JP2015151883A - クランク角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】欠歯区間においてもクランクシャフトの回転角度を精度よく検出することができるクランク角検出装置を提供する。【解決手段】クランク角検出装置としてのクランク角検出部２７は、内燃機関のクランクシャフトが所定角度回転する毎にパルス信号が出力されるパルス区間とクランクシャフトが基準位置まで回転した際にパルス信号の出力が停止される欠歯区間とを有するクランク信号の周期を計測する周期計測部３０と、パルス区間では周期計測部３０による計測結果に基づいてクランクシャフトの回転周期を予測する一方、欠歯区間では自身が予測した予測結果に基づいて前記クランクシャフトが予め定められている基準角度だけ回転するのに要する時間を予測し、その予測結果に基づいてクランクシャフトの回転周期を予測する周期予測部３３と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトの回転角度を検出するクランク角検出装置に関する。

従来、内燃機関のクランクシャフトの回転角度が所定の角度となったタイミングで燃焼圧センサからの燃焼圧信号を取得することで燃焼割合を算出し、その算出した燃焼割合を用いて、イグナイタの点火時期やインジェクタの燃料噴射時期を制御することが行われている。このとき、クランクシャフトの回転角度を検出するために用いられるクランク信号は、一般的に、内燃機関のクランクシャフトが所定角度回転する毎にパルス信号を出力する態様のものが用いられている。その一方で、クランク信号はパルス信号が離散的に出力される態様であることから、パルス信号間においてはクランクシャフトの回転角度を直接的に求めることが困難である。そのため、計測したパルス信号の間隔に基づいてそれの逓倍信号を生成し、パルス信号間におけるクランクシャフトの回転角度を予測することが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００１−２６３１５０号公報 特開２００１−２７１７００号公報

ところで、上記した態様のクランク信号は、クランクシャフトが基準位置まで回転したことを示すために、クランクシャフトが所定角度回転する毎にパルス信号が出力されるパルス区間と、クランクシャフトが基準位置まで回転した際にパルス信号の出力が停止される欠歯区間とが設けられている。
しかしながら、従来では、欠歯区間はパルス信号が出力されないことから、欠歯区間の前までのパルス信号に基づいて予測が行われていた。そのため、欠歯区間においてクランクシャフトの回転速度が変化した場合等に対処することができず、その予測精度を向上させることができなかった。その結果、クランクシャフトの回転角度の検出精度が低下し、例えば燃焼圧信号の取得が最適なタイミングからずれてしまうおそれがあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、欠歯区間においてもクランクシャフトの回転角度を精度よく検出することができるクランク角検出装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、パルス区間と欠歯区間とを有するクランク信号に基づいてクランクの回転角度を検出する際、パルス区間ではクランク信号の周期を計測する周期計測部による計測結果に基づいてクランクシャフトの回転周期を予測する。一方、欠歯区間では、周期予測部で予測した予測結果に基づいてクランクシャフトが予め定められている基準角度だけ回転するのに要する時間を予測し、その予測結果に基づいてクランクシャフトの回転周期を予測する。これにより、パルス信号が出力されない欠歯区間においても、クランクシャフトの回転角度を精度よく検出することができる。

第１実施形態のクランク角検出装置の電気的構成を模式的に示す図 燃焼１サイクルにおけるクランク信号の一例を示す図 クランク角度検出部の電気的構成を模式的に示す図 欠歯区間での１０°ＣＡフラグのＯＮ／ＯＦＦ態様等を模式的に示す図 欠歯区間での２０°ＣＡフラグのＯＮ／ＯＦＦ態様等を模式的に示す図 クランク角検出装置による予測結果を模式的に示す図 第２実施形態のクランク角検出装置による検出処理の流れを示す図

以下、本発明の複数の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態において実質的に共通する部位については共通する符号を付し、その詳細な説明は省略する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１から図６を参照しながら説明する。
本実施形態では、クランク角検出装置を図１に示す自動車用の内燃機関の制御装置に適用した例を示している。以下、内燃機関の制御装置を、便宜的にＥＣＵ１（Electronic Control Unit）と称する。

ＥＣＵ１は、主たる制御を行うためのマイコン２と、そのマイコン２に接続されている入力回路３、ＥＥＰＲＯＭ４、出力回路５および電源回路６等から構成されている。このＥＣＵ１には、車両に搭載されているバッテリ７から電力が供給され、電源回路６においてマイコン２等で利用する制御用電圧が生成されている。このＥＣＵ１は、ＥＥＰＲＯＭ４等に記憶されているコンピュータプログラムを実行することで、内燃機関（図示省略）の制御を行っている。具体的には、ＥＣＵ１は、入力回路３に接続されている各種センサ８や各種スイッチ９から入力された信号に基づいて内燃機関の制御を行っている。

ＥＣＵ１の入力回路３に接続されている各種センサ８としては、例えば内燃機関の燃焼圧を検出するための燃焼圧センサ１０、カム１１と一体に回転するカムロータ１２に設けられている凹凸を検知することでカム１１の回転角度に応じた信号を出力するカムセンサ１３、および、クランクシャフト１４と一体に回転するクランクロータ１５に設けられている凹凸を検知することでクランクシャフト１４の回転角度（以下、クランク角とも称する）に応じた信号（クランク信号。詳細は後述する）を出力するクランク角センサ１８等がある。また、ＥＣＵ１の出力回路５に接続されている制御対象となる機器としては、点火装置であるイグナイタ１９や、燃料を噴射するインジェクタ２０等がある。ＥＣＵ１は、例えばイグナイタ１９に対しては点火時期を示す点火信号を出力し、インジェクタ２０に対しては燃料の噴射時期を示す噴射信号を出力する。なお、ＥＣＵ１に接続される各種センサ８各種スイッチ９あるいは制御対象となる機器は、これらに限定されるものではなく、他のＥＣＵ等であってもよい。

ＥＣＵ１のマイコン２は、Ｉ／Ｏ２１、ＣＰＵ２２、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、Ａ／Ｄ２５（アナログ／デジタル変換器）、タイマ２６、および、本実施形態におけるクランク角検出装置に相当するクランク角検出部２７等の機能部を備えている。これら各機能部は、データバス２８によって、相互にデータのやり取り可能に接続されている。クランク角検出部２７は、クランク角センサ１８から出力されるクランク信号に基づいてクランク角を検出する。なお、本実施形態ではクランク角検出部２７をハードウェアで構成しているが、後述する第２実施形態にて説明するように、クランク角検出部２７をソフトウェアにより実現してもよい。

ここで、クランク信号の詳細について説明する。クランクシャフト１４と一体に回転するクランクロータ１５には、その周方向に等間隔で設けられている歯１７と、クランクシャフト１４の回転角度の基準となる部位に対応して、歯１７が設けられていない欠歯部１６とが設けられている。本実施形態では、歯１７は１０°ＣＡ（Crank Angle）間隔で設けられている一方、欠歯部１６は２歯分の範囲となるように設けられている。つまり、クランクロータ１５には、合計３４個の歯１７が設けられているとともに、３０°ＣＡの範囲が欠歯部１６となっている。このため、クランク角センサ１８から出力されるクランク信号は、図２に示すように、クランクシャフト１４が回転するのに伴って１０°ＣＡ（Crank Angle）毎にパルス信号が出力するパルス区間と、欠歯部１６に対応してパルス信号が出力されない欠歯区間とを有している。なお、図２では、燃焼１サイクルにおけるクランク信号をＴＤＣ（Top Dead Centre：上死点）とともに例示している。

次に、クランク角検出部２７について説明する。
まず、本実施形態の検出対象であるクランク角について説明する。クランク角は、上記したように内燃機関の制御に用いられている。具体的には、燃焼圧センサ１０からの燃焼圧信号を燃焼１サイクル中の所定の複数のクランク角で取得することで燃焼割合（燃焼１サイクルで燃焼する燃料に対するあるクランク角までに燃焼した燃料の割合）を算出し、その算出した燃焼割合を用いて、イグナイタ１９の点火時期やインジェクタ２０の燃料噴射時期が制御されている。そして、クランク角検出部２７は、その制御の基準となるクランク角を検出する。このとき、燃焼割合や点火時期等をより正確に制御するためには、クランク角が所定の角度となったタイミングで極力正確に燃焼圧信号を取得する必要がある。

そのため、パルス信号が入力される間隔（以下、便宜的にクランク周期とも称する）に基づいて、パルス信号間におけるクランク角をパルス間隔よりも短い間隔で予測あるいは推測することは可能である。例えば、欠歯区間になる前の区間におけるパルス信号に基づいて欠歯区間のクランク角を予測することが可能である。しかし、欠歯区間ではパルス信号が入力されないことから、また、欠歯区間においてもクランクシャフト１４の回転速度が変化することは当然起こり得ることから、パルス区間におけるクランク周期に基づいてクランク周期を予測する手法では、欠歯区間におけるクランク角を検出する際の検出精度を向上させることができなかった。その結果、例えば燃焼圧信号を取得するタイミングが欠歯区間中であった場合にはそのタイミングがずれたり、あるいは点火信号や噴射信号を出力するタイミングが欠歯区間中となった場合にはそのタイミングがずれたりするおそれがあった。

そこで、本実施形態のクランク角検出部２７は、以下のようにして、欠歯区間におけるクランク角の検出精度を向上させている。
まず、パルス区間においてクランク周期を予測する基本的な作動について説明する。図３に示すように、クランク角検出部２７にクランク信号が入力されると、周期計測部３０においてクランク周期、つまり、最後に入力されたパルス信号とその前に入力されたパルス信号との間隔が計測される。このクランク周期は、クランクシャフト１４の回転周期を示している。

さて、周期計測部３０にて計測されたクランク周期がＴであったとする。なお、計測されたクランク周期および後述する予測クランク周期は、本実施形態では少なくとも過去３回分のデータが後述する周期レジスタ３２（記憶手段に相当する）に記憶される。そして、その過去３回分の計測結果に基づいて、後述するように周期予測部３３にて次のパルス信号が入力されるまでの周期が予測され、周期予測部３３から予測クランク周期として出力される。また、周期予測部３３は、後述する欠歯区間においては、クランクシャフト１４が後述する基準角度回転するのに要する時間を予測クランク周期（Ｔ０、Ｔ１０、Ｔ２０）として予測する。

計測されたクランク周期は、セレクタ３１に入力される。このセレクタ３１は、周期予測部３３に入力される周期、つまり、周期予測部３３にて予測を行う際の基準となる周期を、クランク周期と、後述する予測クランク周期とに切り替えるためのものであり、切替手段に相当する。セレクタ３１は、パルス区間ではクランク周期を入力する一方、欠歯区間においては基本的には予測クランク周期を入力するように切り替える。なお、切り替えのタイミングについては後述し、ここではクランク周期が入力されるものとする。

周期予測部３３は、周期レジスタ３２に記憶されているクランク周期の今回の計測結果がＴ（ｉ）、前回の計測結果がＴ（ｉ−１）、前々回の計測結果がＴ（ｉ−２）であったとすると、補正値ΔＴを以下の（１）式〜（２）式に基づいて算出する。
ΔＴ１＝Ｔ（ｉ−１）−Ｔ（ｉ−２） ・・・（１）
ΔＴ２＝Ｔ（ｉ）−Ｔ（ｉ−１） ・・・（２）
ΔＴ３＝（ΔＴ２×ΔＴ２）÷ΔＴ１ ・・・（３）

続いて、周期予測部３３は、パルス区間における予測周期Ｔ’を、以下の（４）式のように算出する。
Ｔ’＝Ｔ（ｉ）＋ΔＴ３ ・・・（４）
つまり、周期予測部３３は、クランクシャフト１４の回転速度の変化の傾向に基づいて予測周期Ｔ’を求めている。なお、この予測周期Ｔ’は、パルス信号の計測結果に基づいて算出されたものであり、パルス区間における予測周期を示すものであるが、後述するように、欠歯区間における最初の予測値である予測周期Ｔ０と同一の値となる。

周期予測部３３から出力された予測クランク周期は、逓倍クロック生成部３４に入力される。そして、逓倍クロック生成部３４は、クランク信号に同期したクロックであって、予測クランク周期の間隔のｎ倍に逓倍された逓倍角度クロックを生成して出力する。本実施形態では、逓倍数は１０に設定されている。
逓倍クロック生成部３４は、パルス区間においては、クランク信号、より厳密には、パルス信号が入力される毎にリセットされる一方、パルス信号が入力されてから１０°ＣＡ÷逓倍数を超えるクロックを出力しないように構成されている。これは、逓倍角度クロックはあくまでもクランク角の予測に用いられるものであることから、次のパルス信号が入力される前に誤って１０°ＣＡを超えたと判定されることを防止するためである。

一方、逓倍クロック生成部３４は、欠歯区間においては、パルス信号が入力されてから１０°ＣＡ÷逓倍数を超えた場合であっても、継続してクロックを出力する。ただし、欠歯区間の角度の上限、本実施形態では３０°ＣＡ（２歯欠けているので、１０°ＣＡ×３＝３０°ＣＡの範囲が欠歯区間となる）を超えてクロックを出力することはない。なお、パルス区間であるか欠歯区間であるかの判定は、パルス信号数をカウントする後述する上位カウンタ３８の値により特定することができる。

逓倍クロック生成部３４で生成された逓倍角度クロックは、角度カウンタ３７に入力される。角度カウンタ３７は、クランク信号つまりはパルス信号の立ち下がりエッジをカウントする上位カウンタ３８と、逓倍角度クロックの立ち下がりエッジをカウントする下位カウンタ３９とから構成されている。このうち、上位カウンタ３８は、欠歯区間の終了とともにリセットされる。また、下位カウンタ３９は、パルス信号の入力毎に初期化される。このため、上位カウンタ３８の値が大きいほど、また、下位カウンタ３９の値が大きいほど、基準位置からのクランクシャフト１４の回転角度が大きいことになる。つまり、角度カウンタ３７は、クランク角を特定可能な角度情報を生成している。

このため、上位カウンタ３８の値によって１０°ＣＡ刻みでクランクシャフト１４の回転角度を特定でき、下位カウンタ３９の値によってパルス信号間におけるクランクシャフト１４の回転角度を特定できる。すなわち、角度カウンタ３７のカウント値に基づいて、クランクシャフト１４の回転角度を予測あるいは推定することができ、もって、クランクシャフト１４の回転角度を検出することが可能となる。なお、本実施形態の場合には３４歯であるので、上位カウンタ３８のカウント値が「３４」となった時点で欠歯区間になったと判定することができる。また、下位カウンタ３９は逓倍角度クロックをカウントしているので、例えば逓倍数を１０に設定したのであれば、下位カウンタ３９のカウント値によって１０°ＣＡ÷１０＝１°ＣＡ刻みでクランク角を特定することが可能となる。

なお、逓倍数が大きければ大きいほど角度精度を高めること、換言すると、より詳細なタイミングでの制御を行うことができるが、逓倍数は適宜設定すればよい。例えば逓倍数を１００に設定した場合には、０．１°ＣＡ刻みでクランク角を特定することができる。また、逓倍数を１００に設定した場合であっても、カウント値が０〜９の範囲であれば１°ＣＡに対応すると判定する等、カウント値の範囲によってもクランク角を特定することができるため、１°ＣＡ刻みでクランク角を特定することも可能である。

この角度カウンタ３７は、角度カウンタ３７のカウント値と下位カウンタ３９のカウント値とを含む（あるいは、カウント値を示す）角度カウント信号を出力する。この角度カウント信号は、クランクシャフト１４の回転角度を特定可能な情報である。そして、クランク角検出部２７自身やＣＰＵ２２等において角度カウント信号に基づいてクランク角を特定することで、つまり、クランク角を検出することで、上記したような燃焼圧を取得するタイミング等が制御される。なお、下位カウンタ３９のカウント値は、詳細は後述するが、１０°ＣＡフラグ生成部および２０°ＣＡフラグ生成部にも入力される。

このように逓倍角度クロックをカウントすることにより、パルス信号間において、より詳細にクランク角を検出することができる。
ところで、パルス区間では、パルス信号が入力される毎に初期化された逓倍角度クロックが出力されるため、仮に下位カウンタ３９に誤差が生じたとしても、その誤差はパルス信号が入力される毎にリセットされる。一方、パルス信号が入力されない欠歯区間では、下位カウンタ３９の誤差がリセットされないため、誤差が蓄積されるおそれがある。また、上記したように欠歯区間においてクランクシャフト１４の回転速度が変化した場合には、その誤差が大きくなる。

そこで、本実施形態では、欠歯区間でのクランク角の検出を以下のように行っている。以下、図４、図５に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、図４、図５には、欠歯区間のクランク信号、クランク信号のパルス信号数をカウントする上位カウンタ３８、パルス信号に同期して出力される逓倍角度クロック、逓倍角度クロックをカウントする下位カウンタ３９、欠区間において１０°ＣＡ回転したことを示す１０°ＣＡフラグのＯＮ／ＯＦＦの態様、欠区間において２０°ＣＡ回転したことを示す２０°ＣＡフラグのＯＮ／ＯＦＦの態様、および予測クランク周期が示されている。

まず、欠歯区間が開始された時点では、上記したように、セレクタ３１によって周期予測部３３にはクランク信号が入力される。このため、周期予測部３３は、上記した（１）式〜（４）式に基づいて、クランク信号の予測周期Ｔ０を予測する。なお、この予測周期Ｔ０は、パルス区間における予測周期Ｔ’と同じ値となる。つまり、本実施形態では、周期予測部３３が予測するクランクシャフト１４が予め定められている基準角度とは、上記した所定角度（本実施形態では１０°ＣＡ）であり、周期予測部３３は、欠歯区間においてクランクシャフト１４が所定角度だけ回転するのに要する時間を、その予測周期を求めることによって間接的に求めている。

さて、欠歯区間では逓倍角度クロックは１０°ＣＡを超えて出力されるため、角度カウンタ３７が１０°ＣＡを示す値（あるいは範囲）となった場合、クランクシャフト１４が１０°ＣＡ回転したものと推定することができる。そして、クランク角検出部２７の１０°ＣＡフラグ生成部は、下位カウンタ３９の値が１０°ＣＡを示す値となると、１０°ＣＡフラグをＯＮする。この１０°ＣＡフラグは、セレクタ３１の入力を切り替えるフラグでもあり、セレクタ３１は、１０°ＣＡフラグがＯＮされると、周期予測部３３へ入力信号を、クランク周期（Ｔ）から予測クランク周期（Ｔ０）へと切り替える。

そして、周期予測部３３は、入力された予測クランク周期に基づいて、新たに予測周期を求める。具体的には、上記した（１）式〜（４）式において、先に予測した予測周期Ｔ０を今回の周期Ｔ（ｉ）として用いるとともに、過去３回分の周期に基づいて新たな予測周期Ｔ１０を求めている。そして、予測周期Ｔ１０の新たな予測クランク周期に基づいて、新たな逓倍角度クロックが生成および出力される。つまり、クランク角検出部２７は、欠歯区間においてクランクシャフト１４が基準角度（本実施形態では、所定角度＝１０°ＣＡ）回転したことが検出されたタイミングで、新たにクランクシャフト１４の回転周期を予測する。この場合、予測周期Ｔ１０は、予測周期Ｔ０、パルス区間で計測された最後の周期およびその前の周期に基づいて求められている。つまり、クランクシャフト１４の回転速度の変化の傾向に追従した周期が求められている。

これにより、図５に示すように、欠歯区間における１０°ＣＡ以降において次に所定角度だけ回転するまでの間は、予測周期Ｔ０に対応する逓倍角度クロックに基づいて下位カウンタ３９がカウントアップし、予測周期Ｔ０に基づいてクランク角が検出されることになる。

そして、欠歯区間においてさらに所定角度回転したことが検出されたタイミングで、つまり、図５に示すように下位カウンタ３９が２０°ＣＡを示す値となったタイミングで、２０°ＣＡフラグがＯＮされる。このとき、クランク角検出部２７は、先に予測した予測周期Ｔ１０を今回の周期Ｔ（ｉ）として用いるとともに、過去３回分の周期に基づいて新たな予測周期Ｔ２０を求めている。つまり、予測周期Ｔ２０は、予測周期Ｔ１０、予測周期Ｔ０、およびパルス区間で計測された最後の周期に基づいて求められている。そして、予測周期Ｔ２０の新たな予測クランク周期に基づいて、新たな逓倍角度クロックが生成および出力され、欠歯区間における２０°ＣＡから次の所定角度でまでの区間において、クランク角が検出されることになる。

このように、クランク角検出部２７は、欠歯区間中にもクランクシャフト１４の周期を再予測している。これにより、図６に模式的に示すように、従来構成のクランク角検出装置のように欠歯区間となる前の予測値αを欠歯区間の全体に用いてクランク角を検出する場合に比べて、実施形態のクランク角検出装置のように欠歯区間中に予測を繰り返して予測値α１、α２、α３を用いてクランク角を検出可能することで、角度カウント値（下位カウンタ３９の値）が欠歯区間の最後となる３０°ＣＡとなった時点における予測したクランク角と実際の回転角度との誤差を小さくすることが可能となる。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
クランク角検出装置としてのクランク角検出部２７は、パルス区間と欠歯区間とを有するクランク信号に基づいてクランク角を検出する際、パルス区間では周期計測部３０による計測結果に基づいてクランクシャフト１４の回転周期を予測する一方、欠歯区間では自身が予測した予測結果に基づいてクランクシャフト１４が予め定められている基準角度だけ回転するのに要する時間（本実施形態では周期）を予測し、その予測結果に基づいてクランクシャフト１４の回転周期を予測する。これにより、欠歯区間においてクランク角を検出する際の精度を向上させることができる。

クランク角検出部２７は、欠歯区間においてクランクシャフト１４が基準角度回転したことを検出し、クランクシャフト１４が基準角度回転したことが検出されたタイミングで新たにクランクシャフト１４の周期を予測する。これにより、欠歯区間中にも複数回の予測を行うことができ、検出精度を向上させることができる。
このとき、クランク角検出部２７は、過去３回分の周期を用いて新たな周期を予測しているので、周期の変化の傾向を含んだ状態、すなわち、クランクシャフト１４の回転速度の変化に追従させた状態で周期を予測することができる。したがって、実際の回転角度との間に誤差が生じるおそれを低減することができる。

また、欠歯区間中に予測を行う基準角度は、所定角度である。このため、パルス区間と欠歯区間とにおいて同じ角度毎に予測を行うことで、処理を共通化することができる。また、処理を共通化することにより、最小限の回路を追加することでクランク角検出装置を実現することができる。つまり、処理を共通化することにより、クランク角検出部２７を構成するのにようする回路規模を縮小することができ、小型化や低コスト化をも図ることができる。

クランク角検出装置は、パルス区間においては、周期予測部３３に入力される周期をクランク周期に切り替える一方、欠歯区間においては、周期予測部３３に入力される周期を当該周期予測部３３にて予測された回転周期を示す予測クランク周期に切り替える切替手段としてのセレクタ３１を設け、クランク角検出部２７をマイコン２内に実装したハードウェアで構成している。これにより、クランク角検出装置は、高速で回転するクランクシャフト１４の回転速度に追従させて高速に処理を行うことができる。

また、実施形態では、セレクタ３１により周期予測部３３に入力する周期を切り替え、周期予測部３３は、入力された周期に基づいて予測クランク周期を予測する構成としている。つまり、周期予測部３３は、パルス区間においても欠歯区間においても、同じ態様にて周期の予測を行っている。そのため、パルス区間と欠歯区間と周期予測部３３の処理を共通化することができ、クランク角検出装置をハードウェアで構成する場合に回路規模を縮小することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、図７を参照しながら説明する。第２実施形態では、クランク角検出装置をソフトウェアで実現している点において、第１実施形態と異なっている。なお、図７に示す検出処理は、その大まかな流れは第１実施形態と共通するので、重複する部分については詳細な説明は省略する。

第２実施形態の場合、クランク角検出装置は、図１に示したクランク角検出部２７をソフトウェアで実現された構成となっている。このクランク角検出装置は、図７に示す検出処理を実行しており、クランク信号が入力されると（Ｓ１）、１０°ＣＡフラグ、２０°ＣＡフラグに応じて周期予測処理を実行する（Ｓ２）。ここで、１０°ＣＡフラグは、第１実施形態と同様に欠歯区間においてクランクシャフト１４が基準角度だけ回転したことを検出したときにＯＮされるフラグである。本実施形態の場合、１０°ＣＡフラグは、下位カウンタ３９のカウント値が１０°ＣＡを示したとき（Ｓ３：ＹＥＳ）にＯＮされ（Ｓ４）、２０°ＣＡフラグは、下位カウンタ３９のカウント値が２０°ＣＡを示したとき（Ｓ５：ＹＥＳ）にＯＮされる（Ｓ６）フラグである。

ここで、周期予測処理の詳細について説明する。クランク角検出装置は、第１実施形態で示した逓倍クロック生成部３４および角度カウンタ３７にて行われる処理を、ソフトウェア的に実現している。ただし、検出精度を考慮して、逓倍角度クロックに相当するクロックおよび経過時間を計測するためのカウンタは、マイコン２に内蔵されているタイマ２６を用いている。なお、タイマ２６は、パルス区間の少なくとも逓倍数のクロックをカウント可能な構成となっている。また、計測あるいは予測された周期は、例えばＲＡＭ２４等の記憶手段に、本実施形態では少なくとも過去３回分のデータが記憶されている。

具体的には、クランク角検出装置は、クランク信号が入力されると（Ｓ１）、タイマ２６をリセットする。そして、クランク角検出装置は、パルス区間においては次のパルス信号が入力されるまでの間隔をタイマ２６のカウント値に基づいて計測し、前述の（１）式〜（４）式に基づいてクランクシャフト１４の回転周期（第１実施形態のＴ’に相当する）を予測する。そして、パルス区間においては、予測周期Ｔ’に基づいて、パルス信号が入力されてからの経過時間をタイマ２６にてカウントすることで、クランク角を検出する。なお、パルス区間においては、カウント値は１０°ＣＡを上限としている。

一方、クランク角検出装置は、欠歯区間が開始されると、最初の予測周期Ｔ０を求め、その予測周期Ｔ０に基づいてクランク角を検出する。この欠歯区間では、カウント値の上限は欠歯区間に対応する角度（本実施形態では、第１実施形態と同じ３０°ＣＡ）の範囲を上限としている。予測周期Ｔ０を予測すると、クランク角検出装置は、タイマ２６に予測周期Ｔ０の逓倍となるカウンタを設定し、そのカウント値に基づいてクランク角を検出する。つまり、本実施形態では、カウント値がクランクシャフト１４の回転角度を特定可能な情報となっている。

そして、クランク角検出装置は、欠歯区間において１０°ＣＡだけ回転したことを検出すると、つまり、図７に示す検出処理のステップＳ３においてカウント値が１０°ＣＡとなると、１０°ＣＡフラグをＯＮする。続いて、クランク角検出装置は、１０°ＣＡフラグがＯＮになったことから、ステップＳ２において、第１実施形態と同様に今回の予測周期Ｔ０を用いて次の予測周期Ｔ１０を求める。そして、タイマ２６に予測周期Ｔ１０の逓倍となるカウンタを設定し、そのカウント値に基づいてクランク角を検出する。

その後、クランク角検出装置は、欠歯区間において２０°ＣＡだけ回転したことを検出すると、つまり、図７に示す検出処理のステップＳ５においてカウント値が２０°ＣＡとなると、２０°ＣＡフラグをＯＮする。そして、クランク角検出装置は、２０°ＣＡフラグがＯＮになったことから、ステップＳ２において、第１実施形態と同様に今回の予測周期Ｔ１０を用いて次の予測周期Ｔ２０を予測する。そして、タイマ２６に予測周期Ｔ２０の逓倍となるカウンタを設定し、そのカウント値に基づいてクランク角を検出する。

このように、第２実施形態のクランク角検出装置も、パルス区間では周期計測部３０による計測結果に基づいてクランクシャフト１４の回転周期を予測する一方、欠歯区間では自身が予測した予測結果に基づいてクランクシャフト１４が予め定められている基準角度だけ回転するのに要する時間（本実施形態では周期）を予測し、その予測結果に基づいてクランクシャフト１４の回転周期を予測する。これにより、欠歯区間においてクランク角を検出する際の精度を向上させることができる。

また、クランク角検出装置は、欠歯区間においてクランクシャフト１４が基準角度回転したことを検出し、クランクシャフト１４が基準角度回転したことが検出されたタイミングで新たにクランクシャフト１４の回転周期を予測する。これにより、欠歯区間中にも複数回の予測を行うことができ、検出精度を向上させることができる。

このとき、クランク角検出装置は、過去３回分の周期を用いて新たな周期を予測しているので、周期の変化の傾向を含んだ状態、すなわち、クランクシャフト１４の回転速度の変化に追従させた状態で周期を予測することができる。したがって、実際の回転角度との間に誤差が生じるおそれを低減することができる。

また、欠歯区間中に予測を行う基準角度は、所定角度である。このため、パルス区間と欠歯区間とにおいて同じ角度毎に予測を行うことで、処理を共通化することができる。
また、クランク角検出装置をソフトウェアで構成することにより、つまり、クランク角を検出する機能をソフトウェアで実現することにより、多数の追加部品等を設けなくてもクランク角を検出することができる。このとき、本実施形態のように一般的なマイコン２に内蔵されているタイマ２６を利用すれば、追加部品を必要とすることなくクランク角を検出することができるとともに、高速で回転するクランクシャフト１４の回転角度を精度よく検出することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した一実施形態にて例示したものに限定されることなく、その範囲を逸脱しない範囲で任意に変形や拡張することができる。
実施形態で示した歯数や所定角度、逓倍数等の数値は一例であり、それらに限定されるものではない。
過去３回分の周期に基づいて新たな周期を予測する構成としたが、過去４回分やそれ以上の回数等、予測する際に用いる情報数は適宜変更してもよい。

図面中、２４はＲＡＭ（記憶手段）、２６はタイマ（周期計測手段）、２７はクランク角検出部（クランク角検出装置）、３０は周期計測部（周期計測手段）、３１はセレクタ（切替手段）、３２は周期レジスタ（記憶手段）、３３は周期予測部（周期予測手段）を示す。

Claims (5)

1. 内燃機関のクランクシャフト（１４）が所定角度回転する毎にパルス信号が出力されるパルス区間と前記クランクシャフト（１４）が基準位置まで回転した際にパルス信号の出力が停止される欠歯区間とを有するクランク信号の周期を計測する周期計測手段（３０）と、
   前記パルス区間では前記周期計測手段（３０）による計測結果に基づいて前記クランクシャフト（１４）の回転周期を予測する一方、前記欠歯区間では自身が予測した予測結果に基づいて前記クランクシャフト（１４）が予め定められている基準角度だけ回転するのに要する時間を予測し、その予測結果に基づいて前記クランクシャフト（１４）の回転周期を予測する周期予測手段（３３）と、
   を備えたことを特徴とするクランク角検出装置。
2. 前記周期予測手段は、前記欠歯区間において前記クランクシャフト（１４）が前記基準角度回転したことが検出されたタイミングで、新たに前記クランクシャフト（１４）の回転周期を予測することを特徴とする請求項１記載のクランク角検出装置。
3. 前記基準角度は、前記所定角度であることを特徴とする請求項１または２記載のクランク角検出装置。
4. 該クランク角検出装置（２７）をハードウェアで構成し、
   前記パルス区間においては、前記周期予測手段（３３）に入力される周期を前記周期計測手段（３０）による計測結果であるクランク周期に切り替える一方、前記欠歯区間においては、前記周期予測手段（３３）に入力される周期を当該周期予測手段（３３）によって予測された回転周期を示す予測クランク周期に切り替える切替手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のクランク角検出装置。
5. 該クランク角検出装置をソフトウェアで構成し
   ソフトウェアで実現された前記周期計測手段の計測結果を記憶する記憶手段（２４）を備え、
   ソフトウェアで構成された前記周期予測手段は、前記パルス区間においては前記記憶手段に記憶されている計測結果に基づいて前記クランクシャフト（１４）の回転周期を予測する一方、前記欠歯区間においては、前記記憶手段（２４）に記憶されている計測結果を自身の予測結果に書き換え、その予測結果に基づいて前記クランクシャフト（１４）の回転周期を予測する予測処理を実行することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のクランク角検出装置。

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