JP2621441B2

JP2621441B2 - 内燃機関のクランク角センサ

Info

Publication number: JP2621441B2
Application number: JP29525188A
Authority: JP
Inventors: 敏夫高畑; 正博久富
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1997-06-18
Anticipated expiration: 2012-06-18
Also published as: JPH02140463A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、多気筒内燃機関のクランク軸回転数や各気
筒を検出してコンピュータによる燃料供給量や点火時期
制御用等に供するクランク角センサの改良に関する。

従来の技術周知のように、火花点火式４サイクル内燃機関に用い
られる従来のクランク角センサとしては電磁ピックアッ
プを用いたピックアップ方式のものや光電素子を用いた
光電方向のものなど種々提供されている。その光電方式
の一例としては、特開昭60−98171号や特開昭60−26197
8号公報に記載されたもののように、ディストリビュー
タに内蔵されてクランク軸と同期回転するロータプレー
トの外周側に、クランク角度位置検出用の複数のシグナ
ルスリットを形成する一方、内周側に各気筒判別用のシ
グナルスリットを形成し、夫々のシグナルスリットから
２つの信号をピックアップしてマイクロコンピュータに
出力している。マイクロコンピュータは、斯かる各信号
等に基づき、主として固定点火時期や可変点火時期によ
る点火時期制御や燃料噴射量制御等を行なっている。

発明が解決しようとする課題然し乍ら、上記従来のクランク角センサにあっては、
ロータプレートに内外多重のシグナルスリットが形成さ
れ、特にクランク角度位置検出用スリットは微小に形成
されるため製造が複雑でかつその製造作業が煩雑とな
り、したがってコストの高騰が余儀なくされる。

また、特に後者の従来例にあっては、気筒判別用スリ
ットがクランク軸の圧縮上死点位置とは関連のない位置
に形成されているため、例えば機関始動時などにおい
て、気筒判別ができない場合には、クランク角度位置信
号による場合の他、気筒判別信号によって点火するの
で、イクニッションコイルへの誤配電により例えば吸気
行程時に点火してしまう虞れがある。

課題を解決するための手段本発明は、上記従来の各問題点に鑑みて案出されたも
ので、例えば光電式クランク角センサの構成を前提とし
て、とりわけロータプレートに気筒数に対応したシグナ
ルスリットと１つの気筒判別基準信号スリットとを同一
円周上に設けると共に、上記各シグナルスリットを周方
向へ等間隔に配置しかつクランク角圧縮上死点前90゜以
内の位置に形成する一方、上記気筒判別基準信号スリッ
トを圧縮上死点後30゜以内の位置に形成したことを特徴
としている。

作用上記構成の本発明によれば、ロータプレートに設けら
れる全部のスリットを同一円周上に設け、また全スリッ
ト数が気筒数プラス１だけであるめ、ロータプレートの
簡素化が図れると共に製造作業性が向上する。しかも、
各スリットを上述のような特異な配置構成としたため、
例えば始動時において気筒判別ができない場合であって
も、点火時期を第１気筒の圧縮上死点前で点火した後、
気筒判別基準パルス信号によって更に圧縮上死点後30゜
以内に点火するように制御される。したがって、誤配電
による例えば吸気行程時の点火等が確実に防止される。

実施例以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。

第３図は本発明が適用される４サイクル４気筒の電子
制御式内燃機関１における機械的構成を示しており、２
はCPU3,ROM4,RAM5,I/Oポート６を備えたコントローラた
るマイクロコンピュータであって、このマイクロコンピ
ュータ２は、吸気管７のエアフローメータ８からの吸気
量信号Qaや、スロットルバルブ９の開度検出センサ10か
らの開度量信号TVOや、水温センサ11からの冷却水温信
号T_Wの他、排気管12に設けられたO₂センサ13からの基準
電圧V_Sや、ディストリビュータ14に内蔵された光電式の
クランク角センサ21からの機関回転数信号Ｎ等を入力し
て現在の機関運転状態を検出し、最適な点火時期制御を
行なってその信号を点火プラグ15に出力している一方、
噴射燃料量を制御してその信号を燃料噴射弁16に出力し
ている。

そして、上記クランク角センサ21は、第１図に示すよ
うにディスシャフト17に連結されたロータプレート22
と、該ロータプレート22の上下にセットされた図外の発
光ダイオード及び受光ダイオードと、信号処理部とを備
えており、上記ロータプレート22には、＃1,＃2,＃3,＃
４気筒に対応した４つのシグナルスリット23,24,25,26
と、１つの気筒判別基準信号用スリット27とが同一円周
上に設けられている。上記４つのシグナルスリット23,2
4,25,26は、周方向へ同一の長さに設定され、互いにデ
ィスシャフト17を中心とした対称位置つまり180゜の等
間隔位置に配設されている。また、各シグナルスリット
23,24,25,26はそのパルス信号が第２図のａにも示すよ
うにクランク回転各の圧縮上死点（TDC）前約75゜付近
から立上がり、TDC前約５゜付近で立下るようにそのＨ
レベルエッジからＬレベルエッジまでの巾長さが設定さ
れている。一方、気筒判別基準信号用スリット27は、周
方向の長さが各シグナルスリット23,24,25,26の長さよ
りも短く設定され、＃１気筒シグナルスリット23の近傍
つまり上記TDC後約30゜以内に設けられ、Ｈレベルエッ
ジ（OH）がTDC後約５゜位置に設定されている。

そして、上記各スリット23,24,25,26,27を通過する光
によって第２図ａに示すようなクランク角180゜信号と
気筒判別基準信号とのON−OFFパルス信号が出力されて
いる。そして、この各パルス信号を入力したマイクロコ
ンピュータ２は、クランク角180゜信号間の時間を計測
してエンジン回転数Ｎを検出し、このエンジン回転数Ｎ
とエアフローメータ８からの吸気量信号Qaとの関数で求
められて予め記憶された点火時期値データによって可変
点火時期制御を行なっている（第２図ｃ参照）と共に、
アイドル時や減速時などには上記点火時期値データを用
いないエンジン回転数Ｎに応じた固定点火時期制御を行
なっている（第２図ｂ参照）。尚、上記180゜パルス信
号のＨレベル巾は70゜、Ｌレベル巾は110゜に設定され
ており、上記固定点火時期制御における通電時間は上記
180゜パルス巾と同一であり、点火時期はＬレベルエッ
ジと同時期になっている一方、可変点火時期制御におけ
る通電時間はマイクロコンピュータ２に記憶している通
電時間を通電角に演算して求められ、点火時期は180゜
信号のＨレベルを基準とした所定角度の進角時期に設定
されている。

また、上記マイクロコンピュータ２は、燃料噴射制御
についても、機関運転状態に応じて例えば始動時には上
記クランク角度位置検出信号に基づいて全気筒同時噴射
を行ない、一方所定の条件下ではクランク角度位置検出
信号と気筒判別信号に基づいて各気筒の圧縮上死点前に
順番に噴射する所謂シーケンシャル噴射を行なってい
る。

以下、上記マイクロコンピュータ２の制御作用を第４
図のフローチャートに基づいて説明する。この基本ルー
チンはクランク各センサ21から出力されたパルス信号の
立上りあるいは立下りで割り込みする。まず、セクショ
ン１で各パルス間（第２図DT₁〜DT_n）の時間を読み取
り、セクション２で時間比（DDT）をDT_n-1/DT_nの式で求
める。次にセクション３で始動スイッチをONした後に入
力パルスは所定の回数以上か否かを判断する。ここでN
O、つまりクランク軸２回転以下で５パルス発生以下で
あれば、何んの判別もしないためセクション４に進む。
ここでは、燃料噴射をＨレベル信号の２回に１回、点火
をＨレベル信号で通電し、Ｌレベルで放電の制御フラグ
（FLG）を立てて後述のルーチン（FLGA＝０）に進む。
一方、上記セクション３でYESであればセクション５で
パルス信号はＨレベルか否かを判別し、Ｈレベルではな
い場合は立上りエッジによる割り込みにより次のルーチ
ンへ進む。このセクション５でＨレベルであると判別し
た場合は、セクション６に進み、ここでは上記セクショ
ン２で計算した時間比が所定値以上か否かを判別する。
すなわち、ここではパルス信号の今回のＬレベル角度θ
_２と前回のＨレベル角度θ_２の比θ₁/θ_２（第２図参
照）が例えば３よりも大きいか否かを判別する。ここで
「３以上」としたのはパルス巾の分解能が発揮できる範
囲でかつ点火時期の固定進角範囲（５゜〜10゜）が得ら
れる値とするためである。ここで、３以上と判断した場
合（５回に１回の気筒判別基準信号のOHの場合）は、セ
クション７で気筒認識信号であるFLGBで１を立てて、単
に気筒を認識する。次に、セクション８で後述の180゜
角度間の計測時間T₁₈₀からの式により通常の機関回転数Ｎを演算する。次に、セク
ション９で始動スイッチがOFFか否かを判別し、OFFであ
ればセクション10で上記機関回転数Ｎが例えば400r・ｐ
・ｍ以上か否かを判別し、400r・ｐ・ｍ以上であればセ
クション11でFLGCが１になっているかを判別する。つま
りここでは、上記始動スイッチや機関回転数等の全ての
条件がシーケンシャル制御の可能条件を満たしているか
否かを判別し、YESであればセクション12でシーケンシ
ャル噴射，点火進角を実施するフラグを立てて後述のル
ーチン（FLGA＝２）に移行する。

一方、上記セクション9,10,11のいずれか１つがNOで
あればセクション13に進み、ここではクランク軸１回転
２回の同時燃料噴射と、固定の通電角，点火時期を実施
するフラグを立てて後述のルーチン（FLGA＝１）に移行
する。

一方、上記セクション６でNOと判別した場合（気筒判
別基準信号のOHの場合以外）は、セクション14でFLGBが
１になっているか否かを判別し、つまり気筒認識信号が
立っているか否かを判別して、YESであればセクション1
5でＭシリンダ（CYL）を０にして基準を置く。ここでMC
YLとは、0,1,2,3を用いる変数であって、０のときは第
１気筒、１のときは第２気筒としており、上記FLGB＝１
ではMCYLを０にセットしている。続いて、セクション16
でFLGCを１に立てて、セクション17で上記のように機関
回転数Ｎを求める要素として180゜間の時間T₁₈₀をによって計測する。つまりここでは、セクション15でMC
YL＝０となっているため、DT₂＋DT₃＋DT₄＋DT₅の４つの
時間を加算して計測している。次に、セクション18で
は、点火時期の基準となるＬレベル間（110゜）の時間D
TBを計測するものであって、この場合は気筒判別基準信
号27があるため、この信号を含めたによって計測する。つまり、DT₃＋DT₄＋DT₅の３つの時
間を加算して計測する。

続いてセクション19では、上記110゜間の時間DTBを順
次更新して新しい基準値を計測して記憶する。これは角
加速度分を計算するために用いられるものである。次に
セクション20でFLGBを０にする。つまりFLGBが０のとき
は気筒判別基準信号27の立っていないところの状態であ
って、このときはセクション15でMCYL＝０になっている
ので次は０＋１で第１気筒、次は第２気筒…と認識され
て、上記セクション８に移行し、以後上述のような判
断，処理がなされる。

また、上記セクション14でFLGBに１が立っていない場
合は、気筒識別信号27が出されておらず、したがってセ
クション21でMCYLを１気筒づつ加算する処理を行ない、
次にセクション22での式で180゜の時間計測をする。続いてセクション23で1
10゜の時間DTBをDT_nから計測し、上述のセクション19に
移行して以後の処理を行なう。

以下、上述のFLGA＝0,FLGA＝1,FLGA＝２のルーチンに
ついて説明する。まず、気筒識別ができていないセクシ
ョン４からFLGA＝０のルーチンは、第５図に示すように
セクション30で再びパルス信号がＨレベルか否かを判別
し、YESであればセクション31において圧縮上死点前約7
5゜付近でイグニッション１次コイルに通電し、セクシ
ョン32で前回のパルスＨレベル信号で燃料噴射を行なっ
たか否かを判断し、YESであれば何んの処理もせずにそ
のままリターンする。セクション32でNOと判断した場合
は、セクション33でＨレベル信号の２回に１回の割合で
全気筒同時噴射を行なう。また、上記セクション30でパ
ルス信号がＬレベルであると判断した場合は、セクショ
ン34でイグニッション１次コイルの電流を遮断する。す
なわち圧縮上死点前約５゜付近で点火してリターンす
る。尚、斯かる気筒判別が行なわれない状態では、上記
クランク角度位置信号の他に気筒判別信号時にも点火さ
れるが、気筒判別基準信号は圧縮上死点後５゜で発生
し、圧縮行程直後の点火になるため、機関サイクルに何
んらの影響がなく却って良好な燃焼作用が得られる。

次に、セクション13に続くFLGA＝１のルーチンにおい
ては、既に気筒識別がなされており、始動時等の運転条
件下であるため、第６図に示すような制御となる。ま
ず、セクション40でパルス信号がＨレベルか否かを判断
し、Ｈレベルである場合はセクション41で上記時間比が
所定値以上つまり「３」以上か否かを判別する。ここで
３以上と判断するとセクションで気筒識別のフラグを立
ててそのままリターンする。また、上記セクション40で
NOつまりＬレベルと判断した場合は、セクション43に進
み、ここでは気筒識別フラグが立っているか否かを判断
し、立っている場合はそのままリターンするが、立って
いなければセクション44でイグニッション１次コイルの
電流を遮断して上記固定点火時期制御に基づき点火を開
始する。一方、上記セクション41で時間比が「３」以下
であると判断した場合、つまり気筒判別基準信号以外の
パルス信号Ｈレベルにきたときには、セクション45で１
次コイルに通電し、続いてセクション46で前回のＨレベ
ルで噴射したか否かを判断する。ここでYESであればセ
クション48に進み、NOであればセクション47でクランク
軸１回転で２回の全気筒同時噴射を行ないセクション48
に進む。このセクション48では、気筒識別フラグを降ろ
す処理を行ないそのままリターンする。

次に、セクション12から続くFLGA＝２のルーチンは、
第７図に示すようにセクション50でパルス信号がＨレベ
ルか否かを判断し、NOであればそのままリターンする
が、YESであればセクション51で時間比が「３」以上か
否かを判断する。ここでYESであれば信号をクリアする
がNOであればセクション52でシーケンシャル制御に基づ
きMCYLに対応する各気筒での可変点火時期制御による点
火・通電を行なうと共に、各気筒毎の燃料噴射を行な
い、そのままリターンする。

尚、上記実施例では４気筒機関に適用したものを示し
ているが本発明はこれに限定されず、また光電式に限定
されない。

発明の効果以上の説明で明らかなように、本発明に係る内燃機関
のクランク角センサによれば、気筒数に対応したシグナ
ルスリットと、１つの気筒判別基準信号スリットとをロ
ータプレートの同一円周上に設けたため、ロータプレー
トの構造が簡素化され、したがって、シグナルピックア
ップ機構を含めたクランク角センサ全体の構造が簡単と
なる。この結果、製造作業が容易になると共に、コスト
の大巾な低廉化が図れる。

しかも、特に各シグナルスリットをクランク角上死点
前90゜以内に形成する一方、気筒判別基準信号スリット
を上死点後30゜以内に形成したため、機関運転状態によ
り気筒判別が不可能な場合においてクランク角度位置信
号の他、気筒判別信号でも点火したとしても、必ず圧縮
上死点前と直後に点火されることになる。したがって、
従来のような誤配電による不具合が確実に回避される。

また、気筒判別基準信号スリットによって、クランク
軸１回転以内の点火が可能になるため、始動性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るクランク角センサの一実施例を示
す要部拡大図、第２図は本実施例におけるパルス信号の
特性図、第３図は本実施例が適用される内燃機関の制御
要素を示す全体構成図、第４図は本実施例に供されるマ
イクロコンピュータの基本制御を示すフローチャート
図、第５図は第４図に示すFLGA＝０のフローチャート
図、第６図は第４図に示すFLGA＝１のフローチャート
図、第７図は第４図に示すFLGA＝２のフローチャート図
である。 17……ディスシャフト（回転軸）、21……クランク角セ
ンサ、22……ロータプレート、23〜26……シグナルスリ
ット、27……気筒判別基準信号スリット。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】クランク軸と同期回転するロータプレート
の周方向に複数のスリットが形成され、該スリットをピ
ックアップして各種の情報信号をコントローラに出力す
るクランク角センサであって、上記ロータプレートに、
気筒数に対応したシグナルスリットと１つの気筒判別基
準信号スリットとを同一円周上に設けると共に、上記各
シグナルスリットを周方向へ等間隔に配置しかつクラン
ク角圧縮上死点前90゜以内の位置に形成する一方、上記
気筒判別基準信号スリットを圧縮上死点後30゜以内の位
置に形成したことを特徴とする内燃機関のクランク角セ
ンサ。