JPH0516722B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はクランク角センサに関し、より具体的
にはその円周面に１列の着磁帯のみを形成した回
転体を備えた多気筒内燃機関用の軽量小型のクラ
ンク角センサであつて、その１列の着磁帯のもた
らす磁界変化から単位クランク角度及びTDC等
の所定気筒位置を検出すると共に、該気筒位置に
あるのがどの気筒であるかをも絶対的に判別出来
る如く構成したクランク角センサに関する。

（従来の技術） 近年マイクロ・コンピユータを利用して内燃機
関の制御、例えばその点火時期等を電子的に制御
することが一般的になりつつあるが、その場合多
気筒内燃機関にあつてはTDC等の所定クランク
角における気筒位置及び適宜角度に細分した単位
クランク角度を検出する必要がある。そのために
従来用いられているクランク角センサは、例えば
特開昭58−42916号公報に記載される如く、２枚
の回転体を備え、その１枚の回転体には気筒
TDC対応位置に突起を設けると共に他方の回転
体にも適宜な間隔を置いて多数の突起を形成し、
固定配置した２個のピツクアツプで気筒TDC位
置及び単位角度を検出する如く構成している。

ところで、点火装置としてデイストリビユータ
を廃した電子配電装置（ダイレクト・イグニシヨ
ン・システム）を用いる場合、更に該TDC位置
にあるのがどの気筒であるかをも判別する必要が
ある。上記従来技術の場合その要求に答えるため
には更にもう１組の回転体及びピツクアツプを追
加してクランク角720度当たり１回出力する気筒
判別信号を得る必要があり、その結果３組の回転
体及びピツクアツプを設けることとなつて装置構
成が複雑化し大型化して装置重量が増加する等の
不都合があつた。更に、かかる構成のクランク角
センサの場合気筒判別信号用の回転体が１回転を
終了しない限り気筒を判別することが出来ないた
め、機関始動時の始動性が悪いという不都合があ
つた。

従つて、本発明の目的は従来技術のかかる欠点
を解消することにあり、１枚の回転体を用いてそ
の円周面に１列の着磁帯を形成するのみで気筒
TDC位置及び単位クランク角度を検出すると共
に、該気筒TDC位置信号を気筒毎に相違させて
該回転体の１回転の終了を待つことなく絶対的に
気筒を判別出来る如く構成し、よつて装置構成を
軽量小型にして収納スペースを減少せしめ更には
製造コストの低減を図ると共に、機関始動時の始
動性をも向上させたクランク角センサを提供する
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段及び作用） 上記の目的を達成するために例えば第１の発明
は、多気筒内燃機関の回転に同期して回転すると
共に、その円周面に適宜個数の単位角磁極を形成
した円板状の回転体と、前記回転体の近傍に固定
配置され前記単位角磁極のもたらす磁界変化から
適宜クランク角毎の単位角度を検出する磁電変換
手段とからなるクランク角センサにおいて、前記
単位角磁極を連続的且つ等間隔に形成して１列の
着磁帯となし、更に前記単位角磁極についてその
一部のＮ極及びＳ極の回転方向長さ配分比を相違
させて所定のクランク角における気筒位置を示す
気筒磁極を形成すると共に、前記気筒磁極同士に
おいても前記回転方向長さ配分比をそれぞれａ±
nb（ただし、ａ＞ｂ。ここで、ａ：単位角磁極長
さ、ｎ：整数）と相違させ、因つて各気筒の前記
所定クランク角位置を絶対的に判別出来る如く構
成した。

（実施例） 以下、添付図面に即して本発明の実施例を説明
する。

便宜上第３図乃至第５図を先に参照して説明す
ると、本発明に係るクランク角センサは、多気筒
内燃機関（本実施例の場合４気筒とする）のシリ
ンダ・ブロツク（図示せず）外の適宜位置に設け
られたハウジング１０内に回転自在に収容された
円板状の回転体１２を備える。該回転体１２は、
フエライト磁器よりなるマグネツトリング１４を
樹脂１６を介して回転軸１８に固定してなり、該
回転軸は、前記内燃機関のクランク軸（図示せ
ず）と同期してその1/2の回転数で回転するカム
軸（図示せず）に連結され、該カム軸の回転と同
期して回転する如くハウジング１０内に軸受手段
（同様に図示せず）を介して支持される。該回転
軸１８と樹脂１６間には廻り止めキー２０が埋設
されると共に、マグネツトリング１４にも凹部２
２が穿設されてその中に樹脂１６が延出し両者を
強固に固定する。マグネツトリング１４の円周面
上には、着磁帯２４が回転方向に１列形成され
る。

又、ハウジング１０の内壁面にはセンサ基板２
６が取着され、該センサ基板２６の面上には前記
した磁電変換手段たるホール素子２８が１個、前
記マグネツトリング上の着磁帯２４と所定距離離
間して対向する如く、露呈される。該センサ基板
２６内には後述する差動増幅器等の検出出力処理
回路が内蔵されており、その出力はケーブル３０
を介して取り出されて後述の制御ユニツトに送出
される。

ここで回転体１２の円周面に形成された着磁帯
２４について第１図を参照して更に詳細に説明す
ると、クランク角720度に相当する着磁帯２４に
はＮ極及びＳ極からなる磁極が24個形成される。
各磁極は、そのＮ極及びＳ極を通算した回転方向
長さが、“2a”である如く等間隔且つ同一の磁束
密度をもつて着磁されているので、回転体１２を
回転せしめると、その近傍に固定配置したホール
素子２８からは該着磁帯２４のもたらす磁界変化
に応じて、例えば図示の如くＮ極部分では正電圧
側にＳ極部分では負電圧側に変化する正弦波信号
が検出される。而して該正弦波信号を比較手段に
送出しそこで所定基準値Vref（0v）と比較して該
基準値Vrefを超えるＮ極部分ではハイレベルと
なるパルス列を出力する如く構成すると、着磁帯
２４の１回転により計24個のパルスが得られる。
各磁極は等間隔に形成されているので、該パルス
列のパルス立ち上がり時点を検出することによ
り、等間隔の単位角度信号を得ることが出来る。
実施例の場合、磁極が24個形成されているので、
クランク角30度毎にこの単位角度信号を得ること
が出来る。この24個の磁極が、前記した単位角磁
極に相当する。

本発明の特徴の一つは、該単位角磁極の一部に
ついてそのＮ極及びＳ極の回転方向長さ配分比を
相違させて所定クランク角、例えばTDC位置に
おける気筒位置を示す気筒磁極を形成すると共
に、該気筒磁極同士においても該回転方向長さ配
分比を夫々相違させた点にある。即ち、第２図は
第１図の要部拡大図であるが同図に良く示すよう
に、第１磁極等の通例の単位角磁極の場合Ｎ極及
びＳ極の回転方向長さ配分を均等にしその長さを
共に“ａ”とする一方、クランク角180度当たり
で且つその出力パルス立ち上がり時点が４つの気
筒のTDC位置に該るべき磁極、即ち第３，第９，
第15及び第21磁極の前に位置する磁極たる第２，
第８，第14及び第20磁極を気筒磁極となし、その
場合第２磁極にあつてはＮ極＝ａ＋ｂ、Ｓ極＝ａ
−ｂである如くＮ極及びＳ極の回転方向長さ配分
比を相違させたものである（但し、ｂ＜1/4ａと
する）。同様に、他の気筒磁極についてもＮ極＝
ａ＋2b、Ｓ極＝ａ−2b（第８磁極）、Ｎ極＝ａ＋
3b、Ｓ極＝ａ−3b（第14磁極）、Ｎ極＝ａ＋4b、
Ｓ極＝ａ−4b（第20磁極）とそれぞれ相違させた
ものである。その結果、気筒磁極においてはホー
ル素子２８の検出出力が通例の第１磁極等の単位
角磁極のそれと相違し、前記比較パルス列のパル
ス幅も相違するので、該パルス幅を検出すること
により気筒磁極の到来を識別することが出来、そ
の後に生ずる第３磁極等の単位角磁極のパルス立
ち上がり時点をもつて気筒TDC位置を検出する
ことが出来る。この場合、気筒磁極毎にＮ極及び
Ｓ極の回転方向長さ配分比が相違している結果、
気筒磁極毎にパルス・デユーテイ比が相違するの
で、第３磁極が第１気筒に、第９磁極が第３気筒
に、第15磁極が第４気筒に、第21磁極が第２気筒
に対応するものと約束しておけば、パルス幅を検
出することで気筒TDC位置を検出出来るのみな
らず該気筒TDC位置にあるのがどの気筒である
かをも判別すること出来る。尚、気筒磁極にあつ
てもＮ極及びＳ極を通算した回転方向長さは
“2a”であつて第１磁極等の通例の単位角磁極と
異ならないので、気筒磁極は単位角磁極としても
機能することが出来る。

かかる検出動作の詳細及び該検出出力に基づく
点火時期制御について第６図を参照して更に詳細
に説明すると、内燃機関のクランク軸の回転に同
期してその1/2の回転数で回転体１２が回転する
と、その円周面の着磁帯２４のもたらす磁界変化
をホール素子２８が検出してその出力端子に極性
に対象的な波形信号“イ”“ロ”を出力する。そ
れらの信号は演算増幅器等からなる差動増幅器３
２で差動増幅されて単一の波形信号“ハ”に合成
され、比較器３４の非反転入力端子に入力され
る。該比較器３４の反転入力端子には第１図に示
した如く基準値Vrefとして0Vの電圧が入力され
るので、比較器３４は波形信号“ハ”のＮ極部分
が該基準値を超える毎にハイレベルとなるパルス
列“ニ”を出力して次段の制御ユニツト４０に送
出される。制御ユニツト４０はマイクロ・コンピ
ユータより構成され、比較器３４の出力から気筒
TDC位置を検出すると共に気筒を判別し、単位
角度信号及び他の運転状態検出手段（図示せず）
の検出信号も勘案して点火時期を決定し、後段の
電子配電装置４２に信号を出力し、判別した気筒
の属する組を担当するパワートランジスタ４４，
４６のいづれかをオンして点火せしめる。

このように、１列の着磁帯のみから単位角度信
号、気筒TDC信号及び気筒判別信号を得ること
が出来るので、センサの構成を小型軽量化するこ
とが出来るとともにその収納スペースを節約する
ことが出来、更には製造コストを低減することが
出来る。又、この場合回転体１２が１回転するの
を待つことなく気筒を絶対的に判別出来るので、
機関始動時の始動性も向上させることが出来る。

第７図乃至第１０図は本発明の第２の実施例を
示しており、この場合ホール素子２８を５個用い
ると共に、該ホール素子群を回転体１２の回転方
向と同一方向に並列的に配置したものである。第
８図はこのホール素子アレイの配置構成の詳細を
示しており、５個のホール素子は、着磁帯に関し
て第１実施例で使用した回転方向長さ“ａ”，
“ｂ”と同一の距離を置いて配設される。即ち、
第８図において第１ホール素子２８０と第２ホー
ル素子２８１は、第２磁極のＮ極長さと同一の
“ａ＋ｂ”の距離を置いて配置される。第３ホー
ル素子２８２は、第８磁極に対応して更に“ｂ”
だけ第２ホール素子から距離を置いて配置され、
以下第４ホール素子２８３、第５ホール素子２８
４も同様に“ｂ”づつ距離を置いて配置される。
第９図は第２実施例の検出動作を示すブロツク図
であるが、これらのホール素子群の出力をそれぞ
れ第１実施例と同様に作動増幅器３２を介して増
幅した後第１乃至第５比較器３４ａ乃至３４ｅに
入力して同一基準値Vrefと比較し、該比較器群
の出力を制御ユニツト４０に送出する。第１０図
は、第１乃至第５比較器３４ａ乃至３４ｅの比較
出力を示しており、回転体１２の回転に伴つて第
１磁極（単位角磁極）が第１比較器３４ａの出力
をハイレベルにする位置にあるとき、そのＮ極の
長さは“ａ”であるので、第２比較器３４ｂ以下
の出力はローレベルとなる。次いで、第２磁極
（気筒磁極）が第１比較器３４ａをハイレベルに
する位置に回転して来た場合、そのＮ極長さはａ
＋ｂであるので、第２比較器３４ｂの出力もハイ
レベルとなるが、第３比較器３４ｃ以下の出力は
ローレベルのままである。以下同様にＮ極長さに
応じてハイレベルのパルスを出力する比較器の数
が相違するので、第１ホール素子出力がハイレベ
ルとなる位置を基準として見た場合、各比較器の
出力の組合せは同図の真理値表の如くになり、そ
れによつて単位角度信号か或いはどの気筒の
TDC位置信号かを識別することが出来る。本実
施例の場合、第１実施例に比し、パルス幅を検出
することなく単にパルスレベルを検出するのみで
これらの情報を得ることが出来る利点を有する。
又、本実施例においても１列の着磁帯を形成する
のみで足りるので、第１実施例と同様に小型軽量
化及び収納スペースの節約化並びに始動性の向上
を図ることが出来る利点を有する。

（発明の効果） 第１の発明は、単位角磁極を連続的且つ等間隔
に形成して１列の着磁帯となし更に該単位角磁極
についてその一部のＮ極及びＳ極の回転方向長さ
配分比を相違させて所定クランク角における気筒
位置を示す気筒磁極を形成すると共に該気筒磁極
同士においても該回転方向長さ配分比をそれぞれ
ａ±ｂ（ただし、ａ＞ｂ。ここで、ａ：単位角磁
極長さ、ｎ：整数）相違させ因つて各気筒の所定
クランク角位置を絶対的に判別出来る如く構成し
たので、センサとしての構成を小型軽量化するこ
とが出来て収納スペースを節約することが出来、
更には製造コストを低減することが出来る利点を
有する。又、電子配電装置を備えた機関に使用す
る場合でもセンサ回転体の１回転の終了を待たず
に気筒を判別出来るので、機関始動時の始動性を
向上させることが出来る利点を備える。また第２
の発明は、更に前記磁電変換手段を複数個の磁電
変換手段から構成し、該複数個の磁電変換手段を
前記回転体の回転方向と同一方向に並列させ、前
記気筒磁極のそれぞれに対応して該複数個の磁電
変換手段の出力を相違させ、因つて各気筒の前記
所定クランク角位置を絶対的に判別出来る如く構
成したので、第１の発明と同一の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るクランク角センサの特徴
を示す着磁帯の磁極構成及びその検出出力を示す
説明図、第２図はその要部拡大図、第３図はハウ
ジングに収容した状態におけるクランク角センサ
の部分断面説明図、第４図はその−線断面
図、第５図はハウジングより取り出した状態にお
ける説明斜視図、第６図は検出出力処理及び該処
理出力を用いて電子配電装置に点火する場合を示
す説明ブロツク図、第７図は本発明の第２実施例
を示す説明斜視図、第８図は第２実施例のホール
素子アレイの配置構成を示す説明図、第９図は第
２実施例の検出出力処理を示す説明ブロツク図及
び第１０図はその比較器出力の真理値表を含む説
明図である。 １０…ハウジング、１２…回転体、２４…着磁
帯、２８，２８０，２８１，２８２，２８３，２
８４…ホール素子（磁電変換手段）、３２…差動
増幅器、３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４
ｄ，３４ｅ…比較器、４０…制御ユニツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多気筒内燃機関の回転に同期して回転すると
   共に、その円周面に適宜個数の単位角磁極を形成
   した円板状の回転体と、前記回転体の近傍に固定
   配置され前記単位角磁極のもたらす磁界変化から
   適宜クランク角毎の単位角度を検出する磁電変換
   手段とからなるクランク角センサにおいて、前記
   単位角磁極を連続的且つ等間隔に形成して１列の
   着磁帯となし、更に前記単位角磁極についてその
   一部のＮ極及びＳ極の回転方向長さ配分比を相違
   させて所定クランク角における気筒位置を示す気
   筒磁極を形成すると共に、前記気筒磁極同士にお
   いても前記回転方向長さ配分比をそれぞれａ±
   nb（ただし、ａ＞ｂ。ここで、ａ：単位角磁極長
   さ、ｎ：整数）と相違させ、因つて各気筒の前記
   所定クランク角位置を絶対的に判別出来る如く構
   成したことを特徴とするクランク角センサ。 ２ 多気筒内燃機関の回転に同期して回転すると
   共に、その円周面に適宜個数の単位角磁極を形成
   した円板状の回転体と、前記回転体の近傍に固定
   配置され前記単位角磁極のもたらす磁界変化から
   適宜クランク角毎の単位角度を検出する磁電変換
   手段とからなるクランク角センサにおいて、前記
   単位角磁極を連続的且つ等間隔に形成して１列の
   着磁帯となし、更に前記単位角磁極についてその
   一部のＮ極及びＳ極の回転方向長さ配分比を相違
   させて所定クランク角における気筒位置を示す気
   筒磁極を形成すると共に、前記気筒磁極同士にお
   いても前記回転方向長さ配分比をそれぞれａ±
   nb（ただし、ａ＞ｂ。ここで、ａ：単位角磁極長
   さ、ｎ：整数）と相違させ、更に前記磁電変換手
   段を複数個の磁電変換手段から構成し、前記複数
   個の磁電変換手段を前記回転体の回転方向と同一
   方向に並列させ、前記気筒磁極のそれぞれに対応
   して前記複数個の磁電変換手段の出力を相違さ
   せ、因つて各気筒の前記所定クランク角位置を絶
   対的に判別出来る如く構成したことを特徴とする
   クランク角センサ。