JPH06508415A - 内燃機関のクランク軸の回転位置を決定する方法 - 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】 内燃機関のクランク軸の回転位置を決定する方法技吉公野 本発明は、−ｍには、クランク軸の回転位置を決定する方法、より詳細には、内 燃機関のクランク軸の回転位置を決定する方法に関するものである。

背景技術 内燃機関の制御は、過去数十年にわたって相当な注目を集めてきた。圧縮点火エ ンジンや火花点火エンジンの設計は、エンジン運転の柔軟性を高めようと試みて きた。移しい数の設計が、独立した吸気弁と排気弁の作動と、電子燃料噴射に向 けられてきた。これらの設計の多くは、エンジンのタイミングの電子フィードバ ック制御に向けられている。独立した弁作動と電子燃料噴射を使用するシステム は、「カムベース」エンジンでは得られないエンジン動作モードを実現するため に考案された。

「カムレス」エンジンにおける弁および噴射器の開閉は、一般に、クランク軸の 速度または角位置の関数として制御することができる。しかし、従来のクランク 軸位置検出装置の分解能は低い。そのため、従来の検出装置および方法によって 生成されるタイミング情報は、弁および燃料噴射器を正確に制御するには不十分 である。

本発明は、上に述べた幾つかの問題点を解決することを目指している。

発皿二開示 本発明は、−９４４％として、内燃機関のクランク軸の回転位置を決定する方法 を提供する。本方法は、クランク軸の回転を監視し、それに応じてクランク軸パ ルス列を生成する。所定の周波数をもつクロック信号を生成する。クロック信号 とクランク軸パルス列を受け取り、クランク軸パルス列の各パルスをサンプリン グし、それに応して各サンプルパルスの周期を決定し、決定したパルス周期を表 す信号を生成する。決定したパルス周期信号を受け取り、それに応して生成され る次のパルスの周期の予測値を決定し、その予測値を表す信号を生成する。次に 、その予測値信号を受け取り、その予測値に基づいて中間位置信号を生成する。

この中間位置信号がクランク軸の所定の角位置を表す。

凹厘曵Ｍ単奏説酉 本発明の理解を助けるため、以下の添付図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の実施例に係る内燃機関を表すブロック図である。

第２図は、本発明の実施例に係る機能ブロック図である。

第３図は、本発明の実施例に係るクランク軸パルス列を示す略図である。

第４図は、本発明の実施例に係るクランク軸パルス列の次のパルスの予測周期を 示す略図である。

発胛炙実　るための　のｌヒ 第１図は、複数のシリンダＣ３〜ｃ、、を有する内燃機関１００を示す。各シリ ンダ５よりランク軸１１０に連結されたピストン＋０５、吸気弁１２ｏ１排気弁 １２５、および噴射器１３０を有する。吸気弁１２０．排気弁１２５、および噴 射器１３０は、すべて、電子制御１ｆ１４０によって与えられた制御信号に応し て電気的に作動させることができる。電子制御装置１４０はクランク軸１１０の 回転位置に反応した制御信号を生成する。

検出手段１４５は、エンジンのクランク軸ｌｌｏに連結され間隔をおいて配置さ れた複数の歯をもつ検出ホイール１５０と、検出ホイール１５０に隣接して配置 された磁気ピックアップ装置１５５を有する。クランク軸１１０が回転すると、 検出ホイール１５０の歯が磁気ピックアップ装置１５５の近くを通過する。磁気 ピックアップ装置１５５は、歯が装置の近くを通過すると各歯を検出し、それに 応してクランク軸パルス列を生成する。パルス列の各パルスは、検出ホイールの 歯を表している。

好ましい実施例の場合、検出ホイール１５０は、等間隔で配置された６０個のス ロットを有する。スロット間の固体部分（歯と呼ばれる）は、２つの異なる幅を 有し、検出ホイールのまわりに間隔を置いて配置されている。例えば、３つのよ り大きな輻の歯が５７個のより狭い幅の歯のまわりに所定のパターンで配置され ている。所定のパターンはシリンダ＃ｌの上死点（ＴＤＣ）に対応する。従って 、所定のパターンの検出はクランク軸１１０の１回転に対応する。検出手段１４ ５は周知であるから、これ以上の説明は省略する。

本発明は、クランク軸４１０の回転位置を正確に決定するように構成されてぃ図 ２の機能ブロック図は、本発明の完全な作動モデルを示す０本発明を実施する具 体的な回路構成は、設計選択の問題であり、本発明にとって重要でない、しかし 、好ましい実施例の場合、各種のモジュールは、Ｘ１ｌｔｎｘ　（米国）！！！ の現場プログラム可能ゲートアレイで具体化されている。

図示のように、本発明は、ストップウォッチモジュール２１０、予測器モジエー ル２２０、シンクロナイザモジュール２２５、角度カウンタモジュール２３０、 歯カウンタモジュール２３５、およびエラーモジュール２４０を含む、各種のモ ジュールで構成されている。

ストップウォッチモジュール２１０は、クランク軸パルス列を受け取り、それに 応して各パルスの周期を決定する。さらに、ストップウォッチモジュール２１Ｏ は、高周波クロック２１５からクロック信号を受け取る。この実例の場合、クロ ック信号の周波数は３．６９　Ｍ）ｌｚである。ストップウォッチモジュール２ １０は、クランク軸パルス列を受け取り、クロック信号によって与えられたサン プリングレートで各パルスをサンプルする。都合がよいことに、ストップウォッ チモジュール２１０は、クランク軸パルス列の３つの最新パルスの周期を測定す る。ここで「周期」は、図３に示すように、連続パルスの立上り緑の間の時間間 隔と定義する。

パルスは所定量のクランク軸の回転を表す、この実例の場合、パルスの周期は、 クランク軸の６°の回転を表す０図示のように、３つの最新パルスの周期は、そ れぞれ’ｏｒ　【Ｉｔ　ｔ２の値を有する。ここで、最後の生成されたパルスの 周期はＬｏの値を存する。測定された周期を表す信号は、予測器モジュール２２ ０へ送られる。

予測器モジュール２２０は、クランク軸パルス列の最後の３つの連続パルスの測 定された周期に基づいて、生成される次のパルスの周期と予測される値を決定す る０例えば、予測器モジュール２２０は、測定された周期ｔｏ、ＬＩ＋　Ｌ２に 対応する信号を受け取り、それに応じて予測値を次代に基づいて決定する。

Ｐ−２，５零ｔｏ−２，０京ｔ　Ｉ”　０．５章　ｔ２この式は、次のように二 次後向き差分方程式から導かれる。

次に、予測器″！Ｊ４ｐの値を所定の値で割る。この実例の場合、所定の値は１ ２Ｂである。割り算の結果の整数部分は商と呼ばれ、分数部分は剰余と呼ばれる 。予測器モジュール２２０は、商と剰余の大きさを表す信号をシンクロナイザモ ジュール２２５へ送る。

シンクロナイザモジュール２２５は、予測値を表す信号を受け取り、中間位置信 号を生成する。中間位置信号は電子パルスであって、各パルスはクランク軸１１ Ｏの所定の角回転を表す０例えば、中間位置信号の１パルスはクランク軸１１Ｏ の０，０５°の回転を表す、好ましい実施例の場合、シンクロナイザモジュール ２２５は、高周波クロック２１５からクロック信号を受け取り、所定の数のクロ ックパルスを受け取ると、それに応じて中間位置信号を生成する。所定の数のク ロックパルスは、商信号と剰余信号の大きさを決定する。さらに、シンクロナイ ザモジュール２２５は、角度カウンタ２３０から得た値を使用する。例えば、角 度カウンタ２３０は、０から１２７に及ぶ一連の乱数を生成する。中間位置信号 の各パルスに応して、角度カウンタ２３０は別個の乱数を表す信号をシンクロナ イザモジュール２２５へ送る。

シンクロナイザモジュール２２５は、以下のステフプに関して各中間位置信号を 生成することが好ましい。

（ａ）　シンクロナイザモジュール２２５は剰余信号の大きさと対応する乱数信 号とを比較し、 （ｂ）　剰余の大きさが対応する乱数より大きければ、フラッグを１に設定し、 （Ｃ）　さもなければ、フラッグをＯに設定し、（ｄ）　次に、次式に従って所 定の数のクロックパルスＮを計算する。

Ｎ−（商＋フラ、グ） 角度カウンタ２３０は、クランク軸１１０の回転位置を監視する０例えば、角度 カウンタ２３０は中間位置信号に応してクランク軸位置信号を生成する。クラン ク軸位置信号はクランク軸角のディジタル表現である。クランク軸位置信号は０ °〜６゛の角度値を存する。都合がよいことに、クランク軸信号はｏ、０５°の 周分解能を有する。従って、角度カウンタ２３０は、中間位置信号のパルスを受 もす取り、クランク軸位置を表す角度値を０．０５°だけ増分して、クランク軸 位置信号を生成する。さらに、角度カウンタ２３０は、シンクロナイザモジュー ル２２５から中間位置信号の所定の数のパルスを受け取ると、それに応じてフル カウント信号を発生する０図４に示すように、中間位置信号の所定の数のパルス は、想像線で示した予測周期を概算する。この実例の場合、中間位置信号の所定 の数のパルスは＋２８である。従って、フルカウント信号は、所定の検出ホイー ル歯に対応付けられ、クランク軸の６°の回転を表す。

歯カウンタ２３５は、検出ホイール１５０の位置を追跡することによって、クラ ンク軸１１０の回転位置を監視する。例えば、歯カウンタ２３５は、角度カウン タ２３０からフルカウント信号を受け取り、各信号の取得をカウントする。それ に応して、歯カウンタ２３５は、検出ホイール１５０上の所定の歯のディジタル 表現である歯カウント信号を生成する。このやり方で、歯カウンタ２３５は、検 出ホイールの回転位置、従ってクランク軸の回転位置の情報を得る。この実例の 場合、フルカウント信号の１２０の出現は、クランク軸１１０の７２０”の回転 に対応する。従って、歯カウント信号は、６°の増分でＯｏから７２０＠に及ふ 角度値に対応する。歯カウンタ２３５が検出ホイール１５０に同期化されること を保証するために、歯カウンタ２３５はストロボ信号を受け取る。ストロボ信号 はクランク軸１１０の７２０°の回転を表す。このストロボ信号はクランク軸パ ルス列の所定のパターンに応して生成することができる。歯カウンタ２３５がス トロボ信号に同期化されていない場合は、同期外エラー信号が生成される。

本発明は、クランク軸パルス列の生成される次のパルスの周期を予測する。この 情報に基づいて、本発明は、クランク軸の回転を高い精度で正確に決定すること ができる。さらに、本発明は、進みまたは遅れタイミング不一致を修正するよう に構成されている。

進みタイミング不一致は、クランク軸パルス列の次のパルスが生成される前に（ 例えば、クランク軸１１０が６°回転していない）、フルカウント信号が発生し たとき生じることがある。この状態が起きた場合には、シンクロナイザモジュー ル２２５は、クランク軸パルス列の次のパルスの立上り縁が生成されるまで角度 カウンタ２３０への中間位置信号の伝送を遅らす。都合のよいことに、シンクロ ナイザモジュール２２５は、この状態の間クロックパルスの数をカウントし、そ れに応して、進みエラー信号をエラーモジュール２４０へ送る。

遅れタイミング不一致は、フルカウント信号が発生する前に（例えば、クランク 軸１１０が既に６°回転している）、クランク軸パルス列の次のパルスが生成さ れたとき生しることがある。この状態が起きた場合には、シンクロナイザモジュ ール２２５は、フルカウント信号が生成されるまで中間位置信号をクロック信号 と同し周波数で発生する。都合のよいことに、シンクロナイザモジュール２２５ は、クロック周波数で生成されたクランク軸位置パルスの数をカウントし、それ に応して遅れエラー信号をエラーモジュール２４０へ送ル。

エラーモジュール２４０は、エラー信号を受け取り、もし必要ならば、修正動作 を行う。エラーモジュール２４０は、比較器２４５とエラー検出器モジュール２ ５０を備えている。比較器２４５は、シンクロナイザモジュール２２５から進み エラー信号または遅れエラー信号を受け取り、エラー信号の値をエラー限界値と 比較する。エラー限界値は、マイクロプロセッサまたは他の処理装置によって計 算することができる。また、エラー限界値は、エンジン運転中に修正することが できる。この実例の場合、エラー限界値は１．５°に相当する。比較器２４５は 、エラー信号がエラー限界値より大きいと、それに応じて許容差外信骨を発生す る。

エラー検出器モジュール２５０は、ストップウォッチオーバーフローエラー信号 、予測器オーバーフローエラー信号、および予測器アンダーフローエラー信号を 受け取る。これらのエラー信号は、主としてエンジン速度を決定する０例えば、 エンジンの速度が７　ｒｐａ＋　以下のとき、ストップウォッチオーバーフロー エラ−または予測器オーバーフローエラーが生じる。また、エンジンの速度が２ ８．８０Ｏｒｐｍ以上になると、予測器アンダーフローエラーが生しる。エラー 検出器モジュール２５０は、さらに、同期性信号と許容差外信号を受け取る。こ れらの信号のどれかに応して、エラー検出器モジュール２５０はなんらかの修正 動作を行うことができる０例えば、修正動作として、排気弁１２５、吸気弁１２ ０、および噴射器１３０への制御信号の生成を中止することができる。

主策五〇村里可能性 「カムレス」エンジンの進歩によって、タイミング情報を高精度で提供すること が次第に重要になってきた。都合のよいことに、本発明は、クランク軸の回転を 正確に監視し、正確なタイミング情報を提供する。

要約すると、本発明はクランク軸パルス列を受け取る。パルス列の各パルスの周 期はクランク軸の６″の回転を表す。しかし、弁および噴射器を正確に制御する には、非常に高い周分解能が必要である。都合のよいことに、本発明は最後の３ つの連続パルスの周期に基づいて、生成される次のパルスの周期を予測する。

従って、予測周期は、変動するエンジン速度に応じて変わる。この予測周期の値 を使用して、中間位置信号（クランク軸１１０の０．０５°の回転を表す）を生 成する。それに応して、電子制御装置は、クランク軸位置を表すディジタル信号 を使用して、弁および噴射器を正確に作動させてエンジンを最適運転する。

本発明のその他の特徴、目的、および利点は、添付図面、明細書、および請求の 範囲を熟読すれば理解することができるであろう。

１、＋ｌ＋爛−ムーーーり虐ρＣＴ／ＩＩｓ９２１０４１１５

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．内燃機関（１００）のクランク軸（１１０）の回転位置を決定する方法であ って、 クランク軸（１１０）の回転を監視し、それに応じてクランク軸パルス列を生成 すること、 所定の周波数をもつクロック信号を生成すること、前記クロック信号とクランク 軸パルス列を受け取り、クランク軸パルス列の各パルスをサンプリングし、それ に応じて各サンプルパルスの周期を決定し、決定したパルス周期を表す信号を発 生すること、前記決定したパルス周期信号を受け取り、それに応じて生成される 次のパルスの周期の予測値を決定し、その予測値を表す信号を生成すること、お よび前記予測値信号を受け取り、その予測値に基づいて中間位置信号を生成する こと、 の諸ステップから成り、前記中間位置信号が電子パルスであり、各パルスがクラ ンク軸（１１０）の所定の角回転を表すことを特徴とする方法。
2. ２．前記中間位置信号を受け取り、それに応じて、クランク軸（１１０）の回転 位置を表すクランク軸位置信号を生成するステップを含んでおり、前記クランク 軸位置信号は０°〜６°を表すディジタル値を有することを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記中間位置信号の所定の数のパルスを受け取り、それに応じてフルカウン ト信号を発生するステップを含んでおり、前記フルカウント信号はクランク軸（ ＨＯ）の６°の回転を表していることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方 法。
4. ４．前記フルカウント信号を受け取り、それに応じて歯カウント信号を生成する ステップを含んでおり、前記歯カウント信号はクランク軸（１１０）の０°〜７ ２０°の回転を表す値を有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法 。
5. ５．前記予測値Ｐは、次式によって決定され、Ｐ＝２．５＊ｔｏ−２．０＊ｔｌ ＋０．５＊ｔ２ｔ０，ｔ１，ｔ２の値は、それぞれクランク軸パルス列の３つの 連続パルスの周期に相当することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。
6. ６．前記クロック信号を受け取り、所定の数のクロックパルスを受け取ると、そ れに応じて中間位置信号を生成するステップを含んでいることを特徴とする請求 の範囲第５項に記載の方法。
7. ７．前記予測値を所定の値で割り、それに応じてその割り算を表す値を有する商 信号と剰余信号を生成するステップを含んでいることを特徴とする請求の範囲第 ６項に記載の方法。
8. ８．前記所定の数のクロックパルスは、前記商信号および剰余信号の値に応じて 変わることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。