(57)【要約】【課題】クランクシャフトの回転速度が急変した場合であっても、誤判定することなく適正にクランク角度を判別できる制御装置を提供する。【解決手段】周上に複数の歯部が所定間隔に形成され、クランクシャフトの回転に同期して回転する回転体の前記歯部を検出する電磁ピックアップセンサからの入力パルスに基づいてクランク角度を判別する制御装置であって、クランクシャフトの回転に同期して回転する歯数ｎ（ｎは正整数）の歯部３が等間隔に形成された回転体１及び歯数ｎ−１の歯部４が等間隔に形成された回転体２の二つの回転体のそれぞれに対応する二系統の入力パルスを入力する信号入力部と、前記信号入力部に入力された二系統の入力パルスの位相差に基づいてクランク角度を判別するクランク角度判別部を備えている。【選択図】図２
2010121465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に備わるエンジンを制御する制御装置であって、
クランクシャフトの回転に同期して回転する第一円盤の周上に、第一の歯が等間隔で複数形成され、第一円盤の回転に伴って回転移動する歯を検出する度に第一のパルス信号を発信する第一検出部からの第一パルス信号と、前記クランクシャフトの回転に同期して回転する第二円盤の周上に、第一の歯の歯数と異なる歯数の第二の歯が等間隔で複数形成され、第二円盤の回転に伴って回転移動する歯を検出する度に第二のパルス信号を発信する第二検出部からの第二パルス信号とを入力する信号入力部と、
信号入力部に入力された第一パルス信号と第二パルス信号の位相差に基づいてクランク角度を算出し、該算出結果に基づいてエンジン制御を実行する制御部と、
を備えた制御装置。
【請求項２】
第一の歯の歯数がｎ（ｎは正整数）であり、第二の歯の歯数がｎ−１に設定されている請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
第一円盤がクランクシャフトに設置され、第二円盤がカムシャフトに設置され、第一の歯の歯数がｎ（ｎは正整数）であり、第二の歯の歯数が２ｎ−１または２ｎ＋１に設定され、前記制御部は、信号入力部に入力された第一パルス信号と第二パルス信号の位相差に基づいてクランク角度及び気筒を判別する請求項１記載のクランク角度判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されたエンジンを制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１（ａ）に示すように、車両に搭載されたエンジンの各気筒に対する点火タイミング等を検知するために、周上に複数の歯部が所定間隔に形成された回転体２１０がクランクシャフト２００に設置され、回転体２１０の歯部３００を検知する電磁ピックアップセンサ２４０からの入力信号、つまり図１（ｂ）に示すようなクランクパルス信号がエンジンを制御するための電子制御装置２６０に入力されている。
【０００３】
電子制御装置２６０は、当該クランクパルス信号に基づいてクランク角度を判別し、且つ、当該クランク角度とカムシャフトの回転位置を示すカム信号に基づいて気筒を判別し、所定のタイミングで各気筒を点火制御する。
【０００４】
従来、このような回転体は、複数の歯部３００が周上に等間隔に形成されるとともに一対の欠歯部２９０（２９０ａ〜２９０ｃ）が周上の非対称位置に形成された形状を備え、特定の歯部３００の検出タイミングが特定の気筒群の上死点となるように、クランクシャフト２００に取り付けられていた。
【特許文献１】特開２００３−１８４６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような回転体に対応するクランクパルス信号に基づいてクランク角度を判別する場合には、電子制御装置によりパルスのエッジが検出される度に、前回のパルスの間隔と比較して欠歯位置であるか否かが判別されるのであるが、クランクシャフトの回転速度が急減した場合に、欠歯部では無い通常の歯部に対応するパルスであるにも関わらず、欠歯位置であると誤判定され、適正にクランク角度が検出されない虞があった。
【０００６】
本発明は、上述の従来欠点に鑑み、クランクシャフトの回転速度が急変した場合であっても、誤判定することなく適正にクランク角度を判別できる制御装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明による制御装置の特徴構成は、車両に備わるエンジンを制御する制御装置であって、クランクシャフトの回転に同期して回転する第一円盤の周上に、第一の歯が等間隔で複数形成され、第一円盤の回転に伴って回転移動する歯を検出する度に第一のパルス信号を発信する第一検出部からの第一パルス信号と、前記クランクシャフトの回転に同期して回転する第二円盤の周上に、第一の歯の歯数と異なる歯数の第二の歯が等間隔で複数形成され、第二円盤の回転に伴って回転移動する歯を検出する度に第二のパルス信号を発信する第二検出部からの第二パルス信号とを入力する信号入力部と、信号入力部に入力された第一パルス信号と第二パルス信号の位相差に基づいてクランク角度を算出し、該算出結果に基づいてエンジン制御を実行する制御部と、を備えた点にある。
【０００８】
上述の構成によれば、クランクシャフトの回転に同期して第一円盤と第二円盤が回転すると、第一検出部及び第二検出部から出力される第一パルス信号と第二パルス信号に、クランクシャフトの回転角度と相関を持つ位相差が発生する。従って、制御部は、クランクシャフトの回転に伴って変動する位相差を検知することにより、クランクシャフトの回転角度を算出し、算出結果に基づいてエンジン制御を実行することができるようになる。
【０００９】
一パルス信号と第二パルス信号は、ともに円盤に等間隔で複数形成された歯に対応する信号であるため、各パルスのデューティが一定であるため、従来の欠け歯位置を検出する必要がなくなり、誤判定を招くような虞が無くなる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明した通り、本発明によれば、クランクシャフトの回転速度が急変した場合であっても、誤判定することなく適正にクランク角度を判別できる制御装置を提供することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明による制御装置について説明する。
【００１２】
図２に示すように、エンジンのクランクシャフト１０に二枚の円盤、つまり回転体１，２が並列配置されている。
【００１３】
第一円盤としての一方の回転体１の周部には、第一の歯である歯数ｎ（ｎは正整数）の歯部３が等間隔に形成され、第二円盤としての他方の回転体２の周部には、第二の歯である歯数ｎ−１の歯部４が等間隔に形成されている。各円盤が同径であることが小型化の観点で好ましいが、異径であってもよい。
【００１４】
本実施形態では、クランクシャフト１０一回転で３６パルス数のクランクパルス信号が発生し、パルス間隔が１０°ＣＡに相当するように、一方の回転体１の歯数がｎ＝３６に設定されている。従って、他方の回転体２の歯数はｎ−１＝３５に設定されている。
【００１５】
各回転体１，２の歯部３，４に対向して、第一検出部及び第二検出部としての一対の電磁ピックアップセンサ５，６が配置され、当該電磁ピックアップセンサ５，６によって、それぞれの歯部に対応したパルス信号が生成される。
【００１６】
電磁ピックアップセンサ５，６によって生成されたパルス信号は、波形整形回路を介して方形波に波形整形されて、エンジンを制御する電子制御装置４０に入力される。つまり、電子制御装置４０によりクランク角度が判別され、本発明による制御装置として機能する。
【００１７】
図３に示すように、一方の回転体１に対応するクランクパルス信号は、クランクシャフトの一回転、つまり、３６０°ＣＡで３６パルス出力され、他方の回転体２に対応するクランクパルス信号は、クランクシャフトの一回転、つまり、３６０°ＣＡで３５パルス出力される。
【００１８】
従って、一方の回転体１に対応するクランクパルス信号のパルス間隔は１０°ＣＡ（＝３６０／３６）に相当し、他方の回転体２に対応するクランクパルス信号のパルス間隔は約１０．２８６°ＣＡ（＝３６０／３５）に相当する。
【００１９】
図３及び図４に示すように、クランクシャフトの基準位置で、回転体１，２のそれぞれの歯部３，４の一つのエッジが一致するように、電磁ピックアップセンサ５，６を配置しておけば、それぞれのクランクパルス信号の最初の立ち上がりエッジが一致し、その後クランクシャフトが１０°ＣＡ回転する度に、それぞれのクランクパルス信号の立ち上がりエッジが０．２８６°ＣＡずつずれていくことになる。
【００２０】
回転体１のクランクパルス信号の３６番目のパルスの立ち上がりエッジに対する回転体２のクランクパルス信号の立ち上がりエッジのずれが１０°ＣＡとなり、クランクシャフトが一回転すると、再びそれぞれのクランクパルス信号の立ち上がりエッジが一致する。
【００２１】
従って、二つのクランクパルス信号のずれの角度、つまり位相差を検知することにより、クランク角度を判別するクランク角度判別部を構成することができるようになる。
【００２２】
クランク角度判別部によるクランク角度の判別手順は以下の通りである。
【００２３】
各クランクパルス信号のパルス周期は、クランクシャフトの回転数により変動するため、先ず、二つのクランクパルス信号の立ち上がりエッジのずれ時間ΔＴを計測する。さらに、何れか一方のクランクパルス信号の周期に基づいてクランクシャフトの回転速度Ｎｒｐｍを算出する。
【００２４】
そして、ずれ時間ΔＴｍｓｅｃ．と回転速度Ｎｒｐｍを乗算すれば、立ち上がりエッジのずれ時間に対応するクランク角度Δθ°ＣＡを算出することができる。つまり、以下の数式で、ずれ時間に対応するクランク角度Δθ求められる。
Δθ＝ΔＴ×３６０×Ｎ／（６０×１０００）
【００２５】
求められたクランク角度Δθが０°ＣＡであれば、絶対クランク角度が０°ＣＡ、クランク角度Δθが０．２８６°ＣＡであれば、絶対クランク角度が１０°ＣＡ、クランク角度Δθが１０°ＣＡであれば、絶対クランク角度が３５０°ＣＡというように求められるのである。
【００２６】
つまり、クランクシャフトの回転に同期して回転する歯数ｎ（ｎは正整数）の歯部が等間隔に形成された回転体に対応する入力パルスがｎ回カウントされると、クランクシャフトが一回転したと判別できる。
【００２７】
そして、歯数ｎの歯部が等間隔に形成された回転体に対応する入力パルスと、歯数ｎ−１の歯部が等間隔に形成された回転体に対応する入力パルスの位相差が、クランクロータの一回転に同期して周期的に変化するため、その位相差を検出することにより、クランクシャフトの回転位置、つまりクランク角度を判別することができるようになる。
【００２８】
そこで、信号入力部から入力された二系統の入力パルスに対して、クランク角度判別部によって、位相差が検出され、当該位相差に基づいてクランク角度が判別されるのである。このとき、何れの回転体にも欠歯部が形成されていないため、欠歯部であるか否かを判定する必要が無くなる。
【００２９】
制御装置は、このようにして算出したクランクシャフトの回転角度に基づいて、噴射タイミング、点火タイミングを把握してエンジンを制御する。
【００３０】
上述した例では、一方の回転体の歯数が３６、他方の回転体の歯数が３５の場合を説明したが、一方の回転体の歯数が３５、他方の回転体の歯数が３６であっても同様にして絶対クランク角度を判別することができる。また、一方の回転体の歯数が７２、他方の回転体の歯数が７１または７３であってもよい。歯数ｎの値を大きくすればそれだけ精度が向上する。
【００３１】
つまり、本発明による制御装置は、周上に複数の歯部が所定間隔に形成され、クランクシャフトの回転に同期して回転する回転体の前記歯部を検出する電磁ピックアップセンサからの入力パルスに基づいてクランク角度を判別する制御装置であって、クランクシャフトの回転に同期して回転する歯数ｎ（ｎは正整数）の歯部が等間隔に形成された回転体、及び歯数ｎ−１の歯部が等間隔に形成された回転体の二つの回転体のそれぞれに対応する二系統の入力パルスを入力する信号入力部と、信号入力部に入力された二系統の入力パルスの位相差に基づいてクランク角度を判別するクランク角度判別部を備えている。
【００３２】
そして、クランク角度判別部は、信号入力部に入力された二系統の入力パルスのエッジを検出するエッジ検出部と、エッジ検出部により検出された二系統の入力パルスの時間差を検出する時間差検出部と、一方の入力パルスから回転体の回転速度を検出する回転速度検出部を備え、時間差と回転速度から二系統の入力パルスの位相差を検出するのである。
【００３３】
尚、クランク角度判別部は、二系統のクランクパルス信号の立ち上がりエッジのずれ時間ΔＴを、連続して奇数回求め、その平均値を算出することにより、中央値のずれ時間ΔＴの精度を高めることが可能である。例えば、二系統のクランクパルス信号の立ち上がりエッジのずれ時間ΔＴを、連続して三回（ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３）計測し、ΔＴ＝（ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３）／３の演算処理を行うことにより、中央値ΔＴ２の精度を高めることができ、それに基づいて、ずれ時間ΔＴ３に対する絶対クランク角度を精度よく判別することができる。
【００３４】
以下、具体例を説明する。
【００３５】
図５に示すように、電磁ピックアップセンサ５，６からそれぞれ出力されるクランクパルス信号Ｓ１，Ｓ２が、波形整形回路であるシュミット回路１１，１２を介してエンジンを制御する電子制御装置４０に組み込まれたマイクロコンピュータ２０の入力ポート２１，２２に入力されている。
【００３６】
入力ポート２１，２２は、インプットキャプチャ機能を備えており、二系統のクランクパルス信号Ｓ１，Ｓ２のそれぞれの立ち上がりエッジで、ジェネラルタイマモジュール２４のタイマ値がキャプチャされる。
【００３７】
入力ポート２１でキャプチャされたタイマ値が回転数計測部２６に入力される。回転数計測部２６には、クランクパルス信号Ｓ１の各立ち上がりエッジでキャプチャされた隣接するエッジに対応するタイマ値の差分である平均パルス周期を算出するパルス周期演算部と、パルス周期演算部により算出されたパルス周期に基づいてクランクシャフトの回転数Ｎを算出する回転数算出部を備えている。
【００３８】
入力ポート２１でキャプチャされたタイマ値、及び、入力ポート２２でキャプチャされたタイマ値が位相差計測部２５に入力される。位相差計測部２５は、二系統のパルス信号Ｓ１，Ｓ２の立ち上がりエッジでキャプチャされたタイマ値の差分を算出する差分演算部を備え、立ち上がりエッジのずれ時間ΔＴを求める。
【００３９】
回転数計測部２６により算出されたクランクシャフトの回転数Ｎと、位相差計測部２５により算出されたずれ時間ΔＴが、クランク位置判別部２７に入力される。クランク位置判別部２７は、上述した数式、Δθ＝ΔＴ×３６０×Ｎ／（６０×１０００）に基づいて、ずれ時間ΔＴに対応するクランク角度Δθを算出し、当該クランク角度Δθに基づいて絶対クランク角度を算出する。
【００４０】
つまり、シュミット回路１１，１２、入力ポート２１，２２によって、二つの回転体のそれぞれに対応する二系統の入力パルスを入力する信号入力部が構成され、位相差計測部２５、回転数計測部２６、クランク位置判別部２７によって、信号入力部に入力された二系統の入力パルスの位相差に基づいてクランク角度を判別するクランク角度判別部が構成されている。
【００４１】
回転数計測部２６により算出されたクランクシャフトの回転数Ｎと、クランク位置判別部２７により判別された絶対クランク角度がエンジン制御部２８に入力されている。
【００４２】
マイクロコンピュータ２０の入力ポート２３には、クランクシャフトが二回転する間に一回転するカム軸に設けられ、歯数が単一の回転体の歯部を検出する電磁ピックアップセンサ７からのカム信号が入力され、当該カム信号もエンジン制御部２８に入力されている。
【００４３】
エンジン制御部２８は、カム信号の入力タイミングと、絶対クランク角度に基づいて気筒判別を行ない、絶対クランク角度に対応して所定の気筒に所定のタイミングで燃料噴射信号や点火信号を出力する。
【００４４】
尚、カム信号は所定の気筒の圧縮上死点に対して所定クランク角度手前で発生するようにカムシャフトに位置決めされている。
【００４５】
上述した位相差計測部２５、回転数計測部２６、クランク位置判別部２７の其々はハードウェア回路を用いて構成してもよく、また、マイクロコンピュータのプログラムにより構成してもよい。
【００４６】
以下、別実施形態を説明する。
【００４７】
上述した実施形態では、歯数が一歯だけ異なる二つの回転体１，２を、クランクシャフトに並列に取り付けた例を説明したが、二つの回転体１，２にそれぞれ等間隔で形成された歯の数が異なる歯数に設定されていればよい。少なくともクランクシャフトの一回転に伴って、各パルス信号の位相差が変動するため、その位相差に基づいて回転角度を算出することができるからである。
【００４８】
上述した実施形態では、歯数が一歯だけ異なる二つの回転体１，２を、クランクシャフトに並列に取り付けた例を説明したが、一方の回転体をクランクシャフトに取り付けるとともに、他方の回転体をカムシャフトに取り付けて、クランクシャフトの基準回転位置と、それに対応するカムシャフトの所定回転位置で、それぞれの歯が一致するように、つまり、両パルスのエッジが一致するように電磁ピックアップセンサを設けてもよい。
【００４９】
この場合、クランクシャフト二回転でカムシャフトが一回転するので、一方の回転体、つまりクランクシャフトに取り付けた回転体に対応するクランクパルス信号の二パルスに一回、他方の回転体、つまりカムシャフトに取り付けた回転体に対応するパルス信号との位相差を検出すればよい。
【００５０】
さらに、一方の回転体がクランクシャフトを設置し、他方の回転体をカムシャフトに設置し、第一の歯の歯数をｎ（ｎは正整数）に、第二の歯の歯数を２ｎ−１または２ｎ＋１に設定してもよい。このように構成すると、制御部は、クランクシャフトに取り付けた回転体に対応するパルス信号と、カムシャフトに取り付けた回転体に対応するパルス信号の位相差を連続的に検出して、クランク角度及び気筒を判別することができる。
【００５１】
このような構成を採用すれば、カム信号を生成するための別途の回転体を設けなくとも、気筒判別ができるようになる。
【００５２】
つまり、一方の回転体がクランクシャフトに設置され、他方の回転体がカムシャフトに設置され、クランク角度判別部が、時間差と回転速度から二系統の入力パルスの位相差に基づいてクランク角度と気筒を判別して、エンジンを制御する制御装置が実現できる。
【００５３】
つまり、本発明による制御装置は、車両に備わるエンジンを制御する制御装置であって、クランクシャフトの回転に同期して回転する第一円盤の周上に、第一の歯が等間隔で複数形成され、第一円盤の回転に伴って回転移動する歯を検出する度に第一のパルス信号を発信する第一検出部からの第一パルス信号と、前記クランクシャフトの回転に同期して回転する第二円盤の周上に、第一の歯の歯数と異なる歯数の第二の歯が等間隔で複数形成され、第二円盤の回転に伴って回転移動する歯を検出する度に第二のパルス信号を発信する第二検出部からの第二パルス信号とを入力する信号入力部と、信号入力部に入力された第一パルス信号と第二パルス信号の位相差に基づいてクランク角度を算出し、該算出結果に基づいてエンジン制御を実行する制御部と、を備えている。
【００５４】
尚、上述した実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（ａ）は従来のクランク角度判別装置の説明図、（ｂ）は従来のクランク角度判別装置のクランクパルス信号の説明図
【図２】本発明によるクランク角度センサの構成図
【図３】本発明によるクランク角度センサの信号説明図
【図４】本発明によるクランク角度センサの信号説明図
【図５】本発明によるクランク角度判別装置のブロック構成図
【符号の説明】
【００５６】
１：第一円盤（回転体）
２：第二円盤（回転体）
３：歯部
４：歯部
５：第一検出部（電磁ピックアップセンサ）
６：第二検出部（電磁ピックアップセンサ）
１０：クランクシャフト
２０：マイクロコンピュータ
１１，１２，２１，２２：信号入力部
２５，２６，２７：クランク角度判別部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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