JPWO2003036067A1 - エンジンのクランク角検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンのクランク角検出装置に関し、特にクランク軸回転の基準位置を検出するクランク角センサの配置構造に関するものである。
背景技術
エンジンのクランク角度位置を検出するために、クランク軸にリングギヤを固定し、このリングギヤに複数の突起(歯)を等間隔で設けるとともに、その基準位置を定めるために1ヵ所に歯欠け部を形成して不等ピッチとする。エンジン回転中に突起の凸部と凹部を計測し、その比率を用いて基準位置である歯欠け部を識別することにより、クランク角が検出される。検出したクランク角により燃料噴射時期や点火時期を制御する。
この場合、リングギヤの例えば外周面に対向して配置したクランク角センサが、エンジンの回転により各歯が通過するときに、各歯の幅及び次に通過する歯までの間隔を検出してその比を算出することにより、通常位置の歯と歯欠け部を判別し、これにより基準位置を検出する。
しかしながら、エンジンの回転に伴って各歯がクランク角センサを横切ることにより各歯が検出されるため、エンジン回転が不安定になると検出精度を低下させるおそれがある。4サイクルエンジンでは、エンジン2回転で吸気・圧縮・膨張・排気の1サイクルを完結する。この1サイクル中のエンジン回転は、膨張行程で上昇し、その後、排気・吸気・圧縮行程で徐々に下降するという変動を繰返す。特にエンジンが停止状態から起動するときに回転変動が大きくなる。
ここで、クランク角度位置を検出するために、クランク軸のリングギヤに設けた各歯の凸部(歯幅)と凹部(歯間の間隔)を検出してその比により歯欠け部を判別する。この場合、歯の凹凸部の長さの比は、エンジンの回転変動の影響を受けるので、クランク角基準位置となる歯欠け部を誤判定するおそれがあり、確実なクランク角基準位置の判定には時間を要することになる。
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、エンジン回転変動の影響を抑えてクランク角基準位置の検出の信頼性を高めたエンジンのクランク角検出装置の提供を目的とする。
発明の開示
前記目的を達成するため、本発明では、単気筒エンジンのクランク軸にリングギヤを固定し、該リングギヤの周縁に等間隔で複数の突起を設けるとともに1ヵ所に不等間隔部を形成し、該リングギヤの各突起の両端の立上がり及び立下りを検出するためのクランク角センサを備え、該クランク角センサは、各突起の幅とこれと隣接する突起との間の間隔を検出してその比を算出することにより前記各突起及び不等間隔部を認識し、前記エンジンのピストンが下死点近傍のときに前記不等間隔部が検出されるように前記クランク角センサと不等間隔部を配置したことを特徴とするエンジンのクランク角検出装置を提供する。
この構成によれば、エンジン回転1サイクル中で回転変動が小さい下死点近傍で突起の不等間隔部が検出されるため、クランク角基準位置の検出の信頼性が向上する。
好ましい構成例では、前記突起の幅をa、これと隣接する突起との間の間隔をbとしたとき、a<bの場合はb/aが、若しくは、a>bの場合はa/bが2以上となるように各突起を形成したことを特徴としている。
この構成によれば、突起の凹凸の比が大きくなるため各突起の検出精度が高まるとともに、不等間隔部と通常の突起間隔の位置での突起の凹凸比の差が大きくなるため、回転変動が大きい場合であっても不等間隔部を精度よく検出することができる。a<bの場合b/aが2より小さいと又はa>bの場合a/bが2より小さいと、突起の凹凸判別の精度を低下させるおそれを生じる。ただし、b/a又はa/bをあまり大きくすると突起の検出精度が逆に低下するおそれが生じるため、aおよびbの値は、リングギヤの大きさや突起の数及びセンサ自体の精度等に応じて適宜定める。
前記目的を達成するため、本発明ではさらに、単気筒エンジンのクランク軸にリングギヤを固定し、該リングギヤの周縁に等間隔で複数の歯を設けるとともに1ヵ所に歯欠け部を形成し、該リングギヤの歯を検出するためのクランク角センサを備え、該クランク角センサは、各歯の歯幅とこれと隣接する歯との間の間隔を検出してその比を算出することにより前記各歯及び歯欠け部を識別するエンジンのクランク角検出装置において、前記歯欠け部は、エンジンが下死点近傍のときに検出されるように前記クランク角センサを配置したことを特徴とするエンジンのクランク角検出装置を提供する。
この構成によれば、エンジン回転1サイクル中で回転変動が小さい下死点近傍で歯欠け部が検出されるため、クランク角基準位置の検出の信頼性が向上する。
好ましい構成例では、前記歯の歯幅をa、歯欠け部以外の位置でこれと隣接する歯との間の間隔をbとしたとき、b/aが2以上となるように各歯を形成したことを特徴としている。
この構成によれば、歯の凹凸の比が大きくなるため各歯の検出精度が高まるとともに、歯欠け部と通常の歯の位置での歯の凹凸比の差が大きくなるため、回転変動が大きい場合であっても歯欠け部を精度よく検出することができる。b/aが2より小さいと歯の凹凸判別の精度を低下させるおそれを生じる。ただし、b/aをあまり大きくすると歯の検出精度が逆に低下するおそれが生じるため、aおよびbの値は、リングギヤの大きさや歯数及びセンサ自体の精度等に応じて適宜定める。
発明を実施するための最良の形態
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る自動二輪車の制御システム全体のブロック構成図である。
一体部品としてユニット化されたエンジン制御装置(ECU)1の制御回路CPU(不図示)への入力として、メインスイッチ2からのオンオフ信号、クランク角センサ3からのクランクパルス信号、吸気圧センサ4からの吸気圧検出信号、吸気温センサ5からの吸気温度検出信号、水温センサ6からの冷却水温検出信号、インジェクタ電圧センサ7からのインジェクタ制御のための電圧信号、複数のスイッチSW1〜SW3を有するスイッチボックス8からの検査用入力信号が入力される。また、バッテリ20が接続されバッテリ電源が入力される。
ECU1からの出力として、燃料ポンプを駆動するポンプリレー9へのポンプリレー出力信号、インジェクタ10の電磁コイルを駆動するインジェクタ出力信号、点火コイル11を駆動する点火コイル出力信号、冷却水温に応じてオートチョーク12を駆動するオートチョーク出力信号、異常状態を検出した時にメータ22内のダイアグ警告灯13を駆動するダイアグ警告信号、冷却水温が所定温度を越えたときに警告を表示する水温警告灯14を駆動する水温警告信号、エンジンキー等のイモビライザ17が異常操作されたときにイモビライザ警告灯15を駆動するイモビライザ警告信号が出力される。また、各センサへセンサ用電源回路21を介して又は直接電力を供給する電源電圧が出力される。
また、ECU1は、外部の汎用通信装置18に接続され、制御データ等を汎用通信ラインを介して入出力可能である。さらに、シリアル通信装置19に接続されシリアル通信が可能である。
図2は本発明の実施形態に係るクランク角検出装置のシステム構成図である。
単気筒4サイクルエンジン30は、ピストン31の上面に燃焼室32が形成され、この燃焼室32に連通して吸気管33及び排気管34が接続される。吸気管33にはスロットルバルブ35が装着され端部に吸気バルブ36が設けられる。排気管34の端部に排気バルブ37が設けられる。38は点火プラグである。エンジン30のシリンダ周囲に冷却ジャケット39が設けられ、水温センサ6が取付けられる。ピストン31は、コンロッド40を介してクランク軸41に連結される。
クランク軸41にリングギヤ42が一体的に固定される。リングギヤ42には複数の歯(突起)43が等間隔で設けられ、1ヶ所に歯欠け部(不等間隔部)44が形成される。このリングギヤ42の歯43を検出するクランク角センサ(クランクパルスセンサ)3が備わる。クランク角センサ3は、各歯43を検出して各歯の上辺長さに対応したパルス幅のパルス信号を発する。この例では、12ヵ所に歯43の位置があり、そのうち1ヵ所が歯欠け部44であるため、クランク1回転の間に30°ごとに11個のパルス信号を発信する。
吸気管33にはインジェクタ10が装着される。このインジェクタ10には、燃料タンク45から、燃料ポンプ46によりフィルタ47を通して吸い上げられた燃料が、レギュレータ48により一定圧力にされた状態で送られる。点火プラグ38には、ECU1(図1)により駆動制御される点火コイル11が接続される。吸気管33には吸気圧センサ4及び吸気温センサ5が取り付けられ、それぞれECU1に接続される。
排気管34には排気ガス浄化用の2次空気導入管49が接続される。この2次空気導入管49上にエアカットバルブ50が設けられる。このエアカットバルブ50は、通常走行時あるいは加速時等のスロットルが開いた高回転時に開いて2次空気を導入し、減速時等のスロットルが閉じた低回転時には閉じて2次空気をカットする。
図3は、1サイクルのエンジン回転中の回転変動のグラフである。
エンジン回転は、圧縮行程から爆発行程に移る圧縮上死点近傍で最も回転変動が大きくなる。本発明では、図のクランクパルス信号に示すように、歯欠け部の位置(パルス抜けの位置)がこの圧縮上死点を避けて、回転変動の少ない下死点近傍に設ける。このように、歯欠け部を下死点近傍で検出するようにクランク角センサとリングギヤ歯欠け部の設置位置を定める。これにより、回転変動による誤検出のおそれが軽減する。
図4は、クランク角センサによる歯の検出方法の説明図である。(A)は通常位置の歯のパルス信号であり、(B)は歯欠け部のパルス信号を示す。このグラフは、リングギヤの凸部(歯幅)が10°、凹部(歯の間隔)が20°の場合のグラフである。
(A)に示すように、クランクパルスの歯幅部分の長さaと歯間の間隔bとの比は、b/a=2である。また、(B)に示すように、歯欠け部では、歯間の間隔bが広くなって、b/a=5となる。したがって、ECU内で算出したb/aの値のしきい値を2〜5の中間付近に設定することにより歯欠け部を確実に判別できる。
図5は、上死点時のリングギヤとクランク角センサとの位置関係の説明図である。
リングギヤ42に歯欠け部44を除いて11個の歯43が30°ずつ等間隔に形成されている。この上死点時に最上位置にある歯を上死点歯43aとする。この上死点歯43aは、クランク角センサ3から3番目の歯であり、歯欠け部44は、5番目の歯の位置に対応する。このリングギヤ42が矢印A方向に回転することにより、前述の図3に示したように、クランクパルス信号が得られる。この場合、図3に示したように、1回目の回転の5番目及び2回目の回転の17番目のパルスが歯欠け部に対応して抜けている。
図6は、下死点時のリングギヤとクランク角センサとの位置関係の説明図である。
図示したように、下死点時には、上死点歯43aは最下位置を通過する。この時点で歯欠け部44はクランク角センサ3の近傍に位置する(図の例では、歯欠け部44は、クランク角センサ3を通過した直後の位置にある)。このように、本発明ではクランク角センサ3が下死点近傍のときに歯欠け部44を検出する位置に配置される。
なお、上記実施例では、歯(突起)の幅が歯間の間隔より短い場合を例にしたが、本発明は、歯の幅が歯間の間隔より長い場合にも適用可能である。この場合、すなわち、突起の幅をa,これと隣接する突起との間の間隔をbとしたとき、a>bの場合には、a/bが2以上となるように各突起を形成する。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明では、エンジン回転1サイクル中で回転変動が小さい下死点近傍で歯欠け部が検出されるため、クランク角基準位置の検出の信頼性が向上する。この場合、前記歯の歯幅をa、歯欠け部以外の位置でこれと隣接する歯との間の間隔をbとしたとき、b/aが2以上となるように各歯を形成した構成によれば、歯の凹凸の比が大きくなるため各歯の検出精度が高まるとともに、歯欠け部と通常の歯の位置での歯の凹凸比の差が大きくなるため、回転変動が大きい場合であっても歯欠け部を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
図1は、発明に係る自動二輪車の制御システム全体の構成図である。
図2は、本発明に係るエンジンのクランク角検出装置の構成図である。
図3は、1サイクル中のエンジン回転変動のグラフである。
図4は、本発明のクランク角センサによる歯の検出方法の説明図である。
図5は、本発明実施形態における上死点時の位置関係説明図である。
図6は、本発明実施形態における下死点時の位置関係説明図である。
Claims (4)
- 単気筒エンジンのクランク軸にリングギヤを固定し、該リングギヤの周縁に等間隔で複数の突起を設けるとともに1ヵ所に不等間隔部を形成し、該リングギヤの各突起の両端の立上がり及び立下りを検出するためのクランク角センサを備え、該クランク角センサは、各突起の幅とこれと隣接する突起との間の間隔を検出してその比を算出することにより前記各突起及び不等間隔部を認識し、前記エンジンのピストンが下死点近傍のときに前記不等間隔部が検出されるように前記クランク角センサと不等間隔部を配置したことを特徴とするエンジンのクランク角検出装置。
- 前記突起の幅をa、これと隣接する突起との間の間隔をbとしたとき、a<bの場合はb/aが、若しくは、a>bの場合はa/bが2以上となるように各突起を形成した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検出装置。
- 単気筒エンジンのクランク軸にリングギヤを固定し、該リングギヤの周縁に等間隔で複数の歯を設けるとともに1ヵ所に歯欠け部を形成し、該リングギヤの歯を検出するためのクランク角センサを備え、該クランク角センサは、各歯の歯幅とこれと隣接する歯との間の間隔を検出してその比を算出することにより前記各歯及び歯欠け部を識別するエンジンのクランク角検出装置において、前記歯欠け部は、ピストンが下死点近傍のときに検出されるように前記クランク角センサとリングギヤ歯欠け部を配置したことを特徴とするエンジンのクランク角検出装置。
- 前記歯の歯幅をa、これと隣接する歯との間の間隔をbとしたとき、b/aが2以上となるように各歯を形成したことを特徴とする請求項3に記載のエンジンのクランク角検出装置。
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