JP3784038B2

JP3784038B2 - エンジンのクランク角検出装置

Info

Publication number: JP3784038B2
Application number: JP05518698A
Authority: JP
Inventors: 学関根; 渡邊　　悟
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: JPH11257147A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのクランク角検出装置に関し、詳しくは、クランク角の基準位置を検出するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各気筒毎の制御基準となる基準位置（例えば４気筒では180 °ＣＡ）毎に１つのパルス信号（基準信号）を出力するカムセンサ又はクランク角センサを設け、該センサからのパルス信号を基準位置として、エンジンの点火時期や燃料噴射のタイミングを制御することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、出力パターンの１周期内で基準信号としての１パルスのみが出力される構成では、パルス信号が出力される毎に、そのパルス信号の立ち上がり又は立ち下がりを基準位置として制御を行えば良いが、基準位置の特定と共に他の機能を持たせるべく前記１周期内に基準信号を含む複数のパルスを発生させる構成の場合には、パルス間隔（パルス周期）の計測結果を比較することで、前記複数のパルスのうちの基準信号を特定する必要があった。
【０００４】
例えば、単位クランク角度毎のポジション信号のうちの一部が出力されないようにして、パルス列の一部に欠けた部分を設定し、この欠けた部分を基準位置として基準位置の検出と単位クランク角度の検出とを可能に構成した場合、他のパルス周期（パルス発生間隔）に対して欠けた部分でのパルス周期が長くなることから、前回のパルス周期と今回のパルス周期との比を求めることで、前記パルス列が欠けた部分であるか否かを判断できることになる。
【０００５】
同様に、基準位置毎に、気筒番号を示す数のパルス信号を出力させるようにして、先頭パルスを基準位置の検出に用いると共に、パルス数によって気筒判別を行わせようとする場合にも、周期比から前記基準位置を示す先頭パルスを検出することが必要になる。
しかし、上記のように周期比により基準信号を検出する方法では、周期演算の負荷が大きく、また、少なくとも２つの周期計測結果を得る必要があるため、エンジン始動時に最初に基準位置が検出されるまでに時間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、１周期内に基準信号を含む複数のパルス信号（検出信号）が出力される構成のセンサを用いる構成において、基準信号を少ない演算負担で、かつ、早期に検出できる、エンジンのクランク角検出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、各気筒の行程位相差に相当する基準角度毎に、基準位置である気筒を示す数の検出信号を出力する第１の検出手段と、単位クランク角度毎に検出信号を出力する第２の検出手段と、前記第２の検出手段からの検出信号の出力毎にカウント値をカウントアップさせるカウントアップ手段と、前記第１の検出手段からの検出信号の出力時に前記カウント値をクリアさせるクリア手段と、前記第１の検出手段からの検出信号の出力時に、前記クリア手段でクリアされる前のカウント値を参照し、該カウント値が予め設定された閾値よりも大きいときに、そのときの前記第１の検出手段からの検出信号を、基準角度毎に出力される先頭の検出信号として検出する先頭信号検出手段と、該先頭信号検出手段による検出結果に基づいて気筒別の制御基準位置を設定する制御基準位置設定手段と、を含んで構成される。
【００１３】
かかる構成によると、第２の検出手段から出力される検出信号のカウント数が、第１の検出手段から検出信号が出力されたときにクリアされるから、カウント値は、第１の検出手段からの検出信号の出力間隔に相関することになり、前記出力間隔の大小を前記カウント値に基づいて判断して、先頭の検出信号か否かを判別する。
【００１５】
即ち、先頭の検出信号が出力されるまでのカウント値が、先頭の検出信号に続く一連の検出信号の発生間隔でカウントアップされる値よりも大きくなるようにしておけば、カウント値が所定値以上であるときに第２の検出手段から出力された検出信号を先頭の検出信号として検出することができることになり、また、前記カウント値のカウントアップは、第２の検出手段からの検出信号の発生をトリガーとするものではないから、エンジンの始動開始時点が、先頭の検出信号の前から行われ、最初の先頭信号までに一連の検出信号の発生間隔よりも大きなカウント値にまでカウントアップされれば、前記最初の先頭信号から検出することが可能となる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、基準位置の情報と気筒判別の情報とが付加された検出信号から、気筒判別を行えると共に、カウント値から基準信号を含む検出信号の発生周期を検出でき、以って、発生周期の違いに基づき基準信号を容易に検出できるという効果がある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施の形態におけるエンジンを示す図であり、この図に示すエンジン１は、後述するように、筒内噴射式の火花点火ガソリンエンジンである。但し、エンジン１を、筒内噴射式のガソリンエンジンに限定するものではなく、ポート噴射を行わせるエンジンであっても良い。
【００２１】
エンジン１には、エアクリーナ２を通過した空気が、スロットル弁３で計量され、吸気弁４を介してシリンダ内に吸引される。
電磁式の燃料噴射弁５は燃焼室内に直接燃料（ガソリン）を噴射する構成であり、該燃料噴射弁５から噴射された燃料によってシリンダ内に混合気が形成される。
【００２２】
前記混合気は、点火栓６による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、排気弁７を介してシリンダ内から排出され、触媒８で浄化された後に大気中に放出される。
マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット10は、前記燃料噴射弁５による燃料噴射及び点火栓６による点火（図示しない点火コイルへの通電）を制御するものであり、前記コントロールユニット10には各種のセンサからの信号が入力される。
【００２３】
前記各種センサとして、エンジン１の吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ11、排気中の酸素濃度に感応して燃焼混合気の空燃比を検出する酸素センサ15，前記スロットル弁３の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ16、冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ17が設けられている。
また、クランク軸に軸支されたシグナルプレートからクランク軸の回転に同期した検出信号を取り出すセンサであってクランク角10°（単位クランク角度）毎にポジション信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ12（第２の検出手段）が設けられている。
【００２４】
前記クランク角センサ12は、ＴＤＣを基準としてクランク角10°毎にポジション信号ＰＯＳ10を出力するものであるが、図２に示すように、ＢＴＤＣ60°に対応する１パルスだけ前記ポジション信号ＰＯＳ10が出力されずに信号抜けになるように構成されている。
また、カム軸に軸支されたシグナルプレートからカム軸の回転に同期した検出信号を取り出すセンサであって、各気筒の行程位相差に相当する角度毎に気筒番号と同数のパルス信号ＣＡＭを発生するカムセンサ18（第１の検出手段）が設けられている。
【００２５】
本実施の形態におけるエンジン１を、直列４気筒エンジンとした場合には、各気筒の行程位相差が180 °CAとなり、点火順を＃１→＃３→＃４→＃２の順とすると、前記カムセンサ18からのパルス信号は、図２に示すように、180 °CA毎に、１パルス→３パルス→４パルス→２パルスの出力を繰り返すことになり、パルス信号の出力パターンの１周期である720 °CAで10パルスが出力される。ここで、前記180 °CA毎に出力されるパルス群の先頭パルス（基準信号）の出力位置が、前記ポジション信号ＰＯＳ10の抜けが生じるＢＴＤＣ60°に略一致するように設定してある。
【００２６】
即ち、前記第１の検出手段としてのカムセンサ18は、出力パターンの１周期（720 °CA）内において、４つの基準信号を含む複数のパルス信号ＣＡＭを出力するものであり、前記第２の検出手段としてのクランク角センサ12は、カムセンサ18における出力パターンとは異なり、単位クランク角度毎にパルス信号ＰＯＳ10（検出信号）を出力するものである。但し、クランク角センサ12は、全パルスを抜けなく単位クランク角度毎に出力する構成としても良い。
【００２７】
コントロールユニット10は、図２に示すように、前記カムセンサ18から180 °CA毎に出力される先頭パルスの立ち下がりを検出すると、その後に最初に入力されたポジション信号ＰＯＳ10の位置を基準位置（ＢＴＤＣ50°）として判定し、前記基準位置（ＢＴＤＣ50°）から更にポジション信号ＰＯＳ10で12個後ろの位置、即ち、ＢＴＤＣ110 °（ＡＴＤＣ70°）の位置を制御基準位置ＲＥＦとして、点火制御，燃料噴射タイミングの制御に用いる。
【００２８】
尚、単位クランク角度，ポジション信号ＰＯＳ10の抜け位置，基準位置，制御基準位置ＲＥＦを上記に示した値に限定するものではないことは明らかである。次に、コントロールユニット10によって行われる前記先頭パルス，基準位置及び制御基準位置ＲＥＦの検出の様子を、図３を参照しつつ詳細に説明する。
前記ポジション信号ＰＯＳ10の立ち下がりエッジが入力される毎に、カウンタＣＮＴＦＳＴの値（カウント値）が１アップされ（カウントアップ手段）、また、前記カウンタＣＮＴＦＳＴは、前記カムセンサ18からのパルス信号の立ち下がりエッジが入力される毎にゼロにクリアされるようになっている（クリア手段）。
【００２９】
ここで、前記カムセンサ18からのパルス信号の立ち下がりエッジが入力されると、前記カウンタＣＮＴＦＳＴをクリアする前に、前記カウンタＣＮＴＦＳＴの値と予め設定された閾値（例えば５）とを比較し、前記カウンタＣＮＴＦＳＴの値が閾値以上であれば、そのときに前記カムセンサ18からの入力されたパルス信号の立ち下がりエッジが先頭パルスであると判定し（基準信号検出手段，先頭信号検出手段）、前記カウンタＣＮＴＦＳＴの値が閾値未満であれば、前記先頭パルスに続いて出力されたパルスの立ち下がりエッジであると判定し、該判定の後に前記カウンタＣＮＴＦＳＴをゼロにクリアする。
【００３０】
前記カムセンサ18から出力されるパルス信号の発生周期は、先頭パルスに続いて出力される気筒番号に対応する数のパルス信号間では比較的短いのに対し、最後のパルス信号から次の先頭パルスまで間隔は大幅に大きいので、前記閾値を、一連のパルス信号の間隔ではカウントアップされることのない値に設定することで、前記カウンタＣＮＴＦＳＴの値が閾値以上のときに先頭パルスを判定できるものである。
【００３１】
換言すれば、クランク角センサ12における一定周期の出力パターンと、カムセンサ18から出力されるパルス信号ＣＡＭの出力パターンとの組み合わせから、カムセンサ18から出力されるパルス信号ＣＡＭの周期変化のパターンを捉えることができ、前記周期変化を前記カウンタＣＮＴＦＳＴの値に基づいて検出するものである。
【００３２】
尚、前記閾値と比較させる前記カウンタＣＮＴＦＳＴの初期値は０に設定され、エンジンの始動によりポジション信号ＰＯＳ10が発生すると、カウントアップが行われるから、スタートスイッチのＯＮ位置が、先頭パルスから前記閾値以上に前であれば、最初の先頭パルスから検出することが可能である。
先頭パルスを判定すると、基準位置信号＃ＦＳＴＣＡＭを立ち上げ、その後に最初に入力されたポジション信号ＰＯＳ10の立ち下がりエッジに同期させて、前記基準位置信号＃ＦＳＴＣＡＭを立ち下げ、この基準位置信号＃ＦＳＴＣＡＭの立ち下がりエッジを、基準位置（ＢＴＤＣ50°）とする。
【００３３】
前記カウンタＣＮＴＦＳＴとは別に、ポジション信号ＰＯＳ10の立ち下がりエッジが入力される毎に１アップされるカウンタＣＲＡＣＮＴが設けられており、このカウンタＣＲＡＣＮＴは、前記基準位置信号＃ＦＳＴＣＡＭの立ち下がりエッジに同期してゼロにクリアされるようにしてある。
そして、前記カウンタＣＲＡＣＮＴが12になると、そのときのポジション信号ＰＯＳ10の立ち下がりエッジを、制御基準位置ＲＥＦとして判定する（制御基準位置設定手段）。
【００３４】
更に、前記カムセンサ18からのパルス信号ＣＡＭの立ち下がりエッジが入力される毎に１アップされるカウンタＣＡＭＣＮＴが設けられており、前記カウンタＣＲＡＣＮＴが気筒判別タイミングとして設定された所定値（例えば８）になると、前記カウンタＣＡＭＣＮＴの値を参照して気筒判別ＣＹＬＣＳを行い、該気筒判別後に前記カウンタＣＡＭＣＮＴをゼロにクリアする。
【００３５】
前記制御基準位置ＲＥＦでは、前記気筒判別ＣＹＬＣＳの結果を読み込んで更新し、該更新された気筒判別ＣＹＬＣＳに基づいて、制御基準位置ＲＥＦを基準とした点火時期，噴射タイミングの制御等を行う。
上記のように、先頭パルス（基準信号）が検出された後に最初に入力したポジション信号ＰＯＳ10を基準位置とするため、カムセンサ18におけるパルス信号ＣＡＭの発生タイミングとポジション信号ＰＯＳ10の発生タイミングがカム軸とクランク軸との位相ずれによってずれると、本来基準位置として検出すべきポジション信号ＰＯＳ10とは異なるポジション信号ＰＯＳ10を基準位置として検出する可能性がある。
【００３６】
しかし、上記のように、ポジション信号ＰＯＳ10の信号抜け部分で先頭パルスが発生するようにしてあれば、信号抜けによってポジション信号ＰＯＳ10の信号間隔が広くなった部分内でのタイミングのずれは基準位置の検出に影響を与えないことになり、ポジション信号ＰＯＳ10を抜けなく全て単位クランク角度毎に出力させる場合よりも、前記タイミングずれの許容範囲が２倍に広がることになる。
【００３７】
尚、カムセンサ18を構成するシグナルプレートに、前記ポジション信号ＰＯＳ10を発生させるための被検出部を設ける構成として、第１の検出手段と第２の検出手段とが一体的に構成されるようにしても良い。この場合、クランク軸とカム軸との位相ずれは、検出信号に発生タイミングに影響を与えないので、必ずしも前記ポジション信号ＰＯＳ10に信号抜け部分を設ける必要はない。
【００３８】
また、カムセンサ18，クランク角センサ12は、光学式、電磁ピックアップを用いるもの、更にはホール素子を用いる構成のものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるエンジンのシステム構成を示す図。
【図２】実施の形態における基準位置検出の概要を示すタイムチャート。
【図３】実施の形態における基準位置検出の詳細を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１エンジン
５燃料噴射弁
６点火栓
10 コントロールユニット
12 クランク角センサ
18 カムセンサ

Claims

各気筒の行程位相差に相当する基準角度毎に、基準位置である気筒を示す数の検出信号を出力する第１の検出手段と、
単位クランク角度毎に検出信号を出力する第２の検出手段と、
前記第２の検出手段からの検出信号の出力毎にカウント値をカウントアップさせるカウントアップ手段と、
前記第１の検出手段からの検出信号の出力時に前記カウント値をクリアさせるクリア手段と、
前記第１の検出手段からの検出信号の出力時に、前記クリア手段でクリアされる前のカウント値を参照し、該カウント値が予め設定された閾値よりも大きいときに、そのときの前記第１の検出手段からの検出信号を、基準角度毎に出力される先頭の検出信号として検出する先頭信号検出手段と、
該先頭信号検出手段による検出結果に基づいて気筒別の制御基準位置を設定する制御基準位置設定手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするエンジンのクランク角検出装置。