JP5797683B2 - 内燃機関の回転位相検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の回転位相検出装置に関し、特に機関の回転に同期して回転する磁性体と、その磁性体の回転に伴う磁界変化を電気信号に変換する磁気センサとを備える回転位相検出装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の回転に同期して回転する磁性体と、その磁性体の回転に伴う磁界変化を電気信号に変換する磁気センサとを備える回転位相検出装置が示されている。磁性体の周縁部の形状によって決まる理想的な位相検出信号（以下「理想位相検出信号」という）に対して、実際に磁気センサから出力される電気信号を二値化することにより得られる実位相検出信号の位相がずれる（信号の立ち上りエッジ及び立ち下がりエッジのタイミングがずれる）ため、このずれを補正する手法が示されている。すなわち、特許文献１の装置では、磁性体の凸部と凹部が周縁部に等間隔で配置されており、凸部に対応する特定期間ＴＡと、隣接する凹部に対応する特定期間ＴＢとの差分ＤＴが算出され、ＴＡ＜ＴＢである場合には、特定期間ＴＡの開始時期がＤＴ／４だけ進角側に補正され、特定期間ＴＡの終了時期がＤＴ／４だけ遅角側に補正される。

また特許文献２には、図９に示すように、周縁部に複数の凸部Ｈ１〜Ｈ４と複数の凹部Ｌ１〜Ｌ４が形成され、凹部Ｌ２及びＬ４の周方向長さが凸部Ｈ１〜Ｈ４及び他の凹部Ｌ１，Ｌ３の周方向長さと異なるように構成された磁性体を使用する回転位相検出装置が示されている。

特開２００３−２４７８５６号公報 特許３４０７３３８号公報

特許文献１に示された装置では、凸部と凹部とが等間隔に配置された磁性体が使用されるため、隣接する凸部と凹部に対応する特定期間ＴＡ，ＴＢの差分を平均化することによる補正が可能であるが、特許文献２に示されるような、異なる周方向長さの凹部（または凸部）を含む磁性体を使用する場合には、以下のような課題がある。

実位相検出信号が、理想位相検出信号からずれる第１の原因は、凸部の端部における磁界の影響は、その端部近傍の一定範囲ＭＦ（図３（ａ）参照）まで及ぶためである。第２の原因は、磁気センサ出力は例えば特許文献２に示される凹部Ｌ２の立ち上がり端部（凹部終了端）に対応する時点の信号レベルと、凹部Ｌ３の立ち上がり端部（凹部終了端）に対応する時点の信号レベルとで微差があり（凹部Ｌ２とＬ３の周方向長さが異なることに起因する）、二値化処理を行ったときに、そのレベルの微差がタイミングのずれとなって表れるためである。したがって、特許文献１に示される補正手法を単純に特許文献２に示される検出装置に適用しても、第２の原因によって正確な補正を行うことはできない。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関の回転に同期して回転する磁性体と、その磁性体に回転に伴う磁界変化を電気信号に変換する磁気センサとを用いて回転位相検出を行い、磁性体がその周縁部に周方向長さが異なる複数の凸部及び凹部を有するものである場合に、磁気センサ出力から得られる実位相検出信号を適切に補正し、位相検出の精度を高めることができる回転位相検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の回転に同期して回転する回転軸（カム軸）の角度位置信号（ＳＣＡＭ）を出力する回転角度位置検出手段を備える内燃機関の回転位相検出装置において、前記回転角度位置検出手段は、前記機関の回転に同期して回転する円板状の磁性体（２１）と、該磁性体に対向する位置に配置され、磁界の変化に対応する電気信号を出力する磁気センサ（２２）と、前記電気信号を二値信号である前記角度位置信号に整形する二値化手段とで構成され、前記磁性体（２１）は、その周縁部に複数の凸部（Ｈ１〜Ｈ３）と複数の凹部（Ｌ１〜Ｌ３）とを有し、前記複数の凸部は対応する中心角度が互いに異なり、前記複数の凹部は対応する中心角度が互いに異なり、かつ前記複数の凸部及び凹部は、対応する中心角度が互いに等しい特定凸部（Ｈ１）及び特定凹部（Ｌ１）を含み、前記角度位置信号（ＳＣＡＭ）は、前記複数の凸部（Ｈ１〜Ｈ３）に対応して第１の値（低レベル）をとり、前記複数の凹部（Ｌ１〜Ｌ３）に対応して第２の値（高レベル）をとるように生成され、前記角度位置信号（ＳＣＡＭ）の、前記特定凸部（Ｈ１）の終了端に対応して生成される特定凸部エッジの発生位相（ＴＨ１）を所定基準位相（ｔ＃２）を基準として検出する特定凸部エッジ発生位相検出手段と、前記角度位置信号（ＳＣＡＭ）の、前記特定凹部（Ｌ１）の終了端に対応して生成される特定凹部エッジの発生位相（ＴＬ１）を前記所定基準位相（ｔ＃３）を基準として検出する特定凹部エッジ発生位相検出手段と、前記特定凸部エッジ発生位相（ＴＨ１）と前記特定凹部エッジ発生位相（ＴＬ１）とを平均化することにより、平均化エッジ発生位相（ＴＡＶ１）を算出する平均化手段と、前記特定凸部エッジ発生位相（ＴＨ１）及び前記特定凹部エッジ発生位相（ＴＬ１）を、前記平均化エッジ発生位相（ＴＡＶ１）を用いて補正し、補正後の特定凸部エッジ発生位相及び特定凹部エッジ発生位相に基づいて、前記回転軸の回転位相（ＣＡＩＮ）を検出することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の回転位相検出装置において、前記機関の回転に同期した基準角度位置信号（ＳＴＤＣ）を生成する基準角度位置信号生成手段を備え、前記所定基準位相（ｔ＃２，ｔ＃３）は、前記基準角度位置信号（ＳＴＤＣ）に基づいて決定されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の回転位相検出装置において、前記磁性体の複数の凸部（Ｈ１〜Ｈ３）及び複数の凹部（Ｌ１〜Ｌ３）は、対応する中心角度が互いに等しい凸部と凹部の組を複数含むことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の回転位相検出装置において、前記磁性体の複数の凸部及び複数の凹部は、それぞれ第１凸部（Ｈ１）、第２凸部（Ｈ２）、及び第３凸部（Ｈ３）と、第１凹部（Ｌ１）、第２凹部（Ｌ２）、及び第３凹部（Ｌ３）とからなり、前記第１凸部（Ｈ１）と第１凹部（Ｌ１）に対応する中心角度が等しく、かつ前記第２凸部（Ｈ２）と第２凹部（Ｌ２）に対応する中心角度が等しく、かつ前記第３凸部（Ｈ３）と第３凹部（Ｌ３）に対応する中心角度が等しくなるように構成され、さらに前記第１凸部（Ｈ１）、前記第３凹部（Ｌ３）、前記第２凸部（Ｈ２）、前記第１凹部（Ｌ１）、前記第３凸部（Ｈ３）、前記第２凹部（Ｌ２）の順に配置されており、前記第１凸部（Ｈ１）に対応する第１中心角度（θＨ１）と、前記第３凹部（Ｌ３）に対応する第２中心角度（θＬ３）と、前記第２凸部（Ｈ２）に対応する第３中心角度（θＨ２）の和が１８０度となるように形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、角度位置信号の、特定凸部の終了端に対応して生成される特定凸部エッジの発生位相が、所定基準位相を基準として検出されるとともに、角度位置信号の、特定凹部の終了端に対応して生成される特定凹部エッジの発生位相が所定基準位相を基準として検出され、特定凸部エッジ発生位相と特定凹部エッジ発生位相とを平均化することにより、平均化エッジ発生位相が算出される。特定凸部エッジ発生位相及び特定凹部エッジ発生位相が、平均化エッジ発生位相を用いて補正され、補正後の特定凸部エッジ発生位相及び特定凹部エッジ発生位相に基づいて、機関の回転位相が検出される。特定凸部と特定凹部は対応する中心角度が等しいため、上述した信号レベルの微差に起因するタイミングのずれがなく（第２の原因が排除され）、かつ特定凸部終了端では特定凸部エッジ発生位相が理想位相検出信号の対応エッジ位相より、磁界の影響に起因する誤差角度分遅れるのに対し、特定凹部終了端で特定凹部エッジ発生位相が逆に誤差角度分進むことから、平均化することによって誤差角度が相殺され、平均化エッジ発生位相は理想位相検出信号の対応エッジ位相と高精度に一致する。したがって、平均化エッジ発生位相を用いて補正された特定凸部エッジ発生位相及び特定凹部エッジ発生位相に基づいて、機関の回転位相を検出することによって、機関回転位相の検出精度を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、機関の回転に同期した基準角度位置信号が生成され、この基準角度位置信号に基づいて所定基準位相が決定されるので、特定凸部エッジ発生位相及び特定凹部エッジ発生位相を正確に検出することができる。

請求項３に記載の発明によれば、磁性体の複数の凸部及び複数の凹部は、対応する中心角度が互いに等しい凸部と凹部の組を複数含むので、その複数組の凸部及び凹部を上記特定凸部及び特定凹部として利用することができ、複数の凸部及び凹部のそれぞれの終了端に対応するエッジ発生位相を正確に検出することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、磁性体の複数の凸部及び複数の凹部が、それぞれ第１凸部、第２凸部、及び第３凸部と、第１凹部、第２凹部、及び第３凹部とからなり、第１凸部と第１凹部に対応する中心角度が等しく、かつ第２凸部と第２凹部に対応する中心角度が等しく、かつ第３凸部と第３凹部に対応する中心角度が等しく構成され、第１凸部、第３凹部、第２凸部、第１凹部、第３凸部、第２凹部の順に配置され、第１凸部に対応する第１中心角度と、第３凹部に対応する第２中心角度と、第２凸部に対応する第３中心角度の和が１８０度となるように形成されるので、位相検出対象の回転軸が機関のカム軸である場合に、機関始動開始時点における磁気センサの出力レベル（第１の値か第２の値か）を参照することによって、機関作動位相を迅速に検出することが可能となる（詳細には特開２０１３−２４２２０号公報参照）。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 図１に示すカム角度センサの構成、及びカム角度センサ出力から得られる角度位置信号を示す図である。 理想位相検出信号（ＳＲＥＦ）との実際の検出角度位置信号（ＳＣＡＭ）とのタイミングずれが発生する原因を説明するための図である。 検出角度位置信号（ＳＣＡＭ）の補正手法を説明するためのタイムチャートである。 基準角度位置信号（ＳＴＤＣ）の生成手法を説明するためのタイムチャートである。 本発明の第２の実施形態にかかるクランク角度センサの構成、及び補正手法を説明するための図である。 ６気筒機関及び３気筒機関の例を説明するためのタイムチャートである。 カム角度センサに使用する磁性体形状の変形例を示す図である。 特許文献２に示される磁性体の形状を示す図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、４気筒を有し、吸気管２を備えている。吸気管２にはスロットル弁３が設けられている。

燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共に電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に電気的に接続されてＥＣＵ５からの制御信号により燃料噴射弁６の開弁時期及び開弁時間（燃料噴射時期及び燃料噴射時間）が制御される。エンジン１の各気筒の点火プラグ７は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５からの点火信号により点火時期が制御される。

吸気管２のスロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ９が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
エンジン１は、吸気弁の作動位相を連続的に変更する吸気弁作動位相可変機構１２を備えており、吸気弁作動位相可変機構１２はＥＣＵ５によりその作動が制御される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸８の回転角度を検出するクランク角度センサ１０と、エンジン１の吸気弁を駆動するカムが固定されるカム軸（図示せず）の回転角度を検出するカム角度センサ１１とが接続されている。クランク角度センサ１０は、比較的短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生し、ＥＣＵ５に供給する。カム軸は、クランク軸８の２回転に対応して１回転する。

ＥＣＵ５は、クランク角度センサ１０及びカム角度センサ１１の出力信号に基づいて、エンジン１の回転位相検出（気筒判別）を行うとともに、カム角度センサ１１の出力信号から生成される回転角度位置信号ＳＣＡＭと、クランク角度センサ１０から出力されるＣＲＫパルスとの相対関係からカム軸の実作動位相（吸気弁作動位相）ＣＡＩＮが検出される。またＣＲＫパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

カム角度センサ１１は、図２（ａ）に示すように、カム軸端部に固定された円板状の磁性体２１と、磁気抵抗素子を有する磁気センサ２２とを備え、磁気センサ２２の出力信号（以下「センサ出力信号」という）ＳＯＵＴを所定閾値を用いて二値化することにより、回転角度位置信号ＳＣＡＭが生成される。磁性体２１は、第１凸部Ｈ１、第３凹部Ｌ３、第２凸部Ｈ２、第１凹部Ｌ１、第３凸部Ｈ３、及び第２凹部Ｌ２が、周方向にこの順序で配置されており、第１凸部Ｈ１に対応する中心角度θＨ１及び第１凹部Ｌ１に対応する中心角度θＬ１はともに９０度であり、第２凸部Ｈ２に対応する中心角度θＨ２及び第２凹部Ｌ２に対応する中心角度θＬ２はともに７８度であり、第３凸部Ｈ３に対応する中心角度θＨ３及び第３凹部Ｌ３に対応する中心角度θＬ３はともに１２度である。換言すれば、磁性体２１は、第１凸部Ｈ１に対応する中心角度と第１凹部Ｌ１に対応する中心角度とが等しく、かつ第２凸部Ｈ２に対応する中心角度と第２凹部Ｌ２に対応する中心角度とが等しく、かつ第３凸部Ｈ３に対応する中心角度と第３凹部Ｌ３に対応する中心角度とが等しくなるように構成されている。

図２（ｂ）は、磁性体２１の周方向断面図（円形状の断面を周方向に直線状に展開して示す図）であり、各凸部Ｈ１〜Ｈ３及び凹部Ｌ１〜Ｌ３を画成する端部Ｅ１〜Ｅ６が示されている。図２（ｃ）は、磁性体２１の形状に対応した理想位相検出信号ＳＲＥＦを示し、図２（ｄ）は、センサ出力信号ＳＯＵＴを二値化することにより得られる検出回転角度位置信号ＳＣＡＭを示す。

図２（ｃ）及び（ｄ）を比較すると明らかなように、凸部の開始端（＝凹部の終了端、Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５）に対応する立ち下がりエッジのタイミングは理想位相検出信号ＳＲＥＦの立ち下がりエッジタイミングより進む一方、凸部の終了端（＝凹部の開始端、Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６）に対応する立ち上がりエッジのタイミングは理想位相検出信号ＳＲＥＦの立ち上がりエッジタイミングより遅れる。

図３は、理想位相検出信号ＳＲＥＦと検出回転角度位置信号ＳＣＡＭとのタイミングずれが発生する原因を説明するための図であり、図３（ａ）は上述した第１の原因に対応し、図３（ｂ）は第２の原因に対応する。図３（ａ）では、磁気センサ２２が３つ示されているが、これは磁性体２１の回転による相対位置の変化を示すためである。凸部の磁界ＭＦの影響は端部の近傍にも及ぶため、検出回転角度位置信号ＳＣＡＭの、凸部開始端（＝凹部の終了端、Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５）に対応する立ち下がりエッジのタイミングは理想位相検出信号ＳＲＥＦの立ち下がりエッジタイミングより進む一方、凸部終了端（＝凹部の開始端、Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６）に対応する立ち上がりエッジのタイミングは理想位相検出信号ＳＲＥＦの立ち上がりエッジタイミングより遅れる。

また、図３（ｂ）に示すように、磁気センサ２２が凸部の終了端に接近して、変化し始めるときのセンサ出力信号ＳＯＵＴのレベルは、凸部の周方向長さＬＨ１，ＬＨ２に依存して異なるため、差分ＤＶが存在する。その結果、閾値ＶＴＨを用いて二値化することにより得られる検出回転角度位置信号ＳＣＡＭと、理想位相検出信号ＳＲＥＦとのタイミングずれ量ＤＴ１とＤＴ２に差が生じる。すなわち、凸部の周方向長さの違いに依存して、凸部終了端に対応する立ち上りエッジのタイミングずれ量が変化する。

以上のような第１及び第２の原因を考慮して、検出回転角度位置信号ＳＣＡＭの補正方法を検討したところ、第１凸部Ｈ１の終了端に対応する立ち上りエッジタイミングのずれ量ＤＴＨ１と、対応する中心角度が第１凸部Ｈ１と等しい第１凹部Ｌ１の終了端に対応する立ち下がりエッジタイミングのずれ量ＤＴＬ１とがほぼ等しくなることが確認された（図２（ｄ）参照）。以下の説明ではこの等しいずれ量を「ＤＴ１」と表示する。
同様に図２（ｄ）に示すずれ量ＤＴＨ２とＤＴＬ２とはほぼ等しくなるので、以下の説明では「ＤＴ２」と表示する。

この点に着目して、本実施形態では以下に説明する手法で、検出回転角度位置信号ＳＣＡＭの補正を行っている。図４はこの手法を説明するためのタイムチャートであり、吸気弁作動位相ＣＡＩＮを一定値に固定した場合の理想位相検出信号ＳＲＥＦ、対応する検出回転角度位置信号ＳＣＡＭ、及び基準角度位置信号ＳＴＤＣを示す。図の上部に示す角度値は、クランク軸の回転角度である。

また基準角度位置信号ＳＴＤＣは、クランク角度センサ１０から出力されるＣＲＫパルスに基づいて生成され、各気筒のピストンが上死点に位置するタイミングを示すパルス信号である。図４に示すＣＡＡは、基準角度位置信号ＳＴＤＣを基準とした信号エッジの進角量［ｄｅｇ］であり、理想位相検出信号ＳＲＥＦでは、４つの気筒に対応する進角量はすべてＣＡＡ（例えば３０度）である。

第１凸部終了端に対応する検出回転角度位置信号ＳＣＡＭの立ち上りエッジと、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃２との時間間隔ＴＨ１と、第１凹部終了端に対応する検出回転角度位置信号ＳＣＡＭの立ち下がりエッジと、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃３との時間間隔ＴＬ１とを計測し、下記式（１）に適用して平均時間間隔ＴＡＶ１を算出する。
ＴＡＶ１＝（ＴＨ１＋ＴＬ１）／２ （１）

図２（ｄ）を参照すると、時間間隔ＴＨ１及びＴＬ１は、それぞれ下記式（２）及び（３）で示される。
ＴＨ１＝ＴＣＡＡ−ＤＴ１ （２）
ＴＬ１＝ＴＣＡＡ＋ＤＴ１ （３）
ここでＴＣＡＡは、計測時点のエンジン回転数ＮＥにおいて、クランク軸が角度ＣＡＡだけ回転するのに要する時間であり、以下「進角時間ＴＣＡＡ」という。

式（２）及び（３）を式（１）に適用すれば明らかなように、理想位相検出信号ＳＲＥＦに対応した進角時間ＴＣＡＡは平均時間間隔ＴＡＶ１と等しくなる。
よって平均時間間隔ＴＡＶ１を用いることにより、検出回転角度位置信号ＳＣＡＭの立ち上り及び立ち下がりエッジを、それぞれタイミングずれのない位置に補正することができる。なお、補正すべきタイミングずれ量ＤＴ１は、下記式（４）により算出できる。
ＤＴ１＝ＴＡＶ１−ＴＨ１
＝ＴＬ１−ＴＡＶ１ （４）

式（４）で得られるタイミングずれ量ＤＴ［ｍｓｅｃ］は時間であるが、その時点のエンジン回転数ＮＥ［ｒｐｍ］を下記式（５）に適用することにより、クランク角度［ｄｅｇ］に換算できる。
ＣＡＤＴ１＝ＮＥ×３６０／６０×ＤＴ１／１０００ （５）

吸気弁を駆動するカムが固定されたカム軸の回転位相をカム角度センサ１１で検出する場合は、進角時間ＴＣＡＡに対応するクランク角度が吸気弁の作動位相に対応するので、平均時間間隔ＴＡＶ１をそのまま角度変換することにより、正確な吸気弁作動位相ＣＡＩＮを算出することができる。

なお進角時間ＴＣＡＡは、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃１と、第２凸部終了端に対応する検出回転角度位置信号ＳＣＡＭの立ち上りエッジとの時間間隔ＴＨ２と、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃４と、第２凹部終了端に対応する検出回転角度位置信号ＳＣＡＭの立ち下がりエッジとの時間間隔ＴＬ２とを用いても算出可能である。

すなわち、時間間隔ＴＨ２及びＴＬ２は、下記式（６）及び（７）で示されるので、下記式（８）により算出される平均時間間隔ＴＡＶ２は、進角時間ＴＣＡＡに等しくなる。
ＴＨ２＝ＴＣＡＡ−ＤＴ２ （６）
ＴＬ２＝ＴＣＡＡ＋ＤＴ２ （７）
ＴＡＶ２＝（ＴＨ２＋ＴＬ２）／２ （８）

図５は、本実施形態における基準角度位置信号ＳＴＤＣの生成方法を説明するための図であり、図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、理想位相検出信号ＳＲＥＦ、対応するＣＲＫパルス、及び基準角度位置信号ＳＴＤＣを示す。図５の上部に示す角度値は、クランク軸の回転角度である。

クランク角度センサ１０は、矢印Ａで示すタイミングで２パルス抜けるように構成されており、このパルス抜けが検出され、その後の最初のパルスを含めて７個目のＣＲＫパルス発生時点が、パルス発生タイミングｔ＃１またはｔ＃４に対応し、パルス抜けが検出された時点から３７個目のＣＲＫパルス発生時点が、パルス発生タイミングｔ＃３またはｔ＃２に対応する。

以上のように本実施形態では、カム角度センサ１１による検出回転角度位置信号ＳＣＡＭの、第１凸部Ｈ１の終了端に対応して生成される立ち上りエッジの発生位相を示す時間間隔ＴＨ１が、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃２を基準として検出されるとともに、第１凹部Ｌ１の終了端に対応して生成される立ち下がりエッジの発生位相を示す時間間隔ＴＬ１が、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃３を基準として検出され、時間間隔ＴＨ１及びＴＬ１を平均化することにより、平均時間間隔ＴＡＶ１が算出される。第１凸部Ｈ１と第１凹部Ｌ１は対応する中心角度が等しいため、センサ出力信号ＳＯＵＴのレベルの微差に起因するタイミングのずれがなく（図３（ｂ）参照）、かつ第１凸部Ｈ１の終了端に対応する立ち上りエッジの位相が理想位相検出信号の対応エッジ位相より、磁界の影響に起因する誤差角度（ＤＴ１）分遅れるのに対し、第１凹部Ｌ１の終了端に対応する立ち下がりエッジの位相が逆に誤差角度（ＤＴ１）分進むことから、平均化することによって誤差角度（ＤＴ１）が相殺され、平均時間間隔ＴＡＶ１は理想位相検出信号の対応エッジ位相を高い精度で示すパラメータとして使用できる。したがって、平均時間間隔ＴＡＶ１によってカム軸の回転位相を正確に検出することができ、本実施形態では吸気弁作動位相ＣＡＩＮの検出精度を高めることができる。

また磁性体２１の第２凸部Ｈ２と第２凹部Ｌ２に対応する中心角度も等しく構成される（結果的に第３凸部Ｈ３と第３凹部Ｌ３に対応する中心角度も等しくなる）ので、上述したように第２凸部Ｈ２と第２凹部Ｌ２の組み合わせを利用して、平均時間間隔ＴＡＶ２を算出するようにしてもよい。このように、複数の凸部Ｈ１〜Ｈ３に対応する中心角度と、複数の凹部Ｌ１〜Ｌ３に対応する中心角度とをそれぞれ等しく構成することにより、複数の凸部及び凹部のそれぞれの終了端に対応するエッジ発生位相を正確に検出することが可能となる。

また第１から第３凸部Ｈ１〜Ｈ３及び第１から第３凹部Ｌ１〜Ｌ３は、第１凸部Ｈ１、第３凹部Ｌ３、第２凸部Ｈ２、第１凹部Ｌ１、第３凸部Ｈ３、第２凹部Ｌ２の順に配置され、第１凸部Ｈ１に対応する中心角度θＨ１と、第３凹部Ｌ３に対応する中心角度θＬ２と、第２凸部Ｈ２に対応する中心角度θＨ２の和が１８０度となるように形成されるので、第１凹部Ｌ１に対応する中心角度θＬ１と、第３凸部Ｈ３に対応する中心角度θＨ３と、第２凹部Ｌ２に対応する中心角度θＬ２の和も１８０度となリ、エンジン始動開始時点におけるセンサ出力信号ＳＯＵＴのレベル（高レベルか低レベルか）を参照することにより、エンジン作動位相（どの気筒がどの行程にあるか）を迅速に検出することが可能となる（詳細には特開２０１３−２４２２０号公報参照）。

またエンジン１の回転に同期した基準角度位置信号ＳＴＤＣが生成され、この基準角度位置信号ＳＴＤＣの発生タイミングを基準として、第１凸部Ｈ１の終了端に対応する立ち上りエッジタイミングと、第１凹部Ｌ１の終了端に対応する立ち下がりエッジタイミングとを示す時間間隔ＴＨ１及びＴＬ１が検出されるので、補正に必要な位相情報としての時間間隔ＴＨ１，ＴＬ１を正確に検出することができる。

本実施形態では、カム角度センサ１１が回転角度位置検出手段の一部を構成し、クランク角度センサ１０が基準角度位置信号生成手段の一部を構成し、ＥＣＵ５が二値化手段（回転角度位置検出手段の一部）、特定凸部エッジ発生位相検出手段、特定凹部エッジ発生位相検出手段、平均化手段、及び基準角度位置信号生成手段の一部を構成する。

［第２の実施形態］
上述した実施形態では、本発明をカム角度センサによる検出回転角度位置信号ＳＣＡＭに適用した例を示したが、本実施形態は本発明をクランク角度センサによる検出回転角度位置信号ＳＣＲＫにも適用したものである。以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。

本実施形態では、クランク角度センサ１０は、図６（ａ）に示す円板状の磁性体３１及び磁気センサ３２によって構成され、対応する理想位相検出信号ＳＣＲＫＲＥＦは、同図（ｂ）に示すようにクランク角度３０度毎に立ち下がりエッジまたは立ち上りエッジを有する信号として出力される。

また基準角度位置信号ＳＴＤＣは、クランク角度センサ１０とは別に設けられ、各気筒のピストンが上死点に位置するタイミングでＴＤＣパルスを出力するＴＤＣ角度センサによって生成される。

磁性体３１は、周縁部に第１〜第１１凸部Ｈ１〜Ｈ１１及び第１〜第１１凹部Ｌ１〜Ｌ１１を有しており、それぞれ対応する中心角度が等しくなるように構成されている。すなわち、第１凸部Ｈ１及び第１凹部Ｌ１に対応する中心角度は３０度であり、第２〜第６凸部Ｈ２〜Ｈ６及び第２〜第６凹部Ｌ２〜Ｌ６に対応する中心角度は２０度であり、第７〜第１１凸部Ｈ７〜Ｈ１１及び第７〜第１１凹部Ｌ７〜Ｌ１１に対応する中心角度は１０度である。

本実施形態においても、例えば第１凸部Ｈ１の終了端に対応する立ち上りエッジの発生タイミングと、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃２との時間間隔ＴＨ１と、第１凹部Ｌ１の終了端に対応する立ち下がりエッジの発生タイミングと、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃１との時間間隔ＴＬ１とを平均化することにより得られる平均時間間隔ＴＡＶ１を使用して補正を行うことができる。

具体的には、タイミングずれ量ＤＴ１は、前記式（４）で与えられ、本実施形態では点火時期ＩＧＬＯＧの補正に適用される。点火時期ＩＧＬＯＧは、圧縮上死点からの進角量［ｄｅｇ］で与えられ、点火時期ＩＧＬＯＧから点火を実行すべき点火ステージが決定される。ステージは、クランク角度３０度の角度範囲に対応し、ステージの開始タイミングが検出回転角度位置信号ＳＣＲＫによって決定される。

したがって、検出回転角度位置信号ＳＣＲＫにタイミングずれがあると、実際の点火時期が指令値（ＩＧＬＯＧ）からずれるため、ずれ量ＤＴ１を使用して補正する。実点火時期は、ステージ開始タイミングから計測を開始するタイマによって最終的に決定されるので、タイマの設定時間をずれ量ＤＴ１分だけ加算または減算することによって、すなわち角度変換することなく補正を行うことができる。

なお、図６は平均時間間隔ＴＡＶ１の算出手法を説明するために示すものであり、実際には時間ＴＨ１，ＴＬ１等の計測の対象とするのは、理想位相検出信号ＳＣＲＫＲＥＦではなく、クランク角度センサ出力信号ＳＣＲＫＯＵＴから得られる検出角度位置信号ＳＣＲＫである。

本実施形態では、クランク角度センサ３０が回転角度位置検出手段の一部を構成し、ＴＤＣ角度センサが基準角度位置信号生成手段の一部を構成する。

［変形例］
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した第１の実施形態では、第１〜第３凸部Ｈ１〜Ｈ３に対応する中心角度が、それぞれ第１〜第３凹部Ｌ１〜Ｌ３に対応する中心角度と等しくなるように構成された磁性体２１を使用したが、本発明は、少なくとも対応する中心角度が等しい一対の凸部と凹部が含まれるように構成された磁性体を使用する場合に適用可能である。

また上述した実施形態では、４気筒エンジンに本発明を適用した例を示したが、本発明は気筒数にかかわらず適用可能である。図７（ａ）は６気筒エンジンについて説明するためのタイムチャートであり、例えばこの図に示される理想位相検出信号ＳＲＥＦが得られるように、カム角度センサの磁性体形状が設定される。図の上部に示す角度は、クランク軸の回転角度である。

すなわち、第１〜第５凸部Ｈ１〜Ｈ５に対応する中心角度と、第１〜第５凹部Ｌ１〜Ｌ５に対応する中心角度とが等しくなるように磁性体が構成され、例えば第１凸部Ｈ１の終了端に対応する立ち上りエッジの発生タイミングと、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃４との時間間隔ＴＨ１と、第１凹部Ｌ１の終了端に対応する立ち下がりエッジの発生タイミングと、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃３との時間間隔ＴＬ１とを平均化することにより得られる平均時間間隔ＴＡＶ１を使用して補正を行うこと、あるいは第２凸部Ｈ２の終了端に対応する立ち上りエッジの発生タイミングと、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃２との時間間隔ＴＨ２と、第２凹部Ｌ２の終了端に対応する立ち下がりエッジの発生タイミングと、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃６との時間間隔ＴＬ２とを平均化することにより得られる平均時間間隔ＴＡＶ２を使用して補正を行うことなどが可能である。

図７（ｂ）は、３気筒エンジンについて説明するためのタイムチャートであり、例えばこの図に示される理想位相検出信号ＳＲＥＦが得られるように、カム角度センサの磁性体形状が設定される。すなわち、第１〜第３凸部Ｈ１〜Ｈ３に対応する中心角度と、第１〜第３凹部Ｌ１〜Ｌ３に対応する中心角度とが等しくなるように磁性体が構成される。この例では、第１凸部Ｈ１の終了端に対応する立ち上りエッジの発生タイミングと、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃２との時間間隔ＴＨ１と、第１凹部Ｌ１の終了端に対応する立ち下がりエッジの発生タイミングと、基準角度位置信号ＳＴＤＣのパルス発生タイミングｔ＃１との時間間隔ＴＬ１とを検出するが、時間間隔ＴＨ１には、第３凹部Ｌ３に対応する時間ＴＬ３が含まれているため、第３凹部Ｌ３の中心角度θＬ３と、その時点のエンジン回転数ＮＥを用いて、時間ＴＬ３を算出し、平均時間間隔ＴＡＶ１を下記式（９）を用いて算出する。
ＴＡＶ１＝（ＴＨ１−ＴＬ３＋ＴＬ１）／２ （９）

なお、図７は平均時間間隔ＴＡＶ１の算出手法を説明するために示すものであり、実際には時間ＴＨ１，ＴＬ１等の計測の対象とするのは、理想位相検出信号ＳＲＥＦではなく、カム角度センサ出力信号ＳＯＵＴから得られる検出回転角度位置信号ＳＣＡＭである。

また、上述した第１の実施形態では、パルス抜け部分が発生するように構成されたクランク角度センサ１０の出力信号から基準角度位置信号ＳＴＤＣを生成したが、クランク角度センサ１０とは別にＴＤＣ角度センサを設けて、基準角度位置信号ＳＴＤＣを生成するようにしてもよい。

またカム角度センサ１１の磁性体２１の形状は、図８に示すように変形してもよい。図８（ａ）は４気筒エンジンの理想位相検出信号ＳＲＥＦを示し、図８（ｂ）〜（ｄ）は、磁性体２１の変形例にかかる周方向断面図を示す。これらの変形例では、凸部の最高部と凹部の最低部の中心線ＬＣＮＴより突き出た部分が凸部に相当し、中心線ＬＣＮＴより低い部分が凹部に相当する。

１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（二値化手段、特定凸部エッジ発生位相検出手段、特定凹部エッジ発生位相検出手段、平均化手段、基準角度位置信号生成手段）
１０ クランク角度センサ（基準角度位置信号生成手段）
１１ カム角度センサ（回転角度位置検出手段）
２１ 磁性体
２２ 磁気センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の回転に同期して回転する回転軸の角度位置信号を出力する回転角度位置検出手段を備える内燃機関の回転位相検出装置において、
   前記回転角度位置検出手段は、前記機関の回転に同期して回転する円板状の磁性体と、該磁性体に対向する位置に配置され、磁界の変化に対応する電気信号を出力する磁気センサと、前記電気信号を二値信号である前記角度位置信号に整形する二値化手段とで構成され、
   前記磁性体は、その周縁部に複数の凸部と複数の凹部とを有し、前記複数の凸部は対応する中心角度が互いに異なり、前記複数の凹部は対応する中心角度が互いに異なり、かつ前記複数の凸部及び凹部は、対応する中心角度が互いに等しい特定凸部及び特定凹部を含み、
   前記角度位置信号は、前記複数の凸部に対応して第１の値をとり、前記複数の凹部に対応して第２の値をとるように生成され、
   前記角度位置信号の、前記特定凸部の終了端に対応して生成される特定凸部エッジの発生位相を所定基準位相を基準として検出する特定凸部エッジ発生位相検出手段と、
   前記角度位置信号の、前記特定凹部の終了端に対応して生成される特定凹部エッジの発生位相を前記所定基準位相を基準として検出する特定凹部エッジ発生位相検出手段と、
   前記特定凸部エッジ発生位相と前記特定凹部エッジ発生位相とを平均化することにより、平均化エッジ発生位相を算出する平均化手段と、
   前記特定凸部エッジ発生位相及び前記特定凹部エッジ発生位相を、前記平均化エッジ発生位相を用いて補正し、補正後の特定凸部エッジ発生位相及び特定凹部エッジ発生位相に基づいて、前記回転軸の回転位相を検出することを特徴とする内燃機関の回転位相検出装置。
2. 前記機関の回転に同期した基準角度位置信号を生成する基準角度位置信号生成手段を備え、
   前記所定基準位相は、前記基準角度位置信号に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の回転位相検出装置。
3. 前記磁性体の複数の凸部及び複数の凹部は、対応する中心角度が互いに等しい凸部と凹部の組を複数含むことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の回転位相検出装置。
4. 前記磁性体の複数の凸部及び複数の凹部は、それぞれ第１凸部、第２凸部、及び第３凸部と、第１凹部、第２凹部、及び第３凹部とからなり、前記第１凸部と第１凹部に対応する中心角度が等しく、かつ前記第２凸部と第２凹部に対応する中心角度が等しく、かつ前記第３凸部と第３凹部に対応する中心角度が等しくなるように構成され、
   さらに前記第１凸部、前記第３凹部、前記第２凸部、前記第１凹部、前記第３凸部、前記第２凹部の順に配置されており、
   前記第１凸部に対応する第１中心角度と、前記第３凹部に対応する第２中心角度と、前記第２凸部に対応する第３中心角度の和が１８０度となるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の回転位相検出装置。

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