JPS6411819B2

JPS6411819B2 -

Info

Publication number: JPS6411819B2
Application number: JP11004580A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kawamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-08-11
Filing date: 1980-08-11
Publication date: 1989-02-27
Also published as: JPS5734404A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ガソリンエンジンの点火時期制御や
デイーゼルエンジンの燃料噴射時期制御の基準と
なる正確な上死点位置ないしクランク位置を検知
する技術に関する。

（従来の技術）一般にガソリンエンジンやデイーゼルエンジン
において、燃費や出力の改善をはかるためには、
点火時期あるいは燃料噴射時期を運転条件に応じ
て精度よく目標値に一致させることが望しいわけ
であるが、このために点火時期あるいは燃料噴射
時期及び噴射量を電子的に制御する装置が提案さ
れている。

この場合に、噴射時期や点火時期制御の前提条
件として、機関の正確なクランク位置の把握が必
要となるが、このために従来、第１図に示すよう
なクランク角センサ１を備えていた。

このクランク角センサ１は、エンジンクランク
シヤフトに同期して駆動され、その外周に等間隔
に多数の単位角度歯と気筒数に対応した基準歯と
を有するデイスクプレート２と、この外周に近接
して設置したピツクアツプ３とから構成されてお
り、例えばクランク角の1゜信号（単位回転角信
号）と、４気筒エンジンならばクランク角で180゜
間隔の各気筒の上死点をあらわす基準位置信号
（レフアレンス信号）を検出する。

このクランク角センサ１の信号は、この他、エ
ンジンの運転状態を代表する信号を検出する、冷
却水温センサ４、吸入空気温センサ５、吸入空気
量センサ６、バツテリ電圧センサ７、車速センサ
８、触媒温度センサ９などの出力信号とともに制
御回路１０に入力し、これらにもとづいてそのと
きどきに最適な燃料噴射時期や点火時期が得られ
るような制御が行われるのである。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上記クランク位置の検出精度である
が、これは、デイスクプレート２のクランクシヤ
フトへの取付誤差（機械的な取付誤差で±0.5゜）、
ピツクアツプ３の固定調整誤差（例えばアイドリ
ング回転時にこれと同期してタイミングライトを
点滅させ、目視により調整するので、例えば±2゜
の誤差を生じることがある）などがあるため、合
計で±2.5〜3.0゜程度の検出誤差は避けられなかつ
た。

したがつて、クランク角センサ１の取付けには
慎重な作業が要求されるのであり、このため組立
などの生産性が低く、また調整作業も煩雑を極め
るという欠点があつた。

調整が十分に行われなければ、検出誤差にもと
づいてエンジンの全運転域で影響が出て燃料噴射
時期や点火時期がずれてしまい、エンジン諸性能
の向上が困難になる。

（課題を解決するための手段）本発明はかかる問題を解決するために提案され
たもので、第１には、燃焼室での圧力特性にもと
づき実際の上死点位置を検知して、点火時期制御
等の基準となるクランク角センサの基準位置信号
そのものを補正しうるようにしたクランク位置検
知装置を提供することを目的としている。

このための第１の発明は、非燃焼時の機関燃焼
室の圧力を検出する圧力センサと、この圧力セン
サの出力からピストン上死点位置を判別する波形
整形回路と、クランクシヤフトの単位回転角を検
出するクランク角センサと、上記圧力センサの出
力から判別した上死点位置と予め設定された所定
のクランク角基準位置とのクランク角位相を単位
回転角にもとづいて計測するカウンタと、その位
相差にもとづいて上記圧力センサから判別した上
死点を新たなクランク角における上死点位置信号
とする手段とを有する。

また、第２には、デイーゼルエンジンの燃焼室
での圧力特性に基づき実際の上死点位置を検知
し、その上死点位置に対して実際の噴射時期が適
正であるか否かを判断しうるクランク位置検知装
置を提供することを目的としている。

このための第２の発明は、非燃焼時の機関燃焼
室の圧力を検出する圧力センサと、この圧力セン
サの出力からピストン上死点位置を判別する波形
整形回路と、クランクシヤフトの単位回転角を検
出するクランク角センサと、燃料噴射弁のノズル
リフトを検出するリフトセンサと、上記した上死
点位置と噴射開始位置とのクランク角位相を単位
回転角にもとづいて計測するカウンタとを有す
る。

（作用）上記各発明の構成において、燃焼室内圧力に基
づいて圧力センサ及び波形整形回路により実際の
上死点位置が得られる。

第１の発明では、この実際の上死点位置とクラ
ンク角センサの基準位置との回転角度上の差異、
つまり位相差をカウンタでカウントすることによ
り、当該基準位置の設定値からの誤差が明らかに
なるから、これを正確に補正することが可能にな
る。また、この発明では正確な上死点位置信号が
得られるので、これを採用することにより点火時
期制御のみならず燃料噴射時期制御など正確なク
ランク角の把握が必要な他の制御の精度を向上さ
せることが可能である。

また、第２の発明では実際の上死点位置とリフ
トセンサ出力による検出噴射時期との位相差をカ
ウンタでカウントすることにより、目標燃料噴射
時期に対する実際の噴射時期の誤差が明らかにな
るから、これを補償して目標噴射時期に一致する
ように燃料噴射時期をフイードバツク制御するこ
とが可能になる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明
する。

第２図は上記第１の発明の実施例であり、図に
おいて、デイーゼルエンジン２１のすくなくとも
１気筒の副室２２には、燃料噴射弁２３の座金部
分に圧力センサ２４として、圧電素子で形成した
リング状の圧力インジケータが備えられる。

一方、クランク角センサ２５は、例えば６気筒
エンジンの場合は、クランク角で120゜毎に基準位
置信号を発生し、同時にこの基準位置信号にもと
づき0.5゜間隔の単位回転角信号をも発生するよう
に、波形処理回路２６を構成する。

これら、基準位置信号と単位回転角信号とは、
マイクロコンピユータで構成された制御回路２０
のＩ／Ｏ（インプツトアウトプツト）LSI２７に
入力され、エンジンのクランク角度並びに回転速
度が検出されると同時に、これら両信号は、この
実施例において上死点位置とクランク角基準位置
とのクランク角位相を計測するカウンタであるポ
ジシヨンカウンタ２８にも入力される。なお、圧
力センサ２４から判別した上死点を新たなクラン
ク角における上死点位置信号とする手段としての
機能は、この場合制御回路２０を構成するマイク
ロコンピユータのMPU３０に設定されている
（以下の他の実施例においても同様である）。

一方、圧力センサ２４からの燃焼室内圧力信号
は、第２の波形処理回路２９を介してMPU３０
（マイクロプロセツシングユニツト）のNMI（ノ
ンマスカブルインタラプト）端子３１に入力
される。

また、ポジシヨンカウンタ２８の出力は上記
Ｉ／Ｏ LSI２７に入力される。

次に、第３図の圧力波形を参照しながら、検出
された基準位置信号が、上死点に対して何度の位
相差をもつているか判別する過程を説明する。

圧力センサ２４は副室２２の圧力上昇に伴つ
て、噴射弁２３が抜け出す方向の荷重が増すと、
これに対応して出力が変化し、第３図ａに示すよ
うな圧力特性を示す。

この場合、燃料が燃焼しないときの圧力波（実
線）のピーク値は、ピストン上死点と正確に一致
するので、基準位置信号の補正は、燃焼が行われ
ない運転条件、例えばコーステイング中の燃料カ
ツト時や燃焼が起こらない始動クランキングの初
期に行う。

なお、デイーゼル機関では圧縮上死点での圧縮
にもとづく圧力ピークが発生したのちに燃焼によ
る圧力ピークが得られる場合があるので（第８図
参照）、このような場合においては上死点を実質
的に非燃焼状態で通過するので、圧縮から燃焼行
程にかけての圧力検出値を採用するようにしても
よい。

この非燃焼状態は各種の運転状態を表わすセン
サからの信号にもとづいて、Ｉ／Ｏ LSI２７を
介してMPU３０で判別する。具体的には、周知
なようにエンジン回転速度はクランク角センサ２
５の発生パルスをカウンタトすることにより
MPU３０での演算処理により求められ、また無
負荷状態は吸気絞り弁や燃料噴射ポンプに設けら
れたアイドルスイツチ等により判定されるから、
これらに基づいて上記コーステイングあるいは始
動クランキング状態が判別される。

この非燃焼時にポジシヨンカウンタ２８を基準
位置信号で起動し、単位回転角信号をカウントア
ツプする。

圧力センサ２４からの圧力信号を波形処理回路
２９に内蔵する微分回路などで後述のように処理
し、その圧力ピークポイント信号によつてポジシ
ヨンカウンタ２８のカウントを停止し、MPU３
０によつてそのポイント値を読み取り、単位回転
角信号の上死点に対する位相値を検出するのであ
る。

上死点位置で単位回転角信号が正しく発生すれ
ば、ポジシヨンカウンタ２８のカウント値はゼロ
になるし、逆にその角度差が大きいほどカウント
値も増加する。

圧力センサ２４の検出値から圧力ピーク値を求
めるには、まず、前記した第３図ａの圧力波を微
分し、この微分波（第３図ｂ）を絶対値回路でそ
の絶対値をとり（第３図ｃ：負の部分を反転）、
さらにこの絶対値波形を微分して圧縮上死点でシ
ヤープな立上りｆをもつ微分波（第３図ｄ）を得
る。

この微分波を適宜、増幅またはリミツターによ
り所定のレベルを基準にしてスライスし、上記の
圧力ピークポイント信号とするのである。

この説明では、基準位置信号と圧力ピークポイ
ント信号との角度位相差を、クランク単位回転角
を表わす単位回転角信号をカウントして計測して
いるが、エンジン回転速度センサを利用して、こ
のクロツク信号をカウントして位相を時間的な間
隔として計測することもできる。

ただし、この場合は、カウント中のエンジン回
転速度が一定であることが条件となるので、前記
と同様に各種センサからの信号にもとづき定回転
時を判断して計測を行うこととする。

また、マイクロコンピユータによる処理操作に
おいて、圧力センサ２４の出力をNMI端子３１
に入力しているが、Ｉ／Ｏ LSI２７はインタラ
プトリクエスト端子を設け、種々の割込みの一つ
として取扱うことも可能である。

圧力センサ２４のピークポイント信号によりポ
ジシヨンカウンタ２８のカウントアツプを停止し
ているが、この圧力ピークポイト信号による割込
ルーチンでカウント値をRAM（ランダムアクセ
スメモリ）に記憶するならば、その処理時間は非
常に短い（数＋μsec）ので、わざわざ圧力信号に
もとづいてカウントアツプを停止しなくても、＋
１をカウントアツプする前に処理が可能である。

ただし、クランク角センサ２５の単位回転角信
号を用いないで、クロツク信号をカウントすると
きは、そのクロツクパルスの周期にもとづいて異
つたものとなる。さらに、ポジシヨンカウンタ２
８のカウントアツプ停止信号によつて割込み発生
を行えば、圧力センサ２４からの圧力ピークポイ
ント信号で直接的に割込み発生する必要がないこ
とは、言うまでもない。

NMIルーチンを使用せずに、角度周期により
予め設定されたクランク角度でカウンタ２８の値
をRAMに記憶することも可能である。

ところで、上記実施例の条件として、すくなく
とも１つの気筒に圧力センサ２４を設置すること
をあげたが、圧力センサ２４を全気筒に取付け、
各気筒毎に基準位置信号位置の誤差を検出して修
正したり、各気筒の基準位置信号の平均値でエン
ジンの基準位置信号の代表とすることなど補正機
能の選択は、必要に応じてプログラムを調整して
やればよい。

次に第４図の実施例を説明すると、この場合は
位相差を計測するカウンタを構成する要素として
PIA（Peripheral Interface Adaptor）３８とク
ロツクカウンタ３５及びクロツク発生器３７など
をポジシヨンカウンタ３８の他に設け、クランク
角センサ２５の単位回転角信号とクロツク信号と
を組合せてさらに精度を高めるようにしたもので
ある。

つまり、第１の実施例では、基準位置信号の修
正精度は、クランク角センサ２５の単位回転角信
号（単位分解角）により決まり、またクロツク信
号を用いて時間間隔を計測してそのときのエンジ
ン回転速度から修正する場合はエンジン回転速度
が一定である時間を長く必要とし、すくなくとも
基準位置信号から圧力ピークポイント信号がはい
るまでの間は一定でなければならない。

そこで、この実施例では両者の欠点を補うため
に、クランク角センサ２５の単位回転角信号でで
きる限りカウントし、単位回転角信号の最小間隔
以下のところを、クロツク信号を用いてカウント
することにより、さらに微少角度までの検出修正
を可能とした。

ポジシヨンカウンタ２８はクランク角センサ２
５の基準位置信号A₀によつて起動され、圧力セ
ンサ２４のピークポイント信号C₀により単位回
転角信号B₀のカウントアツプを停止する。

これを第５図に示すと、Ａ区域のクランク角度
がカウントされることになる。

次に、クロツクカウンタ３５はスイツチング回
路３６を介してスイツチONのときにクランク角
センサ２５の単位回転角信号Ａによつて起動（リ
セツト）され、クロツクパルス発生器３７からの
クロツク信号をカウントし、さらに上記ピークポ
イント信号によつてカウントアツプを停止する
（第５図Ｂ区域）。このとき同時に圧力センサ２４
のピークポイント信号により、後述するようにス
イツチング回路３６が一定時間（第５図のｔ時
間）だけスイツチOFFとなる。

クロツクカウンタ３５のカウントアツプが停止
されたことを意味する信号が、PIA３８のコント
ロールレジスタに送られ、PIA３８からの割込信
号が発生してMPU３０のNMI端子３１に入力
し、MPU３０のNMIルーチンが起動される。

このNMIルーチンでPIA３８のデータ、すな
わちポジシヨンカウンタ２８のデータＡとクロツ
クカウンタ３５のデータＢをRAM３９に格納す
る。

かくして、Ｂの値をエンジン回転速度を用いて
クランク角度に換算し、Ａとの和をとれば基準位
置信号のクランク位置が、クランク角センサ２５
の単位回転角信号の間隔よりも小さい単位、すな
わちより一層高い精度で検出補正されるのであ
る。

クロツク発生器３７（時間周期波μsec〜数＋
μsec）を新たに設ける代りに、Ｉ／Ｏ LSI２７
で適切なタイマがプログラムできる場合は、その
タイマからの信号をＩ／Ｏ LSI２７からクロツ
クカウンタ３５に入力させてもよい。

次に、上記スイツチング回路３６により圧力セ
ンサ２４のピークポイント信号の入力直後に一定
時間（ｔ）だけクロツクカウンタ３５を停止させ
るのは、第５図においてＢ区域が比較的大きく、
かつエンジン回転速度が速いときは、NMIルー
チンでクロツクカウンタ３５のデータＢをRAM
３９に格納する前に、次の単位回転角信号によつ
てクロツクカウンタ３５が起動される可能性があ
るので、これを避けるために、一定時間だけリセ
ツト信号としての単位回転角信号を入力させない
のである。

なお、スイツチング回路３６としては、例えば
単安定マルチバイブレータ４０、トランジスタ４
１、抵抗器４２から構成し、図示しないコンデン
サと抵抗とにより決まる時定数でOFFの時間
（ｔ）を自由に設定する。

例えば、クランキング時の150r.p.mのときの1゜
パルス間隔：約1.2μsec、6000r.p.mのときの基準
位置信号間隔：約3μsecとすれば、1.2ｍsec≦ｔ
≦３ｍsecになるように設定する。

第６図には、クロツクカウンタ３５を圧力セン
サ２４のピークポイント信号で起動し、その直後
の単位回転角信号でカウントアツプを停止し、割
込発生する場合を示してある。第５図の区域Ｃが
クロツクカウンタ３５でカウントされ、NMIル
ーチンでエンジン回転速度との演算にもとづいて
区域Ｂが計算される。

圧力センサ２４からのピークポイント信号によ
り単安定マルチバイブレータ４３を起動してパル
スを発生し、AND回路４４で単位回転角信号と
のAND（理論積）をとれば、圧力センサ２４のピ
ーク直後のポジシヨンパルスのみを選択的に取り
出すことが可能である。

なお、単安定マルチバイブレータ４３の出力
は、時間ｔの間だけハイレベルであり、したがつ
て時間ｔによつて補正可能なエンジン回転速度が
異るものとなる。

以上の各実施例は、圧力センサ２４の信号にも
とづいて上死点位置を検出し、基準位置信号の位
相を修正する場合を示したが、次の実施例はデイ
ーゼルエンジンにおいて燃焼室内圧力から検出し
た上死点と燃料噴射開始時期との間のクランク角
度位相差を計測するようにした第２の発明にかか
るものである。

第７図において、前述の圧力センサ２４からの
圧力信号は、上記実施例の場合と同様に、第１の
微分回路５１、絶対値回路５２、第２の微分回路
５３を経て波形整形回路５４で整形される（第８
図ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｋ参照）。

ただし、第８図ｇに示すように、燃焼室圧力波
形としては、燃焼前に圧縮上死点でいつたんピー
ク値をとり、その後の燃料噴射に伴う燃焼により
さらにピーク圧力が再上昇する。

一方、燃料噴射弁２３のノズルリフトを検出し
て燃料の噴射信号を発生するリフトセンサ６０が
設けられ、このリフトセンサ６０からの噴射信号
を波形整形回路５５で所定レベルの方形パルスｌ
に波形整形する。

このパルスｌがフリツプフロツプ５６のセツト
信号として入力し、これを噴射開始を意味するパ
ルスｉの立上りによつてセツトする一方、波形整
形回路５５からの出力ｋによつてフリツプフロツ
プ５６はリセツトされる。

したがつて、このフリツプフロツプ５６の出力
ｍと、前述の単位回転角信号ｎとの論理積を
AND回路５７でとれば、ポジシヨンカウンタ５
８には第９図ｏのような波形が入力される。そし
て、このポジシヨンカウンタ５８には同時にカウ
ント開始を制御するように上記噴射信号ｌが入力
するので、このパルス立上りによりカウントが開
始されるのである。

この図の状態では燃料噴射が開始されてから上
死点に到達するまで、クランク角度にして8゜ある
ことを示している。

このポジシヨンカウンタ５８の出力がＩ／Ｏ
LSI２７に入力されてその後の処理は、第１の実
施例と同様にして行われるのであり、これらにつ
いては説明を省略する。

なお、噴射開始時期がマイナスの場合、すなわ
ち上死点後のときは１回転遅れて非常に大きなカ
ウント数が入力するので、プログラム処理で容易
に区別できる。

このようにして、デイーゼルエンジンの燃料噴
射時期を精度よく検出することができ、その噴射
時期に誤差があればこれを正確に修正することが
可能となるのである。

（発明の効果）以上説明したように、上記第１の発明によれ
ば、非燃焼時の燃焼室の圧力にもとづいて上死点
位置を検知し、クランク角の基準位置との位相差
を把握してこれを自動的に修正しうるようにした
ので、従来のように機械的な操作で誤差を修正す
るのに比べて、調整精度が格段に良好となり、か
つ調整バラツキも著しく減少する。従つて、燃料
噴射制御や点火時期制御にあたつて必要な内燃機
関のクランク位置の検出を高精度で行い、これら
の制御精度を著しく向上することができるという
効果が得られる。

また、第２の発明によれば、第１の発明と同様
に非燃焼時の燃焼室圧力から上死点位置を検出す
ると共に、この検出上死点とリフトセンサ出力か
ら得た燃料噴射時期との位相差にもとづいて実際
の正確な燃料噴射時期を直接的に確認することが
できるようにしたので、燃料噴射時期を目標値に
高精度で一致させるフイードバツク制御を実現す
ることが可能である。むろん、この場合も組立後
に機械的操作にもとづく調整が一切不要となり、
エンジンの保守が容易となる。

また、いずれの発明においても、これらクラン
ク位置の実質的な修正機構が一種のダンパプルー
フとしての機能を発揮するという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の説明図、第２図は本願の第
１の発明の実施例を示すブロツク図、第３図は圧
力信号波形の処理過程を示す説明図、第４図は第
１の発明の他の実施例のブロツク図、第５図はそ
のタイミングチヤート、第６図は同じくさらに他
の実施例の要部を示すブロツク図、第７図は第２
の発明の実施例を示すブロツク図、第８図は圧力
信号波形の処理過程を示す説明図、第９図はタイ
ミングチヤートである。２０……制御回路、２１……デイーゼルエンジ
ン、２３……燃料噴射弁、２４……圧力センサ、
２５……クランク角センサ、２６……波形整形回
路、２７……Ｉ／Ｏ LSI、２８……ポジシヨン
カウンタ、３０……MPU、６０……リフトセン
サ。

Claims

【特許請求の範囲】１非燃焼時の機関燃焼室の圧力を検出する圧力
センサと、この圧力センサの出力からピストン上
死点位置を判別する波形整形回路と、クランクシ
ヤフトの単位回転角を検出するクランク角センサ
と、上記圧力センサの出力から判別した上死点位
置と予め設定された所定のクランク角基準位置と
のクランク角位相を単位回転角にもとづいて計測
するカウンタと、その位相差にもとづいて上記圧
力センサから判別した上死点を新たなクランク角
における上死点位置信号とする手段とを備えたこ
とを特徴とする内燃機関のクランク位置検知装
置。２クランク角センサは、クランク単位回転角信
号とともにクランク角基準位置信号を検知するよ
うになつている特許請求の範囲第１項記載の内燃
機関のクランク位置検知装置。３波形整形回路は、機関の燃焼が行なわれない
ときの圧力波形のピーク値からピストン上死点位
置を判別するようになつている特許請求の範囲第
１項または第２項記載の内燃機関のクランク位置
検知装置。４カウンタは、クランク角基準位置信号から上
死点位置信号までをクランク単位回転角信号にも
とづいて計測するとともに、最後のクランク単位
回転角信号から上死点位置信号までの時間間隔を
機関回転速度のクロツク信号にもとづいて計測す
るようになつている特許請求の範囲第１項または
第２項記載の内燃機関のクランク位置検知装置。５非燃焼時の機関燃焼室の圧力を検出する圧力
センサと、この圧力センサの出力からピストン上
死点位置を判別する波形整形回路と、クランクシ
ヤフトの単位回転角を検出するクランク角センサ
と、燃料噴射弁のノズルリフトを検出するリフト
センサと、上記した上死点位置と噴射開始位置と
のクランク角位相を単位回転角にもとづいて計測
するカウンタとを備えることを特徴とする内燃機
関のクランク位置検知装置。