JPH11295164A - 内燃機関のトルク検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的はトルク検出の出力感度を向上
させることにある。 【解決手段】 フライホイール面内に設けられた磁性部
材と、磁性部材に対向する位置にてエンジンブロックリ
ヤ部に取り付けられた磁歪式トルクセンサと、このセン
サからのトルク信号を処理する信号処理手段と、クラン
クシャフトの回転に同期した検出信号を発生するタイミ
ング検出センサと、信号処理手段の出力と検出信号を受
け各クランクアングルにおけるトルク信号を出力する制
御手段と、を有する内燃機関のトルク検出器において、
磁性部材はフライホイールと別体で円盤形状を有する磁
性検出プレートであり、フライホイールの外形に近い部
分と内径に近い部分の２個所で円周６等分の位置でボル
トで固定され、さらに円盤形状の径方向の一部を全周に
わたって穿った薄肉の穿ち部分、さらに径方向の一部に
複数の穴あき部分を形成して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関のトルク検
出器に関し、特に、フライホイールに円盤形状でその一
部分に薄肉部分を持った磁性検出プレートを固定し、こ
の磁性検出プレートで生じる磁歪量を検出する磁歪式ト
ルクセンサにより、内燃機関のトルク変動を検出するよ
うにした内燃機関のトルク検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、例えば、「内燃機関の
トルク変動測定装置」（特開平８−９４４６２号公報）
が提案されている。これは、複数気筒のクランクシャフ
トに連結されたフライホイール面内に対向して付着され
た一対の磁性膜と、エンジンブロックリヤ部に取り付け
られ対向して配置された一対の磁歪式トルクセンサとを
設け、磁歪式トルクセンサの出力を処理して、各気筒毎
のトルク変動を検出しようとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術においては、フライホイールの磁性膜を付着させた部
分におけるトルク変動による歪みは、通常、非常に小さ
いものである。そのためトルク変動を精度良く検出する
のが難しい、という問題がある。従って、さらに検出感
度を上げるためには、フライホイールの剪断歪みの大き
い中心部に近い位置へ検出手段を配置することが必要に
なるが、このような検出手段の配置は構造的に困難な場
合が多い。さらに、磁性膜をフライホイールに接着剤で
接着した場合は、温度変化による熱膨張の差から、精度
の良い出力は得られず出力誤差の原因となる。

【０００４】本発明の目的は、上記のような従来の問題
を解消するために、従来の磁性膜に代わって、高感度の
磁歪材料からなる検出プレートをフライホイールに固定
して取り付けることにより、トルク検出の出力感度を向
上させることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１乃至５の発明に
よれば、円盤形状の径方向の一部を穿って薄肉部分を形
成し、歪みがこの部分に集中する形状とした高感度の磁
歪材料によりなる検出プレートを、フライホイールの外
径に近い部分と内径に近い部分の２個所でボルト固定す
るようにしたので、検出プレートを固定した２点間のフ
ライホイールのトルクによる歪みを、検出プレートの薄
肉部分に集中させることができ、この薄肉部分に対向し
て配置し、かつエンジンブロックリヤ部に取り付けられ
た磁歪式トルクセンサにより各気筒毎のトルク変動を検
出するので、従来の磁性膜を使用した場合に比べて著し
くトルク変動の検出感度を向上させることができる。

【０００６】また、請求項６乃至１１の発明によれば、
上述と同様に著しくトルク変動の検出感度を向上させる
ことができるばかりか、クランクアングルの所定範囲の
トルク変動を鮮明に検出することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明による内燃機関のト
ルク検出器の要部構成図である。図１において、１はエ
ンジンのクランクシャフト、２はフライホイール、３は
検出プレートである。第１の実施形態としての磁性検出
プレート３は、フライホイール２の外径に近い部分でボ
ルト４により円周６等分の位置でフライホイール２に固
定されている。また、フライホイール２の内径に近い部
分はボルト５により、フライホイール２とともに、クラ
ンクシャフト１に円周６等分の位置で共締めされてい
る。

【０００８】図示のように、磁性検出プレート３はフラ
イホイール２とは別体であり、構成としての機械的強度
はフライホイール２で確保されている。即ち、磁性検出
プレート３はそれ自体で機械的強度を必要としないた
め、その材質は磁気特性を主体に選択できる。従って、
磁性検出プレート３として、例えば、ニッケルコバルト
合金や鉄アルミ合金のような磁歪定数の大きい金属を使
用することができる。

【０００９】さらに、磁性検出プレート３は、図示のよ
うに、円盤形状の一部を穿って薄肉部分を形成した穿ち
部分３ａを設けている。また、フライホイール側の３
ｂ，３ｃ部で僅かな段差が付けてあり、平面３ｄで示す
ように、内径側では段差３ｂより外側はフライホイール
２の面には接触せず、また、外径側では段差３ｃより内
側では同様にフライホイール２の面に接触しないように
してある。

【００１０】図示のように、磁性検出プレート３は、穿
ち部分３ａに対してそれ以外の部分は肉厚を厚くしてあ
る（図４（Ｃ）参照）。これにより磁性検出プレート３
に回転トルクを与えた場合にその歪みは、穿ち部分３ａ
に集中するようになる。この穿ち部分３ａの幅Ｗは、対
向する検出センサ６の大きさに充分に対向するようにな
っており、通常、１０〜３０ｍｍ程度としている。ま
た、穿ち部分３ａの薄肉部分Ｔについては、０．５〜１
ｍｍ程度としている。そのため、段差３ｂから段差３ｃ
までのフライホイール２の回転トルクによる全体の変形
歪みは、穿ち部分３ａに集中して生じる。ここで、穿ち
部分３ａの径方向の長さを短くすれば単位長さ当たりの
歪みをより大きくすることができる。

【００１１】図２は図１に示す磁歪式トルクセンサの詳
細構成図及びセンサ信号処理回路図である。図示のよう
に、磁歪式トルクセンサ６は、励磁用磁極片６１、励磁
コイル６２、検出用磁極片６３、検出用コイル６４で構
成される。各々、コの字型の励磁用磁極片６１及び検出
用磁極片６３は、高透磁材料の電磁鋼帯やパーマロイを
積層して構成され、各々のコイルは図示のように直交配
置されている。

【００１２】そして磁歪式トルクセンサ６は、磁性検出
プレート３の穿ち部分３ａ部に所定の間隔で対向して配
置し、トルクに応じたこの部分の磁歪の変化を検出す
る。ここで、磁歪式トルクセンサ６と磁性検出プレート
３の間隔は出来るだけ近い方が良いが、組み付け精度な
どから０．１〜０．５ｍｍ程度としている。さらに、図
２において、センサ信号処理回路７は、励磁コイル６２
を交流駆動するための発振回路（ＧＥＮ）７１とその増
幅回路（ＡＭＰ）７２、及び検出用コイル６４からの信
号を増幅する増幅回路（ＡＭＰ）７３とフィルタ処理し
てトルクに対応した電気信号に変換する検波回路（ＤＥ
Ｔ）７４、で構成される。

【００１３】また、図７は本発明による内燃機関のトル
ク検出器の構成図である。図中、８はセンサ信号処理回
路（ＳＰＣ）７の出力をアナログ−デジタル変換するＡ
／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）であり、その結果はマイクロプ
ロセッサ（ＣＯＭ）９に入力される。１０はクランクシ
ャフトに対向して配置されたタイミング検出センサで、
回転角度信号と基準位置信号を検出し、検出信号Ｓはマ
イクロプロセッサ９に入力される。

【００１４】上記の構成図面を参照しつつ以下にその作
用を説明する。まず、エンジンが回転してトルク変動が
生じると、クランクシャフト１に結合されたフライホイ
ール２は、ピストン（図示せず）で発生する力がクラン
クシャフト１の結合部から、またタイヤ側で発生する力
がトランスミッション及びクラッチを介して走行負荷に
応じたトルクとしてフライホイールの外径付近の結合部
に、それぞれ与えられるため、これらの力の大きさに応
じてフライホイール２に剪断歪みを生じる。

【００１５】ここで、磁性検出プレート３のねじり応力
に対する機械強度は、フライホイール２のそれに比べて
非常に小さく（穿ち部分３ａの厚さを薄くするので）し
てあり、そのためフライホイール２に外径部と内径部の
２個所でボルト固定された磁性検出プレート３は、フラ
イホイール２とほぼ同様の剪断歪みを生じる。ところ
が、上述のように磁性検出プレート３は径方向で一部分
の肉厚を変えてあり、そのため、歪みは機械的強度的に
弱い場所、即ち、穿ち部分３ａに集中する。即ち、フラ
イホイール２の内外径のボルト締め部間で発生する歪み
量の総量が穿ち部分３ａに集中することになる。

【００１６】また、穿ち部分３ａ部の距離を小さくする
ことにより、より歪み量を拡大することができる。その
結果、穿ち部分３ａに対向させた磁歪式トルクセンサ６
の出力がより大きくなり、より正確にトルク変動を検出
することができる。また、磁性検出プレート３の薄肉部
分（穿ち部分３ａ）は径方向の内外径固定ボルト４，５
間の間であれば径方向のどの位置にも穿つことができる
ため、対向する磁歪式トルクセンサ６の設置位置に対す
る自由度が大きくなり、トルクセンサ６の取り付け構造
を検討する上でも優れている。

【００１７】図３はクランクアングルとトルク変動の関
係を示す一例のグラフである。本図は、４気筒エンジン
に磁性検出プレート３と磁歪式トルクセンサ６を取り付
け、爆発毎のトルク変動を測定した時の、センサ信号処
理回路７におけるトルク信号を示したものである。この
ようにクランクアングルに対応して各気筒毎の爆発変動
の状況、例えば失火等を検出することができる。

【００１８】図４（Ａ），（Ｂ）は磁性検出プレートの
第２の実施形態の平面図及び断面図である。又、図４
（Ｃ）は第１の実施形態の断面図である。上述の第１の
実施形態では、磁性検出プレート３の穿ち部分３ａは全
周に渡って一様な薄肉厚の穿ち部分で構成されていた
が、第２の実施形態では、図示のように、複数個所（２
個所）の穴あき部３０で構成している。なお、図中、３
０ａは穴あき部以外の残りの部分である。

【００１９】ここで、穴あき部３０の個数を決めるに際
しては、エンジンを４気筒とした場合、図６に示すよう
に爆発のピーク時のトルクが検出できるように、これに
対応した角度で点火時期の変化も考慮して３０〜６０°
程度のクランクアングル分だけ残り部分３０ａを残し、
それ以外の部分を穴あき部３０とするようにすれば、歪
みはこの残った部分に集中させることができる。その結
果、さらに歪み量の出力感度を上げることが可能とな
る。

【００２０】図５は図４（Ａ），（Ｂ）の変形例であ
る。図示のように、この時残り部分３０ｃの形状を、各
中心線Ｃと平行にすることにより、径方向の面積が同じ
となるため、径方向の出力変化を少なくすることが可能
である。図６はクランクアングルとトルク変動との関係
の他の例のグラフである。図４（Ａ），（Ｂ）及び図５
に示す構造の磁性検出プレート３を使用した場合のトル
ク検出信号は、図示のようになり、各気筒の爆発ピーク
トルクが鮮明に検出できるので、このピーク値でもって
爆発の状況を判断すればよい。

【００２１】なお、第１及び第２の実施形態では、フラ
イホイール２に磁性検出プレート３を取り付ける構成を
示したが、オートマチックミッション車の場合では、フ
ライホイール２の代わりにドライブプレート（図示せ
ず）としても効果上で何ら変わらない。また、磁歪式ト
ルクセンサ６は、検出プレートとの間にて回転周期によ
る間隔の変動に基づくセンサ出力信号のゲイン変化によ
る誤差をキャンセルするため、互いに回転中心に対し１
８０°ずらして２個取り付けるようにしても、さらに３
等分した位置に３個取り付け、それらの出力を加算する
ようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関のトルク検出器の要部構
成図である。

【図２】図１に示すトルクセンサの詳細構成図及びセン
サ信号処理回路図である。

【図３】クランクアングルとトルク変動の関係を示す一
例のグラフである。

【図４】検出プレートの第２の実施形態の平面図（Ａ）
及び断面図（Ｂ）であり、（Ｃ）は第１の実施形態の断
面図である。

【図５】図４（Ａ），（Ｂ）の検出プレートの変形例で
ある。

【図６】クランクアングルとトルク変動の関係を示す他
の例のグラフである。

【図７】本発明による内燃機関のトルク検出器の構成図
である。

【符号の説明】

１…クランクシャフト ２…フライホイール ３…検出プレート ３ａ…穿ち部分 ３ｂ，３ｃ…段差 ３ｄ…平面部 ４，５…ボルト ６…磁歪式トルクセンサ ６１…励磁用磁極片 ６２…励磁コイル ６３…検出用磁極片 ６４…検出用コイル ７…センサ信号処理回路 ７１…発振回路（ＧＥＮ） ７２…増幅回路（ＡＭＰ） ７３…増幅回路（ＡＭＰ） ７４…検波回路（ＤＥＴ） ８…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ） ９…マイクロプロセッサ（ＣＯＭ） １０…タイミング検出センサ ３０，３０ｂ…穴あき部分 ３０ａ，３０ｃ…残り部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 慎治 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数気筒のクランクシャフトに連結され
   たフライホイール面内に設けられた磁性部材と、前記磁
   性部材に対向する位置において前記磁性部材との間で所
   定の間隔を有しエンジンブロックリヤ部に取り付けられ
   た磁歪式トルクセンサと、前記磁歪式トルクセンサから
   のトルク信号を処理する信号処理手段と、前記クランク
   シャフトの回転に同期した検出信号を発生するタイミン
   グ検出センサと、前記信号処理手段の出力と前記タイミ
   ング検出センサの検出信号を受け、各クランクアングル
   におけるトルク信号を出力する制御手段と、を有する内
   燃機関のトルク検出器において、 前記磁性部材は、前記フライホイールと別体でかつ所定
   形状を有する磁性検出プレートで構成され、かつ前記フ
   ライホイールに所定の固定手段で固定され、さらに、前
   記所定形状の径方向の一部を穿って薄肉の穿ち部分を形
   成したことを特徴とする内燃機関のトルク検出器。
2. 【請求項２】 前記所定形状は円盤形状である請求項１
   に記載の内燃機関のトルク検出器。
3. 【請求項３】 前記磁性検出プレートは、前記フライホ
   イールの外形に近い部分と内径に近い部分の２個所にお
   いて、前記フライホイールにボルト固定される請求項１
   又は２に記載の内燃機関のトルク検出器。
4. 【請求項４】 前記磁性検出プレートは、前記フライホ
   イールの外径に近い部分にて円周６等分の位置で前記フ
   ライホイールに固定され、さらに前記フライホイールの
   内径に近い部分にて、前記フライホイールとともに前記
   クランクシャフトに円周６等分の位置で共締めされる請
   求項１又は２に記載の内燃機関のトルク検出器。
5. 【請求項５】 前記磁性検出プレートの穿ち部分は、全
   周に渡って一様な厚さの薄肉部分で構成される請求項１
   又は２に記載の内燃機関のトルク検出器。
6. 【請求項６】 複数気筒のクランクシャフトに連結され
   たフライホイール面内に設けられた磁性部材と、前記磁
   性部材に対向する位置において前記磁性部材との間で所
   定の間隔を有しエンジンブロックリヤ部に取り付けられ
   た磁歪式トルクセンサと、前記磁歪式トルクセンサから
   のトルク信号を処理する信号処理手段と、前記クランク
   シャフトの回転に同期した検出信号を発生するタイミン
   グ検出センサと、前記信号処理手段の出力と前記タイミ
   ング検出センサの検出信号を受け、各クランクアングル
   におけるトルク信号を出力する制御手段と、を有する内
   燃機関のトルク検出器において、 前記磁性部材は、前記フライホイールと別体でかつ所定
   形状を有する磁性検出プレートで構成され、かつ前記フ
   ライホイールに所定の固定手段で固定され、さらに、前
   記所定形状の径方向の一部に複数の穴あき部分を形成し
   たことを特徴とする内燃機関のトルク検出器。
7. 【請求項７】 前記所定形状は円盤形状である請求項６
   に記載の内燃機関のトルク検出器。
8. 【請求項８】 前記磁性検出プレートは、前記フライホ
   イールの外形に近い部分と内径に近い部分の２個所にお
   いて、前記フライホイールにボルト固定される請求項６
   又は７に記載の内燃機関のトルク検出器。
9. 【請求項９】 前記磁性検出プレートは、前記フライホ
   イールの外径に近い部分にて円周６等分の位置で前記フ
   ライホイールに固定され、さらに前記フライホイールの
   内径に近い部分にて、前記フライホイールとともに前記
   クランクシャフトに円周６等分の位置で共締めされる請
   求項６又は７に記載の内燃機関のトルク検出器。
10. 【請求項１０】 前記複数の穴あき部の数はエンジン気
    筒数の２分の１に合わせた個数である請求項６に記載の
    内燃機関のトルク検出器。
11. 【請求項１１】 前記穴あき部に隣接する残り部分の形
    状は、前記円盤形状の各中心線と平行である請求項６に
    記載の内燃機関のトルク検出器。