JPH11513117A

JPH11513117A - ２サイクルエンジンの回転方向を検出するための方法及び装置

Info

Publication number: JPH11513117A
Application number: JP10503317A
Authority: JP
Inventors: コーナー、スコット・エー; エヌジー、ポール・ティー
Original assignee: アウトボード・マリーン・コーポレーション
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 1999-11-09
Also published as: WO1997048893A2; WO1997048893A3; US6034525A; AU3493497A

Abstract

(57)【要約】クランク回転方向信号を生成することのできるセンサーアセンブリを含むクランクシャフトの回転方向を決定するシステムを供給する。センサーアセンブリは、複数のティース（歯）（２６）を有しかつ前記クランクに固定されたスプロケットを有するステーター（３０）を具備する。前記クランクの回転とこのクランクに取り付けらたスプロケットとにより、磁界が変化し、このような変化や磁束は前記導電体に電流を発生させる。また、前記ローターは、スプロケットの所定の角度に対応する位置において、第１の参照点（５０）として機能する第１の障害を含む。スプロケット歯での障害は磁束を乱し、これによって電流若しくは信号を生成する。また、前記ローターは第１のマーカーから１８０°以外の角度だけずれた位置に設けられた第２の障害（５４）を含む。この第２の障害は、第１の障害と物理的に区別できるものであり、これによる第２の乱れは、前記第１の乱れとは区別され、これに対応する信号を生成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】２サイクルエンジンの回転方向を検出するための方法及び装置関連した出願の参照この出願は１９９６年６月２１日に出願されたアメリカ仮出願６０／０２０，２４６号の利益を要求する。発明の背景発明の属する分野この発明は、エンジン動作の制御信号を生成する方法及び装置に関し、特に、エンジンの構成要素の回転に対応する制御装置信号を生成するための方法および装置に関するものである。関連する先行技術一般に、部材の回転速度を計測する方法として、部材の回転速度に対応する電気信号を生成しこれをモニターすることによってその回転速度を測定する方法が知られている。このような信号を生成するための１つの方法として、スプロケットをその歯が回転軸に直角な面に位置するように回転部材に固定し、このスプロケットに近接するように、磁界と伝導体を配置する方法がある。すなわち、回転するスプロケット歯が磁界を通ることによって導電体中に電流が誘起され、この電流の周波数は磁界中の前記スプロケット歯の通過に対応する。電流の周波数と歯の既知の間隔とによって、前記部材の平均回転速度を求めるための十分な情報を提供される。発明の概要部材の回転速度を決定するために上記のような方法を応用する装置等においては、たいていの場合、部材の回転方向は問題とされない。例えば、４サイクルエンジンのクランクシャフトの回転速度をモニターする場合には、クランクシャフトが常に一定の方向に回転することになるから、その回転方向は問題にならない。しかしながら、２サイクルエンジンは、時折、逆回転、すなわち、クランクシャフトが意図する方向とは逆対方向に回転する場合があることが知られている。このような場合、エンジンに損傷が発生することを防止するため、可能な限り速くエンジンを停止させることが重要となる。１の実施形態において、この発明は、瞬時に回転している部材の回転方向を決定できる装置、例えば、内部機関（エンジン）のクランクシャフトの回転方向を決定できる装置を提供する。この装置は、回転部材に取り付けられた第１のマーカーと、前記回転部材に取り付けられ、前記第１のマーカーと所定の角度だけ離間した位置に設けられた第２のマーカーと、前記第１、第２のマーカーの通過を検出できるセンサーとを備えている。また、１の実施形態では、前記センサーは、前記回転部材に近接して位置し、磁界を形成するためのトランスデューサー（変換器）と、前記磁界中に配設された導電体とを有する。特に、この発明はクランクの回転方向信号を生成することのできるセンサーアセンブリを供給する。このセンサーアセンブリは、複数のティース（歯）を有しかつ前記クランクに固定されたスプロケットを有するステーターを具備する。前記クランクの回転とこのクランクに取り付けらたスプロケットとにより、磁界が変化し、このような変化や磁束は前記導電体に電流を発生させる。また、前記ローターは、スプロケットの所定の角度に対応する位置において、第１の参照点若しくはマーカーとして機能する第１の障害を含む。スプロケット歯での障害は磁束を乱し、これによって電流若しくは信号を生成する。また、前記ローターは第１のマーカーから１８０°以外の角度だけずれた位置に設けられた第２の障害若しくはマーカーを含む。この第２の障害は、第１の障害と物理的に区別できるものであり、これによる第２の乱れは、前記第１の乱れとは区別され、これに対応する信号を生成する。生成された信号のパターンは、第１、第２のマーカーの既知の角度ずれと共に、シャフトの回転の方向を容易に決定することができるための十分な情報を供給する。他の実施形態において、この発明は回転部材の回転方向を決定する方法を供給する。この方法は、前記回転部材と共に回転し、異なる半径位置に設けられた第１、第２のマーカーを有する部材を供給するステップと、前記第１、第２のマーカーの通過を検出し、前記第１、第２のマーカー間の検出した角度ずれと、第１、第２のマーカー間の既知の角度ずれとを比較するステップとを有する。１つの実施形態においては、前記マーカーの通過を検出するステップは、回転部材の少なくとも１部の周囲に磁界を供給するステップと、信号を生成するため、導電体を前記磁界に供給するステップと、前記回転部材が磁界中で回転することに生成された信号を受け取るステップと、前記第１、第２のマーカーによって生成された信号の変動の間の角度ずれを、マーカー間の既知の角度ずれと比較するステップとを含む。他の特徴と発明の利点が次の詳細な記述、クレーム及び図面を詳読することによって当業者にとって明白になる。図面の簡単な説明図１は、発明を具体化する信号発生装置を示すものである。図２は、図１の装置によって生成された信号のプロフィールを示す図である。図３は、図１の信号発生装置を含む２サイクルエンジンの制御システムを示す図である。なお、この発明は、以下の実施形態及び図面に記載された詳細な要件や構成に限定されるものでないことを、発明のいくつかの実施形態を詳細に説明する前に明らかにする。すなわち、発明はこの実施形態以外のものであっても良いし、さまざまな形態で実施されもしくは実行されるものであっても良い。また、ここに使用された表現法と専門用語は、記述の目的のためであって、発明を限定するものではない。好ましい実施形態添付した図は、部材の回転方向を示す制御信号を生成するセンサーアセンブリ１０を示している。使用において、このセンサーアセンブリ１０は、内部機関（図示しない）のはずみ車（フライホイール）あるいはクランクシャフト１４のような、回転する構成要素の回転方向及び回転速度を示す制御信号を生成する。このセンサーアセンブリ１０の用途はこの実施形態に限定されるものではないが、この実施形態では２サイクルエンジンと組み合わせて使用される。前記センサーアセンブリ１０は、シャフト１４に固定されシャフト１４と一体的に回転するロータ１８を含む。ローター１８として、典型的なものは、放射状に延出され、円周方向に間隔をおいて配設された複数の部分を有する輪状部材２２を含む。例えば、ローター１８は交替磁極、若しく間隔をおいた強磁性のティース２６を含む。前記センサーアセンブリ１０は、ローター１８と相対的に動かないエンジンの部分に固定されたステータ３０を有する。ステーター３０はローター１８に非常に近接した位置に配置され、ロータ１８上のティース２６を、このティースがステータ３０と相対的に回転することによって、検出することができるようになっている。ステーター３０は磁界を作る強磁性変換器（トランスデューサ）３４を含む。変換器３４は細いワイヤからなるコイル（図示せず）と、前記コイルに接続された端子（図示せず）とを有する。なお、前記変換器３４は、コイルの代わりに、磁束の変化を検出し制御信号を生成するホール素子センサを有するものであっても良い。また、ステータ３０は、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）４２（図３に示す）等の適切な車両制御装置に制御信号を送るため、変換器４２に接続された信号通路（例えば、端子及びワイヤ）３８を有する。変換器３４による磁界中でローター１８が回転することによって、磁束が発生し、コイル中に電流を発生させ、そして前記通路３８に伝導する。電流の周波数は前記ティース２６が変換器を通過することにより変化し、そして、以下に説明する方法によって、前記シャフトの回転速度と方向を決定するために使用されるプロフィールを有する制御装置信号を供給する。すなわち、ＥＣＵ４２は内部時計４６（図３）からの信号の入力及びセンサーアセンブリ１０からの制御信号の入力とからシャフト１４の回転速度を計算することができる。ＥＣＵ４２は前記信号のプロフィールの上下変動を検出し、前記ステータ３０を通りすぎるロータ１８の既知の数のティースの動きを出力する。このような情報と、ティース２６の既知の間隔とを用いることで、シャフトの回転速度を計算することができる。シャフト１４の回転方向を検出するための信号を生成するために、センサーアセンブリ１０は、さらに、ＥＣＵ４２によって検出される制御装置信号のプロフィールに特有の変動を引き起こすマーカーを前記ローター１８上に有する。すなわち、輪状部材２２は、ローター１８上の所定の固定点上に設けられた第１のマーカー５０を含み、そして、信号のプロフィールで特有の変動を形成する。望ましい実施形態において、前記マーカー５０は輪状部材２２上のティース２６中の障害という形で設けられる。前記障害は、単に１つのティースを輪状部材２２から取り除くことによって形成することができる。第１のマーカー５０によって起こされる障害は、磁束中で変動（irregularity）を生じさせ、結果として対応する電流若しくは信号を形成する。望ましい実施形態において、ステータ３０に対する第１のマーカー５０の通過は、変換器３４を通過する細長い隙間( ギャップ)、そして「最低点」を形成し(図２)、制御信号のプロフィール中で２つの最低点間を結ぶ変動しない細長いインタバールを形成する。このインタバールは、図２中Ｔ１で示され、変換器３４に対する第１のマーカー５０の通過を示すものとしてＥＣＵ４２で検出される。また、前記輪状部材２２は前記ロータ１８に固定された第２のマーカー５４を有する(図１)。前記第２のマーカー５４は、前記第１のマーカー５０から周方向に１８０度以外の角度だけ離間して設けられ、そして、第１、第２のマーカー５０、５４は輪状の部材２２の異なる直径位置に設けられている。図１において、第１、第２のマーカー５０、５４の角度距離は、記号αで示され、α≠１８０° である。前記第２のマーカー５４は第１のマーカー５０と異なる構成を有し、これにより変換器３４に対する第２のマーカー５４の通過は前記第１のマーカー５０の通過時の障害の特徴と異なる変動を形成する。望ましい実施形態において、前記第２のマーカー５４、すなわちティース２６中の障害は、輪状部材２２上に隣接するティース２６同士を連結して形成される。すなわち、ティース２６間の隙間を ferromagnetic 部材で埋めることにより形成される。望ましい実施形態において、ステーター３０に対する第２のマーカー５４の通過は、変換器３４を通過する細長いギャップ、すなわち「最高点」の通過を形成し、そして、制御信号のプロフィール中に、２つの最高点間を結ぶ細長いインターバルを形成する(図２)。このインターバルは、図２中Ｔ２で示され、それは、変換器３４に対する第２のマーカー５４の通過を示すものとしてＥＣＵ４２によって検出される。生成された制御信号のパターンは、第１、第２のマーカー５０、５４の既知の角度距離と共に、前記ＥＣＵ４２によってシャフト１４の回転方向を容易に決定するのに十分な情報を提供する。例えば、シャフト１４が回転を開始することによって、第２のマーカー５４が変換器３４を通り過ぎる前に第１のマーカー５０が変換器 34 を通過するように前記輪状部材を形成した場合、シャフト１４が正しい方向に回転することによってＥＣＵ４２は、最初にシグナルＴ１を受け取り、認識する。そして、第２のマーカー５４が変換器３４を通過すると、ＥＣＵは、引き続いて信号Ｔ２を受け取り認識する。シャフト１４の回転が適切であるので、第１、第２のマーカー５０，５４の変動は、適切な角度間隔を置いて位置し、したがって、インターバルＴ１、Ｔ２は、αに等しい回転インタバルだけずれて現れる。しかしながら、シャフト１４の逆回転が起きた場合において、Ｔ１が最初にＥＣＵ４２によって受け取られたと想定した場合、前記第１、第２の変動の角度ずれ、すなわち、第１、第２のマーカー５０，５４が通過することによって生じた制御信号中のインターバルＴ１，Ｔ２は、３６０°−αとなり、それらは、予定していたあるいは既知の角度ずれとは異なるものとなる。このような状態が生じた場合、ＥＣＵ４２は、エンジンをシャットダウンを開始する。同様に、シャフト１４が、第２のマーカー５４が最初に変換器３４を通過するように調整されている場合には、ＥＣＵ４２は、最初に障害Ｔ２を受け取って認識し、その次に障害Ｔ１を受け取る。最初にＴ２を受け取ると、ＥＣＵ４２は、３６０°−αのインターバルでＴ１を受け取ることが予想される。したがって、Ｔ１が予想された角度ずれで受け取られない場合には、エンジンのシャットダウンが生じることになる。上述から明らかなように、αのセッティングは、１８０°以下（ａ＜１８０° ）であるほうが有利である。すなわち、仮にα＜１８０°であるとして、逆回転が発生した場合、ＥＣＵ４２は最初第１のマーカー５０の信号を受け取った後、前記αの角度ずれに対応する数のティース２６が変換器３４を通過したかを制御信号中で数える。もしＥＣＵ４２が、その後すぐ第２のマーカー５４に対応する信号を受け取らない場合には、ＥＣＵロジックは第２のマーカー５４の欠如を検出し、逆回転の状態であることを示す。ＥＣＵ４２は、そして、エンジンをシャットダウンすることができる。Ｔ２が最初にＥＣＵ４２に受け取られ、そしてＴ１がαのずれの後Ｔ１が受け取られた場合、もしそれがα＜１８０度の場合において、３６０°−αよりも早い場合には、ＥＣＵは逆回転状態を検出し、エンジンシャットダウンを開始する。アセンブリ１０を使用して逆回転を決定するための方法は、エンジン速度あるいはシャフト１４の角度ずれを決定しなくても同じく可能である。すなわち、シャフト１４の回転の方向は、ＥＣＵ４２によって、第１、第２のマーカー５０，５４の何れかが変換器に出会った後、シャフト１４を完全に回転することを許容することによって決定することができる。第１、第２のマーカー５０，５４が変換器３４を通り過ぎたことによって、ＥＣＵ４２は、Ｔ１あるいはＴ２の何れか一方の信号を受け取り、その後、シャフト１４が更に回転することによって他方の信号を受け取る。そして、シャフト１４は、さらに完全な回転を行う。ＥＣＵ４２は、最初に受け取った信号と、次に受けと他信号間の経過時間と、次に受け取った信号と完全な回転間の経過時間を比較することができる。経過時間の比較は、第１、第２のマーカー５０，５４間の等しくない角度ずれと相互に関係して、そして回転の方向の表示を供給する。したがって、前記センサーアセンブリ１０は、ロータ１８が１回転する間に逆回転の状態を表示することができ、かつ、おそらくはロータ１８の１/２回転以下で表示できる簡単な機械構成を提供することができる。また、この発明は、シャフトの逆回転状態を検出することが出来る方法を提供する。すなわち、この方法は、前記シャフト１４と共に回転し、異なる半径位置に設けられた第１、第２のマーカー５０，５４を有する部材を供給するステップと、前記第１、第２のマーカー５０，５４の通過を検出し、前記第１、第２のマーカー５０，５４間の検出した角度ずれと、第１、第２のマーカー５０，５４間の既知の角度ずれとを比較するステップとを有する。前記マーカー５０，５４の通過を検出するステップは、回転部材の少なくとも１部の周囲に磁界を供給するステップと、信号を生成するため、導電体３８を前記磁界に供給するステップと、前記回転部材が磁界中で回転することに生成された信号を受け取るステップと、前記第１、第２のマーカー５０，５４によって生成された信号の変動の間の角度ずれを、マーカー５０，５４間の既知の角度ずれと比較するステップとを含む。この発明の他の特徴と利点が次の請求の範囲で明らかにされる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９８年５月２１日【補正内容】請求の範囲１．回転部材の回転方向を示す信号を生成するセンサアセンブリであって、回転部材の第１の角度位置に取り付けられた第１のマーカーと、前記回転部材の第２の角度位置に取り付けられ、前記第１のマーカーから１８０°以外の角度だけ離間した位置に設けられた第２のマーカーと、前記第１、第２のマーカーの通過を第１、第２の時間インターバルで検出でき、前記第１、第２の角度位置を示す第１、第２の対応信号を出力する第１のセンサーと、前記第１、第２の信号間の時間インターバルを比較し、前記回転部材の回転方向を決定する第２のセンサーとを有することを特徴とするセンサアセンブリ。２．シャフトの逆回転を検出する方法であって、前記回転部材と共に回転し、異なる半径位置に設けられ、かつ周方向に１８０ °以外の角度だけずれた位置に設けられた第１、第２のマーカーを有する部材を供給するステップと、前記第１、第２のマーカーの通過を検出するステップと、前記シャフトの所定方向の回転のために、前記第１、第２のマーカー間の検出した角度ずれと、第１、第２のマーカー間の既知の角度ずれとを比較するステップとを有することを特徴とする方法。３．回転部材の回転方向を示す信号を生成するセンサアセンブリであって、回転部材の第１の角度位置に取り付けられた第１のマーカーと、前記回転部材の第２の角度位置に取り付けられ、前記第１のマーカーから１８０°以外の角度だけ離間した位置に設けられた第２のマーカーと、前記回転部材に近接して設けられ、前記第１、第２のマーカーの通過を第１、第２の時間インターバルで検出でき、前記第１、第２の角度位置を示す第１、第２の対応信号を出力する単一の変換器（トランスデューサ）と、前記変換器と組み合わされ、前記第１、第２の信号間の時間インターバルを比較し、前記回転部材の回転方向を決定する回転方向検出器とを有することを特徴とするセンサアセンブリ。４．シャフトの逆回転を検出する方法であって、前記回転部材と共に回転し、異なる半径位置に設けられた第１、第２のマーカーを有する部材を供給するステップと、単一のセンサーで前記第１、第２のマーカーの通過を検出するステップと、前記第１、第２のマーカーの通過に対応する第１、第２の信号であって、それぞれが区別可能に異なる変動を有する信号を生成するステップと、前記第１、第２のマーカーによって起こされた信号中の変動の角度ずれを、前記第１、第２のマーカーの既知の角度ずれと比較し、前記シャフトの回転方向を決定するステップとを含むことを特徴とする方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者エヌジー、ポール・ティーアメリカ合衆国、イリノイ州 60061、バーノン・ヒルズ、チェリー・バレー・ロード 697

Claims

【特許請求の範囲】１．回転部材の回転方向を示す信号を生成するセンサアセンブリであって、回転部材に取り付けられた第１のマーカーと、前記回転部材に取り付けられ、前記第１のマーカーと所定の角度だけ離間した位置に設けられた第２のマーカーと、前記第１、第２のマーカーの通過を検出できるセンサーとを有することを特徴とするセンサアセンブリ。２．シャフトの逆回転を検出する方法であって、前記回転部材と共に回転し、異なる半径位置に設けられた第１、第２のマーカーを有する部材を供給するステップと、前記第１、第２のマーカーの通過を検出し、前記第１、第２のマーカー間の検出した角度ずれと、第１、第２のマーカー間の既知の角度ずれとを比較するステップとを有することを特徴とする方法。３．回転部材の回転方向を示す信号を生成するセンサアセンブリであって、回転部材に取り付けられた第１のマーカーと、前記回転部材に取り付けられ、前記第１のマーカーと所定の角度だけ離間した位置に設けられた第２のマーカーと、前記第１、第２のマーカーの通過を検出できるセンサーとを有することを特徴とするセンサアセンブリ。４．シャフトの逆回転を検出する方法であって、前記回転部材と共に回転し、異なる半径位置に設けられた第１、第２のマーカーを有する部材を供給するステップと、前記第１、第２のマーカーの通過を検出し、前記第１、第２のマーカー間の検出した角度ずれと、第１、第２のマーカー間の既知の角度ずれとを比較するステップと、１つの実施形態においては、前記マーカーの通過を検出するステップは、回転部材の少なくとも１部の周囲に磁界を供給するステップと、信号を生成するため、導電体を前記磁界に供給するステップと、前記回転部材が磁界中で回転することに生成された信号を受け取るステップと、前記第１、第２のマーカーによって生成された信号の変動の間の角度ずれを、マーカー間の既知の角度ずれと比較するステップとを含むことを特徴とする方法。