JPH08240131A - エンジンのクランク角度位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンのクランク軸に同期して駆動される
補機の内部に、常に初期の検出精度を維持することがで
き、かつ小型にも拘らず、記録される情報密度が高く、
さらに高い検出出力が得られるクランク角度位置検出装
置を設ける。 【構成】 補機１０の回転軸３の周面上に磁気記録部１
３を設け、該磁気記録部１３と対向する位置に、該磁気
記録部１３に対して信号を記録しかつ再生可能な磁気ヘ
ッド１４を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンのクランク軸
に同期して駆動される補機の内部に設けられるエンジン
のクランク角度位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時自動車においては、電子燃料噴射制
御をはじめとするパワートレーンの電子制御の導入によ
り、大気汚染の低減および燃料消費の低減等の社会的な
要求に対応することが可能になった。

【０００３】このうち、電子燃料噴射制御では、エンジ
ンの燃焼１サイクル毎の吸入空気量に対し最適な空燃比
が得られるように、マイクロコンピュータで燃料噴射量
を制御しているから、１サイクル毎の吸入空気量を求め
るために単位時間あたりのクランク軸の回転速度の検出
が必要となる。一方、最適な燃料噴射時期を選ぶために
は、各気筒毎のクランク角度位置の検出が必要である。

【０００４】従来、クランク角度位置を検出するクラン
ク角センサは、クランク軸の一端に設けられることが一
般的であったが、クランク軸は気筒の燃焼の影響を受け
てその回転に曲げおよび捩れを伴うため、検出精度の点
で問題があった。

【０００５】そこで、例えば特開昭６２−２４２８０３
号公報に開示されているように、エンジンのクランク軸
に同期して駆動される補機であるディストリビュータ内
に電磁的なクランク角センサを設けることが提案されて
いる。

【０００６】上記公報に記載されたクランク角センサ
は、エンジンのクランク軸に同期して駆動されるディス
トリビュータの回転軸に固定されて回転する、円周面に
沿って多数の磁極を形成したマグネットリングと、この
マグネットリングに対向して配置された磁電変換素子
（ホール素子）とによって構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な構成を有するクランク角センサには、以下に述べるよ
うな問題がある。

【０００８】第１に、ディストリビュータのような補機
は、エンジンのメインテナンス作業時に取り外される機
会が多いため、再び組付けられる際の組付け誤差によ
り、タイミングがずれる可能性があるが、永久磁石より
なるマグネットリングを用いたクランク角センサでは、
タイミング補正が不可能であるから、初期の検出精度が
維持できないという問題がある。

【０００９】第２に、マグネットリングを用いたもので
は、その外径が大きくなるにも拘らず、記録されている
情報の密度が低いという問題がある。

【００１０】第３に、位置信号の検出精度は、マグネッ
トリングのような磁気記録部と磁電変換素子との間隙の
影響を受け易いが、補機の回転軸の偏心等に起因して回
転軸に芯振れが生じるために、検出精度が悪化するのみ
でなく、マグネットリングが磁電変換素子に接触しない
ように、両者の間の間隙の管理が必要となり、かつこの
間隙の存在が磁電変換素子の出力を低下させるという不
都合もある。

【００１１】したがって、本発明の目的は、エンジンの
クランク軸に同期して駆動される補機の内部に、常に初
期の検出精度を維持することができ、かつ小型にも拘ら
ず、記録される情報密度が高く、さらに高い検出出力が
得られるクランク角度位置検出装置を設けることにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によるクランク角
度位置検出装置は、補機の回転軸の周面上に磁気記録部
が設けられ、該磁気記録部と対向する位置に、該磁気記
録部に対して信号を記録しかつ再生可能な磁気ヘッドが
配置されていることを特徴とする。

【００１３】上記補機の回転軸の一端側は、該回転軸の
軸線方向に所定の間隔をおいて近接配置された少なくと
も２個の軸受部材により回転可能に支持され、該２個の
軸受部材の間に上記磁気ヘッドが配置されることが好ま
しい。

【００１４】上記磁気ヘッドは、上記補機に対して外部
から着脱可能な治具に取付けられた状態で上記補機に固
定されることが好ましい。

【００１５】また、上記磁気記録部の面上とこれに対向
する上記磁気ヘッドの面上との少なくとも一方に、非磁
性体よりなるコーティング層が被着され、上記磁気記録
部面と上記磁気ヘッドとが上記コーティング層を介して
密接していることが好ましい。

【００１６】上記エンジンが多気筒エンジンよりなる場
合に、上記磁気記録部に、各気筒に対応して互いに種類
の異なる信号を記録することができる。

【００１７】上記エンジンが４サイクルエンジンよりな
る場合に、上記補機の回転軸が、上記クランク軸の1/2
の速度で回転するカム軸により該カム軸と同一回転速度
で駆動される構成とすることができる。

【００１８】

【作用および発明の効果】本発明によるクランク角度位
置検出装置では、補機の回転軸の周面上に磁気記録部が
設けられ、該磁気記録部と対向する位置に、該磁気記録
部に対して信号を記録しかつ再生可能な磁気ヘッドが配
置されているから、補機がエンジンから取外され、かつ
再びエンジンに組付けられる度毎に、上記磁気ヘッドに
より磁気記録部に対して正確な位置信号を再記録するこ
とができ、常に初期の検出精度を維持することが可能に
なる。

【００１９】また、補機の回転軸の周面上に設けられ磁
気記録部に磁気ヘッドを用いて位置信号を書込むように
構成されているため、高い情報記録密度が得られるにも
拘らず、磁気記録部の外径が小さくて済み、全体の小形
化を達成できる。

【００２０】さらに、磁気ヘッドが、補機の回転軸の軸
線方向に近接した２個の軸受部材の間の回転軸の芯振れ
が少ない位置に配置されるため、磁気記録部と磁気ヘッ
ドとの間隔を狭めることができ、クランク角度位置の検
出感度も向上する。

【００２１】その場合、上記磁気記録部の面上とこれに
対向する上記磁気ヘッドの面上との少なくとも一方に、
非磁性体よりなるコーティング層を被着して、磁気記録
部面と磁気ヘッドとが上記コーティング層を介して密接
する構成とすることにより、磁気記録部面と磁気ヘッド
との間のギャップを管理する必要がなく、しかも磁気記
録部面と磁気ヘッドとの間の間隔を極限まで狭めること
が可能になるから、クランク角度位置の検出感度がさら
に向上する。

【００２２】また、上記磁気ヘッドが、上記補機に対し
て外部から挿入可能な治具に取付けられた状態で上記補
機に固定される構成とした場合、補機に対する磁気ヘッ
ドの後付けが容易となる。

【００２３】さらに、エンジンが多気筒エンジンよりな
る場合に、上記磁気記録部に、各気筒に対応して互いに
種類の異なる信号を記録することにより、クランク角度
位置の検出とともに、気筒判別が可能になる。

【００２４】特に、エンジンが４サイクルエンジンより
なる場合に、上記補機の回転軸が、上記クランク軸の1/
2 の速度で回転するカム軸により該カム軸と同一回転速
度で駆動される構成とすることにより、例えば直列４気
筒エンジンにおいては上記磁気記録部が１周する間に４
種類の位置信号の記録が可能であるから、気筒判別が容
易となる。

【００２５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００２６】図１は、本発明の１実施例に係わるクラン
ク角度位置検出装置を備えたディストリビュータの一部
を省略した縦断面図を示す。図において、１０はディス
トリビュータ、１はディストリビュータ・ハウジング、
２はディストリビュータ・キャップ、３はエンジンのク
ランク軸に同期して回転駆動される回転軸、４はイグニ
ッションコイル、５は遠心進角機構、６は進角スリー
ブ、７はディストリビュータ・ロータ、８は固定電極で
ある。

【００２７】回転軸３の一端側（図１の右端側）は、回
転軸３の軸線方向に所定の間隔をおいて近接配置された
２個のベアリング１１，１２により回転可能に支持さ
れ、該２個のベアリング１１，１２の間の回転軸の周面
上に、磁気記録層を形成した磁気記録部１３が設けられ
ている。そして、この磁気記録部１３に対向する位置
に、磁気記録部１３に対して信号を記録しかつ再生可能
な磁気ヘッド１４が配置されている。

【００２８】磁気ヘッド１４は、図２に示すように、デ
ィストリビュータ１０に対して外部から着脱可能な磁気
ヘッド取付け治具１５に取付けられた状態で、両ベアリ
ング１１、１２間の位置においてディストリビュータ１
０に固定されている。なお、図２（ａ）〜（ｃ）は、磁
気ヘッド１４を取り付けた治具１５の平面図、縦断面図
および底面図をそれぞれ示す。

【００２９】上記磁気ヘッド取付け治具１５は、六角穴
付きボルト１６によって磁気ヘッド１４を先端に固定し
た状態で、両ベアリング１１，１２の間の位置において
ハウジング１に形成された円孔に挿入される円筒状部１
５ａと、この円筒状部１５ａの基端に一体に形成されて
ハウジング１に固定されるフランジ部１５ｂとを備え、
フランジ部１５ｂには、磁気ヘッド１４のリード線を外
部機器に電気的に接続するためのコネクタ１７が取付け
られている。

【００３０】本実施例は、上述のような構成によって、
ディストリビュータ１０の回転軸３上の磁気記録部１３
に磁気ヘッド１４を介して磁気信号を記録し、かつ磁気
ヘッド１４を介して得られる再生信号に基づき、エンジ
ン回転速度信号およびクランク角度位置信号の検出を行
なうものであるが、その検出精度（分解能）は、磁気ヘ
ッド１４と磁気記録部１３との間の間隙の変動の影響を
受け易い。すなわち、回転軸３に偏心が存在するとそれ
に起因して上記間隙が変動して、検出精度（分解能）の
悪化を招来する。この検出精度を悪化させることなくエ
ンジン回転速度信号およびクランク角度位置信号の検出
を行なうには、上記間隙の変動を１００μｍ以下に抑え
なければならないことが実験的に判明している。

【００３１】そこで、本実施例では、回転軸３上の磁気
記録部１３を近接配置された２つのベアリング１１，１
２に挟まれた位置に設け、回転軸３の磁気記録部１３位
置での偏心動作を２つのベアリング１１，１２で規制す
ることによって、磁気ヘッド１４と磁気記録部１３との
間の上記間隙を１００μｍ以下に抑え、上記信号の検出
精度を確保している。

【００３２】さらに、本実施例では、磁気ヘッド１４の
表面を厚さ約１００μｍの非磁性材料よりなるコーティ
ング層を被着させ、このコーティング層を磁気記録部１
３に接触させた状態で、磁気ヘッド１４を治具１５を介
して固定している。なお、上記コーティング層は、例え
ばエポキシ樹脂系接着剤のように、回転する磁気記録部
１３との接触により磨耗する材質であることが望まし
く、これによって、磁気信号の検出精度に影響する磁気
ヘッド１４と磁気記録部１３との間の間隙を確実に１０
０μｍ以下に設定することが可能になる。

【００３３】次に、磁気信号の記録手順およびエンジン
回転速度およびクランク角度位置の検出手順について説
明する。

【００３４】図３は、上記手順を示すシステム図で、磁
気ヘッド１４に対し記録信号を出力する記録信号出力回
路２１と、磁気ヘッド１４からの出力に基づいてエンジ
ン回転速度信号を出力する回転数検出回路２２と、磁気
ヘッド１４からの出力に基づいてクランク角度位置信号
を出力する符号検出回路２３とを備えている。

【００３５】そしてエンジンが４サイクルエンジンで、
かつ、ディストリビュータ１０の回転軸３が、エンジン
のクランク軸の1/2 の速度で回転するカム軸により該カ
ム軸と同一回転速度で駆動されるように構成した場合
は、磁気記録部１３が１周する間に４種類の位置信号の
記録が可能になる。すなわち、例えば直列４気筒エンジ
ンの場合、＃１気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）位置に対応
する信号として磁気パルス信号１個、＃２気筒の圧縮上
死点位置に対応する信号として磁気パルス信号２個、＃
３気筒の圧縮上死点位置に対応する信号として磁気パル
ス信号３個、＃４気筒の圧縮上死点位置に対応する信号
として磁気パルス信号４個として、各位置信号を回転軸
３の回転方向に４５°の等角度間隔をもって磁気記録部
１３に記録することができる。

【００３６】具体的な信号記録の手順は以下の通りであ
る。

【００３７】ディストリビュータ本体をエンジン本体に
組付けた後、＃１気筒のピストン位置が＃１気筒の圧縮
上死点位置に対応する位置を合わせる。この状態で記録
信号出力回路２１から電気パルス信号を出力し、磁気ヘ
ッド１４を介して磁気記録部１３にパルス状の磁気信号
を記録する。次に、＃２気筒の圧縮上死点位置に対応す
るように位置合わせをする。この状態で先と同じく記録
信号出力回路２１から電気パルス信号を磁気ヘッド１４
に出力し、磁気ヘッド１４を介して磁気記録部１３にパ
ルス状の磁気信号を記録する。この位置では、パルス状
の磁気信号を２個記録する必要があるため、回転軸３を
微小角度回転させて記録位置をずらした上で同様にパル
ス状の磁気信号を記録する。このような手続きを必要回
行なうことで、必要とする磁気信号を磁気記録部１３に
記録できる。

【００３８】次に、上記手順で記録した磁気信号による
エンジン回転速度およびクランク角度位置の検出手順に
ついて説明する。

【００３９】エンジン回転速度信号を出力する回転数検
出回路２２の動作は以下の通りである。すなわち、回転
軸３の１回転毎の信号を得る場合には、＃１気筒の圧縮
上死点位置に対応する１個のパルス状磁気信号を検出す
る。回転軸３の１８０°毎の信号を得るには、各位置に
記録した最初のパルス状磁気信号を検出する。

【００４０】クランク角度位置信号を出力する符号検出
回路２３の動作は以下の通りである。すなわち、磁気ヘ
ッド１４が１個のパルス状磁気信号を検出した場合は、
符号検出回路２３は＃１気筒の圧縮上死点位置であるこ
とを示す信号を出力し、磁気ヘッド１４が２個のパルス
状磁気信号を検出した場合は、符号検出回路２３は＃２
気筒の圧縮上死点位置であることを示す信号を出力し、
以下同様に＃３気筒および＃４気筒の圧縮上死点位置に
あることを示す信号を出力する。

【００４１】以上の説明で明らかなように、本実施例に
よれば、エンジンのクランク軸に同期して駆動される回
転軸３を有するディストリビュータ１０が、クランク角
度位置を表す磁気信号を回転軸３上の磁気記録部１３に
記録可能な磁気ヘッド１４を備えていることにより、デ
ィストリビュータ１０がエンジンから取外され、かつ再
びエンジンに組付けられる度毎に、上記磁気ヘッド１４
により磁気記録部１３に対して正確な位置信号を再記録
することができるから、常に初期の検出精度を維持する
ことが可能になり、高い制御精度を有する電子燃料噴射
制御を実現できる。

【００４２】なお、上述の実施例では、回転軸３の周面
上に設けた磁気記録層により磁気記録部１３を構成して
いるが、回転軸３が磁性体であれば特に磁気記録層を設
ける必要はなく、回転軸３に直接位置信号を記録するよ
うにしても良い。また、磁気ヘッド１４と磁気記録部１
３との間の間隙の変動を抑えるために、回転軸３を支持
するベアリングの内部に磁気ヘッド１４を設けても良
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係わるクランク角度位置検
出装置を備えたディストリビュータの一部を省略した縦
断面図

【図２】同 磁気ヘッドを取付けた治具の平面図、縦断
面図および底面図

【図３】同 システム図

【符号の説明】

１ ディストリビュータ・ハウジング ２ ディストリビュータ・キャップ ３ 回転軸 ４ イグニッションコイル ５ 遠心進角機構 １０ ディストリビュータ １１，１２ ベアリング １３ 磁気記録部 １４ 磁気ヘッド １５ 磁気ヘッド取付け治具

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンのクランク軸に同期して駆動さ
   れる補機の内部に設けられるエンジンのクランク角度位
   置検出装置において、 上記補機の回転軸の周面上に磁気記録部が設けられ、該
   磁気記録部と対向する位置に、該磁気記録部に対して信
   号を記録しかつ再生可能な磁気ヘッドが配置されている
   ことを特徴とするエンジンのクランク角度位置検出装
   置。
2. 【請求項２】 上記補機の回転軸の一端側が、該回転軸
   の軸線方向に所定の間隔をおいて近接配置された少なく
   とも２個の軸受部材により回転可能に支持され、該２個
   の軸受部材の間に上記磁気ヘッドが配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載のエンジンのクランク角度
   位置検出装置。
3. 【請求項３】 上記磁気ヘッドが、上記補機に対して外
   部から着脱可能な治具に取付けられた状態で上記補機に
   固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の
   エンジンのクランク角度位置検出装置。
4. 【請求項４】 上記磁気記録部の面上とこれに対向する
   上記磁気ヘッドの面上との少なくとも一方に、非磁性体
   よりなるコーティング層が被着され、上記磁気記録部面
   と上記磁気ヘッドとが上記コーティング層を介して密接
   していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載のエンジンのクランク角度位置検出装置。
5. 【請求項５】 上記エンジンが多気筒エンジンよりな
   り、上記磁気記録部に、各気筒に対応して互いに種類の
   異なる信号が記録されることを特徴とする請求項１に記
   載のエンジンのクランク角度位置検出装置。
6. 【請求項６】 上記エンジンが４サイクルエンジンより
   なり、上記補機の回転軸が、上記クランク軸の1/2 の速
   度で回転するカム軸により該カム軸と同一回転速度で駆
   動されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記
   載のエンジンのクランク角度位置検出装置。