JP2014211420A - 内燃機関のクランク角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のクランク角検出装置において、電磁ピックアップの他に別の回転センサが無ければ、バラツキを持つ電磁ピックアップの遅延に起因するクランク角の誤差を補正できなかった。
【解決手段】電磁ピックアップのインピーダンスを測定し、このインピーダンスから電磁ピックアップの遅延量を推定する。検出したクランク角から、推定した遅延量を差し引くことで、誤差を補正する。
【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。

特許文献２に記載される従来の技術では、特許文献１に記載されるクランク角検出装置において、電磁ピックアップの信号が回転数に応じて非直線的に遅延し、また、この遅延のバラツキや経時変化に対応するため、電磁ピックアップの遅れ時間を、カム軸に取り付けた光式の回転センサにて計測し、電磁ピックアップの遅延を補正している。

特許文献３に記載される従来の技術では、特許文献１に記載されるクランク角検出装置において、回転数に応じて変化する電磁ピックアップ信号の遅延が、個体差及び組立の状態によりバラつくことを問題とし、電磁ピックアップの遅延を、磁気抵抗素子を用いた回転センサにて計測し、補正している。

特開昭５６−８７８６０号公報 特開平６−２４１７１１号公報 特開２００３−２７８５８０号公報

前述の従来技術において、バラツキをもつ電磁ピックアップの遅延を補正するには、エンジンに電磁ピックアップの他に別の回転センサが必要であった。

本発明では、従来、電磁ピックアップの他に別の回転センサが無ければ、バラツキを持つ電磁ピックアップの遅延を補正できなかったことを課題とし、他の回転センサを用いないでバラツキのある電磁ピックアップの遅延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、電磁ピックアップのインピーダンスを測定し、電磁ピックアップのインピーダンスから電磁ピックアップの遅延量を推定し、推定した遅延量で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、電磁ピックアップ以外の回転センサを用いること無く、バラツキのある電磁ピックアップの遅延を補正できる。

本発明の構成を示すクランク角検出装置 インピーダンス測定部の実施形態 電磁ピックアップの等価回路モデルの実施形態 電磁ピックアップの等価回路モデルのモデルパラメータ推定の実施形態 電磁ピックアップの遅延量を推定するための回路モデルの実施例 図５を変形した回路図

本発明の構成を示すクランク角検出装置について、図１を参照して説明する。図１において、クランク軸に固定された円盤１は、円周上に規則的に並んだ歯と、基準位相を示すために他と配列の規則性が異なる箇所を１箇所または複数箇所に持つ。

電磁ピックアップ２は、円盤１の円周上の歯が通過すると信号を出力する。

周期測定部４は、電磁ピックアップ２の信号から歯と歯の間の周期を測定する。

基準位相検出部５は、測定した周期結果から、円盤１の歯の配列の規則性が異なった箇所を基準位相として検出する。

クランク角検出部３は、電磁ピックアップ２の信号と、基準位相の通過タイミングからクランク角を検出する。

インピーダンス測定部６は、クランク角を検出する前に、予め、電磁ピックアップ２のインピーダンスを測定する。

遅延量推定部７は、クランク角を検出する前に、予め、測定したインピーダンスから電磁ピックアップの信号遅延量を推定する。

補正部８は、クランク角を検出している際に、測定した周期に応じて、推定した遅延量を用いて、検出したクランク角を補正する。

本発明のインピーダンス測定部の実施形態を、図２を参照して説明する。図２において、発振部９は周波数掃引可能な発振器で、Ｚｏの出力インピーダンスを持つ。

スプリッタ１０は、発振部９の出力を２方向に分配する。

方向性結合部１１は、スプリッタ１０からの信号を電磁ピックアップ２に導くとともに、電磁ピックアップ２からの反射波を出力する。

ベクトル電圧比率測定部１２は、入力インピーダンスがＺｏの２つの入力ポートを持ち、夫々、スプリッタ１０からの信号∨ｉと、方向性結合部１１からの信号∨ｒを受け、ベクトル的に以下の数式１に示す比率ρを出力する。

インピーダンス演算部１３は、比率ρから以下の数式２にて電磁ピックアップの複素インピーダンスＺｌを算出する。このＺｌの算出を、発振部９の周波数を掃引させながら行う。

本発明の遅延量推定部７の実施形態を、図３、図４、図５、図６を参照して説明する。遅延量推定部７は、先ず、電磁ピックアップの等価回路モデルとして図３の回路モデルを想定し、回路モデルパラメータＲ２、Ｌ２、Ｒｉ、Ｃ_Ｓ２を図４に示す方法で推定する。次に、推定した回路モデルパラメータを図５の回路に適用して入出力の位相差を解くことで、電磁ピックアップ２の遅延量を推定する。

電磁ピックアップの等価回路モデル図３において、１５の巻線のインダクタンスＬ２と、１７の浮遊容量Ｃ_Ｓ２は並列共振回路を構成し、１４の巻線抵抗Ｒ２は巻線のインダクタンス１５に直列に接続され、１６の等価鉄損抵抗Ｒｉは巻線のインダクタンス１５に並列に接続されている。

インピーダンス測定部６で測定したインピーダンスは、前述の回路モデルパラメータＲ２、Ｌ２、Ｒｉ、Ｃ_Ｓ２の特性を反映し、図４に示すグラフのようになる。従って、図４のグラフから回路モデルパラメータＲ２、Ｌ２、Ｒｉ、Ｃ_Ｓ２が推定可能である。

１４の巻線抵抗Ｒ２は、図４の周波数が低い部分の特性から、以下の数式３で推定する。

１７の浮遊容量Ｃ_Ｓ２は、図４の周波数が高い部分の特性から、以下の数式４で推定する。

１６の等価鉄損抵抗Ｒｉは、図４の並列共振点ｆｐから、以下の数式５で推定する。

１５の巻線のインダクタンスＬ２は、図４の並列共振点ｆｐから、以下の数式６で推定する。

次に、前述で推定した回路モデルパラメータＲ２、Ｌ２、Ｒｉ、Ｃ_Ｓ２を、図５に示す回路に適用して遅延量を推定する。図５において、２０の交流電流源ＩＳと１９の信号源インダクタンスＬＳは、電磁ピックアップの鎖交磁束の変化を模擬するための仮想的な信号源である。１８の負荷抵抗ＲＬは、電磁ピックアップに接続された機器の入力インピーダンスである。２１は、巻線のインダクタンスＬ２の鎖交磁束Ｘ２である。２２は、電磁ピックアップ２の出力に誘起される電圧∨Ｌ２である。

図５において、求めたい電磁ピックアップの遅延量は、２１の鎖交磁束Ｘ２に対する、２２の出力電圧∨Ｌ２の位相である。

２１の鎖交磁束Ｘ２は、２０の交流電流源ＩＳと同相であるので、求めたい電磁ピックアップの遅延量は、２０の交流電流源ＩＳに対する、２２の出力電圧∨Ｌ２の位相と等しい。

図５において、１９の信号源インダクタンスＬＳの値は、２０の交流電流源ＩＳに対する２２の出力電圧∨Ｌ２の位相に関与しないため、１９の信号源インダクタンスＬＳを１５の巻線のインダクタンスＬ２と等しくすると、図５の回路は図６の回路に変形できる。

図６において、２３は、Ｌ２とＲｉの合成インピーダンスＺａである。２４は、Ｃ_Ｓ２とＲＬの合成インピーダンスＺｂである。２５はＲ２とＺｂの合成インピーダンスＺｃである。２６は巻線抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉ２である。

２６の巻線抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉ２を、以下の数式７で算出する。

２０の交流電流源ＩＳの位相を０ｄｅｇとすれば、電磁ピックアップの遅延量は、以下の数式８で算出できる。クランク角の検出を始める前に、予め、この電磁ピックアップの遅延量の計算を、各周波数毎に算出し遅延量の推定値として記憶しておく。

最後に、図１の補正部８の動作を説明する。周期測定部４で測定した周期の逆数から、電磁ピックアップの信号の周波数を求め、この周波数に対応した遅延量を遅延量推定部７から読み込み、クランク角検出部３の出力から遅延の推定値を差し引くことで、クランク角を補正する。

１ 円盤
２ 電磁ピックアップ
３ クランク角検出部
４ 周期測定部
５ 基準位相検出部
６ インピーダンス測定部
７ 遅延量推定部
８ 補正部
９ 発振部
１０ スプリッタ
１１ 方向性結合部
１２ ベクトル電圧比率測定部
１３ インピーダンス演算部
１４ 巻線抵抗Ｒ２
１５ 巻線のインダクタンスＬ２
１６ 等価鉄損抵抗Ｒｉ
１７ 浮遊容量Ｃ_Ｓ２
１８ 負荷抵抗ＲＬ
１９ 信号源インダクタンスＬＳ
２０ 交流電流源ＩＳ
２１ 鎖交磁束Ｘ２
２２ 出力電圧∨Ｌ２
２３ Ｌ２とＲｉの合成インピーダンスＺａ
２４ Ｃ_Ｓ２とＲＬの合成インピーダンスＺｂ
２５ Ｒ２とＺｂの合成インピーダンスＺｃ
２６ 巻線抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉ２

Claims (1)

1. クランク軸に取り付けた円周上に歯がある円盤と、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から歯と歯の間の周期を測定する部分と、歯と歯の間の周期測定結果を用いて歯の配列が他と異なる基準位相を検出する部分と、電磁ピックアップの信号と基準位相のタイミングからクランク角を検出する部分を備える装置において、電磁ピックアップのインピーダンスを測定する部分と、測定したインピーダンスから電磁ピックアップの遅延量を推定する部分と、測定した歯と歯の間の周期に対応した遅延推定値で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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