JP2693965B2 - クランク位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジンの点火時期制御あるいは燃料噴射
制御などに必要な入力情報であるクランク位置を検出
し、信号を出力するクランク位置検出装置に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］ 従来、自動車用エンジンのクランク位置検出装置とし
て、円板状のロータに突起を設けてクランク位置を検出
するようにしたものが知られており、この突起は上記ロ
ータの円周上に等ピッチあるいは不等ピッチ間隔で配設
されている。

このような不等ピッチの突起を持つロータは、例え
ば、特開昭61-23875号公報に自動車用エンジンの点火装
置として開示されている。

このような不等ビッチの突起を持つロータの従来例を
第８図に示す。第８図はクランク位置検出装置を用いた
点火時期制御装置の構成図であり、従来のロータ101で
は、円周上の突起の高さは、全部が略同じ高さであり、
この突起部を磁気センサの一例である電磁ピックアップ
102により検出し制御回路103に入力する。上記制御回路
103では上記電磁ピックアップ102からの出力を波形整形
回路でクランクパルスに変換し、さらに、吸入管圧力セ
ンサなどの負荷センサ104からの信号を取りこんで、上
記クランクパルスに基づいて点火時間、エンジン回転数
などを算出し、点火時期制御を行っている。

ここで、上記電磁ピックアップ102の出力電圧は、上
記ロータの回転によりロータ102の突起部が所定のクリ
アランスを介して上記電磁ピックアップ102を通過する
際の磁束φの変化により発生し、この磁束変化ｄφ/dt
に比例した電圧（交流電圧）ｅが上記電磁ピックアップ
102から出力される。上記電磁ピックアップ102の出力は
第７図のＦに示すような信号波形となり、この信号Ｆが
波形整形回路に入力され、上記電磁ピックアップ102の
交流出力をパルスに変換する電圧レベルを決めるスライ
スレベル信号Ｇと上記信号Ｆとが比較され、クランクパ
ルスＨとして波形整形され出力される。

通常、このような電磁ピックアップ102の出力に対し
て、電磁ピックアップ102毎の出力バラツキによるクラ
ンクパルスの出力ミスを防ぐため、スライスレベルは一
定とせずに上記波形整形回路への入力に応じて変化する
ようになっている。

しかしながら、このスライスレベルは、例えば、第３
図に示すような波形整形回路のコンデンサ32の充電及び
放電電圧に依存し、上記ロータ101の突起間隔の広い部
分では、上記コンデンサ32の放電により上記スライスレ
ベルが低下してしまう。従って、電磁ピックアップ系に
ノイズが混入すると、第７図に示すように、ノイズをク
ランクパルスとして出力してしまい、このため、適正
な、点火時期、エンジン回転数が算出できず、点火系あ
るいは燃料噴射系の誤作動を生じ、その結果、エンジン
出力の低下、排出ガス浄化率の低下、燃料消費率の悪化
などを招くという問題があった。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ノイズ
などの異常信号の影響をほとんど受けることなくクラン
ク位置が検出でき、点火時期制御あるいは燃料噴射制御
における誤作動を防止することのできるクランク位置検
出装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明によるエンジンのクランク位置検出装置は、進
角側のパルス検出部材と遅角側のパルス検出部材とを一
組としたクランク位置検出部を上記パルス検出部材の間
隔よりも大きい間隔で複数組配設したロータと、上記パ
ルス検出部材に対向して所定のクリアランスを介して設
けた磁気センサと、上記パルス検出部材からの信号波形
と該信号波形により設定されるスライスレベルを比較し
クランクパルスを出力する波形整形回路とを備え、上記
遅角側のパルス検出部材には、上記磁気センサに対応す
る出力が、上記進角側のパルス検出部材に対応する出力
よりも大きくなるようクリアランスを設けたことを特徴
とする。

すなわち本発明によるクランク位置検出手段では、上
記磁気センサで検出される上記進角側のパルス検出部材
と遅角側のパルス検出部材とに対応する出力は、先に発
生する進角側の出力よりも後から発生する遅角側の出力
の方が大きい出力となり、これが連続して繰り返された
出力例となる。上記波形整形回路では、この磁気センサ
で検出された上記パルス検出部材からの信号波形と該信
号波形により設定されるスライスレベルを比較しクラン
クパルスを出力する。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図〜第４図は本発明の第１実施例を示し、第１図
は本発明によるクランク位置検出装置を点火時期制御に
用いた構成図、第２図は点火時期制御の機能ブロック
図、第３図は波形整形回路の回路図、第４図は第３図の
回路中の波形のタイムチャート図である。

（構成） 図中の符号１は、エンジン回転に連動して回るロータ
の一例として、エンジンのクランクシャフト（図示せ
ず）に軸着された磁性体からなる円板状のクランクロー
タであり、２は上記クランクロータに対設された磁気セ
ンサの一例である電磁ピックアップである。

上記クランクロータ１には、第１図に示すようにクラ
ンク位置検出部1aに、パルス検出部材の一例である矩形
の進角側の突起Ｅと矩形の遅角側の突起Ｄが所定の角度
θで上記クランクロータ１の円周上に一体的に設けられ
ている。さらに、上記クランク位置検出部1aは上記角度
θよりも大きい間隔で対象位置に２か所設けられてい
る。ここで、遅角側の突起Ｄは進角側の突起Ｅよりも突
起の高さが高く形成されている。

また、符号３は制御手段であり、吸入管圧力センサな
どの負荷センサ９と上記電磁ピックアップ２の出力が入
力される。

さらに、上記制御手段３には、バスライン４を介して
互いに接続される中央処理装置（CPU）５、ROM6、RAM
7、入出力（I/O）インタフェース８が設けられている。

上記ROM6には、制御プログラム及び固定データが記憶
されており、また、上記RAM7には、上記電磁ピックアッ
プ２及び負荷センサ９の出力信号などをデータ処理した
後の一時的なパラメータが記憶される。

上記CPU5では、上記ROM6に記憶されているプログラム
に従って点火時刻を演算し、上記I/Oインタフェース８
を介してパワートランジスタ10のベースに点火信号を出
力する。

また、上記パワートランジスタ10のコレクタには、電
源BVを介して点火コイル11の一次側が接続され、上記パ
ワートランジスタ10のエミッタがアースされている。一
方、上記点火コイル11の二次側は、デストリビュータ12
に接続され、さらに上記デストリビュータ12からエンジ
ンの各気筒に設けられた点火プラグ13に接続される。

上記構成により制御手段３からの点火信号が上記パワ
ートランジスタ10に入力され点火コイル11の一次電流を
通電、遮断すると、点火コイル11の二次側に高電圧が発
生し、デストリビュータ12を介して所定気筒の点火プラ
グ13を選択的にスパークさせる。

（電子制御系の機能構成） 上記制御手段３は、波形整形回路14、負荷算出手段1
5、スイッチ手段16、エンジン回転数算出手段17、点火
角度検索手段18、タイマ手段19、周期算出手段20、点火
時刻算出手段21で構成され、電磁ピックアップ２及び負
荷センサ９などからの出力信号を取りこんで演算処理
し、点火手段22に出力する。

ここで、上記電磁ピックアップ２からの出力信号は波
形整形回路14に入力されて、クランクパルスに変換され
スイッチ手段16に出力される。上記スイッチ手段16で
は、クランク位置検出部1aの進角側の突起Ｅからの信号
と遅角側の突起Ｄからの信号とを選択切換えて、タイマ
手段19、エンジン回転数算出手段17、周期算出手段20に
それぞれ出力する。

上記周期算出手段20では、クランク位置検出部1aの遅
角側の突起Ｄを検出したときの時刻と、次のクランク位
置検出部1aの進角側の突起Ｅを検出したときの時刻との
差により、周期すなわちクランクシャフトの角速度情報
を得る。この角速度情報が、エンジン回転数算出手段17
において、エンジン回転数として算出される。

一方、上記負荷センサ９からの出力信号は、負荷算出
手段15に入力され、吸収管圧力などのエンジン負荷が算
出されて点火角度検索手段18に入力される。

上記点火角度検索手段18では、上記負荷算出手段15に
て算出された吸入管圧力などのエンジン負荷とエンジン
回転数とをパラメータとしてマップ検索等により基本点
火角度を求め、点火時刻算出手段21へ出力する。

上記点火時刻算出手段21では、入力された基本点火角
度と上記周期算出手段20からのクランク角速度情報とか
ら、クランク位置検出部1aの基準位置を示す進角側の突
起Ｅを検出したときからの時間すなわち点火時刻を求
め、これをタイマ手段19にセットする。

上記タイマ手段19では、上記進角側の突起Ｅを検出し
たときの信号によって、計時を開始し、セットされた点
火時刻に達すると、点火信号を点火手段22へ出力する。

上記点火手段22は、上述のパワートランジスタ10、点
火コイル11、デストリビュータ12、点火プラグ13などか
ら構成され、上記タイマ手段19からの点火信号によって
上記パワートランジスタ10をオン、オフし、上述したよ
うに、対応する気筒の点火プラグ13をスパークさせる。

ここで、上記波形整形回路14は、第３図に示されるよ
うに、入力端として、ダイオード30のカソードとダイオ
ード31のアノード、及び、コンパレータ36の反転入力端
子が接続され、さらに、上記ダイオード30のアノードが
アースされている。上記ダイオード31のカソードはコン
デンサ32の一方の端子に接続され、上記コンデンサ32の
他方の端子はアースされている。さらに上記コンデンサ
32の正極側の端子は、抵抗33,35を介して上記コンパレ
ータ36の非反転入力端子に接続され、一方、上記抵抗33
と抵抗35の接続端が抵抗34を介してアースされている。
また、上記コンパレータ36は、出力端子と非反転入力端
子が帰還抵抗37を介して接続されており、ヒステリシス
を有するシュミットコンパレータとして構成されてい
る。

上記構成により、電磁ピックアップ２の出力信号（交
流電圧）が波形整形されてクランクパスルとして出力さ
れる。

（動作） 次に、上記構成による実施例の動作について説明す
る。

（電磁ピックアップからの出力） エンジンの稼動により、クランクロータ１が回転する
と、クランク位置検出部1aに設けられた進角側の突起Ｅ
及び遅角側の突起Ｄが電磁ピックアップ２のヘッドに発
生している磁界を断続し、電圧（交流電圧）を発生す
る。この電圧が上記電磁ピックアップ２から出力され、
第４図のＡに示す信号として波形整形回路14に入力され
る。

ここで、上記クランク位置検出部1aの遅角側の突起Ｄ
は、進角側の突起Ｅよりも突起の高さが高いため上記電
磁ピックアップ２のヘッドとのクリアランスが突起Ｅに
おけるクリアランスより小さく、上記クランクロータ１
の回転に伴うクリアランス変化が大きい。このため、上
記遅角側の突起Ｄにおけるクリアランスを通過する磁束
の変化は、上記進角側の突起Ｅにおけるクリアランスを
通過する磁束の変化よりも大きい。従って、上述したよ
うに、上記電磁ピックアップ２に発生する電圧（交流電
圧）は磁束の変化に比例するため、第４図のＡに示すよ
うに、上記進角側の突起Ｅが上記電磁ピックアップ２を
通過する際発生する電圧よりも、上記遅角側の突起Ｄが
上記電磁ピックアップ２を通過する際発生する電圧の方
が大きくなる。

（波形整形） 上記電磁ピックアップ２の出力信号は、第３図に示す
波形整形回路14で波形整形され、クランクパルスとして
出力される。この動作を第４図のタイムチャートに従っ
て説明する。

まず、上記クランク位置検出部1aの進角側の突起Ｅに
対応する上記電磁ピックアップ２の出力電圧が極めて小
さいとき、ダイオード31は導通せずコンデンサ32に残留
する電荷が抵抗33,34を通して放電されている。この
時、コンパレータ36の反転入力端子に入力される電圧は
上記コンデンサ32から抵抗33,35を介して上記コンパレ
ータ36の非反転入力端子に入力される電圧よりも小さ
い。このため上記コンパレータ36の出力はハイレベルと
なっている。

次に、上記電磁ピックアップ２の出力電圧が上昇し、
上記コンパレータ36の反転入力端子の電圧が非反転入力
端子の電圧すなわち上記ダイオード31のカソード側の電
圧よりも大きくなると、上記コンパレータ36の出力がハ
イレベルからローレベルに反転すると共に上記ダイオー
ド31が導通して上記コンデンサ32が充電され始める。

さらに、上記コンパレータ36の非反転入力端子に入力
される電圧が上昇を続け、遂にはピークを過ぎて低下し
上記コンデンサ32の充電電圧すなわち上記コンパレータ
36の非反転入力端子の電圧よりも小さくなると、上記コ
ンパレータ36の出力がローレベルから反転して再びハイ
レベルとなり、クランクパルスとして整形される。

尚、上記コンパレータ36は帰還抵抗37によりヒステリ
シスを有し、上記電磁ピックアップ２の出力レベルが上
記コンパレータ36の反転レベル付近で比較的緩かに変化
し、出力変動あるいは微小ノイズがあっても、その影響
により上記コンパレータ36の出力が不必要にオンオフを
繰返すことが防止される。

また、この時上記コンデンサ32の充電が停止し、抵抗
33,34を通して放電が開始される。さらに、上記電磁ピ
ックアップ２の出力電圧が低下すると、ダイオード30に
より負荷分がカットされ、上記電磁ピックアップ２の出
力電圧は整流される。このコンパレータ36の非反転入力
端子での電圧波形は、第４図のＢにスライスレベルとし
て示される。

次に、上記クランク位置検出部1aの遅角側の突起Ｄに
対応する上記電磁ピックアップ２の出力電圧が入力され
ると、同様のことが繰返されるが、ここで、上述したよ
うに上記遅角側の突起Ｄに対応する出力電圧は上記進角
側の突起Ｅに対応する出力電圧よりも大きいため、上記
コンデンサ32に対する充電量も大きくなる。

従って、上記クランク位置検出部1aの遅角側の突起Ｄ
に対応する出力電圧から次の進角側の突起Ｅに対応する
出力電圧までの間での上記コンデンサ32の放電による電
圧降下が少なくなり、スライスレベルが上昇する。この
ため、上記電磁ピックアップ系にノイズが混入してもス
ライスレベルに達しないため、ノイズによる波形整形回
路14からの異常信号出力が防止される。

すなわち、従来の略同じ突起高さを有する不等ピッチ
ロータに対し、上記電磁ピックアップ２の出力間隔の狭
い部分で先に発生する出力よりも後から発生する出力の
方が大きい出力となるため、出力間隔の広い部分での波
形整形回路14のスライスレベルが上昇しノイズマージが
大きくなり、耐ノイズ性が大幅に向上する。

なお、本実施例では、負荷センサ９を吸収管圧力セン
サとして説明したが、エンジン負荷を検出するため、ス
ロットルポジションセンサあるいはエアフローメータ等
を用いるようにしてもよく、さらに、エンジン負荷パラ
メータとして燃料噴射パルス幅を用いるようにしてもよ
い。

さらに、上記電磁ピックアップ２に対する進角側の突
起Ｅと遅角側の突起Ｄとのクリアランスの差ｔは、0.2
〜2.0mmで効果が得られ、約0.5mm程度がのぞましい。

（第２実施例） 次に、本発明による第２実施例を説明する。第２実施
例においては、上述の第１実施例と同様の部材は同一の
符号を付して、説明及び図示を省略する。

第５図は本発明の第２実施例を示し、クランク位置検
出装置の構成図であり、エンジンのクランクシャフト
（図示せず）に軸着された磁性体からなる円板状のクラ
ンクロータ50と磁気センサの一例である電磁ピックアッ
プ２から構成されている。

上記クランクロータ50には、第５図に示すように、ク
ランク位置検出部50aにパスル検出部材の一例として進
角側のスリットE2と遅角側のスリットD2とが所定の角度
θで円周上に設けられている。さらに、上記クランク位
置検出部50aは上記角度θよりも大きい間隔で対象位置
に２か所設けられている。

ここで、上記遅角側のスリットD2の切欠き深さは上記
進角側のスリットE2の切欠き深さよりも深く形成され、
上記電磁ピックアップ２へのヘッドとのクリアランスが
異なり、上記クランクロータ50の回転に伴うクリアラン
スの変化が上記進角側のスリットE2よりも上記遅角側の
スリットD2での変化の方が大きいため、第１実施例と同
様な作用効果が得られる。

尚、この時上記電磁ピックアップ２の出力波形は、第
４図の波形Ａの正負が逆になった波形が出力される。

（変形例） 第６図は本発明による第１実施例の変形のクランク位
置検出装置の構成図であり、非磁性体のロータ200のク
ランク位置検出部200aに、進角側及び遅角側のパルス検
出部材として磁性体片E3及びD3を装着したものである。
この変形例においても全く同様な作用効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、ロータのクラン
ク位置検出部に設けられたパルス検出部材に対応した磁
気センサからの出力信号列が、出力間隔の狭い部分で先
に発生する出力よりも後から発生する出力の方が大きい
出力となるため、上記磁気センサ出力の検出レベルを上
げることができる。従って、上記磁気センサの出力間隔
の広い部分でのノイズマージンが大きくなり、簡単な構
成でしかもコストの上昇なしに耐ノイズ性が大幅に向上
する。このため、上記磁気センサからの出力信号にノイ
ズなどの異常信号が混入しても、その影響を受けること
なく常に適正なクランクパルスを出力し、的確な点火時
期制御あるいは燃料噴射制御などを行うことができ、排
気ガスの浄化率が向上し、且つ、燃料消費率の大幅な改
善が図れるなど、優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
本発明によるクランク位置検出装置を点火時期制御に用
いた構成図、第２図は点火時期制御の機能ブロック図、
第３図は波形整形回路の回路図、第４図は第３図の回路
中の波形のタイムチャート図、第５図は本発明の第２実
施例を示し、クランク位置検出装置の構成図、第６図は
本発明による第１実施例の変形のクランク位置検出装置
の構成図、第７図〜第８図は従来例を示すものであり、
第７図は波形のタイムチャート図、第８図はクランク位
置検出装置を用いた点火時期制御の構成図である。 1,50,200……ロータ、２……磁気センサ、1a,50a,200a
……クランク位置検出部、E,E2,E3……進角側のパルス
検出部材、D,D2,D3……遅角側のパスル検出部材。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】進角側のパルス検出部材と遅角側のパルス
   検出部材とを一組としたクランク位置検出部を上記パル
   ス検出部材の間隔よりも大きい間隔で複数組配設したロ
   ータと、上記パルス検出部材に対向して所定のクリアラ
   ンスを介して設けた磁気センサと、上記パルス検出部材
   からの信号波形と該信号波形により設定されるスライス
   レベルを比較しクランクパルスを出力する波形整形回路
   とを備え、 上記遅角側のパルス検出部材には、上記磁気センサに対
   応する出力が、上記進角側のパルス検出部材に対応する
   出力よりも大きくなるようクリアランスを設けたことを
   特徴とするクランク位置検出装置。