、もしくは、遅れといった角度の誤差として観測される。また、クランクの回転数を限りなく低くし、電磁ピックアップの出力にローノイズプリアンプを設けて観測した場合にも、クランク角の進み、もしくは遅れといった角度誤差として現れる。

特許文献３で問題としている時間的応答遅延は、クランク角の遅れ誤差として観測されることはあっても、進み誤差として観測されることはありえない。また、回転数を限りなく低くした場合も、特許文献３で問題としている時間的遅延は、回転数が低い故に、角度の遅延誤差として観測されることはありえない。

よって、前述の、配列の規則性を異とする箇所の前後の歯における電磁ピックアップの近傍磁界分布の局所的歪みによるクランク角度検出誤差は、特許文献３で問題としている時間的応答遅延とは別の新たな課題といえる。

本発明では、前述の、配列の規則性を異とする箇所の前後の歯における電磁ピックアップの近傍磁界分布の局所的歪みによるクランク角度検出誤差を課題とし、これを補正することを目的とする。

本発明は、この課題を解決するために、配列の規則性を異とする前後の歯におけるクランク角度検出誤差を補正する補正値を予め記憶しておき、該当する歯が通過した時に電磁ピックアップ信号から得られるクランク角を補正する手段を設けたものである。

上述したように本発明のクランク角検出装置は、配列の規則性を異とする箇所の前後の歯において、クランク角度の検出精度が向上する。

本発明の構成を示すクランク角検出装置 本発明が解決しようとするクランク角度検出誤差の説明図 本発明を実施するための形態を示すクランク角検出装置

発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。
図２において、電磁ピックアップ信号の時間的遅延が存在しなければ歯の中央が電磁ピックアップを通過すると、電磁ピックアップ内のコイルに鎖交する磁束は最大値から減少方向に転じ、ファラデーの法則により、電磁ピックアップの出力は立下り方向にゼロクロスする。

電磁ピックアップ内のコイルのインダクタンス、漏洩インダクタンス、寄生容量、巻線抵抗等によるローパスフィルタにより、各歯では、遅延１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅが生じる。

この実施例では、配列の規則性を異とする箇所２として、歯を１箇所だけ欠いている。これにより、電磁ピックアップ信号の立下りと立下りの間の周期１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅの内、１５ｄは他の周期より大きくなる。

配列の規則性を異とする箇所２の前の歯３ｃにおいては、欠歯の影響で磁界分布が局所的に歪み、電磁ピックアップの出力波形は他の歯と異なり、この実施例では立下りのゼロクロス点がズレて、１４ｃの遅延が生じている。また、配列の規則性を異とする箇所２の後の歯３ｄにおいては、進み１４ｄが生じている。このゼロクロス点のズレは歯の形状、及び電磁ピックアップが作る磁界分布に依存し、場合によっては遅れとなる場合も、進みとなる場合もある。

図３においては、波形整形部５にて電磁ピックアップ４の出力波形の立下りを検出した瞬間に、歯の通過を示すマーカーとなるパルス信号を出力する。

周期計測部８では、マーカー信号であるパルスと次のパルスの間の時間を計測する。

基準位相検出部７では、周期計測部で計測した周期１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅの内、１５ｄが他の周期より大きくなることを利用して基準位相を検出する。

カウント部６では、基準位相を起点として、発生したパルスを次の基準位相になるまでカウントする。

クランク角検出部９では、パルスのカウント値とクランク角の関係をテーブルとして予め記憶しておき、パルスのカウント値に応じてクランク角を出力する。

回転数による時間的遅延の補正記憶部１０では、パルス間の周期に対する時間的遅延を補正する補正値を角度の次元で予め記憶しておく。また、配列の規則性を異とする箇所２ではパルス幅が他と異なるため、他の歯とは異なるテーブルを持っておく。

局所的な磁界分布歪みよるクランク角誤差の補正値記憶部１１では、配列の規則性を異とする箇所２の前後のズレ１４ｃ，１４ｄを補正する補正値を角度の次元で記憶しておき、パルスカウント値が３ｃまたは３ｄを示す時に、夫々に対応した補正値を読み出す。

補正部１２では、回転数による時間的遅延の補正値と、局所的な磁界分布歪みによるクランク角度誤差の補正値を用いて、クランク検出部９で検出したクランク角を補正する。

本実施例では、局所的な磁界分布歪みによるクランク角誤差の補正値記憶部１１と補正部１２で、配列の規則性を異とする箇所２の前後の歯の角度誤差を補正しているが、クランク角検出部９内のパルスのカウント値とクランク角の関係のテーブルにおいて、予め局所的な磁界分布歪みによるクランク角誤差を補正する補正値を加味しておき、パルスカウント値から直接的に補正済みのクランク角を読み出すことでも実施可能である。

１ 円盤
２ 配列の規則性を異とする箇所
３ｃ 配列の規則性を異とする箇所の前の歯
３ｄ 配列の規則性を異とする箇所の後の歯
４ 電磁ピックアップ
５ 波形整形部
６ カウント部
７ 基準位相検出部
８ 周期計測部
９ クランク角検出部
１０ 回転数による時間的遅延の補正値記憶部
１１ 局所的な磁界分布歪みによるクランク角誤差の補正値記憶部
１２ 補正部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ 回転数応じて全ての歯に共通して生ずる時間的遅延
１４ｃ 配列の規則性を異とする箇所の前の歯に生じるズレ
１４ｄ 配列の規則性を異とする箇所の後の歯に生じるズレ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ 各歯間の周期

Claims (1)

1. クランク軸に取り付けた円盤と、円盤の円周上に規則性を持った配列で並んだ歯と、一箇所または複数箇所で歯の配列の規則性を他と異とする箇所と、歯に対向する位置に設置した電磁ピックアップと、電磁ピックアップの信号を波形整形して歯の通過を示すマーカーとなる信号を出力する部分と、マーカー信号とマーカー信号の間の時間を計測する周期計測部と、その周期の規則性から基準となる位相を検出する部分と、基準位相のタイミングを起点としてマーカーとなる信号の数を数えるカウント部と、カウント値からクランク角度を検出する部分を備える装置において、円盤の歯の配列の規則性を異とする箇所の前後の歯が通過した時の局所的な磁界分布歪みによるクランク角誤差を補正する角度の次元を持つ補正値を予め記憶しておく部分と、この補正値にてクランク角を補正する補正部を備えたことを特徴とするクランク角検出装置。

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