JPH03210049A - エンジンのクランク角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエンジンのクランク角検出装置に関し、特にク
ランク軸とカム軸とに夫々クランク角センサを設けたも
のに関する。

〔従来技術〕

一般に、自動車用エンジンでは、燃料噴射時期や点火時
期などを制御するために必要なエンジン回転数を決定す
るため、クランク軸の回転角度（以下、クランク角とい
う）を検出するクランク角検出装置が設けられている。

通常、上記クランク角検出装置としては、クランク軸に
連動連結されクランク軸と同期して回転する金属製のデ
ィスクの外周縁部の円周複数等分位置にスリットを放射
状に形成し、このスリットを通過する光りや磁束を光学
式センサやホールセンサなどの矩形波出力型のセンサで
検知してクランク角を検出するようにしたものや、鋼製
のディスクの外周部の円周複数等分位置に外方へ突出す
る突出歯を形成し、この突出歯を電磁ピックアップ式セ
ンサで検′知してクランク角を検出するものが採用され
ている。

一方、上記クランク角検出装置では、通常カム軸或いは
カム軸に連結されて回転するディストリビュータの回転
軸の回転角度から間接的にクランり角を求めているが（
特開昭５７−５９０３２号公報参照）、■型６気筒エン
ジンの場合には、左右のバンクに設けられたカム軸がタ
イミングベルトなどを介してクランク軸に連動連結され
ている関係上、タイミングベルトが全体として長くなっ
てベルトの張力の大小による長さの変化量が大きくなり
、クランク軸に対するカム軸の回転角度の位相のずれが
発生する。そこで、クランク軸の回転角度を直接的に検
出し、燃料噴射タイミングや点火タイミングのずれを防
止することが望ましい。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、クランク軸は通常エンジン下部に設けられる
関係上、クランク軸及びその近傍部に光学式センサやホ
ールセンサなど矩形波出力型のクランク角センサを設け
る場合には、ディスクのスリット部やディスクとセンサ
本体部間の隙間部に泥などの異物が付着し、比較的短期
間のうちに信頼性の高いクランク角信号を検出すること
が出来なくなる。

そこで、クランク軸とその近傍部に電磁ピックアップ式
センサからなるクランク角センサを設けることが考えら
れる。電磁ピックアップ式センサは泥などの異物の付着
により故障しにくいけれども、エンジンの始動のクラン
キング時など極く低回転域のとき磁束の変化速度が小さ
いために有効にクランク角信号を検出出来ず、エンジン
回転数がある程度立上ってクランク角信号が検出可能に
なるまで完爆タイミングが遅れて始動時間が長くなると
いう問題がある。

加えて、従来のエンジンでは、気筒識別用基準クランク
角を検出するセンサを含めずに、クランク角センサとし
ては通常１組のセンサしか設けられていないので、クラ
ンク角センサの故障時にエンジンを運転出来なくなると
いう問題がある。

本発明の目的は、精度の高いクランク角信号を検出し得
るエンジンのクランク角検出装置を提供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るエンジンのクランク角検出装置は、クラン
ク軸の回転角度を検出する第１クランク角センサ及びカ
ム軸の回転角度を検出する矩形波出型の第２クランク角
センサを設け、エンジン回転数が所定の低回転域のとき
には第２クランク角センサからの検出信号に基いてエン
ジン回転数に相関するエンジン制御用のデータを演算し
また上記所定の低回転域以外のときには第１クランク角
センサからの検出信号に基いてエンジン回転数に相関す
るエンジン制御用のデータを演算する演算手段を設けた
ものである。

〔作用〕

本発明に係るエンジンのクランク角検出装置においては
、第２クランク角センサは矩形波出力型のもので構成し
であるので、エンジン回転数が低いときにも第２クラン
ク角センサにより確実にクランク角信号を検出すること
が出来、所定の低回転域のときには第２クランク角セン
サからの検出信号に基いて演算手段によってエンジン回
転数に相関するエンジン制御用のデータを確実に得るこ
とが出来る。

特に、始動のクランキング時にも確実にクランク角信号
が得られるので、そのクランク角信号に基いて点火制御
などを行うことにより完爆までの始動時間を短縮するこ
とも可能となる。

第１クランク角センサからの検出信号は、所定の低回転
域のときには使用しないので、クランク軸の回転角度を
検出する第１クランク角センサとして耐環境性に優れる
電磁ピックアップ式センサを用いることが出来る。

所定の低回転域以外のときには、第１クランク角センサ
からの検出信号に基いてエンジン回転数に相関するエン
ジン制御用のデータを求めるので、クランク軸の回転角
度検出の誤差を小さくして精度良くエンジンを制御する
ことが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明に係るエンジンのクランク角検出装置によれば、
上記〔作用〕の項で詳述したように、所定の低回転域の
ときにも第２クランク角センサからの検出信号を用いて
エンジン回転数に相関するエンジン制御用のデータを確
実に得ることが出来また始動時間を短縮することが可能
でありながら、クランク軸の回転角度検出用の第１クラ
ンク角センサとして電磁ピックアップ式センサを用いる
ことが可能となりクランク角検出装置の信転性の低下を
防止しできること、所定の低回転域以外のときクランク
角検出誤差を小さくしてエンジン回転数に相関するデー
タの精度を高め得ること、メインのクランク角センサと
しての第１クランク角センサ以外に第２クランク角セン
サを備えているので第１クランク角センサの故障に対す
るフェールセーフ制御を設けやすくなること、などの効
果が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

本実施例は、■型６気筒ＤＯＨＣエンジンに本発明を適
用した場合のものである。

第１図に示すように、エンジンＥの左右のバンクト２に
は排気用カム軸３と吸気用カム軸４とが夫々設けられ、
エンジンＥのシリンダブロック５の下部にはクランク軸
６が設けられ、各カム軸３・４の前端部にはカムプーリ
７・８が固着され、クランク軸６の前端近傍部にはクラ
ンクプーリ９が固着され、これらカムブー１７７・８と
クランクブーＩ７９にはガイドブーＩ７１０を介して案
内されたタイミンクベルト１１が掛装され、各カム軸３
・４はクランク軸６が矢印の方向へ２回転する期間に１
回転するようにタイミンクベルト１１を介してクランク
軸６に連動連結されている。

上記エンジンＥの前端部にはプーリ７〜１０とタイミン
グベルト１１を覆うベルトカバー１２が取付けられ、ク
ランク軸６はベルトカバー１２を貫通して前方へ延びそ
の前端部にはファン等の補機を駆動するための複数のブ
ーＩ７１３が固着され（第２図参照）、クランク軸６近
くのベルトカバー１２内にはクランク軸６の回転角度を
検出する第１クランク角検出器１４が設けられ、右バン
ク２の排気用カム軸３に対応するベルトカバー１２の前
端面にはディストリビュータ１５が設けられ、ディスト
リビュータ１５には排気用カム軸３の回転角度を検出す
る第２クランク角検出器１６と、基準気筒（例えば、第
１気筒）の圧縮ＴＤＣのタイミングを検出する基準クラ
ンク角検出器エフとが設けられている。尚、上記第１ク
ランク角検出器１４と第２クランク角検出器１６とコン
トロールユニット３５とでクランク角検出装置が構成さ
れる。

上記第１クランク角検出器１４について説明すると、第
１図・第２図に示すように、クランクブーＩＪ９の前端
面には略円板状のディスクプレート１８が固着され、デ
ィスクプレート１８の外縁部には円周所定間隔おきに１
２個の被検出部１９が外方へ向けて突出状゛に形成され
、シリンダブロック５の前端面には外方側からディスク
プレート１８に臨む電磁ピックアップ式の第１クランク
角センサ２０が設けられ、第１クランク角センサ２０で
は被検出部１９が接近したり遠ざかったすることによる
磁束の変化を検知して磁束の変化に応じた電気信号を出
力する。尚、上記第１クランク角検出器１４はエンジン
ルームの下部に配設される関係上、走行時に埃や泥がデ
ィスクプレート１８や第１クランク角センサ２０のセン
サ部に付着することがあるが、電磁ピックアップ式のセ
ンサで構成しであるので十分な信鯨性が確保される。

上記第２クランク角検出器１６について説明すると、第
１図・第３図に示すように、右バンク２の排気用カム軸
３の前端部が図示外の連結部材を介してディストリビュ
ータ１５の回転軸２１に連結され、回転軸２１の前端部
には略円板状のディスクプレート２２が固着され、ディ
スクプレート２２の外縁部には１２個のスリット２３が
円周所定間隔おきに放射状に形成され、ディストリビュ
ータ１５のケーシング２４内にはディスクプレート２２
を挟む２又状のセンサ支持部材２５が設けられ、センサ
支持部材２５の端部にはホール素子２６と電磁石２７と
からなる第２クランク角センサ２８が設けられ、ホール
素子２６と電磁石２７とはディスクプレート２２を挟ん
で対向状に配設され、ホール素子２６ではスリット２３
を通過する磁界を検知してパルス信号を出力する。尚、
上記第２クランク角検出器１６は、エンジンルームの上
部に配設されるとともにディストリビュータ１５に内装
されるので、走行時においても埃や泥がスリット２３や
ホール素子２６に付着することはない。

上記基準クランク角検出器について説明すると、第１図
・第３図に示すように、第２クランク角検出器１６のデ
ィスクプレート２２に形成された１２個のスリット２３
のうちの１つのスリット２３Ａが半径方向に長く形成さ
れ、ディストリビュータ１５のケーシング２４にはディ
スクプレート２２を挟む２又状のセンサ支持部材２９が
固着され、センサ支持部材２９にはホール素子３０と電
磁石３１とからなる基準クランク角センサ３２が設けら
れ、ホール素子３０と電磁石３１とはディスクプレート
２２を挟んで対向状に配設され、ホール素子３０ではス
リット２２Ａを通過した磁界を検知してパルス信号を出
力する。尚、上記スリット２２Ａは、例えば、第１気筒
の圧縮ＴＤＣに対応した所定の位置に形成されている。

上記エンジンＥを制御するためのコントロールユニット
３５には、各クランク角センサ２０・２８及び基準クラ
ンク角センサ３２と、イグニッションスイッチ３６やス
タータスイッチ３７などの信号が入力され、コントロー
ルユニット３５からはイグニッションユニットやインジ
ェクタ３８などへ制御信号が出力される。

上記コントロールユニット３５はマイクロコンピュータ
を主体とする一般的な構成のもので、各種センサ類から
の検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、第１クラン
ク角センサ２０からの出力信号を波形整形する波形整形
回路、インジェクタ３８やイグニッションユニットを駆
動するための駆動回路などを備えている。尚、上記波形
整形回路では、第４図に示すように、第１クランク角セ
ンサ２０からの出力信号をしきい値αを基準として波形
整形し、出力信号がしきい値α以上のときにはｒＨＪレ
ベル信号を出力し、しきい値α未満のときには「Ｌ」レ
ベル信号を出力する。

上記コントロールユニット３５のＲＯＭ（リード・オン
リ・メモリ）には、エンジンＥを制御するために必要な
、点火時期制御の制御プログラム及びこれに付随する基
本点火進角のマツプ、インジェクタ３８からの燃料噴射
量を演算しインジェクタ３８を駆動する燃料噴射制御の
制御プログラム及びこれに付随する基本燃料噴射量のマ
ツプ、後述のクランク角検出制御の制御プログラムなど
が予め入力格納されている。

次に、上記クランク角検出制御について第５図に示すフ
ローチャートに基いて説明する。

イグニッションスイッチ３６の投入とともに制御が開始
されると、必要な初期設定が実行された後、第１クラン
ク角センサ２０からの第１クランク角信号ＣＡＩと第２
クランク角センサ２８からの第２クランク角信号ＣＡ２
が読込まれ（Ｓｌ）、次にスタータスイッチ３７がＯＮ
操作されたか否かが判定される（Ｓ２）。

エンジンＥを始動するためスタータスイッチ３７を操作
すると、第２クランク角信号ＣＡ２に基いてエンジン回
転数Ｎｅが演算され（Ｓ３）、次にエンジン回転数Ｎｅ
がＮｅ＜５０Ｏｒｐｍか否かが判定され（Ｓ４）、始動
時は５０Ｏｒｐｍ未満なのでＳ５へ移行する。尚、第２
クランク角センサ２８はホール素子２６と電磁石２７と
からなる矩形波出力型のセンサなので、低回転領域にお
いても確実に排気用カム軸３を介してクランク軸６の回
転角度を検知することが出来るが、第１クランク角セン
サ２０は電磁ピンクアップ式のセンサなので、５０Ｏｒ
ｐｍ未満の低回転領域においては磁束の変化率が小さい
ため十分な出力を得ることが出来ず、クランク軸６の回
転角度を検知することが出来ないので、始動時は第２ク
ランク角信号ＣＡ２に基いてエンジン回転数Ｎｅが演算
される。

Ｓ５では、第１クランク角センサ２０の出力が有ったか
否か、つまり波形整形回路からｒＨＪレベル信号が出力
されたか否かが判定され、Ｙｅｓの場合にはフェイルフ
ラグＦがリセットされ（Ｓ６）、Ｎｏの場合にはフェイ
ルフラグＦがセットされる（Ｓ７）。即ち、エンジン回
転数Ｎｅが５０Ｏｒｐｍ近くになると、磁束の変化率が
大きくなるので第１クランク角センサ２ｏからの出力が
大きくなって、第４図に示すように、波形整形回路から
ｒ　ＨＪレベル信号が出力され、フェイルフラグＦがリ
セットされるが、第１クランク角センサ２０の信号線の
断線などの故障の場合には、エンジン回転数Ｎｅが５０
Ｏｒｐｍ近くになってもｒＨＪレベル信号が出力されな
いので、この場合にはフェイルフラグＦがセットされた
状態に保持される。

次の３８では、第２クランク角信号ＣＡ２に基いてクラ
ンク軸回転周期が演算される。即ち、エンジン回転数Ｎ
ｅが５０Ｏｒｐｍ未満の低回転領域においては、排気用
カム軸３の回転角度から間接的にクランク軸回転周期を
求めても、実際のクランク軸回転周期と殆どずれが生じ
ないので、排気用カム軸３の回転角度を確実に検出可能
な第２クランク角センサ２８からの信号ＣＡ２に基いて
クランク軸回転周期が演算される。

一方、スタータスイッチ３７がＯＦＦされるか或いはエ
ンジン回転数Ｎｅが５０Ｏｒｐｍ以上になると、Ｓ９へ
移行してフェイルフラグＦがリセットされているか否か
が判定され、セットされている場合にはＳ８へ移行し、
リセットされている場合にはＳ１０へ移行して第１クラ
ンク信号ＣＡ１に基いてクランク軸回転周期が演算され
る。即ち、第１クランク角センサ２０が正常に作動して
いるときには、タイミングベルト１１などを介さずに直
接的にクランク軸６の回転角度を検出可能な第１クラン
ク角センサ２０からの信号ＣＡＩに基いてクランク軸回
転周期が正確に演算される。

次のＳｌｌでは、演算されたクランク軸回転周期が点火
時期制御及び燃料噴射制御へ出力され、運転状態に応じ
てエンジンＥが制御される。尚、上記点火時期制御及び
燃料噴射制御は既存公知のものと同様なので詳細な説明
を省略する。

次に、上記クランク角検出装置の作用について説明する
。

エンジン始動時などの低回転領域では、排気用カム軸３
の回転角度を確実に検出出来る第２クランク角センサ２
８からの信号ＣＡ２に基いてクランク軸回転周期が演算
されるので、点火や燃料噴射の実行遅れを防止して完爆
までの始動時間を短縮出来る。

一方、低回転領域以外の領域では、タイミングベルト１
１を介さずにクランク軸６の回転角度を正確に検出出来
る第１クランク角センサ２０からの信号ＣＡＬに基いて
クランク軸回転周期が演算されるので、正確なタイミン
グで点火及び燃料噴射を実行出来る。

上記第１クランク角センサ２０は電磁ピックアップ式の
センサなので比較的耐環境性に優れたセンサではあるが
、万一故障した場合でも第２クランク角センサ２８から
の信号ＣＡ２に基いてクランク軸回転周期が演算される
ので、エンジンＥを運転出来なくなることはない。

以上のように、低回転領域では第２クランク角センサ２
８により確実に得られる信号ＣＡ２を用いてクランク軸
回転周期を演算するので、完爆までの始動時間を短縮出
来、また低回転領域以外では第１クランク角センサ２０
からの精度の良い信号ＣＡＬを用いてクランク軸回転周
期を演算するので、正確なタイミングで点火及び燃料噴
射を実行出来る。

更に、第１クランク角センサ２ｏが故障した場合でも、
第２クランク角センサ２８からの信号ＣＡ２に基いてク
ランク軸回転周期が演算されるので、エンジンＥを運転
出来なくなることはない。

尚、上記第２クランク角センサ２８ば、ホール素子２６
と電磁石２７からなるセンサ以外の矩形波出力型のセン
サでもよく、例えば、発光素子と受光素子とからなる光
学式センサを用いてもよい。

尚、本願のクランク角検出装置は、第２クランク角検出
器１６しか備えていない既存のエンジンに対しても、ベ
ルトカバー１２内のスペースを有効利用して第１クラン
ク角検出器１４を設けることにより容易に適用出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はエンジン
及び制御系の全体構成図、第２図は第１クランク角検出
器付近の横断面図、第３図はディストリビュータの要部
切欠き平面図、第４図は第１クランク角センサ出力など
のタイムチャート、第５図はクランク角検出制御のフロ
ーチャートである。 Ｅ・・エンジン、　　３・・排気用カム軸、　６・・ク
ランク軸、　２０・・第１クランク角センサ、２８・・
第２クランク角センサ、　３５・・コントロールユニッ
ト。 第２図 ＪＺ Ｆ５ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）クランク軸の回転角度を検出する第１クランク角
   センサ及びカム軸の回転角度を検出する矩形波出型の第
   ２クランク角センサを設け、 エンジン回転数が所定の低回転域のときには第２クラン
   ク角センサからの検出信号に基いてエンジン回転数に相
   関するエンジン制御用のデータを演算しまた上記所定の
   低回転域以外のときには第１クランク角センサからの検
   出信号に基いてエンジン回転数に相関するエンジン制御
   用のデータを演算する演算手段を設けたことを特徴とす
   るエンジンのクランク角検出装置。