JP5103373B2 - インクリメント位置センサの初期設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、２００５年３月１４日に提出された米国仮特許出願第６０／６６１，６３２号の恩典を請求するものである。

本発明は、エンジン・アクチュエータ用位置センサを初期設定するための改良型システムに関するものである。とりわけ、本発明は、センサの最新の既知位置に基づくインクリメンタル位置センサの初期設定に関するものである。

吸気マニホルドは、エンジン性能を改善するため、自動車エンジンへの空気流量を制御する。エンジン・アクチュエータを用いて、吸気マニホルド内の弁が制御される。弁は、空気流の特性を変えて、燃料節約またはトルク出力に関するエンジン性能を向上させる。センサが、エンジン・アクチュエータのアウトプット・シャフトの回転位置を測定して、弁の位置及び速度を決定する。位置情報は、エンジン・コントローラに送られ、エンジン・コントローラは、この情報を利用して、弁を調整する。エンジン・アクチュエータの速度及び位置の決定には、絶対位置及びインクリメント位置センサが利用される。

現在のところ、正確な情報を提供するには、システムの起動毎に、インクリメント・センサに初期設定を施さなければならない。システムには、起動時に、インクリメント・センサがどの位置にあるかが分からない。通常動作前に、センサを既知の位置まで移動させなければならない。既知のシステムは、通常のセンサ動作開始前に、アウトプット・シャフトを回転させて、センサ及び弁を省略時開始位置またはゼロ位置に戻す。

しかしながら、センサ及び弁を省略時位置まで移動させると、センサ及び弁の適切でない移動を生じる可能性があり、センサ・アセンブリに関する情報がシステムにほとんど提供されなくなる。

従って、本発明の目的は、位置センサの初期設定を行って、システムに対するフィードバックを可能にするための改良型装置を開発及び設計することにある。

本発明によるセンサ・アセンブリの一例では、位置センサの最新の既知位置に基づいて初期設定される、インクリメンタル位置センサが利用される。

センサ・アセンブリが、エンジン・アクチュエータのアウトプット・シャフトの位置及び速度を検知して、吸気マニホルド内における弁の位置を制御する。センサ・アセンブリは、既知の位置につくまで、インクリメントをカウントする通常動作を開始できない。自動車をスタートさせると、電力がセンサ・アセンブリ及びマイクロコントローラに供給される。マイクロコントローラは、エンジン・コントローラから最新の既知位置を受信する。最新の既知位置データは、センサを機械的停止位置に向かって回転させるために利用される。

タイマによってセンサを監視して、所定の時間期間内に既知停止位置に到達することを確認する。所定の時間期間の経過後に、センサがまだ移動している場合、システム検査を実施して、どんなエラーが生じたか確認される。センサが既知停止位置に到達すると、インクリメント・カウンタがリセットされ、センサ・アセンブリは、通常動作を開始する。

吸気マニホルドの部品が、初期設定の前に、目標位置に到達できるようにするため、自動車エンジンが所定の温度になると、マイクロコントローラは、センサ・アセンブリの初期設定をオーバライドすることが可能である。センサ・アセンブリの初期設定のオーバライドによって、直後に、アクチュエータを移動させて、吸気マニホルドの部品を調整することになる、初期設定にとって不必要な移動が抑制される。吸気マニホルドの部品が目標位置に達すると、センサ・アセンブリが初期設定される。

本発明の以上の及びその他の特徴については、下記の明細書、及び後で簡単な説明がなされる図面によって最もよく理解することが可能である。

図１には、エンジン１２、及び燃料噴射システム１８に接続された吸気マニホルド・システム１６を備える、自動車１０が例示されている。吸気マニホルド・システム１６には、エンジン・アクチュエータ２０が含まれている。燃料噴射システム１８内のエンジン・コントローラ２２が、エンジン１２への給気を制御するため、エンジン・アクチュエータ２０に接続されている。

エンジン・コントローラ２２は、エンジン・アクチュエータ２０に命じて、吸気マニホルド１６内の弁２３を操作し、エンジン１２内の燃焼を改善する。エンジン１２に燃料点火に適した時間調整を施すため、吸気エンジン・コントローラ２２は、マニホルドの空気圧及びエンジン・アクチュエータ２０の位置といった情報を知る必要がある。エンジン１２の速度及び温度が上昇するにつれて、吸気マニホルド１６を通る空気流量も増加しなければならない。エンジン１２の速度及び温度が低下すると、吸気マニホルド１６を通る空気流量も減少しなければならない。エンジン・アクチュエータ２０は、吸気マニホルド１６内部の弁を調整し、吸気マニホルド・チューニング長または吸気タンブル特性のような給気パラメータを改善することによって、さまざまなエンジン速度における給気特性を最適化する。センサ・アセンブリ２６が、吸気マニホルド１６内における弁２３の位置及び速度に関して、エンジン・アクチュエータ２０にフィードバックを行う。

センサ・アセンブリ２６は、エンジン・アクチュエータ２０の位置を測定するものとして説明されるが、装置の位置測定が必要とされる他の用途に利用することも可能である。

図２には、本発明のセンサ・アセンブリ２６が例示されている。センサ・アセンブリ２６は、エンジン・アクチュエータ２０の電気モータ２７に接続されている。電気モータは、ギヤ・トレーン（不図示）を介して吸気マニホルド１６内における弁２３の位置を調整し、アウトプット・シャフト２８を備えている。アウトプット・シャフト２８には、磁石３０が取り付けられており、磁石３０とアウトプット・シャフト２８の両方は、同じ軸１４まわりを回転する。図示の例の場合、磁石３０は、アウトプット・シャフト２８によって駆動されるウォーム・ギヤ３２に取り付けられている。ウォーム・ギヤ３２に磁石３０を取り付けることによって、アウトプット・シャフト２８に対するギヤレシオが増し、センサ・アセンブリ２６による分解能が向上する。アウトプット・シャフト２８が１回転する毎に、磁石３０は複数回回転する。この例の場合、アウトプット・シャフト２８は、ウォーム・ギヤ３２が、従って、磁石が１００回転する毎に、１回回転する。磁石３０の回転数をセンサ・アセンブリ２６がカウントすることによって、アウトプット・シャフト２８の正確な回転位置及び速度が測定されるという点において、センサ・アセンブリ２６は、インクリメント・センサである。この磁石例３０は、２極磁石である。

第１のホール効果センサ３４が、軸２５に沿って磁石３０から間隔をあけて配置されている。２極磁石を用いることによって、第１のホール効果センサ３４の所望の動作に必要とされるように、第１のホール効果センサ３４の軸２５が、アウトプット・シャフト２８に対して平行で、なおかつ、磁石３０によって生じる磁界Ｂに対しては垂直をなすようにすることが可能になる。アウトプット・シャフト２８が回転すると、第１のホール効果センサ３４は、磁石３０の回転を検知する。磁石３０の半回転毎にカウントされ、この情報がエンジン・アクチュエータ２０内のマイクロコントローラ２４によって収集される。マイクロコントローラ２４は、位置情報を解釈して、弁２３の位置を制御する。位置情報は、エンジン・コントローラ２２にも送られる。エンジン・コントローラ２２は、位置情報を解釈して、燃料点火装置１８を制御する。

第１のホール効果センサ３４は、アウトプット・シャフト２８に対して平行に配置されるので、必要とされるパッケージング空間が小さくなる。さらに、２極磁石３０を利用することによって、センサ・アセンブリ２６に関するコスト及びスペースの両方を節約して、インクリメンタル・センサを設けることが可能になる。第１のホール効果センサ３４及びアウトプット・シャフト２８を平行に配置することによって、磁石３０の回転の明確な測定値を得るのに、１つのホール効果センサ３４だけしか必要としなくなる。

図３Ａおよび図３Ｂには、センサ・アセンブリ２６の初期設定方法１００が例示されている。ステップ１０２として例示のように、自動車１０をスタートさせると、センサ・アセンブリ２６及びマイクロコントローラ２４に電力が供給される。センサ・アセンブリ２６は、システムのメモリに既に記憶がなされているか否かを判定する（１０４）。記憶されたメモリ値がない場合は、センサ・アセンブリ２６が新しく、学習モードを開始することを表す（１０６）。ステップ１０８として例示のように、メモリ値が記憶されている場合、センサ・アセンブリ２６は、磁石３０の最新の既知位置に関してマイクロコントローラ２４に問い合わせる。センサ・アセンブリ２６は、磁石３０が既知位置につくまで、インクリメントをカウントする通常の動作を開始することができない。マイクロコントローラ２４は、最新の既知位置を報告するが、正確度を確認する検査が利用される。従って、最新の既知位置を利用して、既知停止位置に到達させるのに、磁石３０をどの方向に移動させるべきかが判定される。

電気モータ２７によって、アウトプット・シャフト２８が回転し、磁石３０を所望の停止位置まで移動させる。磁石３０を通常の回転速度の５０％で回転させて、予期せぬ障害が生じた場合の、損傷のリスクを減らす。図４には、吸気マニホルド１６内の弁２３が例示されている。弁２３は、エンジン・アクチュエータ２０及びアウトプット・シャフト２８に接続されているので、磁石３０によって対応するように調整される。既知停止位置は、吸気マニホルド１６を通る空気流Ｆが阻止されるか、または、減速される、弁２３の閉位置２９に対応することが可能である。既知停止位置は、吸気マニホルド１６を通る空気流Ｆが最大になる、弁２３の開位置３１（仮想線で例示）に対応することも可能である。弁２３が閉位置または開位置に達すると、その方向におけるアウトプット・シャフト２８のそれ以上の回転が阻止され、機械的停止が生じる。

上記からの例を利用すると、磁石３０は、アウトプット・シャフト２８が１回転する毎に、１００回転して移動する。回転カウントが５０以下の場合、磁石は逆方向に回転して、下方機械的停止位置に到達する（１１０）。回転カウントが５０を超えると、磁石は順方向に回転して、上方機械的停止位置に到達する（１１２）。磁石３０は、既知停止位置の１つに到達する（１１４）まで回転する。タイマが、この時間中、磁石３０を監視し、所定の時間期間内に、既知停止位置の１つに到達する（１１４）ことを確認する（１１６）。所定の時間期間の経過後も、磁石３０が依然として移動している場合（１１６）、システム検査を実施して、エラーが生じたか否かを判定する。

磁石が既知停止位置の１つに到達すると（１１４）、インクリメント・カウンタがリセットされる。磁石３０が逆方向に回転して、下方機械的停止位置に達すると（１１０）、インクリメント・カウンタは、１１８において示すように、１００の範囲にリセットされる。磁石３０が順方向に回転して、上方機械的停止位置に達すると（１１２）、インクリメント・カウンタは、１２０において示すように、１００＋の範囲にリセットされる。インクリメント・カウンタのリセットが済むと、センサ・アセンブリ２６は、通常動作を開始する（１２２）。

センサ・アセンブリ２６は、マイクロコントローラ２４に接続されて、マイクロコントローラ２４から最新の既知位置データを受信する。従って、マイクロコントローラ２４は、１２４において示されるように、望ましい場合には、センサ・アセンブリ２６の初期設定をオーバライドすることが可能である。例えば、自動車エンジン１２が所定の温度の場合、マイクロコントローラ２２は、センサ・アセンブリ２６の初期設定を一時的にオーバライドして、弁２３が目標位置に到達できるようにする。エンジン１２が「高温」の場合、弁２３は、「開」位置に移動して、エンジン１２内への空気流入を増加させなければならない。弁２３及びセンサ・アセンブリ２６は、両方とも、アウトプット・シャフト２８によって駆動されるので、弁２３が移動すると、センサ・アセンブリ２６も同様に移動する。センサ・アセンブリ２６をオーバライドすることによって、初期設定に求められる、不必要な移動が省かれる。弁２３が目標位置に達して、エンジン・コントローラ２２がオーバライドを解除すると（１２４）、センサ・アセンブリ２６は、この方法例に従って初期設定される。

本発明の望ましい実施形態を開示したが、通常の当該技術者には、本発明の範囲内に含まれるいくつかの修正が明らかになるであろう。そのため、付属の請求項を検討して、本発明の真の範囲及び内容を判断すべきである。

本発明のセンサ・アセンブリを利用した、自動車エンジン及び吸気マニホルド・アセンブリ例の概略図である。 本発明のセンサ・アセンブリ例の略側面図である。 本発明によるセンサ・アセンブリの初期設定方法例を例示した流れ図である。 本発明によるセンサ・アセンブリの初期設定方法例を例示した流れ図である。 吸気マニホルド内における弁の開位置と閉位置を例示した図である。

符号の説明

１０ 自動車
１２ エンジン
１６ 吸気マニホルド・システム
１８ 燃料噴射システム
２０ エンジン・アクチュエータ
２２ エンジン・コントローラ
２３ 弁
２４ マイクロコントローラ
２６ センサ・アセンブリ
２７ 電気モータ
２８ アウトプット・シャフト
３０ 磁石
３２ ウォーム・ギヤ
３４ 第１のホイール効果センサ

Claims (6)

1. エンジン・アクチュエータ用インクリメント・センサの初期設定方法であって、
   ａ）前記インクリメント・センサ用磁石の最新の既知位置を決定するステップと、
   ｂ）前記磁石の最新の既知位置に関するデータに基づいて、最新の既知位置が上方停止位置により近い場合には、磁石を上方停止位置に向かって順方向に回転させ、下方停止位置により近い場合には、前記磁石を下方停止位置に向かって逆方向に回転させるステップと、
   ｃ）前記磁石が前記上方停止位置に到達すると、前記センサ用インクリメント・カウンタを上方停止インクリメントにリセットし、前記磁石が前記下方停止位置に到達すると、前記インクリメント・カウンタを下方停止インクリメントにリセットするステップが含まれている、
   方法。
2. 前記ステップｂ）に、さらに、エンジン・アクチュエータのアウトプット・シャフトの１回転に対応する前記磁石回転数に前記上方停止位置を設定するステップが含まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記ステップｂ）に、さらに、エンジン・コントローラから前記磁石の最新の既知位置を得るステップが含まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記ステップｃ）に、さらに、エンジン・コントローラによって前記インクリメント・カウンタのカウントを記録するステップが含まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. さらに、
   ｄ）前記磁石が、所定の時間期間内に前記上方及び下方停止位置の一方に到達しなければ、システム検査を実施するステップが含まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記ステップｂ）に、前記通常の磁石回転速度の何％かの速度で前記磁石を移動させるステップが含まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

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