JPH0756454B2 - 角度位置検知器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は内燃機関制御系に用いるのに適した角度位置
検知器に関するものである。

固定センサーを具備したエンジンクランクシャフトに設
けた歯輪を用いて、その固定センサーが歯輪の回転毎に
クランクシャフトの速度及び角度位置の両方の情報を提
供するのに用いられるパルス列を生じるようにしたもの
が既に知られている。

しかしながら、角度位置を測る際には、クランクシャフ
トが特定のデータ位置から測れるようにするため、該デ
ータ位置における信号を与えておくことが必要である。
イギリス国特許公開明細書第2065310号では歯の一つを
欠歯にしておくアイデアが開示されている。パルス間の
時間間隔が測られかつ直前の時間間隔よりも1.5倍より
も長い時間間隔が検知された時には、“欠歯”がセンサ
ーを通過しかつ次に到達するパルスがデータ位置を規定
するものであると仮定されている。

エンジンのタイミング制御を正確に行うためには、エン
ジンのシリンダの一つに対して、データ位置が確実に上
死点に接近していることが望ましい。従って、イギリス
国特許公開明細書第2065310号では、“欠歯”をこの上
死点に置くことが提案されており、即ちそのデータ位置
はそこではこの上死点の後方10°のところにある。

しかしながら、この様な構成ではとくに極めて寒冷な状
態においてはエンジン始動中に問題が生じる。その状態
においては、各圧縮行程中に始動モータの負荷によりク
ランクの瞬間速度が下がり、上死点以外におけるパルス
間の間隔を直前の間隔よりも50％も長くしてしまう事も
あり、その結果偽データ位置信号が生じることがある。

本発明の目的は、余分な歯又は特別に成形した歯を付加
することなくこの欠点を解消した位置検知器を提供する
ことである。

本発明による角度位置検知器は、欠歯を有する歯輪、欠
歯が通過する時エンジンのクランクシャフトが、エンジ
ンのピストンの一つが実質上その上死点に来るような位
置に配置されて歯輪の歯の通過時にパルス列を発生させ
るセンサー装置、および前記センサー装置に接続されて
おり前記パルス列のパルス間の時間間隔を測ることによ
ってセンサー装置を通過する欠歯を認識することに応答
して基準信号を発生させる識別回路を有しており、 上記識別回路が現在検知されたパルス間間隔とそのすぐ
前に検知されたパルス間間隔とを分数により比較し、現
在検知されたパルス間間隔を分子としそのすぐ前に検知
されたパルス間間隔を分母とする分数値が、他の連続す
るパルス間間隔より得られる他の分数値より極端に小さ
い時に前記欠歯を認識することを特徴とするものであ
る。

次に添付図面を用いて本発明の実施例を説明すると、第
１図に示すように、検知器は内燃機関のクランクシャフ
ト11上に取付けられかつセンサー12を通過する歯輪10
と、該歯輪10の歯の光導縁の通過と同期したパルスから
成るパルス列を生じる、増幅器／切換回路13を備えた可
変磁気抵抗センサー12とを備える。歯輪10は、一つの欠
歯を有しかつ欠歯がセンサーを通過する際に生じるパル
スがエンジンのシリンダの一つの上死点と一致する位置
において、クランクシャフト上に配置されている。

増幅器／切換回路13の出力は、エンジンの火花点火系の
点火コイル15を制御する第１図に示す、識別回路を構成
するマイクロコンピュータ14の入力に印加される。しか
しながら、検知器は必要ならエンジンの他のタイミング
機能を制御するのに用いることができる。

マイクロコンピュータのプログラムに関連する部分が第
２図に示されている。図示のルーチンは歯縁信号に応じ
てパルス列が増幅器／切換回路13より発せられたかどう
かについて、該歯縁信号が到達するまで繰り返される判
断100を含んでいる。パルス列が受信されると次にパル
ス間の時間間隔がソフトウェアカウンタ中の計数値とし
て読み取られ（101）、かつこの計数値がレジスタ“こ
の歯の期間”中にストア（102）される。次いでカウン
タはゼロにされ、かつ次のサイクルのために再スタート
（103）される。ここで、レジスタ“この歯の期間”の
内容が、検知係数（例えば、0.65）とレジスタ“前の歯
の期間”の内容との積よりも小さいかどうかの判断がな
される。もし“yes"の判断に達すると、欠歯を認識して
ピストン上死点に対応した角度位置データとなる基準信
号が出される（105）。レジスタ“この歯の期間”の内
容は次にルーチンの開始に戻る前に、レジスタ“前の歯
の期間”へ移される。

次に第３図について説明すると、ここに示す本発明の具
体化例は、適当な歯縁信号のところに基準信号を生じさ
せるため、増幅器／切換回路13及び識別回路の一部を構
成するマイクロプロセッサ14Aの間に特殊なインターフ
ェース回路を用いている。このインターフェース回路
は、歯縁信号φＡの後0.5μs,1μｓおよび２μｓのそれ
ぞれの信号φB,φＣ及びφＥを生じるため、2MHzのクロ
ック信号によってクロック制御される多段の４つのラッ
チ回路20〜23を含んでいる。第１のプログラマブル分周
器24はマイクロプロセッサ14Aによって決定される数Ｍ
によって2MHzパルスを分周し、かつ分周されたパルス列
は第１のカウンタ25で計数され、φＢ信号によって周期
的にリセットされる。各々のφＡ信号によってラッチ26
には第１のカウンタ25中の計数値が付加されかつラッチ
26の計数値は、そのラッチの内容で2MHzパルス列を分周
する第２のプログラマブル分周器27の分周比を制御す
る。

定常状態、即ち連続したφＡ信号が等間隔である時に
は、第２のプログラマブル分周器27の出力はＭ×ｆとな
る（ここで、ｆはφＡ信号の周波数）。

欠歯の検知後に基準信号を生じるため、計数値Ｍ×Ｑ
（ここで、Ｑは検知係数、例えば0.65）が周期的に付加
されるプリセット可能なジョンソンカウンタ28で、分周
器27の出力によってクロック制御される第２のカウンタ
が設けられている。この目的のため、第２のプログラマ
ブル分周器27の出力はNANDゲート29の一方の入力に接続
され、その出力はNORゲート30の一方の入力に接続さ
れ、その出力は第２のカウンタ28のクロック入力に印加
される。φＣ信号はカウンタ28のプリセット／準備（EN
ABLE）入力及びNORゲート30の他方の入力に印加され、
その結果カウンタ28はφＣが“High"のときプリセット
されかつその信号が“Low"のとき計数する。カウンタ28
の段階（Stage）出力（LSBを除く）はNANDゲート31に接
続され、その出力は第２のプログラマブル分周器27の出
力によってクロック制御されるラッチ32のＤ入力に接続
される。ラッチ32のＱ出力はNANDゲート29の他方の入力
に接続され、かつまたφＢ信号を受信するANDゲート33
の入力にも接続されている。ゲート33の出力はフリップ
−フロップ34のセット入力に印加され、そのリセット入
力はφＥ信号を受信する。

φＡ信号周波数が固定された時には、第２のカウンタ28
は各サイクル毎にその11……10状態に到達し、そのため
NANDゲート31の出力は次のφＢ信号が到達する前にいく
つかの点で“Low"となる。このように、ラッチ32はその
Ｑ出力でセットされて、NANDゲート29は該サイクルにお
いてそれ以上の計数を禁止する。しかしながら、欠歯が
検知器を通過するサイクルにおいては、カウンタ25はそ
の正常な計数値の２倍に達し、その結果次のサイクルに
おいては、第２のプログラマブル分周器27の出力の周波
数は正常な値の半分になる。この結果はNANDゲート31の
出力でありかつラッチ32のそれは、次のφＢパルスが到
達した時“Low"とならず、従ってフリップ−フロップ34
がセットされかつそのＱ出力は1.5μｓだけ“High"とな
り、基準パルスを生じる。

上記において、識別回路は、第１のプログラマブル分周
器24、第１のカウンタ25、ラッチ26、第２のプログラマ
ブル分周器27、第２のカウンタ28、NANDゲート29,31、N
ORゲート30、ラッチ32、ANDゲート33およびフリップ−
フロップ34を有する。

以上の説明を従来の検知器と本願発明の検知器とを対比
させたタイミング図である第４図および第５図を用いて
より詳細に説明する。第４図および第５図は、時間軸目
盛りの異なるタイミング図である。

波形W1およびW2は、2MHzクロックおよびこの2MHzクロッ
クをプログラマブル分周器24を用いて除数Ｍで除した波
形図を示している。除数Ｍは代表的な例ではシステム電
源のオンでのみ分周器にロードされ、その後分周器にス
トアされる。1/10に分周された波形W2（第５図にも目盛
りが異なっているものの同じく描かれている。）は、２
個の方形波パルスφＡの間の期間P1にわたってカウンタ
25でカウントされる。各パルスφＡの立ち上がりエッジ
のタイミングでカウンタ25の値はラッチ回路26に移され
る。当該カウント値がこの信号φＡによってラッチされ
たあと0.5マイクロ秒たつと、信号φＢはカウンタ25を
０にリセットし、当該カウンタは再び分周器24の出力波
形W2のカウントを次のパルス周期P2のあいだ行いはじめ
る。

周期P1では、プログラマブル分周器27はラッチ回路26に
入っている値（この値は図に描かれている時間周期を予
め少し早める情報にもとづいて周期P1の開始時にロード
されているものである。）によって2MHzクロックの分周
を行っている。周期P1の終わりでラッチ回路26には周期
P1に一致するカウント値がロードされ、そしてこの値は
次の周期P2のあいだ中分周器で用いられる。図示のよう
な実施例の周波数と周期とを用いると、周期P1は200μ
ｓの継続時間を有し、ここから波形W2のほぼ40パルスが
カウントされることになる（40という値は近似値であ
り、波形W2とφＡとが非同期である位相関係に依存させ
ることにより、この周期は10°の間隔でパルスを有する
8333RPM時のエンジン回転に一致する。）。

40なる値は周期P2のあいだ中分周器27で用いられること
となり、これによりこの周期のあいだ中当該分周器の出
力W3は2MHzの周波数を40によって分周した値、すなわち
50KHzとなる。この波形W3の周期は周期P1の1/10であ
り、これにより当該回路は周波数1/10に10なる除数Ｍを
乗算することによる周波数逓倍器として動作しているこ
とがわかる。波形W3はこの周期（すなわち、この周波数
は１°パルスに対応している。）で周期P2のあいだ中動
作を続けることになる。

一方、周期P2のあいだ中カウンタ25は200KHzのパルスを
累算し続けており、欠歯に対応して２倍となったパルス
φＡの周期P2のためにカウンタはこの期間80パルスもカ
ウントすることになる。周期P2の終わりで、ラッチ回路
26には値80がロードされることとなり、この値によって
分周器27は2MHzの周波数を80によって分周された値、す
なわち、25KHzを発生することになる。これが意味する
ところは、周期P3のあいだ中波形W3はそれが周期P2のあ
いだ中作動していたときの周波数の半分で作動するとい
うことである。この波形はクランクシャフト・ホイール
の回転に完全に一致すると考えられるから、波形W3はホ
イールの回転の全期間（ただし、欠歯の周期の直後にく
る10°周期を除く。）のあいだ中50KHzの周波数を有す
ることが理解されるであろう。この欠歯検知システムは
波形W3におけるパルスの数を各々のパルス周期にわたっ
てカウントすることによって作動する。このことは除数
Ｍを乗算したある比Ｑ（Ｑ≦１）に等しい固定値にカウ
ンタ28をプリセットすることによりなされる。この実施
例の場合だとＭ×Ｑの値＝６が適切なところである。係
数Ｍに対するのと同じようにして、係数Ｍ×Ｑについて
もこれのみがシステムのパワーアップでカウンタ28と接
続される専用のラッチ回路に通常ロードされ、そしてこ
れ以降は変更できなくなる。各周期の開始点でカウンタ
28にはＭ×Ｑの値がプレロードされる（このことはクロ
ックφＣを用いてクランクシャフトパルスが発生した直
後の１μｓに行われる。）。つぎのクランクシャフト周
期のあいだ中このカウンタは波形W3のクロックパルスを
カウントダウンする。通常は各周期におけるこれらのパ
ルス数は10であるので、つぎのクランクシャフトパルス
が到来する前にこのカウンタは値11110に十分達するこ
ととなり、したがってラッチ回路32の出力Ｑがローにセ
ットされることとなる。このことがいったん生じると、
後のカウントは、パルスφＢがフリップ−フロップ回路
34をセットするのをゲート回路29とゲート回路33が妨げ
ることによって阻止される。欠歯に続く周期P3のあいだ
は、角クロックW3は半分の速さでカウントを続けること
となり、これによってカウンタ28はつぎのクランクシャ
フトパルスが到来するまでたったの５パルスをカウント
するのみとなろう。このことはゲート回路33が歯パルス
１μｓ後にパルスφＢをラッチ回路34に通過させること
となり、これによってそのフリップ−フロップ回路の出
力端子Ｑ（REFの表示のある端子）がハイとなる。クラ
ンクシャフトパルスの後２μｓかかるパルスφＥの到着
まで、REF出力はハイに保たれている。ひき続いてこれ
らの動作は、各欠歯のすき間に続くクランクシャフトパ
ルスの後１μｓして持続時間１μｓのREFパルスW4を発
生する。

以上の説明から理解出来るように、エンジン始動のクラ
ンキング中、即ちシリンダ内に吸入された燃料が着火す
るまでの間において、クランクシャフトに伝達された回
転むらによるパルス間隔の局所的乱れが検知されても、
本発明による角度位置検知器は常時その直前のパルス間
隔と対で計測および比較されるため、分数値としてはさ
ほど極端な値にならないが、ピストンが上死点に到達す
る直前付近がその減速度合いが大きいので最も大きな値
が得られ、反対に欠歯部分に対応する上死点から下降す
る際に最もその値が小さくなる。そこで現在検知したパ
ルス間隔を分子としそのすぐ前に検知したパルス間隔を
分母とする分数をとると、上記のピストン上死点直前で
得られる最も大きな値とこれに連続する最も小さな値と
の比である分数が、先行するほかのパルス間隔により得
られる分数よりもいかなる条件下にあっても常に値が極
端に小さくなる。そこで上記実施例においてプリセット
カウンタ28に与えるＭ×Ｑの値をたとえば６に設定して
おけば、その極端に小さな値のときのみラッチ回路32が
Ｑ端子に１を出力しそれ以外のときはＱ＝０となるの
で、この最小値のみを検知することとなる。

従って、如何なるエンジンの回転状態においても正確に
ピストン上死点と関連した角度位置データが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、 第２図は第１図に含まれるマイクロコンピュータのプロ
グラムの関連部分のフローシート、 第３図は本発明の具現化例を示すブロック図、 第４図と第５図は第３図のブロック図の動作を説明する
タイミング図。 〔図中符号〕 10……歯輪、12……センサー、14……マイクロコンピュ
ータ、14A……マイクロプロセッサ、20〜23……ラッチ
回路、24,27……プログラマブル分周器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】欠歯を有する歯輪（10）、欠歯が通過する
   時エンジンのクランクシャフトが、エンジンのピストン
   の一つが実質上その上死点に来るような位置に配置され
   て歯輪の歯の通過時にパルス列を発生させるセンサー装
   置（12）、および前記センサー装置に接続されており前
   記パルス列のパルス間の時間間隔を測ることによってセ
   ンサー装置を通過する欠歯を認識することに応答して基
   準信号を発生させる識別回路（14）を有しており、 上記識別回路が現在検知されたパルス間間隔とそのすぐ
   前に検知されたパルス間間隔とを分数により比較し、現
   在検知されたパルス間間隔を分子としそのすぐ前に検知
   されたパルス間間隔を分母とする分数値が、他の連続す
   るパルス間間隔より得られる他の分数値より極端に小さ
   い時に前記欠歯を認識することを特徴とする角度位置検
   知器。
2. 【請求項２】前記識別回路がクロックパルス発生器及び
   センサー装置（12）に接続されたマイクロコンピュータ
   （14）を含み、かつパルス列の連続したパルス間のクロ
   ックパルスの数を計数して特定間隔において計数された
   数とその直前の間隔で計数された数とを分数により比較
   する手段を具備した特許請求の範囲第１項記載の検知
   器。
3. 【請求項３】前記識別回路が固定周波数パルス列の周波
   数を除数Ｍによって分周するための第１のプログラマブ
   ル分周器（24）、前記第１のプログラマブル分周器から
   のパルスを計数するため該分周器に接続され、かつ前記
   センサー装置（12）によって周期的にリセットされるよ
   う該センサー装置に接続された第１のカウンタ（25）、
   前記固定周波数パルス列の周波数を前記第１のカウンタ
   が最後にリセットされる直前におけるその計数値に等し
   い数で分周するために接続された第２のプログラマブル
   分周器（27）、数Ｍ・Ｑ（Ｑは１より小）にプリセット
   可能であり、かつ前記第２のプログラマブル分周器（2
   7）の出力を計数するために接続された第２のカウンタ
   （28）、除数Ｍを表わす信号を前記第１のプログラマブ
   ル分周器に、また数Ｍ・Ｑを表わす信号を第２のカウン
   タ（28）に与えるための手段（14A）及び任意のサイク
   ルにおける前記第２のプログラマブル分周器から受信さ
   れた信号の数が数Ｍ・Ｑを超えると基準信号を発生する
   ための手段（31〜34）を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の検知器。