JP5883302B2 - クランク位相検知方法及びクランク位相検知装置 - Google Patents

クランク位相検知方法及びクランク位相検知装置 Download PDF

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Description

本発明は、エンジン停止時のクランク位相を検知するクランク位相検知方法及びクランク位相検知装置に関する。
近年、エミッション低減や燃料消費量を抑制するため、車両状態に応じて自動的にエンジンを停止させるアイドリングストップ車両が開発されている。
この種のアイドリングストップ車両は、走行中に信号待ち等で停車したときに、予め設定された停止条件の成立によりエンジンを自動停止し、同じく予め設定されたエンジン始動条件の成立により自動始動し、これにより停車中におけるエミッション排出や燃料消費を抑制する。
アイドリングストップ制御は、例えばブレーキペダルが踏み込まれた状態で、車速が0Km/hまで低下した場合にはエンジンの停止条件が成立していると判定してイグニッションコイルやインジェクタ等に停止信号を出力してエンジンを停止させる。続いて、アイドリングストップ(エンジン停止)中に、ブレーキペダルの踏み込みが解除された場合には、エンジン始動条件が成立したと判定されてスタータモータ、イグニッションコイル及びインジェクタ等に始動信号を出力してエンジンを再始動させる。
一般に、エンジンの通常運転中はクランク角センサとカム角センサの出力信号等に基づいて気筒判別し、イグニッションコイルによる点火制御やインジェクタによる燃料噴射制御を行うようにしているが、エンジンの始動時は、スタータモータによりエンジンをクランキングして特定気筒の判別が完了すると最初に点火及び燃料を噴射する気筒を特定している。
この種のクランク角センサは、一般に図6に示すように、外周に検出歯部102aを有するエンジンのクランク軸或いはカム軸101に取り付けられたシグナルロータ102と、シグナルロータ102に対向して配置された検出器103を有し、検出器103からシグナルロータ102の回転に同期して所定クランク角毎にクランク角信号(パルス信号)が出力され、クランク角信号のカウント値からクランク角を検出するように構成される。
しかし、シグナルロータ102の回転に同期してクランク角毎に検出器103から出力されるクランク角信号を検出して最初に点火及び燃料を噴射する気筒を特定することから、始動時にはスタータモータによりエンジンをクランキングして特定気筒の判別が完了するまで、最初に点火及び噴射する気筒は特定できず始動にバラツキがあり、迅速な始動が達成できないことが懸念される。
この問題を解決するために、特許文献1の始動装置では、エンジン停止直前にクランク角センサによって検出されたクランク角信号とカム角信号に基づいて圧縮行程気筒及びピストン位置を算出し、始動時にピストン位置に応じて当該気筒への燃料噴射量、燃料噴射時間、点火時期等を制御する。
特許文献2は、エンジンが回転停止する際に、クランク角センサの出力信号に基づいてエンジンの回転停止を判定してエンジン停止時のクランク角を検出してメモリに記憶して、エンジンの始動時に、この停止位置を始動位置とみなして気筒判別し、点火及び噴射を開始してエンジンを始動させる。
また、特許文献3には、図7に示すように等回転角度ピッチで配置された検出歯部113を有してクランク軸111と同期回転するシグナルロータ112と、シグナルロータ112に対して互いに位相差Δθを付けて配置された検出器114、115とを有し、検出器114、115からクランク角信号(パルス信号)が出力され、クランク角信号によりエンジン停止の際のクランク角を検出して、停止時に再始動初回噴射気筒の停止角度を検出する制御装置がある。
特開2001−173488号公報 特開2009−138662号公報 特開2006−214408号公報
上記特許文献1乃至3によると、エンジン停止の際のクランク位相、即ちクランク角を検出して停止位置を始動位置とみなしてエンジンを始動させることから、エンジン停止指示、例えばイグニッションコイル等に停止信号を出力した後に、エンジンの回転慣性と摩擦により実際の停止位置にバラツキがあり、迅速な始動が達成できないことが懸念される。
従って、エンジン停止時のクランク位相が瞬時に検出できるクランク位相検知方法及びクランク位相検知装置を提供することにある。
上記目的を達成する請求項に記載の発明によるクランク位相検知方法は、エンジンの停止時にクランク位相を検知するクランク位相検知方法であって、クランク軸と同期回転する環状で回転方向の対向する2つの特定位置を第1基準位置及び第2基準位置とし、前記第1基準位置を始端として周方向に移行するに従って中心軸心から半径方向の距離が漸次増大して高さが連続して変化すると共に前記第2基準位置を終端とする第1外周面と、前記第2基準位置を始端として周方向に移行するに従って中心軸心から半径方向の距離が漸次増大して高さが連続して変化すると共に前記第1基準位置を終端とする第2外周面とを備えたロブと、該ロブと同期回転して前記第2外周面の回転方向の範囲に対応して配置された判定用ロブと、前記ロブの第1外周面及び第2外周面の高さを検知するリフトセンサと、前記判定用ロブの有無を検知する判定用センサとを備え、前記リフトセンサにより検知したロブの外周面の高さと予め設定された前記外周面の高さとクランク位相との相関データとを比較しかつ判定用センサによる判定用ロブの検知によりクランク位相を検知することを特徴とする。
これによると、エンジン停止状態でロブの第1外周面或いは第2外周面の高さをリフトセンサにより検知し、リフトセンサにより検知したロブの外周面の高さと予め設定された相関データとを比較すると共に判定用センサによる判定用ロブの有無を参照することで瞬時にクランク位相が検知できる。更に、クランク位相の変位に伴う第1外周面及び第2外周面の勾配を大きく設定することで、第1外周面及び第2外周面の回転方向に対する高さの変化の割合が大きくなりリフトセンサによるクランク位相の検知精度を高めることができる。また、同精度のクランク位相の検知が要求される場合にはリフトセンサの要求精度を抑制することができる。
上記目的を達成する請求項に記載の発明によるクランク位相検知装置は、エンジンの停止時にクランク位相を検知するクランク位相検知装置であって、クランク軸と同期回転する環状で回転方向の対向する2つの特定位置を第1基準位置及び第2基準位置とし、前記第1基準位置を始端として周方向に移行するに従って中心軸心から半径方向の距離が漸次増大して高さが連続して変化すると共に前記第2基準位置を終端とする第1外周面と、前記第2基準位置を始端として周方向に移行するに従って中心軸心から半径方向の距離が漸次増大して高さが連続して変化すると共に前記第1基準位置を終端とする第2外周面とを備えたロブと、該ロブと同期回転すると共に前記第2外周面の回転方向の範囲に対応して配置された判定用ロブと、前記ロブの第1外周面及び第2外周面の高さを検知するリフトセンサと、前記判定用ロブの有無を検知する判定用センサと、前記リフトセンサにより検知したロブの外周面の高さと予め設定された前記外周面の高さとクランク位相との相関データとを比較しかつ判定用センサによる判定用ロブの検知によりクランク位相を検知するクランク位相算出手段とを備えたことを特徴とする。
これによると、エンジン停止時のロブの第1外周面或いは第2外周面の高さをリフトセンサにより検知し、クランク位相算出手段においてリフトセンサにより検知したロブの外周面の高さと予め設定された相関データとを比較すると共に判定用センサによる判定用ロブの有無を参照することで瞬時にクランク位相が検知できる。更に、クランク位相の変位に伴う第1外周面及び第2外周面の勾配を大きく設定することで、第1外周面及び第2外周面の回転方向に対する高さの変化の割合が大きくなりリフトセンサによるクランク位相の検知精度を高めることができる。また、同精度のクランク位相の検知が要求される場合にはリフトセンサの要求精度を抑制することができる。また、精度を維持しつつ第1外周面の終端及び第2外周面の終端の高さ小さくしてクランク位相検知装置をコンパクトに形成することができる。
本発明によると、エンジン停止状態でロブの外周面の高さをリフトセンサにより検知し、リフトセンサにより検知したロブの外周面の高さと、予め設定された外周面の高さとクランク位相との相関データとを比較することでエンジン停止時のクランク位相が検知できる。
参考例におけるアイドリングストップ車両の構成図である。 クランク位相検知装置の構成概要説明図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)のa−a線断面図である。 基準データの説明図である。 施の形態に係るクランク位相検知装置の構成概要説明図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)のb−b線断面図、(c)は(a)のc−c線断面図である。 基準データの説明図である 従来のクランク角センサの説明図である。 従来のクランク角センサの説明図である。
参考例
以下、参考例及び本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は参考例であるアイドリングストップ車両1の構成を示す概略図である。図1に示すようにアイドリングストップ車両1は、エンジン2及び自動変速機3が搭載される。自動変速機3の出力軸4にはデファレンシャル機構5を介して駆動輪6が連結される。車両1はアイドリングストップ機能を有しており、エンジン2を停止させることで車両1の燃費性能を向上させる。
アイドリングストップ制御を実行するために、制御ユニット10が設けられている。制御ユニット10は、プログラムを実行するCPU、プログラムを記憶するROM、一時的に記憶するRAM、各種センサやアクチュエータ等に接続される出力ポート等によって構成される。制御ユニット10に接続されるセンサとしてはブレーキペダルの操作状況を検出するブレーキペダルセンサ11、アクセルペダルの操作状況を検出するアクセルペダルセンサ12、車速を検出する車速センサ13等がある。
制御ユニット10は、ブレーキ操作や車速等に基づいて、エンジン2の停止条件を判定する。即ち、ブレーキペダルが踏み込まれた状態で(ブレーキペダルセンサ11がON)、車速が0Km/hまで低下した場合には制御ユニット10は、エンジン2の停止条件が成立していると判定する。そしてイグニッションコイル14やインジェクタ15等に停止信号を出力してエンジン2を停止させる。続いて、アイドリングストップ(エンジン停止)中に、ブレーキペダルの踏み込みが解除された場合(ブレーキペダルセンサ11がOFF)には、制御ユニット10によってエンジン2の始動条件が成立したと判定する。そして、制御ユニット10はスタータモータ16、イグニッションコイル14及びインジェクタ15等に始動信号を出力してエンジン2を再始動させる。
ここで、エンジン2の通常運転中はクランク角センサとカム角センサの出力信号等に基づいて気筒判別し、イグニッションコイル14による点火制御やインジェクタ15による燃料噴射制御を行うようにしているが、エンジンの始動時は、クランク位相検知装置によるクランク位相、即ちピストン位置を検知して最初に点火及び噴射する気筒を特定する。
このクランク位相検知装置20の概要を図2及び図3を参照して説明する。
クランク軸とバルブを開閉させる動弁システムにおけるカム軸との間に減速機構が介在してカム軸の1回転(0°〜360°)当たりクランク軸が2回転(0°〜720°)する。即ち、クランク軸の1つの回転位置に対してカム軸が2つの回転位置を取り得る。これによりカム軸の1回転の回転位相(0°〜360°)を検知することでクランク軸の2回転の回転位相(0°〜720°CA)が検知できることから、本参考例ではクランク軸と同期回転するカム軸の回転位相を検知する。
図2(a)にクランク位相検知装置20の要部斜視図を示し、(b)に(a)のa−a線断面図を示す。
クランク位相検知装置20は、カム軸21に装着される環状のロブ22、リフトセンサ24、リフトセンサ24によって検知されたロブ22の高さhと予め設定された基準データDとを比較してクランク位相を検知するクランク位相算出手段25を有する。
ロブ22は、カム軸21に配置される所定幅の環状で被検知部となる外周面23を有し、外周面23はカム軸21の回転方向Rの特定位置を基準位置aとし、この基準位置aに対応するカム軸21の回転方向位置を始端23aとしてカム軸21の回転方向Rとなる周方向に移行するに従って中心軸心Oから半径方向の距離が漸次増大してカム軸21の周面21aからの高さhが増大し、カム軸21を1周したカム軸21の基準位置aに対応する終端23bが中心軸心Oから最も離反してカム軸21からの高さhが最も大きい渦巻き状に形成される。
一方、リフトセンサ24は、ロブ22の外周面23に対向して配置されて、外周面23のカム軸21の周面21aからの高さh、即ちロブ22の高さhを検知する。このリフトセンサ24は、例えばレーザ距離センサ等の非接触センサや接触子を外周面23に接触させて検知する接触センサによって構成できる。
基準データDは、カム軸21の基準位置aから回転方向Rに1周した基準位置aまでの間に、クランク軸の回転位相、即ちクランク角(0°〜720°CA)を割り振ると共に、カム軸21を一回転してリフトセンサ24により外周面23の始端23aから終端23bの各位置の高さhを検知して、この始端23aから終端23bまでの各高さhと割り振られたクランク角(0°〜720°CA)との相関を示す。この基準データD(ロブ高さh−クランク角CA)は、例えば図3に示す縦軸にロブ高さhとし横軸にクランク角CAとすると、外周面23の始端23a側から終端23b側に相応してロブ高さhが漸次増大し、ロブ高さhの増大移行に相応してクランク角が0°〜720°CAに移行する。
クランク位相算出手段25は、カム軸21が停止した状態におけるリフトセンサ24により検知したロブ22の外周面23の高さhと、予め設定された基準データD(ロブ高さh−クランク角CAの相関)を比較してクランク角、即ちクランク位相を検知する。例えば、リフトセンサ24により検知したロブ22の外周面23の高さh1と、基準データD(ロブ高さh−クランク角CA)とを対比し、ロブ高さh1におけるクランク角Caを検知する。
このクランク位相検知装置20によると、エンジン停止時にカム軸2に設けたロブ22の外周面23の高さhをリフトセンサ24により検知し、予め設定された基準データDと比較してクランク角を検知することで瞬時にカム角が検知できる。これにより、例えばアイドリングストップ状態において、ブレーキペダルの踏み込み解除等により、制御ユニット10がエンジンの始動条件が成立したと判断すると同時に瞬時にクランク角が検出でき、特定気筒、即ち最初に点火及び燃料噴射する気筒が特定でき、安定した迅速な始動を達成することができる。
また、エンジン2への停止指示、例えばイグニッションコイル等に停止信号を出力した後に、エンジン2の回転慣性や摩擦により停止位置にばらつきがある場合、即ちエンジン停止時に複雑な回転挙動があっても、正確に停止したクランク位相が検知され、始動時に始動指示に従って瞬時にクランク位相が検知され、再始動初回の噴射気筒に応じた燃料噴射と点火が行え、安定した迅速な始動が達成できる。
(実施の形態)
図4及び図5を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図1乃至図3と対応する部分に同一符号を付することで該部の詳細な説明は省略する。
図4(a)はクランク位相検知装置の概要を示す斜視図であり、(b)は(a)のb−b線断面図、(c)は(a)のc−c線断面図である。
クランク位相検知装置30は、カム軸21に装着されるロブ32及び判定用ロブ35、リフトセンサ37、判定用センサ38、リフトセンサ37によって検知されたロブ32の高さhと予め設定された基準データD1(ロブ高さh−クランク角CA)の比較及び判定用センサ38による判定用ロブ35と判別データD2(判定用ロブの有無)とを比較してクランク位相を検知するクランク位相算出手段39を有する。
ロブ32は、カム軸21に配置される所定幅の環状で第1検知部となる第1外周面33と第2検知部となる第2外周面34を有し、第1外周面33はカム軸21に回転方向Rにおいて対向、即ち回転方向Rに180°が異なる2つの特定位置を第1基準位置a1及び第2基準位置a2とし、第1基準位置a1に対応するカム軸21の回転方向Rの位置を始端33aとしてカム軸21の回転方向Rとなる周方向に移行するに従って中心軸心Oから半径方向の距離が漸次増大してカム軸21の周面21aから高さhが増大してカム軸21を回転方向Rに半周した第2基準位置a2に対応する終端33bが中心軸心Oから最も離反してカム軸21からの高さhが最も大きい略半円弧の渦巻き状に形成される。第2外周面34は第2基準位置a2に対応するカム軸21の回転方向Rの位置を始端34aとしてカム軸21の回転方向Rとなる周方向に移行するに従って中心軸心Oから半径方向の距離が漸次増大してカム軸21の周面21aから高さhが増大してカム軸21を回転方向Rに半周したカム軸21の第1基準位置a1に対応する終端34bが中心軸心Oから最も離反してカム軸21からの高さhが最も大きい略半円弧の渦巻き状に形成される。
判定用ロブ35は、ロブ32に隣接してロブ32と同期回転するカム軸21の第1基準位置a1と第2基準位置a2との一方の間、本実施の形態ではロブ32の第2外周面34が形成される回転方向の範囲に亘って半環状に突出するフランジ状に形成される。
リフトセンサ37は、ロブ32の第1外周面33及び第2外周面34に対向して配置されて、第1外周面33及び第2外周面34のカム軸21の周面21aからの高さh、即ちロブ32の高さhを検知する。このリフトセンサ37は、例えばレーザ距離センサ等の非接触センサや接触子を第1外周面33及び第2外周面34に接触させて計測する接触センサによって構成できる。
判定用センサ38は、判定用ロブ35の被検知部となる外周面36に対向して配置されて、判定用ロブ38の有無を検知する。この判定用センサ38は、例えばレーザ距離センサ等の非接触センサや接触子を外周面36に接触させて計測する接触センサによって構成できる。
基準データD1(ロブ高さh−クランク角CA)は、カム軸21の第1基準位置a1から回転方向Rに半周した第2基準位置a2までの間に、クランク軸の回転位相、即ちクランク角(0°〜360°CA)を割り振り、第2基準位置a2から回転方向Rに半周した第1基準位置a1までの間にクランク角(361°〜720°CA)を割り振ると共に、カム軸21を回転してリフトセンサ37により第1外周面33の始端33aから終端33bまでの各位置の高さhを検知して、この検知した始端33aから終端33bの各高さhと割り振られたクランク角(0°〜360°CA)との相関及び、第2外周面34の始端34aから終端34bの各位置の高さhを計測してこの始端34aから終端34bの各高さhと割り振られたクランク角(361°〜720°CA)との相関を示す。
この基準データD1(ロブ高さh−クランク角CA)は例えば図5に示す縦軸にロブ高さhとし横軸にクランク角CAと設定すると、第1外周面33の始端33a側から終端33b側への移行に相応してロブ高さhが漸次増大し、ロブ高さhの増大移行に相応してクランク角が0°〜360°CAに移行すると共に、第2外周面34の始端34a側から終端34b側への移行に相応してロブ高さhが漸次増大し、ロブ高さhの増大移行に相応してクランク角が361°〜720°CAに移行する。また、判別データD2(判定用ロブの有無)には第2外周面34の始端34a側から終端34bの間に相応するクランク角が361°〜720°CAの範囲に判別用ロブ45が存在することが表示される。
クランク位相算出手段39は、カム軸21が停止した状態におけるリフトセンサ37により検知したロブ32の第1外周面33及び第2外周面34の高さhと予め設定された外周面の高さとクランク位相との相関データD1(ロブ高さh−クランク角CAの相関)とを比較しかつ判定用センサ38による判定用ロブ35の検知と基準データD2(判定用ロブの有無)との比較よりクランク角を検知する。
例えば、リフトセンサ37により検知したロブ高さがh1であり、判定用センサ38により判定用ロブ35を検知しないとき(判定用センサ35がOFF)では、リフトセンサ37により第1外周面33の高さh1を検知し、その検知したクランク角は0°〜360°CAの範囲のクランク角Ca1が検知できる。一方、リフトセンサ37により検知したロブ高さがh1であり、判定用センサ38により判定用ロブ35を検知したとき(判定用センサ38がON)では、リフトセンサ37により第2外周面34の高さh1を検知し、その検知したクランク角は361°〜720°CAの範囲のクランク角Ca2が検知できる。
このクランク位相検知装置30によると、エンジン2の停止時のロブ32の第1外周面33或いは第2外周面34の高さhをリフトセンサ37により検知し、リフトセンサ37により検知したロブ32の外周面の高さhと予め設定された相関データD1とを比較すると共に判定用センサ38による判定用ロブ35の有無を参照することで瞬時にクランク位相が検知できる。
更に、参考例に対し、クランク角CAの変位に伴う第1外周面33及び第2外周面34の勾配が大きく、第1外周面33及び第2外周面34の回転方向Rに対する高さhの変化の割合が大きくなりリフトセンサ37によるクランク角度CAの精度を高めることができる。また、同精度のクランク角が要求される場合にはリフトセンサ37の要求精度を抑制することができる。換言すると、精度を維持しつつ第1外周面33の終端33b及び第2外周面34の終端34bの高さhを参考例の外周面23の終端23bの高さhより小さくしてクランク位相検知装置30をコンパクトに形成することができる。

なお、上記実施の形態ではクランク位相検知装置をカム軸に配置したが、クランク軸を含むクランク軸と同期回転する各種の軸に配置することができる。
1 アイドルストップ車両
2 エンジン
20 クランク位相検知装置
22 ロブ
23 外周面
23a 始端
23b 終端
24 リフトセンサ
25 クランク位相算出手段
30 クランク位相検知装置
32 ロブ
33 第1外周面
33a 始端
33b 終端
34 第2外周面
34a 始端
34b 終端
35 判定用ロブ
36 外周面
37 リフトセンサ
38 判定用センサ
39 クランク位相算出手段

Claims (2)

  1. エンジンの停止時にクランク位相を検知するクランク位相検知方法であって、
    クランク軸と同期回転する環状で回転方向の対向する2つの特定位置を第1基準位置及び第2基準位置とし、前記第1基準位置を始端として周方向に移行するに従って中心軸心から半径方向の距離が漸次増大して高さが連続して変化すると共に前記第2基準位置を終端とする第1外周面と、前記第2基準位置を始端として周方向に移行するに従って中心軸心から半径方向の距離が漸次増大して高さが連続して変化すると共に前記第1基準位置を終端とする第2外周面とを備えたロブと、
    該ロブと同期回転して前記第2外周面の回転方向の範囲に対応して配置された判定用ロブと、
    前記ロブの第1外周面及び第2外周面の高さを検知するリフトセンサと、
    前記判定用ロブの有無を検知する判定用センサとを備え、
    前記リフトセンサにより検知したロブの外周面の高さと予め設定された前記外周面の高さとクランク位相との相関データとを比較しかつ判定用センサによる判定用ロブの検知によりクランク位相を検知することを特徴とするクランク位相検知方法。
  2. エンジンの停止時にクランク位相を検知するクランク位相検知装置であって、
    クランク軸と同期回転する環状で回転方向の対向する2つの特定位置を第1基準位置及び第2基準位置とし、前記第1基準位置を始端として周方向に移行するに従って中心軸心から半径方向の距離が漸次増大して高さが連続して変化すると共に前記第2基準位置を終端とする第1外周面と、前記第2基準位置を始端として周方向に移行するに従って中心軸心から半径方向の距離が漸次増大して高さが連続して変化すると共に前記第1基準位置を終端とする第2外周面とを備えたロブと、
    該ロブと同期回転すると共に前記第2外周面の回転方向の範囲に対応して配置された判定用ロブと、
    前記ロブの第1外周面及び第2外周面の高さを検知するリフトセンサと、
    前記判定用ロブの有無を検知する判定用センサと、
    前記リフトセンサにより検知したロブの外周面の高さと予め設定された前記外周面の高さとクランク位相との相関データとを比較しかつ判定用センサによる判定用ロブの検知によりクランク位相を検知するクランク位相算出手段とを備えたことを特徴とするクランク位相検知装置。
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