JP4367345B2 - 内燃機関の回転数検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の回転数を精度良く検出できる回転数検出装置に関する。

従来、内燃機関の回転数（１分間当たりの回転数）を検出する回転数検出装置が公知である。この回転数検出装置は、例えば、クランク軸に取り付けられるパルサと、このパルサの外周に設けられる突起を検出してパルス信号を発生する回転角センサとで構成される。この回転数検出装置により、所定のクランク角度に相当する瞬時回転数を気筒毎に検出し、気筒間の瞬時回転数が均等になるように、気筒間の燃焼を調整する制御がある（特許文献１参照）。
また、気筒間の瞬時回転数の差は、気筒間の燃焼（トルク）の差であるので、その差の要因となっているもの（例えば、噴射量）を、気筒間差がなくなるように補正する制御がある。
特開２００３−２５４１３９号公報

ところで、気筒毎の瞬時回転数を検出するためには、パルサが所定のクランク角度（所定期間）を回転する間に出力されるパルス信号を基に、パルサの所定期間に要する時間（パルス間隔時間）を計測する必要がある。しかし、気筒によって計測するパルサの位置が異なるため、パルサの形状バラツキや取付け誤差等により、同じクランク角度（期間）であっても、気筒によりバラツキが生じる。その結果、バラツキを含んだ形で気筒間の回転数を均等化あるいは気筒間の噴射量補正を実施しているため、気筒によるバラツキの影響を排除できないという問題があった。

本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、パルサの形状バラツキや取付け誤差等の影響を受けることなく、気筒毎の瞬時回転数を精度良く検出できる内燃機関の回転数検出装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、内燃機関のクランク軸に駆動されて回転すると共に、クランク軸の所定回転角度毎に対応して周方向に複数の突起が設けられたパルサと、このパルサの回転に伴って突起を検出する毎にパルス信号を出力する回転角センサと、パルサが所定期間（所定のクランク角度）だけ回転する間に出力されるパルス信号の時間間隔（パルス間隔時間と呼ぶ）を計測し、このパルス間隔時間を基に、気筒毎の瞬時回転数を算出する回転数算出手段とを備えた内燃機関の回転数検出装置であって、回転数算出手段は、内燃機関が燃焼の無い状態で運転されている時に、各気筒での、同一のクランク角度期間における気筒毎の瞬時回転数を１回以上算出し、その算出された気筒毎の瞬時回転数を用いて、ｎ次近似式を算出する近似式算出手段と、ｎ次近似式から得られる前記同一のクランク角度期間に対応する各気筒の瞬時回転数Ａと各気筒毎の前記同一のクランク角度期間における瞬時回転数Ｂとの比率Ａ／Ｂから、気筒毎の補正値を算出する補正値算出手段とを有することを特徴とする。

内燃機関が燃焼の無い状態であれば、気筒間の燃焼バラツキによる回転変動を排除できるので、パルサの形状バラツキや取付け誤差による気筒間の瞬時回転数のバラツキを補正することができる。すなわち、ｎ次近似式から得られる瞬時回転数Ａと気筒毎に算出された瞬時回転数Ｂとの比率Ａ／Ｂは、各気筒に対するパルサの所定期間における誤差（バラツキ）であるため、前記比率Ａ／Ｂを補正値として、実際に計測されたパルス間隔時間を補正することで、パルサの誤差を補正した気筒毎の瞬時回転数を求めることができる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した内燃機関の回転数検出装置において、回転数算出手段は、内燃機関が燃焼している状態で、気筒毎にパルス間隔時間を計測し、そのパルス間隔時間に補正値を乗算して、気筒毎に補正後のパルス間隔時間を算出し、その補正後のパルス間隔時間を基に、気筒毎の瞬時回転数を算出することを特徴とする。
この補正後の瞬時回転数を用いることにより、精度の良い気筒間の瞬時回転数の均等化および気筒間の噴射量補正が可能となる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した内燃機関の回転数検出装置において、回転数算出手段は、内燃機関が燃焼の無い状態で等速運転されている時に、気筒毎の補正値を算出することを特徴とする。
例えば、車両のベンチテスト等で動力計を用いることにより、内燃機関の燃焼が無い等速運転を実現できる。この場合、機関回転数が一定の状態で補正値を算出できる。

（請求項４の発明）
請求項１または２に記載した内燃機関の回転数検出装置において、回転数算出手段は、内燃機関が燃焼の無い状態で、且つ減速時、またはレーシング時、または変速中に、気筒毎の補正値を算出することを特徴とする。
内燃機関が燃焼の無い状態であれば、燃焼の差による気筒間の瞬時回転数のバラツキを排除できるので、減速時またはレーシング時または変速中など、回転数が変化している時でも補正値を算出できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１はディーゼルエンジン１のシステム構成図である。
本実施例の内燃機関は、例えば、４気筒のディーゼルエンジン１であり、以下に説明する蓄圧式燃料噴射システム、ＥＧＲ装置、およびターボ過給機等を搭載する。
蓄圧式燃料噴射システムは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール２と、図示しない燃料タンクより汲み上げた燃料を加圧してコモンレール２に圧送する燃料供給ポンプ３と、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料をエンジン１の気筒内に噴射するインジェクタ４等を有し、燃料供給ポンプ３およびインジェクタ４の動作が電子制御ユニット（以下ＥＣＵ５と呼ぶ）により電子制御される。

ＥＧＲ装置は、エンジン１より排出される排気ガスの一部（ＥＧＲガスと呼ぶ）を吸気側へ還流させるシステムであり、エンジン１の吸気通路６と排気通路７とを連通するＥＧＲ通路８と、このＥＧＲ通路８に設けられるＥＧＲバルブ９と、このＥＧＲバルブ９を駆動するアクチュエータ１０等より構成され、エンジン１の運転状態に応じて設定される所定のＥＧＲ率が得られるように、ＥＣＵ５によりアクチュエータ１０を介してＥＧＲバルブ９の開度が電子制御される。なお、ＥＧＲ通路８には、例えば、エンジン冷却水との熱交換によってＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラ１１が設けられている。

ターボ過給機は、排気通路７に設けられる排気タービン１２と、吸気通路６に設けられるコンプレッサ１３とで構成され、エンジン１の排気エネルギを受けて排気タービン１２が回転することにより、その排気タービン１２と同軸に連結されたコンプレッサ１３が回転して、吸入空気を加圧する。また、排気タービン１２の周囲には、多数のノズルベーン（図示せず）が配置され、このノズルベーンの開度に応じてタービン効率が変化し、その結果、コンプレッサ１３による過給状態が変化する。

吸気通路６の上流端には、吸入空気を濾過するエアクリーナ１４が設けられ、このエアクリーナ１４の下流側に吸入空気量（以下、吸気量と呼ぶ）を計測するエアフロメータ１５が設けられている。また、コンプレッサ１３の下流には、コンプレッサ１３によって加圧された空気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられ、さらに、インタークーラ１６の下流には、吸気量を調整するための吸気絞り弁１７が配設されている。この吸気絞り弁１７は、ＥＣＵ５より出力される制御信号を受けて作動するアクチュエータ１８によって弁開度が調整される。

ＥＣＵ５は、図１に示す各種センサ類（エアフロメータ１５、アクセル開度センサ１９、水温センサ２０、吸気圧センサ２１、圧力センサ２２、ＮＥセンサ２３等）で検出されたセンサ情報を入力し、これらのセンサ情報を基に、燃料供給ポンプ３より吐出される燃料圧送量、インジェクタ４の噴射時期と噴射量、ＥＧＲ率、および過給圧等を制御する。 アクセル開度センサ１９は、アクセルペダル２４の踏込み量よりアクセル開度を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。

水温センサ２０は、例えばサーミスタにより構成され、エンジン１のウォータジャケット１ａを流れる冷却水の温度を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。
吸気圧センサ２１は、吸気絞り弁１７より下流側の吸気通路６に取り付けられ、吸気圧（過給圧）を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。
圧力センサ２２は、コモンレール２に取り付けられ、コモンレール２に蓄圧された燃料圧力（レール圧）を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。

ＮＥセンサ２３は、クランク軸２５に取り付けられたパルサ２６の外周に近接して配置され、このパルサ２６と組み合わせて、エンジン回転数の検出に使用される。
パルサ２６の外周部には、クランク軸２５の所定回転角度毎（例えば１０°ＣＡ毎）に対応して周方向に複数の突起２６ａが形成されている。
ＮＥセンサ２３は、例えば、電磁ピックアップコイルによって構成され、クランク軸２５と一体にパルサ２６が回転すると、パルサ２６に設けられた突起２６ａが電磁ピックアップコイルを横切る際に生じる磁束の変化を電気信号（パルス信号）に変換して、ＥＣＵ５に出力する。

ところで、パルサ２６に設けられる突起２６ａは、一般に機械加工で形成されるため、周方向に隣合う突起２６ａと突起２６ａとの間隔が必ずしも同一ではなく、僅かながらも長い所と短い所が存在する。突起２６ａと突起２６ａとの間隔が長い所では、ＮＥセンサ２３より出力されるパルス信号の発生間隔（パルス間隔時間と呼ぶ）が長くなる。一方、突起２６ａと突起２６ａとの間隔が短い所では、パルス間隔時間が短くなる。このため、突起２６ａと突起２６ａとの間隔が長い所と短い所では、同一のクランク角度であっても、計測されるパルス間隔時間が異なってしまう。
このため、例えば、気筒間の瞬時回転数を均等化させるために、気筒間の燃焼を調整しようとしても、検出される気筒毎の瞬時回転数にパルサ２６の誤差（バラツキ）が含まれるため、気筒間の瞬時回転数を精度良く均等化させることができない。

以下に、パルサ２６のバラツキを補正する方法について説明する。
なお、実施例１に示す４気筒エンジン１では、第１気筒（♯１）→第３気筒（♯３）→第４気筒（♯４）→第２気筒（♯２）の順に燃焼が行われるものとする。
この燃焼順序では、各気筒の瞬時回転数を検出する際に、図２に示す様に、パルサ２６の３６０°ＣＡのうち、♯１と♯４、♯２と♯３がそれぞれ同じパルサ２６の期間を使用することになる。従って、♯１および♯４と♯２および♯３との間には、パルサ２６のバラツキが生じる。なお、図中に示すＴ１〜Ｔ４は、パルサ２６が３０°ＣＡだけ回転するのに要する気筒毎のパルス間隔時間であり、Ｔ１とＴ４およびＴ２とＴ３は、それぞれパルサ２６の同一期間を使用して計測されるため、同一の値となっている。

パルサ２６のバラツキを補正するためには、燃焼による気筒間のバラツキを排除する必要がある。そこで、燃料の噴射が無く、燃焼が行われない状態を設定する。実施例１では、車両のベンチテスト等で動力計を用いることにより、燃焼が無く、且つエンジン回転数が一定となる等速運転の状態を設定する。
この状態で、図３に示す様に、気筒毎にパルサ２６の所定期間（図２に示す３０°ＣＡ）に要するパルス間隔時間（Ｔ１０〜Ｔ４０）を１回以上計測し、これらの計測データからｎ次近似式を算出する。

このｎ次近似式から得られる値Ｔｎと、各気筒で計測した値（Ｔ１０〜Ｔ４０）とからパルサ２６の補正値を算出する。
♯１と♯４に対するパルサ２６の補正値は、以下の通りである。
Ｔｎ／Ｔ１０またはＴｎ／Ｔ４０またはＴｎ／｛（Ｔ１０＋Ｔ４０）／２｝
♯２と♯３に対するパルサ２６の補正値は、以下の通りである。
Ｔｎ／Ｔ２０またはＴｎ／Ｔ３０またはＴｎ／｛（Ｔ２０＋Ｔ３０）／２｝
実際に計測されたパルス間隔時間に上記の補正値を乗算することにより、パルサ２６のバラツキを補正した気筒毎の瞬時回転数を得ることができる。

（実施例１の効果）
実施例１では、エンジン１が燃焼していない状態で、パルサ２６の所定期間（図２に示す３０°ＣＡ）に要するパルス間隔時間を計測しているので、気筒間の燃焼バラツキによる回転変動の影響を受けることなく、パルサ２６のバラツキを精度良く補正できる。
これにより、パルサ２６のバラツキを補正した気筒毎の瞬時回転数を求めることができ、その補正後の瞬時回転数を用いることで、精度の良い気筒間の瞬時回転数の均等化および気筒間の噴射量補正が可能となる。

図４は各気筒のパルス間隔時間（Ｔ１０〜Ｔ４０）とｎ次近似式のグラフである。
実施例１では、燃焼が無く、且つエンジン回転数が一定となる等速運転の状態を設定して、各気筒のパルス間隔時間を計測する一例を説明したが、図４に示す様に、例えば、レーシングや減速時等において、燃焼が無く、且つエンジン回転数が自然に低下していく状態で、各気筒のパルス間隔時間（Ｔ１０〜Ｔ４０）を１回以上計測して、これらの計測データからｎ次近似式を算出することもできる。
エンジン１が燃焼の無い状態であれば、燃焼の差による気筒間の瞬時回転数のバラツキを排除できるので、減速時またはレーシング時または変速中など、走行中の回転数が変化している時でも、実施例１と同等にパルサ２６の補正値を算出できる。

ディーゼルエンジンのシステム構成図である。 （ａ）ＮＥセンサより出力されるパルス信号（クランク角信号）の波形図、（ｂ）各気筒のエンジン回転数とパルス間隔時間との関係を示すタイムチャートである。 各気筒のパルス間隔時間とｎ次近似式のグラフである（実施例１）。 各気筒のパルス間隔時間とｎ次近似式のグラフである（実施例２）。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
５ ＥＣＵ（回転数算出手段）
２３ ＮＥセンサ（回転角センサ）
２５ クランク軸
２６ パルサ
２６ａ 突起

Claims (4)

1. 内燃機関のクランク軸に駆動されて回転すると共に、前記クランク軸の所定回転角度毎に対応して周方向に複数の突起が設けられたパルサと、
   このパルサの回転に伴って前記突起を検出する毎にパルス信号を出力する回転角センサと、
   前記パルサが所定期間（所定のクランク角度）だけ回転する間に出力されるパルス信号の時間間隔（パルス間隔時間と呼ぶ）を計測し、このパルス間隔時間を基に、気筒毎の瞬時回転数を算出する回転数算出手段とを備えた内燃機関の回転数検出装置であって、
   前記回転数算出手段は、
   前記内燃機関が燃焼の無い状態で運転されている時に、各気筒での、同一のクランク角度期間における前記気筒毎の瞬時回転数を１回以上算出し、その算出された各気筒毎の前記同一のクランク角度期間における瞬時回転数を用いて、ｎ次近似式を算出する近似式算出手段と、
   前記ｎ次近似式から得られる前記同一のクランク角度期間に対応する各気筒の瞬時回転数Ａと各気筒毎の前記同一のクランク角度期間における瞬時回転数Ｂとの比率Ａ／Ｂから、気筒毎の補正値を算出する補正値算出手段とを有することを特徴とする内燃機関の回転数検出装置。
2. 請求項１に記載した内燃機関の回転数検出装置において、
   前記回転数算出手段は、前記内燃機関が燃焼している状態で、気筒毎にパルス間隔時間を計測し、そのパルス間隔時間に前記補正値を乗算して、気筒毎に補正後のパルス間隔時間を算出し、その補正後のパルス間隔時間を基に、気筒毎の瞬時回転数を算出することを特徴とする内燃機関の回転数検出装置。
3. 請求項１または２に記載した内燃機関の回転数検出装置において、
   前記回転数算出手段は、前記内燃機関が燃焼の無い状態で等速運転されている時に、前記気筒毎の補正値を算出することを特徴とする内燃機関の回転数検出装置。
4. 請求項１または２に記載した内燃機関の回転数検出装置において、
   前記回転数算出手段は、前記内燃機関が燃焼の無い状態で、且つ減速時、またはレーシング時、または変速中に、前記気筒毎の補正値を算出することを特徴とする内燃機関の回転数検出装置。
   

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