JPH0378550A - 内燃機関の気筒別制御用クランク角センサ - 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、内燃機関において気筒別に燃焼状態を検出す
ることのできるクランク角センサの構造に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、クランク軸の回転に同期して１度毎の角
度パルスを発生させる機構と７２０度を気筒数で割った
角度毎に気筒判別の可能なパルス信号を発生させる機構
しか持っていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、気筒別に燃焼状態を検出しようという
思想が無かったため、そのためのパルスを出す機構も無
いという問題があった。

本発明は、気筒別に燃焼状態を検出するためのパルスを
出力することを目的としており、そのための機構を持っ
たクランク角センサを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

１、上記目的を達成するために、クランク角７２０度を
気筒数で割った角度毎に２つの信号（１対の信号）を角
度信号や気筒判別信号とは別に出力する機構をクランク
角センサに内蔵した。

２、特許請求の範囲第２項の目的を達成するため、例え
ば４気筒エンジンの場合では、角加速度の最大となるク
ランク角位置をＡＴＤＣ５５度と定め３０〜５０度、６
０〜８０度の位置に信号が出る構造とした。

３、特許請求の範囲第２項の目的を達成するため、例と
して４気筒エンジンの場合では、ＡＴＤＣ１０〜３０度
、８０〜１００度の位置に信号が出る構造とした。

４、特許請求の範囲第４項、第５項の目的を達成するた
め、クランク軸に同期して７２０度で１回転する円板に
規定角度に相当するスリットを設け、その区間をホトイ
ンタラブドで検出しパルス信号を出す。

５、特許請求の範囲第６項、第７項の目的を達成するた
めクランク軸に同期して回転するリングギヤに規定角度
に相当する区間の突起を設け、その区間を電磁ピックア
ップで検出しパルス信号を出す。

６、特許請求の範囲第８項、第９項の目的を達成するた
め、角度信号と気筒判別信号から所定のクランク角でパ
ルスを出すカウンターとその出力でＯＮ、ＯＦＦ反転す
るフリップフロップをセンサ内に設けて出力する様にす
る。

〔作用〕

１、スリット付円板とホトインタラプタで所定区間を出
力させる場合、誤差の要因はスリットの加工精度が支配
的になるので、この精度を高めることで検出精度も向上
できる。但し、この場合は、ギヤ又はチェーンでクラン
ク軸に連結して回転するためガタも計測誤差要因となる
。

２、リングギヤと電磁ピックアップで所定区間を出す場
合も、誤差の要因は突起部の加工精度と位置決め精度で
あり、この精度を高めることで検出精度を向上できる。

この場合、ギヤをクランク軸上に設ければガタなどの誤
差要因は無くなる。

３、信号処理して所定区間を出力する場合、角度信号と
気筒判別信号を出す部分の精度に検出精度も依存してい
る。但しこの場合、ノイズによつて計測ミスをする可能
性があるが、センサに処理部を内蔵することでノイズの
乗り難い構造とすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を用いて説明
する。

まず第１図を用いて、本発明の詳細な説明する。

内燃機関、特に４サイクルエンジンでは、各筒毎に吸気
、圧縮、燃焼、排気の工程をくり返しておりエンジン全
体としては、クランク角７２０度を気筒数で割った角度
（４気筒エンジンの場合１８０度）毎に燃焼が起ってい
る。しかし、その燃焼も圧力変動があるためクランク軸
に発生する回転角速度は図に示す様に変動している。又
その回転角加速度は図の下側に示す様に変動しており、
そのピーク位置は、回転角速度が落ち込んでから最大と
なる位置の中間にある。そこで、気筒別に回転角加速度
を検知することで、各気筒の燃焼状態を検知できるとい
う事実に基づいて、その回転角加速度を検出する方法を
検討した結果、回転角加速度のピークを中心とした両側
の２点の角速度を求め、その２つの角速度の差を取った
り、更にその値を２点間の時間で割ったりする処理を行
うことで２回転角速度をよく検知でき、気筒別の燃焼状
態が把握できることがわかった。

本発明では、その気筒別の燃焼状態を把握するための２
点の角速度検出用のクランク角信号を発生させるを目的
として、従来の１度読取用の角度信号（Ｐ　ａｓ）や気
筒毎に発生する気筒判別信号Ｒｅｘとは別に第３の出力
として第１図に示す様な区間パルスを発生させるクラン
ク角センサを提供するものである。第１図には、角速度
検出点を区間信号として表している。そして角速度は区
間信号のパルス幅を計測することで求めることができる
のであるが、パルス幅計測するシステム側の処理回路の
制約から区間信号パルスを常に角速度の高くなる方（Ｕ
ｐｅｒ信号）と常に角速度の低くなる方（Ｌｏｗｅｒ信
号）に分けて、別々の信号線に乗せるものと、２つの区
間パルスを１本の信号線に乗せるものの２通りが考えら
れる。また、この区間パルスは、　Ｌｏｗｅｒ信号、Ｕ
ｐ６ｒ信号共に同じクランク角帽でなくてはならない、
このパルス幅を大きくとると色々な誤差が小さくなる傾
向にあるので、センサの取付場所等で誤差の大きくなる
場合にはパルス幅をクランク角で２０度程まで上げる必
要がある。

第２図には、センサから発生した区間信号がどの様なシ
ステムで信号処理されるかを示している。

（ａ）の区間信号を１本の信号線に出力した場合では、
２通りの処理法があり、１つは区間パルスがパルス幅計
測用タイマーモジュールに入力される毎にその計測値を
メモリに収納させる方法であり、もう１つは、２つの区
間パルスを検波回路を通して分離してから別ポートでパ
ルス幅計測用タイマーモジュールに入力させる方法であ
る。

（ｂ）の区間信号分離形の処理回路は２つの区間パルス
を直接、別ボートでパルス幅計測用タイマーモジュール
に入力させることができるので簡単な形となる。

区間パルスの出力位置については、角加速度のピーク位
置がＡＴＤＣ５０〜６０度に来るので、その点をはさむ
様に、Ｌ　ｏｖｅｒ側をＡＴＤＣ３０〜５０度とし、Ｕ
　Ｐ　ｅ　ｒ側を６０〜８０度の区間パルスとすればよ
い、但し、Ｌｏｗｅｒ側とＵ　ｐ　ｅ　ｒ側を近づける
程感度が良くなるが、隔した場合の限界は。

Ｌｏｗ＠ｒ側がＡＴＤ０１０〜３０度で、Ｕ　ｐｅｒ側
をＡＴＤＣ８０〜１００度とした場合である。この位置
は丁度Ｌ　Ｏｗｅｒ側が角速度最小となる位置で。

Ｕｐｅｒ側が角速度最大となる位置である。

次に第３図から第５図を用いて、具体的なりランク角信
号発生機構について述べる。

まず第３図は、クランク軸に同期して７２０度で１回転
するロータリープレート１に区間パルスに相当する区間
信号用スリット３を設け、その区間をホトインタラブド
２で検出することで区間パルス信号を出すものである。

動作としては、ホトインタラプタの検出部を円板でさえ
ぎる時出力ＯＦＦでスリット部でＯＮとなる。この場合
、（ａ）の区間信号を１本の信号線に乗せるには、２つ
の区間パルスを発生させるスリット位置を全周を等間隔
で刻んでいる角度計測用スリットやクランク角７２０度
を気筒数で割った角度毎に刻んでいる気筒判別用スリッ
トとは別に同一円板上の円心円上に設ける必要がある。

（ｂ）の区間信号を分離して出す場合では、区間パルス
発生用スリットを同一円板上の同心円上に２重に設ける
ことになり１区間発生側のホトインタラプタ２も全部で
４対必要となる。

この場合、区間計測誤差の要因としては、スリットの加
工精度と円板がギヤ又はチェーンでクランク軸に連結し
て回転するために発生するガタの２つが考えられる。従
って誤差を小さくさせるためには区間パルス幅を２００
度程まで拡げる必要がある。

次に第４図を用いてクランク軸に同期して回転する磁性
体のリングギヤ４に区間パルスに相当するリングギヤ突
起部５を設け、その区間をエンジン側に固定された電磁
ピックアップ７で検出しパルス信号を出すものについて
説明する。動作としては、電磁ピックアップの検出部に
磁性体の突起が近づくと出力はＯＮとなり、離れると出
力ＯＦＦとなる。この場合では、 （ａ）区間信号を１本の信号線に乗せるには、２つの区
間パルスを発生させる磁性体の歯車の取付位置を全周を
等間隔に刻んでいる角度信号用歯車やクランク角７２０
度を気筒数で割った角度毎に刻んである気筒判別用歯車
とは別に、平行して設ける必要がある。

（ｂ）の区間信号を分離して出す場合では、Ｕｐｅｒ側
の区間とＬ　ｏｖｅｒ側の区間を別々にピックアップで
検出する必要があるので別々の歯車を設けることになる
。

電磁ピックアップで磁性体の突起を検出する場合、パル
ス波形の立上り立下りが高まるため、ピックアップ後の
信号は何らかの形の波形成形回路８を入れる必要がある
。

また、この様なりングギャをクランク軸上に設ける様に
すればガタなどの誤差要因が消えるため区間パルス幅は
比較的小さくても精度が良くなる。

第５図には、従来の角度計測用信号Ｐｏｓと気筒判別信
号Ｒｅ　ｔから信号処理で区間パルスを出すものの一例
で示しである。その動作としては、クランク角７２０度
を気筒数で割った角度毎に発生するＲｅｄ信号をトリガ
ーとして４つのカウンター９に入力し、２度程度の間隔
で発生するＰ。８信号をカウンターのクロックとして入
力させる。そして、ある所定の角度が来たらカウンター
からパルスが発生する様に構成しておく。この場合、２
つの区間パルスを出すためには、４つのカウンターが独
立して信号の出す位置指定できる必要がある６本実施例
では４つのプリセッタブルダウンカウンタ−を用いた。

次にこの４つの信号の処理では、（ａ）の区間信号を１
本の信号線に乗せる場合、区間パルスの立上り位置にく
る信号はフリップフロップ１１のセット入力と接続され
た２人力ＯＲゲート１０ａに入る。又、区間パルスの立
下り位置にくる信号はフリップフロップ１１はリセット
入力と接続された２人力ＯＲゲート１０ｂに入る様に構
成する。

（ｂ）の区間信号を分離する場合には、２つのフリップ
フロップに別々にセット入力とリセット入力が入る様に
構成する。

以上のロジック回路は、コントロールユニット側に設け
ても良いが、誤動作などの防止を考えるとクランク角セ
ンサ側に設けた方が信号線が短くとれるので好ましい。

〔発明の効果〕

本発明によるクランク角センサを用いればクランク角セ
ンサの信号を処理するだけで、気筒別の燃焼状態を検出
することができるので、エンジン制御システムでは、気
筒別の失火検出や燃焼制御が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概要説明図、第２図は本発明の適用さ
れるシステム説明図、第３図は本発明の一実施例でスリ
ット板とホトインタラプタを使用した例の説明図、第４
図は本発明の一実施例でリングギヤと電磁ピックアップ
を使用した例の説明図、第Ｓ図は本発明の一実施例で信
号処理で行なう例の説明図である。 １・・・ロータリープレート、２・・・ホトインタラブ
ド、３・・・区間信号用スリット、４・・・リングギヤ
、５・・・リングギヤ突起部、６・・・クランク軸中心
、７・・・電磁ピックアップ、８・・・波形成形回路、
９・・・カウンター、１０・・・ＯＲ論理回路、１１・
・・フリップフロップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関のクランク軸と同期して回転する部材とそ
   の回転に同期したパルス信号を発生させる部材とで構成
   されるクランク角信号発生機構において、クランク角７
   ２０度を気筒数で割つた角度毎に２つのクランク角幅の
   等しいパルス信号を発生させることを特徴とした内燃機
   関の気筒別制御用クランク角センサ。 ２、特許請求の範囲第１項において、２つのクランク角
   パルス信号の発生位置をエンジンの各気筒毎の燃焼に伴
   い発生する角加速度の最大となるクランク角位置を中心
   としてはさむ位置にすることを特徴とする内燃機関の気
   筒別制御用クランク角センサ。 ３、特許請求の範囲第１項において、２つのクランク角
   パルス信号の発生位置を回転角速度の最大値と最小値の
   位置とすることを特徴とする内燃機関の気筒別制御用ク
   ランク角センサ。 ４、特許請求の範囲第１項において、クランク角信号発
   生機構をクランク軸に同期してクランク角７２０度で１
   回転するスリット付き円板とパルス信号を発生させるホ
   トインタラプタで構成することを特徴とする内燃機関の
   気筒別制御用クランク角センサ。 ５、特許請求の範囲第４項において、２つのクランク角
   パルスを発生させるスリット位置を全周を等間隔で刻ん
   でいる角度信号用スリットやクランク角７２０度を気筒
   数で割つた角度毎に刻んでいる気筒判別用スリットとは
   別に同一円板上に同心円上に設けることを特徴とした内
   燃機関の気筒別制御用クランク角センサ。 ６、特許請求の範囲第１項において、クランク角信号発
   生機構をクランク軸に同期して回転する磁性体の歯車と
   電磁式ピックアップの検出部で構成することを特徴とす
   る内燃機関の気筒別制御用クランク角センサ。 ７、特許請求の範囲第６項において、２つのクランク角
   パルスを発生させる磁性体の歯車の取付位置を全周を等
   間隔に刻んでいる角度信号用歯車やクランク角７２０度
   を気筒数で割つた角度毎に刻んでいる気筒判別用歯車と
   は別に、平行して設けることを特徴とした内燃機関の気
   筒別制御用クランク角センサ。 ８、特許請求の範囲第１項において、２つのクランク角
   パルスを発生させる機構を角度信号と気筒判別信号を信
   号処理して設けることを特徴とする内燃機関の気筒別制
   御用クランク角センサ。 ９、特許請求の範囲第８項において、信号処理部として
   気筒判別信号をトリガーとして角度信号をカウントし所
   定の数が来たら信号を出すカウンター部とカウンター部
   からの信号をセット、リセット信号として信号を出すフ
   リップフロップ部で構成することを特徴とする内燃機関
   の気筒別制御用クランク角センサ。