JP4378362B2

JP4378362B2 - 内燃機関のクランク角度検出装置

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Publication number: JP4378362B2
Application number: JP2006159663A
Authority: JP
Inventors: 保義堀
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
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Description

この発明は、車両用内燃機関の気筒及びクランク角度を検出することができる内燃機関のクランク角度検出装置に関するものである。

一般に、自動車用エンジン等の内燃機関においては、運転条件に応じて燃料噴射や点火時期等を最適に制御する必要がある。従って、気筒毎のクランク角度を検出するため、内燃機関の回転軸にはセンサを含む信号発生手段が設けられている。
従来より、クランク角度の基準位置を特定する方法として、クランク軸に固定された信号板と２つの信号発生手段を備えたものが知られている。
例えば、特許文献１には、第１の信号発生手段の信号が検出されることなく第２の信号発生手段の信号が連続して検出された後、新たに第１の信号発生手段の信号が検出された時点を基準位置と特定するものが開示されている。
また、特許文献２には、停止時の気筒及びクランク角度を検出する方法として、第１の信号発生手段の信号と第２の信号発生手段の信号との組み合わせから判断されたクランク軸の回転方向に基づきクランク角度を計数するものが開示されており、停止直前に逆転が生じた場合にも気筒及びクランク角度を検出することができる。

特許第３４００３２２号公報特許第３１８６５２４号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されているシステムでは、第１の信号発生手段と第２の信号発生手段間の角度に規定がなく、第１の信号発生手段の信号と第２の信号発生手段の信号との位置関係が明確でないため、欠け歯通過後に検出された信号がどちらの信号かを判定する必要があり、処理が複雑になるという欠点がある。

また、上記特許文献２に開示されている、信号板に欠け歯部（欠落部）を備えるシステムでは、検出されたクランク角度が欠け歯部通過中か否かを明確に切り分けていない為、以下の懸念がある。

即ち、欠け歯部を通過している時は信号が常にＬレベルのため、クランク軸の回転方向が判定不可となる場合があり、誤判定する恐れがある。そのため何らかの対策が必要となるが、欠け歯部通過を明確に判定していないため、クランク角度積算の処理が複雑になると共に、欠け歯部のパターンが変わる際に処理の変更を容易に行えない。
また、他制御でクランク軸の回転方向を利用する際に、判定結果の信頼性を考慮することが出来ない。

この発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、欠け歯部を通過する際の回転方向の誤判定を防止でき、クランク角度の基準位置を容易かつ確実に検出できると共に、クランク軸の回転方向を検出することで、停止時もしくは始動時の気筒及びクランク角度の検出ができる内燃機関のクランク角度検出装置を得ることを目的とする。

この発明に係わる内燃機関のクランク角度検出装置は、内燃機関のクランク軸に固定され、一部に欠け歯部を形成する等間隔に配設された被検出部を有するクランク角検出用信号板と、前記被検出部の等間隔部角度の１／２を基準被検出部間角度とし、前記クランク角検出用信号板の外周に、前記基準被検出部間角度より大きくかつ整数倍以外の間隔で配設され、前記被検出部が通過する毎にクランク角の位置検出に用いる第１クランク角信号を発生する第１信号発生手段とクランク角の回転方向判定に用いる第２クランク角信号を発生する第２信号発生手段、前記第１クランク角信号のレベル変化を検出した時の変化方向及び前記第２クランク角信号のレベルから前記クランク軸の回転方向を判定する回転方向判定手段と、前記欠け歯領域が前記第２信号発生手段を通過しているかどうかを前記第１クランク角信号のレベル変化を検出した時に判定する欠け歯通過判定手段とを備え、前記回転方向判定手段は、前記欠け歯通過判定手段の判定によって欠け歯領域が前記第２信号発生手段を通過していると判定されている間は、前記第２信号発生手段が前記クランク角検出用信号板に備えた前記被検出部により信号を発生している時のみ、前記クランク軸の回転方向の判定を行うようにしたものである。

さらにまた、前記第１クランク角信号及び前記第２クランク角信号は、２レベルの信号であり、それぞれのレベルの信号が出力される角度を等しくし、さらに、前記第１信号発生手段と前記第２信号発生手段との配設間隔を、ｎを１以上の整数として前記基準被検出部間角度の（ｎ＋１／２）倍とするとともに、前記回転方向判定手段は、前記第１クランク角信号または前記第２クランク角信号の変化時の信号レベルとその時の他方のクランク角信号レベルとの組み合わせにより、前記クランク軸の回転方向の判定を行うようにしたものである。

この発明の内燃機関のクランク角度検出装置によれば、欠け歯部を通過する際の回転方向の誤判定を防止することができ、クランク角度の基準位置を容易かつ確実に検出することができる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１について図面を参照しながら説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。
図１はこの発明の実施の形態１における４気筒筒内噴射内燃機関の概略的な構成を示すシステム図である。
図１において、１０１は内燃機関、１０２は内燃機関１０１への吸入空気を浄化するエアクリーナ、１０３は内燃機関１０１への吸入空気量を計量するエアフローセンサ、１０４は吸入空気を内燃機関１０１へ送る吸気管である。１０５は吸入空気量を調節するスロットルバルブ、１０６はインジェクタドライバ１５１により駆動される燃料噴射弁であり、内燃機関１０１の運転状態に見合った燃料を供給する。
１３０は、点火コイル１３１により駆動される点火プラグであり、点火コイル１３１から供給される高電圧により火花を発生して、燃焼室内の混合気を燃焼させる。１０７は燃焼室内で燃焼した排気ガスを排出する排気管、１０８は排気ガス内の酸素濃度を検出するＯ２センサ、１０９は排気ガスを浄化する三元触媒である。
１１０はカム軸で、タイミングベルトなどの機械的伝達手段を介してクランク軸１２０と連結されている。そして、このカム軸１１０は、クランク軸１２０が２回転する間に１回転する。

１１１はカム軸１１０に取り付けられたカム信号板で、具体的形状の一例を図２に示す。図２において、各気筒を符号＃で表記するものとすれば、このカム信号板１１１は、第１気筒♯１の圧縮上死点から第４気筒＃４の圧縮上死点まで、カム信号ＳＧＣがハイレベルとなる信号が発生するよう突起を備えている。１１２はカム信号板１１１の突起を検出することによりカム信号ＳＧＣを発生するカム角検出センサである。

図３は、クランク軸１２０に取り付けられたクランク角検出用信号板（以下、単に信号板ともいう。）１２１の具体的形状の一例を示す図である。
図３において、１２２及び１２３は、それぞれ、信号板１２１の突起を検出することにより第１クランク角信号ＳＧＴ１（以下、単に第１信号ＳＧＴ１ともいう。）及び第２クランク角信号ＳＧＴ２（以下、単に第２信号ＳＧＴ２ともいう。）を発生する第１のクランク角検出センサ（第１信号発生手段ともいう。）及び第２のクランク角検出センサ（第２信号発生手段ともいう。）である。そして、この実施の形態１では、第１クランク角信号ＳＧＴ１をクランク角度に対応した信号とし、第２クランク角信号ＳＧＴ２は欠け歯検出とクランク軸の回転方向判定に用いる信号としている。

いま、クランク軸１２０の角度をＣＡと表記するものとすると、信号板１２１には２０°ＣＡ毎に計１７個の１０°ＣＡ幅の突起が形成されている。
また、この実施の形態１では、第１のクランク角検出センサ１２２に対し、第２気筒＃２及び第３気筒＃３における圧縮上死点の手前７５゜ＣＡ（以下、Ｂ７５゜ＣＡと表記する）からＢ１０５゜ＣＡの部分を欠け歯部としている。
一方、第２のクランク角検出センサ１２３は、第１のクランク角検出センサ１２２に対して３５°離れて配設されているため、第２信号ＳＧＴ２は第１信号ＳＧＴ１に対し３５゜ＣＡ遅れた信号となる。

詳細は後述するが、第１信号ＳＧＴ１が検出されること無く第２信号ＳＧＴ２が続けて検出された場合、クランク軸１２０が正転しているならば第１信号ＳＧＴ１は欠け歯領域にあるため、その後に検出される第１信号ＳＧＴ１が、気筒＃２及び＃３におけるＢ７５°ＣＡと基準位置を特定することができる。

また、欠け歯後のＢ７５゜ＣＡに対応するカム信号ＳＧＣのレベルが、ハイレベルかローレベルかによって各気筒の行程およびクランク角の位置を特定することができる。
例えば、欠け歯後のＢ７５゜ＣＡのカム信号ＳＧＣがハイレベルの場合には、気筒＃３のＢ７５゜ＣＡと特定することができる。

図４は、４気筒筒内噴射内燃機関における通常の運転状態における各パラメータの挙動例を示したタイミングチャートである。
図４において、カム信号ＳＧＣはカム軸１１０の回転に応じてレベルが変化し、また、第１クランク角信号ＳＧＴ１は、クランク軸１２０に取り付けられた信号板１２１の回転に伴って発生する。そして、この実施の形態１では、この第１クランク角信号ＳＧＴ１によりクランク角度を検出する。

第２クランク角信号ＳＧＴ２も、第１信号ＳＧＴ１同様、クランク軸１２０に取り付けられた信号板１２１の回転に伴って発生する。この実施の形態１では、前述のように第２信号ＳＧＴ２は第１信号ＳＧＴ１に対し３５゜ＣＡ遅れた信号となる。
このため、第１信号ＳＧＴ１と第２信号ＳＧＴ２との組み合わせによりクランク軸の回転方向が判定でき、第１信号ＳＧＴ１が立ち上がりエッジの時に、第２信号ＳＧＴ２がハイ（Ｈ）レベルであればクランク軸は正転であり、逆に、第２信号ＳＧＴ２がロー（Ｌ）レベルであればクランク軸は逆転していると判定できる。
また、同様に、第１信号ＳＧＴ１が立ち下がりエッジの時に、第２信号ＳＧＴ２がＬレベルであればクランク軸は正転、Ｈレベルであれば逆転していると判定できる。

但し、第２信号ＳＧＴ２が欠け歯部を通過している時は、第２信号ＳＧＴ２が常にＬレベルのため、上記の通り判定するとクランク軸の回転方向を誤判定する懸念がある。
このため、後述のＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznにより、回転方向の判定方法を変更する必要がある。

正転確定フラグf_rotは、クランク軸が正転していることが確実な時に“１”にセットされ、それ以外の停止直前など回転が不安定な時は“０”にクリアされる。
例えば、アイドル回転程度の所定回転速度以上の時や、スターターモーター駆動時を正転状態とすることができる。

カウント値c_kakehaは、第１信号ＳＧＴ１の欠け歯部分を検出する為のもので、第２信号ＳＧＴ２が変化する毎にカウントアップし、第１信号ＳＧＴ１が変化する毎に“０”にクリアされる。
正転確定フラグf_rotが“１”でかつカウント値c_kakehaが“３”の時に検出された第１信号ＳＧＴ１が、欠け歯横にある気筒＃２及び＃３におけるＢ７５°ＣＡとなり、基準位置を特定することができる。

クランク軸逆転フラグf_revは、第１信号ＳＧＴ１、第２信号ＳＧＴ２から判定されたクランク軸の回転方向によって設定され、逆転時は“１”、正転時は“０”がセットされる。

カウント値c_sgtは、クランク角度を検出するためのカウンタで、例えば、コントロールユニット１５０内に構築されたカウンタに対して第１クランク角信号ＳＧＴ１が入力される毎に、正転時はカウントアップ、反転時は保持、逆転時はカウントダウンされ、基準位置である欠け歯横のＢ７５゜ＣＡ毎に、正転時は“０”、逆転時は“３３”がセットされる。したがって、このカウント値c_sgtはクランク軸１２０が１回転する間に“０”から“３３”の間の値を取り、このカウント値によってクランク角度を特定することができる。但し、後述のＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznが“１”の時など一部特殊な処理を行う場合があるので、後で詳述する。また、バッテリ１６０が接続された場合等、コントロールユニット１５０初期化時にはクランク角度が不明となるため、初期値として“２５５”がセットされる。

気筒フラグf_cylは、気筒を特定する為のもので、クランク角度カウンタc_sgtが“０”であるＢ７５゜ＣＡ時のカム信号ＳＧＣがハイレベルのとき“１”をセットし、ローレベルのとき“０”にセットする。これにより、クランク角度カウンタc_sgtが“０”かつ気筒フラグf_cylが“１”の時、気筒＃３のＢ７５゜ＣＡと特定することができる。

ＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznは、クランク軸の回転方向の判定ができなくなる第２信号ＳＧＴ２の欠け歯部分を示すフラグである。クランク角度カウンタc_sgtが正転時は“１”〜“４”の区間、逆転時は“０”〜“３”の区間で“１”にセットされ、それ以外では“０”にクリアされるもので、処理は後で詳述する。

次に、この実施の形態１に係る内燃機関のクランク角度検出装置の具体的な処理手順について説明する。
まず、コントロールユニット１５０において、第１クランク角信号ＳＧＴ１の立ち上がり及び立ち下がりエッジに同期して行われるクランク角度検出処理の全体的な動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。なお、以下において符号Ｓは各処理ステップを意味する。

ステップＳ１０１、ステップＳ１０２では、クランク軸が正転していることを判定するため、ステップＳ１０１ではスターターモーターが起動されているか、ステップＳ１０２ではエンジン回転速度ｎｅが５００ｒ／ｍｉｎを越えているかを判定する。
いずれかが成立していれば、ステップＳ１０３で正転確定フラグf_rotに１をセットし、どちらも不成立の場合は、ステップＳ１０４で正転確定フラグf_rotを０にクリアする。
ステップＳ１０５では、第１クランク角信号ＳＧＴ１，第２クランク角信号ＳＧＴ２を用いてクランク軸の回転方向を判定するクランク軸回転方向判定処理を行う。
ステップＳ１０６では、クランク角度カウンタc_sgtの初期化状態からの変化を判定する為に、前回クランク角度カウンタc_sgt_oldにc_sgtを代入しておく。

ステップＳ１０７では、第１クランク角信号ＳＧＴ１とステップＳ１０５のクランク軸回転方向判定処理で得られた回転方向を基に、クランク角度を積算するクランク角度演算処理を行う。
ステップＳ１０８では、エンジン回転速度ｎｅが２０００ｒ／ｍｉｎを超えているかを判定する。成立時は、高回転時の演算負荷を軽減するため、欠け歯通過判定処理を行わずステップＳ１０９でＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznを０にクリアする。
一方、不成立の場合はステップＳ１１０で、先に演算したクランク角度と回転方向を基にＳＧＴ２の欠け歯部を通過しているかを判定する欠け歯通過判定処理を行う。

また、第２クランク角信号ＳＧＴ２の立ち上がり及び立ち下がりエッジに同期して行われるクランク角度検出処理について、図６のフローチャートに示す。
第２クランク角信号ＳＧＴ２は、この実施の形態１では、第１クランク角信号ＳＧＴ１の欠け歯検出と、クランク軸の回転方向判定にのみ用いるため、処理はステップＳ２０１のみで、第１信号ＳＧＴ１の欠け歯部検出のためのカウンタc_kakehaをカウントアップする。
クランク軸の回転方向判定については、詳細は後述するが、第１信号ＳＧＴ１のエッジ検出時の第２信号ＳＧＴ２レベルで行う為、ここで行う処理は特にない。

次に図５内の各処理手順の詳細について説明する。
図７は、図５のステップＳ１０５におけるクランク軸回転方向判定処理の具体的な内容を説明するためのフローチャートである。
ステップＳ３０１では、クランク軸の反転を判定する為に、前回クランク軸逆転フラグf_rev_oldにクランク軸逆転フラグf_revを代入しておく。
ステップＳ３０２では、逆転判定演算フラグf_revcalを０にクリアする。

ステップＳ３０３では、エンジン回転速度ｎｅが２０００ｒ／ｍｉｎを越えているかを判定する。
成立時は、高回転時の演算負荷を軽減するためにクランク軸回転方向の判定処理を行わず、また正転確定フラグf_rot同様、高回転時は正転していると判定できるのでステップＳ３０４でクランク軸逆転フラグf_revを０にクリアして処理を終了する。
不成立時は、ステップＳ３０５で、第２信号ＳＧＴ２がＨレベルかを判定する。
成立時は、ステップＳ３０６で第１信号ＳＧＴ１が立ち上がりエッジならばクランク軸は正転している為、ステップＳ３０７でクランク軸逆転フラグf_revを０にクリアし、第１信号ＳＧＴ１が立ち下がりエッジの場合は逆転している為、ステップＳ３０８でクランク軸逆転フラグf_revに１をセットする。

最後にステップＳ３０９で、ＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznが１にセットされているか判定し、成立時はＳＧＴ２欠け歯区間の終了となるため、ステップＳ３１０で逆転判定演算フラグf_revcalに１をセットして処理を終了する。
不成立時はそのまま処理を終了する。

一方、ステップＳ３０５不成立時は、第２信号ＳＧＴ２がＬレベルなので、誤判定を防止する為に、ステップＳ３１１でＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznの判定を行う。
ＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznが０にクリアされている場合のみクランク軸の回転方向を判定し、ステップＳ３１２で第１信号ＳＧＴ１が立ち上がりエッジならばクランク軸は逆転している為、ステップＳ３１３でクランク軸逆転フラグf_revに１をセットし、第１信号ＳＧＴ１が立ち下がりエッジの場合は正転している為、ステップＳ３１４でクランク軸逆転フラグf_revを０にクリアして、処理を終了する。
ＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznに１がセットされている場合は、クランク軸回転方向の判定が行えない為、そのまま処理を終了する。

図８、図９は、図５のステップＳ１０７におけるクランク角度演算処理の具体的な内容を説明するためのフローチャートである。
図８において、ステップＳ４０１では、バッテリ接続時などコントロールユニットが初期化されたかを判定し、成立時はステップＳ４０２でクランク角度カウンタc_sgtに初期値として２５５を代入する。
ステップＳ４０３で、正転確定フラグf_rotが１にセットされているか判定する。
成立時は確実に正転しているため、ステップＳ４０４でＳＧＴ１欠け歯検出カウンタc_kakehaが３である場合は、ステップＳ４０５で、第１信号ＳＧＴ１の欠け歯を通過して基準位置と判断してクランク角度カウンタc_sgtに０をセットする。
不成立で欠け歯以外の場合は、ステップＳ４０６でクランク角度カウンタc_sgtが２５５でないか判定し、成立時はクランク角度がセットされている為、カウントアップを行う。不成立時はクランク角度カウンタc_sgtは初期化状態のため何も行わない。その後、図９のステップＳ４２６に移行する。

ステップＳ４０３で、不成立時は、ステップＳ４０８でクランク角度カウンタc_sgtが２５５の時はc_sgtは初期化状態のため、何も行わず、図９のステップＳ４２６に移行する。ステップＳ４０８でクランク角度カウンタc_sgtにクランク角度がセットされている時は、ステップＳ４０９で逆転判定演算フラグf_revcalが１にセットされているか判定する。

逆転判定演算フラグf_revcalが１の時は、第２信号ＳＧＴ２の欠け歯部を通過し終わったことを示す為、ステップＳ４１０でクランク軸逆転フラグf_revが１の時は逆転して欠け歯部を通過し終えたとして、クランク角度カウンタc_sgtに欠け歯区間c_sgt最小値c_sgt_mincから１引いた値を代入する。
また、クランク軸逆転フラグf_revが０の時は正転して欠け歯部を通過し終えたとして、クランク角度カウンタc_sgtに欠け歯区間c_sgt最大値c_sgt_maxcに１加えた値を代入して、図９のステップＳ４１７に移行する。

一方、ステップＳ４０９で逆転判定演算フラグf_revcalが０の時は、ステップＳ４１３で、クランク軸逆転フラグf_revと前回クランク軸逆転フラグf_rev_oldを比較して、クランク軸が反転したかを判定する。
f_revとf_rev_oldが等しい場合は、回転方向は変化していないため、ステップＳ４１４のクランク軸逆転フラグf_revに応じて、f_revが１で逆転中はステップＳ４１５でクランク角度カウンタc_sgtをカウントダウンし、f_revが０で正転中はステップＳ４１６でクランク角度カウンタc_sgtをカウントアップして、図９のステップＳ４１７に移行する。

クランク軸逆転フラグf_revと前回クランク軸逆転フラグf_rev_oldが異なる場合は、クランク軸が反転したため、前回の第１信号ＳＧＴ１と今回の第１信号ＳＧＴ１は同一エッジとなるため、クランク角度カウンタc_sgtは変化させずに図９のステップＳ４１７に移行する。

図９のステップＳ４１７からステップＳ４２５までは、クランク角度カウンタc_sgtの後処理として、クランク角度カウンタc_sgtが初期化状態で無く、正転が確実でない時に実行される。

図９において、ステップＳ４１７では、ＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznが１にセットされているか判定する。成立時はＳＧＴ２の欠け歯部を通過中のため、クランク角度カウンタc_sgtを制限する必要があり、ステップＳ４１８でc_sgtが欠け歯区間最小値c_sgt_mincより小さい場合は、ステップＳ４１９でc_sgtに欠け歯区間最小値c_sgt_mincを代入し、またステップＳ４２０でc_sgtが欠け歯区間最大値c_sgt_maxcより大きい場合は、ステップＳ４２１でc_sgtに欠け歯区間最大値c_sgt_maxcを代入する。

ステップＳ４２２でクランク角度カウンタc_sgtが０未満の場合は、ステップＳ４２３でc_sgtに３３を代入し、ステップＳ４２４でc_sgtが３３を越えている場合は、ステップＳ４２５でc_sgtに０を代入する。

ステップＳ４２６以降はクランク角度カウンタc_sgtが初期化状態もしくは正転確実な場合も含め実行され、ステップＳ４２６で第１信号ＳＴＧ１の欠け歯検出カウンタc_kakehaを０にクリアして、その後エンジン回転速度の演算となる。

ステップＳ４２７でクランク角度カウンタc_sgtが０の時にエンジン回転演算を行い、それ以外のときはそのまま処理を終了する。
ステップＳ４２８で、クランク軸逆転フラグf_revと前回クランク軸逆転フラグf_rev_oldを比較してクランク軸が反転したかを判定する。

クランク軸が反転した場合は、エンジン周期の計測ができなくなる為、ステップＳ４３２で、エンジン回転速度ｎｅに０を代入して処理を終了する。
クランク軸反転が無い場合は、ステップＳ４２９でsgt0周期[t_sgt0]の算出が可能であるか判定する。前回のクランク角度カウンタc_sgt＝０における時刻が無いなど算出不可の場合は、ステップＳ４３２で、エンジン回転速度ｎｅに０を代入して処理を終了する。
sgt0周期[t_sgt0]の算出が可能な場合は、ステップＳ４３１でエンジン回転速度ｎｅを演算する。ステップＳ４３３で、クランク軸逆転フラグf_rev＝１か判定した結果、逆転している場合は、ステップＳ４３４で−１を掛け負の値として、処理を終了する。

図１０は、図５のステップＳ１１０における欠け歯通過判定処理の具体的な内容を説明するためのフローチャートである。
図１０において、ステップＳ５０１では、クランク角度カウンタc_sgtが２５５か判定する。成立時は初期化状態であり、クランク角度が不明な為、ステップＳ５０２でＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznを１にセットしておく。
不成立時はステップＳ５０３で、前回クランク角度カウンタc_sgt_oldが２５５かを判定する。成立時は今回の第１信号ＳＧＴ１で、クランク角度演算処理内のステップＳ４０５でクランク角度カウンタc_sgtが０にセットされたことを示す為、ステップＳ５０４でＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznを０にクリアする。
不成立時においてステップＳ５０５で逆転判定演算フラグf_revcalが１の場合も、欠け歯部を通過し終わったことを示す為、ステップＳ５０４でf_kakeznを０にクリアする。

ステップＳ５０５も不成立であった場合は、ステップＳ５０６でクランク軸逆転フラグf_revが０であるか判定する。
成立時は現在のクランク軸は正転のため、第２信号ＳＧＴ２の欠け歯部に入るのはクランク角度カウンタc_sgtが１の時なので、ステップＳ５０７でＳＧＴ２欠け歯区間判定c_sgt値c_sgt_kinに１を代入する、
また、不成立時は現在のクランク軸は逆転のため、第２信号ＳＧＴ２の欠け歯部に入るのはクランク角度カウンタc_sgtが３の時なので、ステップＳ５０８でＳＧＴ２欠け歯区間判定c_sgt値c_sgt_kinに３を代入する。

ステップＳ５０９で、c_sgtとc_sgt_kinが等しい場合は、クランク角度が第２信号ＳＧＴ２の欠け歯部に入ったとして、ステップＳ５１０でＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznに１をセットする。

最後にステップＳ５１１で、ＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznが１の場合は、ステップＳ５１２で欠け歯区間c_sgt最大値c_sgt_maxcに３を、ステップＳ５１３で欠け歯区間c_sgt最小値c_sgt_mincに１を代入して処理を終了する。

なお、上述した実施の形態１においては、欠け歯部分を１箇所としたが、複数箇所でもよい。その場合は、それぞれの欠け歯部分でＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznをセットすればよく、クランク角度カウンタc_sgtに応じて、ＳＧＴ２欠け歯区間判定c_sgt値c_sgt_kinの値を切り替えるとともに、ＳＧＴ２欠け歯区間フラグf_kakeznがセットされた時のクランク角度カウンタc_sgtに応じて、欠け歯区間c_sgt最大値c_sgt_maxc及び欠け歯区間c_sgt最小値c_sgt_mincを設定すればよい。

また、第１信号ＳＧＴ１のエッジ検出時のみでクランク軸の回転方向を判定し角度を積算したが、更にクランク角度の分解能向上のため、第２信号ＳＧＴ２のエッジ検出時でも実施するのがよい。その場合は、第１信号ＳＧＴ１の欠け歯側も欠け歯区間フラグを設定し、第２信号ＳＧＴ２のエッジ同期処理内でも上記と同様の処理をすればよい。

以上のようにこの発明の実施の形態１の内燃機関のクランク角度検出装置によれば、内燃機関のクランク軸に固定され、一部に欠け歯部を形成する等間隔に配設された被検出部を有するクランク角検出用信号板と、被検出部の等間隔部角度の１／２を基準被検出部間角度とし、クランク角検出用信号板の外周に、基準被検出部間角度より大きくかつ整数倍以外の間隔で配設され、被検出部が通過する毎にクランク角の位置検出に用いる第１クランク角信号を発生する第１信号発生手段とクランク角の回転方向判定に用いる第２クランク角信号を発生する第２信号発生手段、第１クランク角信号のレベル変化を検出した時の変化方向及び第２クランク角信号のレベルからクランク軸の回転方向を判定する回転方向判定手段と、欠け歯領域が第２信号発生手段を通過しているかどうかを第１クランク角信号のレベル変化を検出した時に判定する欠け歯通過判定手段とを備え、回転方向判定手段は、欠け歯通過判定手段の判定によって欠け歯領域が第２信号発生手段を通過していると判定されている間は、第２信号発生手段がクランク角検出用信号板に備えた被検出部により信号を発生している時のみ、クランク軸の回転方向の判定を行うので、欠け歯部を通過する際の回転方向の誤判定を防止しつつクランク軸の回転方向の判定が出来るとともに、欠け歯部を通過する際に使用する制御を簡素化することが出来る。また、欠け歯部を通過していることがわかるため、回転方向が判定不可の恐れがあることを認識することができ、他制御で回転方向を使用する場合に判定結果の信頼性を考慮することが出来る。

また、第１クランク角信号及び第２クランク角信号は、２レベルの信号であり、それぞれのレベルの信号が出力される角度を等しくし、さらに、第１信号発生手段及び第２信号発生手段の配設間隔を、ｎを１以上の整数として基準被検出部間角度の（ｎ＋１／２）倍とするとともに、回転方向判定手段は、第１クランク角信号または第２クランク角信号の変化時の信号レベルと、その時の他方のクランク角信号レベルとの組み合わせによりクランク軸の回転方向の判定を行うので、各信号の位置関係が明確になり、ばらつきに対する余裕代を大きくすることができる。

また、第１クランク角信号及び第２クランク角信号の検出数を基にクランク角度を積算しクランク角度を検出するクランク角度積算手段と、第１クランク角信号もしくは第２クランク角信号のいずれかが検出される間に、他方の信号検出数を基にクランク角度の基準位置を検出するクランク基準位置検出手段を備え、クランク角度積算手段は、クランク基準位置検出手段によってクランク角度の基準位置が検出された時はクランク角度を所定値に設定すると共に、回転方向判定手段のクランク軸の回転方向判定結果に応じてクランク角度の積算方法を変更するので、ノイズ等によりクランク角度がずれた場合でも基準位置で正しい値に設定され、クランク軸の回転方向が変化した場合でもクランク角度を正確に積算することができる。

さらに、クランク角度積算手段において、欠け歯通過判定手段の判定によって欠け歯領域を通過していると判定された区間から外れるときに、検出されたクランク角度を再設定するので、欠け歯部通過時にクランク軸回転方向の判定ができずにクランク角度がずれた場合でも、欠け歯部を外れる時に正しい角度に修正することができる。

また、欠け歯通過判定手段の判定によって欠け歯領域を通過していると判定された区間内では、クランク角度積算手段で検出されたクランク角度に制限を掛けるので、欠け歯部通過時にクランク軸回転方向の判定ができずにクランク角度がずれた場合でも欠け歯部内の角度に制限される為、クランク角度が大きく外れた異常な値とならず、この値を使用する他の手段における誤動作を低減することができる。

また、クランク軸の回転速度がアイドル回転程度の所定回転速度以上の時、またはスターターモーターが駆動されクランク軸が回転している時にクランク軸が正回転であると判定するクランク軸正回転判定手段を備えるので、新たなセンサを追加することなくクランク軸の正回転判定を行うことができる。また、クランク軸回転方向の判定を複数の手段で行うことができる為、信頼性を向上することができる。

更に、クランク軸正回転判定手段によりクランク軸の回転速度がアイドル回転以上の高回転によりクランク軸が正回転と判定された時は、回転方向判定手段の処理を一部禁止することによって、高回転時の演算負荷を軽減することができる。

この発明の実施の形態１における４気筒筒内噴射内燃機関の概略的な構成を示すシステム図である。この発明の実施の形態１におけるカム信号発生手段の具体的形状の一例を示す図である。この発明の実施の形態１におけるクランク角検出用信号板の具体的形状の一例を示す図である。この発明の実施の形態１における４気筒内燃機関における通常運転時の各パラメータのタイミングチャートである。この発明の実施の形態１における第１クランク角信号の同期処理のフローチャートである。この発明の実施の形態１における第２クランク角信号の同期処理のフローチャートである。この発明の実施の形態１におけるクランク軸回転方向判定処理のフローチャートである。この発明の実施の形態１におけるクランク角度演算処理のフローチャートである。この発明の実施の形態１におけるクランク角度演算処理のフローチャートである。この発明の実施の形態１における欠け歯通過判定処理のフローチャートである。

符号の説明

１０１：内燃機関１０２：エアクリーナ１０３：エアフローセンサ１０４：吸気
管１０５：スロットルバルブ１０６：燃料噴射弁１０７：排気管、１０８：Ｏ２
センサ１０９：三元触媒１１０：カム軸１１１：カム信号板、１１２カム角検
出センサ１２０：クランク軸１２１：クランク角検出用信号板１２２第１のク
ランク角検出センサ１２３：第２のクランク角検出センサ１３０：点火プラグ
１３１：点火コイル１５０：コントロールユニット１５１：インジェクタドライバ
１６０：バッテリ。

Claims

内燃機関のクランク軸に固定され、一部に欠け歯部を形成する等間隔に配設された被検出部を有するクランク角検出用信号板と、前記被検出部の等間隔部角度の１／２を基準被検出部間角度とし、前記クランク角検出用信号板の外周に、前記基準被検出部間角度より大きくかつ整数倍以外の間隔で配設され、前記被検出部が通過する毎にクランク角の位置検出に用いる第１クランク角信号を発生する第１信号発生手段とクランク角の回転方向判定に用いる第２クランク角信号を発生する第２信号発生手段、前記第１クランク角信号の
レベル変化を検出した時の変化方向及び前記第２クランク角信号のレベルから前記クランク軸の回転方向を判定する回転方向判定手段と、前記欠け歯領域が前記第２信号発生手段を通過しているかどうかを前記第１クランク角信号のレベル変化を検出した時に判定する欠け歯通過判定手段とを備え、前記回転方向判定手段は、前記欠け歯通過判定手段の判定によって欠け歯領域が前記第２信号発生手段を通過していると判定されている間は、前記第２信号発生手段が前記クランク角検出用信号板に備えた前記被検出部により信号を発生している時のみ、前記クランク軸の回転方向の判定を行うことを特徴とする内燃機関のクランク角度検出装置。
前記第１クランク角信号及び前記第２クランク角信号は、２レベルの信号であり、それぞれのレベルの信号が出力される角度を等しくし、さらに、前記第１信号発生手段と前記第２信号発生手段との配設間隔を、ｎを１以上の整数として前記基準被検出部間角度の（ｎ＋１／２）倍とするとともに、前記回転方向判定手段は、前記第１クランク角信号または前記第２クランク角信号の変化時の信号レベルとその時の他方のクランク角信号レベルとの組み合わせにより、前記クランク軸の回転方向の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のクランク角度検出装置。
前記第１クランク角信号及び前記第２クランク角信号の検出数を基にクランク角度を積算しクランク角度を検出するクランク角度積算手段と、前記第１クランク角信号もしくは前記第２クランク角信号のいずれかが検出される間に他方の信号検出数を基にクランク角度の基準位置を検出するクランク基準位置検出手段を備え、前記クランク角度積算手段は、前記クランク基準位置検出手段によってクランク角度の基準位置が検出された時はクランク角度を所定値に設定すると共に、前記回転方向判定手段のクランク軸の回転方向判定結果に応じてクランク角度の積算方法を変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のクランク角度検出装置。
前記クランク角度積算手段において、前記欠け歯通過判定手段によって欠け歯領域を通過していると判定された区間から外れるときに、検出された前記クランク角度を再設定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のクランク角度検出装置。
前記欠け歯通過判定手段によって欠け歯領域を通過していると判定された区間内では、前記クランク角度積算手段で検出されたクランク角度に制限を掛けることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関のクランク角度検出装置。
クランク軸の回転速度がアイドル回転程度の所定回転速度以上の時、またはスターターモーターが駆動されクランク軸が回転している時にクランク軸が正回転であると判定するクランク軸正回転判定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関のクランク角度検出装置。
前記クランク軸正回転判定手段によりクランク軸の回転速度がアイドル回転以上の高回転によりクランク軸が正回転と判定された時は、前記回転方向判定手段の処理を一部禁止することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関のクランク角度検出装置。