JPH0634001B2 - 内燃機関のクランク角検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃機関のクランク角検出装置に関し、特に機
関始動時における検出精度を向上した装置に関する。

〈従来の技術〉 従来から、燃料供給時期や点火時期などを電子制御する
よう構成された内燃機関においては、クランク角検出装
置を備え、これによって検出されるクランク角位置に基
づいて各種機関制御時期をコントロールするようにして
いる（特開昭５９−１５５５４０号公報等参照）。

クランク角検出装置としては、例えば、機関回転に同期
して回転するシグナルプレートの同一円周上に、クラン
ク軸の基準角度位置（例えば４気筒では、 180゜間隔に
４か所）に対応させてスリットを形成し、このシグナル
プレートを挟んで一方に光源を、他方に検出部を設け、
スリットを通過した光を検出部で検出することにより、
スリット通過光を検出したときにハイレベルとなり、シ
グナルプレートにより光が遮断されたときにローレベル
となる検出信号を出力するよう構成した光学式のクラン
ク角センサがある。

そして、このようなクランク角センサから出力される検
出信号の立ち上がりが、検出したい基準角度位置相当と
なるように設定し、スライスレベルとの比較によって検
出信号の立ち上がりを判別して、クランク軸の基準角度
位置が検出されるようにしている。

かかる基準角度位置の検出を受けて行われる機関制御と
しては、例えば第８図に示すように、基準角度位置が検
出されたときに燃料噴射弁等による燃料供給を開始する
燃料供給開始時期の制御がある。第８図に示す例では、
機関が始動されると、最初の検出信号の立ち上がりで所
定時間の燃料噴射が開始され、その次の立ち上がりでは
燃料供給を行わず、２回目の立ち上がりで再び燃料が供
給されるようになっており、以後、検出信号の２回の立
ち上がりに対して１回だけ燃料供給が行われる。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、機関の停止状態において、クランク角センサ
からの検出信号がハイレベルになっているときに、機関
を始動させるためのスタータモータ（セルモータ）の駆
動によって大きな電圧降下が発生すると、かかる始動用
の電源とクランク角センサの電源とが共通であるため
に、第９図に示すように、この電圧降下の影響を受けて
クランク角センサの検出信号もクランク角とは無関係に
降下してしまい、この電圧降下による信号レベルの低下
が復帰したときに、正常時の検出の立ち上がりと区別で
きないために、基準角度位置が検出された状態となって
しまう。

このようにして、基準角度位置が誤検出されると、前述
のように基準角度位置毎に燃料供給する構成のもので
は、余分な燃料が供給されることになり、機関始動時の
燃料供給精度が悪化して始動性が低下するという問題が
ある。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、機関始
動時における電圧降下によって基準角度位置が誤検出さ
れることを回避して、機関始動時における機関制御性を
向上させることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため、本発明では、第１図に示すように、機関クラ
ンク軸の角度位置に応じた光の選択的な通過・遮断に基
づき基準角度位置毎に立ち上がる検出信号を出力する手
段であって、機関始動に用いられる電源を電源とする光
学式クランク角検出手段と、前記検出信号と所定のスラ
イスレベルとを比較することにより検出信号の立ち上が
りを判別して前記基準角度位置を検出する基準角度位置
検出手段と、機関の停止状態において前記光学式クラン
ク角検出手段から出力された検出信号がハイレベルであ
るときに機関始動から所定期間だけ前記基準角度位置検
出手段による基準角度位置の検出を無効にする所定期間
無効処理手段と、を含んでクランク角検出装置を構成し
た。

また、第２図に示すように、機関クランク軸の角度位置
に応じた光の選択的な通過・遮断に基づき基準角度位置
毎に立ち上がる検出信号を出力する光学式クランク角検
出手段と、前記検出信号と所定のスライスレベルとを比
較することにより検出信号の立ち上がりを判別して前記
基準角度位置を検出する基準角度位置検出手段と、機関
始動に用いられる電源と共通である前記光学式クランク
角検出手段の電源における電圧を検出する電源電圧検出
手段と、機関の停止状態において前記光学式クランク角
検出手段から出力された検出信号がハイレベルで、か
つ、機関回転中に検出された電源電圧が所定値以下であ
るときに前記基準角度位置検出手段による基準角度位置
の検出を無効にする電圧低下時無効処理手段と、を含ん
でクランク角検出装置を構成しても良い。

〈作用〉 かかる構成によると、光学式クランク角検出手段がクラ
ンク軸の基準角度位置毎に立ち上がる検出信号を出力
し、基準角度位置検出手段がこの検出信号と所定のスラ
イスレベルとを比較して検出信号の立ち上がりを判別し
前記基準角度位置を検出する。

一方、所定期間無効処理手段は、機関の停止状態におい
て検出信号がハイレベルであるときに、機関始動から所
定期間だけ基準角度位置検出手段による基準角度位置の
検出を無効にし、基準角度位置検出手段により検出信号
の立ち上がりが検出されても、前記所定期間、換言すれ
ば、始動直後で立ち上がりの誤検出の可能性があるとき
には、かかる立ち上がりに基づく燃料供給制御等の各種
制御及び演算がキャンセルされるようにする。

また、前述のように始動から所定期間だけ立ち上がり検
出を無効にする代わりに、電圧低下時無効処理手段は、
電源電圧検出手段で検出した光学式クランク角検出手段
の電源（始動用電源と共通の電源）電圧が機関回転中に
所定値以下で、かつ、機関の停止状態において検出信号
がハイレベルであったときに、基準角度位置検出手段に
よる基準角度位置の検出を無効にする。即ち、機関停止
状態における検出信号がハイレベルであるときには、そ
の後の機関回転中において電源電圧が所定値以下に低下
したときには、立ち上がりを誤検出する可能性が大であ
るから、検出信号の立ち上がりが検出されても、この電
圧低下時の立ち上がり検出に基づく燃料供給制御等の各
種制御及び演算がキャンセルされるようにした。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を説明する。

一実施例を示す第３図において、機関１には、エアクリ
ーナ２から吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニ
ホールド５を介して空気が吸入される。吸気マニホール
ド５のブランチ部には、各気筒毎に燃料噴射弁６が設け
られている。燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて
開弁し、通電されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であっ
て、後述するコントロールユニット12からの駆動パルス
信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプか
ら圧送されてプレッシャレギュレータにより所定の圧力
に調整された燃料を噴射供給する。

機関１の燃焼室には、点火栓７が設けられていて、これ
により花火点火して混合気を着火燃焼させる。そして、
機関１からは、排気マニホールド８，排気ダクト９，三
元触媒10及びマフラー11を介して排気が排出される。

コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，
Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスを含んで構成さ
れるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入
力信号を受け、後述の如く演算処理して、燃料噴射弁６
の作動を制御する。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中に熱線式或
いはフラップ式のエアフローメータ13が設けられてい
て、吸入空気流量Ｑに応じた電圧信号を出力する。

また、光学式クランク角センサ（光学式クランク角検出
手段）14が設けられていて、４気筒機関の場合、180゜
毎(例えば各気筒の吸気ＢＴＤ90゜等の基準角度位置毎)
に立ち上がる基準角度信号ＲＥＦ（検出信号）を出力す
る。

更に、機関１のウォータジャケットの冷却水温度Ｔｗを
検出する水温センサ15等が設けられている。また、排気
マニホールド８の集合部に酸素センサ16が設けられ、排
気中の酸素濃度を介して機関１に吸入される混合気の空
燃比を検出する。

コントロールユニット12には、その動作電源としてまた
電源電圧Ｖ_Ｂの検出のためバッテリ17がイグニッション
スイッチ（ＩＧ／ＳＷ）18を介して接続されていると共
に、図示しないスタータモータの駆動を制御するスター
トスイッチ（ＳＴＡＲＴ／ＳＷ）19のＯＮ・ＯＦＦ信号
が入力される。尚、前記バッテリ17は、スタータモータ
の電源であると共に、前記光学式クランク角センサ14の
電源でもある。

ここで、コントロールユニット12は、クランク角センサ
14から出力される基準角度信号ＲＥＦ（検出信号）と所
定のスライスレベルとを比較することにより、基準角度
位置における検出信号の立ち上がりを検出する。そし
て、前記立ち上がりの周期に基づいて算出される機関回
転速度Ｎと吸入空気流量Ｑとに基づいて基本燃料噴射量
Ｔｐを演算し、この基本燃料噴射量Ｔｐを冷却水温度Ｔ
ｗや排気中酸素濃度等に基づいて補正して最終的な燃料
噴射量Ｔｉを演算し、前記基準角度信号ＲＥＦの立ち上
がりを基準とする所定の噴射タイミングにおいて、前記
燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス巾の駆動パルス信号を
各燃料噴射弁６毎に出力する。

また、スタートスイッチ19により判別される機関１の始
動状態においては、主に冷却水温度Ｔｗに基づいて設定
される始動時用燃料噴射量Ｔｉstに相当するパルス巾の
駆動パルス信号を、基準角度信号ＲＥＦの立ち上がり検
出の２回に１回の割合で全燃料噴射弁６に同時出力する
よう構成されている。

次に本発明にかかるクランク角検出装置の実施例を第４
図〜第６図のフローチャートに示すルーチンに従って説
明する。尚、本実施例において、基準角度位置検出手
段，所定期間無効処理手段，電源電圧検出手段，電圧低
下時無効処理手段としての機能は、前記第４図〜第６図
のフローチャートに示すように、コントロールユニット
12が備えている。

第４図のフローチャートに示すルーチンは、本発明にか
かるクランク角検出装置の第１実施例を示すものであ
り、まず、ステップ１（図中ではＳ１としてある。以下
同様）では、イグニッションスイッチ18のＯＮ・ＯＦＦ
を判別し、ＯＮであるときには、ステップ２において機
関１が回転中であるか否かを判別し、イグニッションス
イッチ18がＯＦＦであればそのまま本ルーチンを終了さ
せる。

ステップ２で機関１が回転していると判別されたときに
は、機関停止状態における基準角度信号ＲＥＦのレベル
を判断できないから本ルーチをそのまま終了させるが、
停止中であるときにはステップ３へ進んで基準角度信号
ＲＥＦのレベルを判断する。

ステップ３で基準角度信号ＲＥＦがハイレベルであると
判別されたとき、即ち、光学式クランク角センサ14にお
いて、発光素子の光りが受光素子に照射される位置関係
で機関が停止しているときには、ステップ４へ進んでパ
ルス信号の立ち上がり検出をマスク処理して無効とする
時間Ｔ_Ｍを決定するための基本時間Ｔ_MVB を、バッテリ
17の電圧Ｖ_Ｂに基づいて予め設定したマップから参照し
て求める。ここで、求められる基本時間Ｔ_MVBは、バッ
テリ17の電圧Ｖ_Ｂが低くスタータモータの駆動による電
圧降下時間が長くなるときほど長い時間が設定されるよ
うにしてある。

また、次のステップ５は、前記基本時間Ｔ_MVBは冷却水
温度Ｔｗに応じて補正するための補正値Ｔ_MTW を、冷却
水温度Ｔｗの検出値に基づいてマップから参照して求
め、この補正値Ｔ_MTW によって始動に時間を要する冷機
時ほど前記マスク処理時間Ｔ_Ｍが長く設定されるように
する。

そして、ステップ６では、基本時間Ｔ_MVB に補正値Ｔ
_MTW を乗算して最終的なマスク処理時間Ｔ_Ｍを演算す
る。

ステップ７では、スタートスイッチ19のＯＮ・ＯＦＦを
判別し、スタートスイッチ19がＯＮされたときにステッ
プ８へ進む。

ステップ８では、スタートスイッチ19がＯＮされてから
前記マスク処理時間Ｔ_Ｍが経過するまでは、クランク角
センサ14からの基準角度信号ＲＥＦを強制的にハイレベ
ルに維持させるか、又は、スライスレベルとの比較によ
り検出した基準角度信号ＲＥＦの立ち上がりが無視され
るようにして、前記マスク処理時間Ｔ_Ｍ内では基準角度
信号ＲＥＦの立ち上がり検出を無効にする。従って、前
記マスク処理時間Ｔ_Ｍ内でスライスレベルを前後する基
準角度信号ＲＥＦのレベル変化があっても、その変化に
ついては無かったものとされることになる。

即ち、基準角度信号ＲＥＦがハイレベルの状態でスター
トスイッチ19がＯＮされてスタータモータが駆動される
と、第７図に示すように電圧Ｖ_Ｂが低下して、この電圧
低下に伴う基準角度信号ＲＥＦのレベル低下が正常な基
準角度信号ＲＥＦの変化と誤検出されて、本実施例の場
合であれば、燃料噴射が誤った基準角度位置でなされる
ことになってしまう。このため、始動前の電圧Ｖ_Ｂと冷
却水温度Ｔｗとに基づいて電圧低下が予測される時間Ｔ
_Ｍを求め、この時間Ｔ_Ｍ内における基準角度位置の検出
に基づいて各種制御や演算が行われないようにしたもの
であり、電圧低下によって基準角度位置が誤検出されな
いので、始動時の燃料制御性が確保され、始動性が向上
する。

上記第４図のフローチャートに示すルーチンでは、始動
から所定時間だけ基準角度信号ＲＥＦの立ち上がりを無
効にする例であったが、始動時からの時間管理ではなく
立ち上がりの回数に基づく始動からの所定期間だけ立ち
上がり検出を無効とする処理を行っても良い。

かかる第２実施例を第５図のフローチャートに示すルー
チンに従って説明する。

ここで、ステップ11〜ステップ13における処理は、第４
図のフローチャートにおけるステップ１〜ステップ３と
同様であるから説明を省略する。

そこで、機関停止中において基準角度信号ＲＥＦ（検出
パルス信号）がハイレベルであると判別されてステップ
14へ進むと、ステップ14では、冷却水温度Ｔｗに基づい
て基準角度信号ＲＥＦの立ち上がり検出を始動時からキ
ャンセルする（無効にする）回数Ｃを設定する。

そして、ステップ15でスタートスイッチ19がＯＮされた
ことが検出されると、ステップ16では基準角度信号ＲＥ
Ｆの立ち上がり検出があったか否かを判別する。

ここで、立ち上がり検出が有ると、ステップ17へ進んで
カウンタcnt を１アップし、次のステップ18で１アップ
したカウンタcnt が前記ステップ14設定したキャンセル
回数Ｃ以下であるか否かを判別する。

カウンタcnt がキャンセル回数Ｃ以下であるときには、
ステップ19へ進んで今回の立ち上がり検出をキャンセル
して、立ち上がり検出が無かったものとし再びステップ
16へ戻る（第７図参照）。そして、立ち上がりをキャン
セルした回数がキャンセル回数Ｃを越えると、ステップ
20へ進んでカウンタcnt をゼロリセットしてから本ルー
チンを終了させ、その後の立ち上がり検出に関しては何
らの無効処理が施されることなく機関制御に用いられる
ようにする。

従って、この第５図のフローチャートに示す制御例にお
いても、始動時のスタータモータの駆動によって電源電
圧が低下して、基準角度信号ＲＥＦのレベル低下が発生
しても、このレベル低下の復帰時における立ち上がり検
出が無効とされるので、基準角度位置検出時に行われる
燃料供給が誤制御されることを回避できる。

以上説明した第４図及び第５図に示す例では、いずれも
始動時から所定期間内における基準角度信号ＲＥＦの立
ち上がりを無効とする処理を行ったが、第６図のフロー
チャートに示すように、バッテリ17の電圧Ｖ_Ｂを直接観
察して、基準角度信号ＲＥＦの立ち上がり検出の無効処
理を行うようにしても良い。

第６図のフローチャートに示すルーチンにおいて、機関
１の停止状態における基準角度信号ＲＥＦがハイレベル
であることが判別されると（ステップ31〜ステップ3
3）、ステップ34へ進んでフラグＦに１をセットし、一
方、停止状態で基準角度信号ＲＥＦがローレベルである
ときにはステップ35でフラグＦにゼロをセットし、前記
フラグＦによって機関停止状態における基準角度信号Ｒ
ＥＦのレベルが判別できるようにする。

そして、機関１が回転すると、今度はステップ32からス
テップ36へ進み、前記フラグＦの判別を行う。フラグＦ
がゼロであれば、立ち上がり検出の無効処理を行うこと
なく、本ルーチンをそのまま終了させるが、フラグＦが
１であるときにはスタータモータの駆動による電圧低下
によりクランク角センサ14の検出信号の立ち上がりが誤
検出されることがあるので、ステップ37へ進む。

ステップ37では、バッテリ17の電圧Ｖ_Ｂと所定電圧Ｖ_BS
とを比較し（第７図参照）、Ｖ_Ｂ＜Ｖ_BSであるときには
この電圧低下に伴って基準角度信号ＲＥＦのレベルも一
時的に低下して、基準角度位置が誤検出される惧れがあ
るので、ステップ38へ進んで立ち上がり検出がマスクさ
れて無効となるようにする。

従って、本実施例によれば、機関始動時にスタータモー
タの駆動によって電圧Ｖ_Ｂが低下したときには、そのと
きの立ち上がり検出については無効扱いされることにな
り、スタータモータの駆動によって電圧低下が発生して
も、始動時の燃料制御性が悪化することを防止できる。

尚、本実施例では、基準角度信号ＲＥＦの立ち上がり検
出に基づいて燃料供給時期が制御されるものについて述
べたが、点火時期制御等の他の機関制御に用いても良
い。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、クランク軸の基
準角度位置で立ち上がる検出信号を出力する光学式クラ
ンク角検出手段の電源と始動用電源とが共通である機関
において、機関停止状態において検出信号のレベルがハ
イレベルであったときには、始動から所定期間だけ立ち
上がり検出を無効にするよう構成したので、始動時にお
けるスタータモータの駆動による電圧降下に伴って検出
信号のレベルが変化したときの検出信号の立ち上がりを
基準として各種機関制御がなされることを回避でき、始
動時における燃料供給制御性等が向上する。

また、機関停止状態における検出信号がハイレベルであ
り、機関回転中における電源電圧が所定値以下であると
きに検出信号の立ち上がり検出を無効にすることによ
り、検出信号のレベル変化が予測される電圧降下時に立
ち上がりが誤検出されることを防止でき、同様に機関始
動時の機関制御性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の構成を示すブロッ
ク図、第３図は本発明の一実施例を示すシステム概略
図、第４図〜第６図はそれぞれクランク角検出制御の実
施例を示すフローチャート、第７図は前記第４図〜第６
図それぞれに示す制御内容の特性を示すタイムチャー
ト、第８図は始動時の燃料供給制御の一例を示すタイム
チャート、第９図は従来の検出装置における問題点を説
明するためのタイムチャートである。 １……機関、12……コントロールユニット 14……クランク角センサ、17……バッテリ 18……イグニッションスイッチ、19……スタータスイッ
チ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関クランク軸の角度位置に応じた光の選
   択的な通過・遮断に基づき基準角度位置毎に立ち上がる
   検出信号を出力する手段であって、機関始動に用いられ
   る電源を電源とする光学式クランク角検出手段と、 前記検出信号と所定のスライスレベルとを比較すること
   により検出信号の立ち上がりを判別して前記基準角度位
   置を検出する基準角度位置検出手段と、 機関の停止状態において前記光学式クランク角検出手段
   から出力された検出信号がハイレベルであるときに機関
   始動から所定期間だけ前記基準角度位置検出手段による
   基準角度位置の検出を無効にする所定期間無効処理手段
   と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関のクランク
   角検出装置。
2. 【請求項２】機関クランク軸の角度位置に応じた光の選
   択的な通過・遮断に基づき基準角度位置毎に立ち上がる
   検出信号を出力する光学式クランク角検出手段と、 前記検出信号と所定のスライスレベルとを比較すること
   により検出信号の立ち上がりを判別して前記基準角度位
   置を検出する基準角度位置検出手段と、 機関始動に用いられる電源と共通である前記光学式クラ
   ンク角検出手段の電源における電圧を検出する電源電圧
   検出手段と、 機関の停止状態において前記光学式クランク角検出手段
   から出力された検出信号がハイレベルで、かつ、機関回
   転中に検出された電源電圧が所定値以下であるときに前
   記基準角度位置検出手段による基準角度位置の検出を無
   効にする電圧低下時無効処理手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関のクランク
   角検出装置。