(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のピストンクランク角位置にある気筒を判別する気筒判別手段と、
該気筒判別手段によりエンジンの停止直前に判別された気筒を記憶する記憶手段と、
クランク軸に同期して回転するシグナルプレートに対して単位クランク角度毎にそれぞれ複数形成された被検出部を検出して、前記単位クランク角度毎に異なるパルス幅の組み合わせの検出信号を出力する複数の検出手段と、
該複数の検出手段からそれぞれ出力される検出信号のパルス幅の組み合わせに基づいて、前記単位クランク角度毎にクランク角度を分離識別するクランク角度識別手段と、
前記記憶手段に記憶されている気筒判別結果と、前記クランク角度識別手段により識別されたクランク角度とに基づいて、各気筒のピストンクランク角位置を検出するピストンクランク角位置検出手段と、
を含んで構成されると共に、
前記複数の検出手段のうちの１つが、前記単位クランク角度毎に基準パルス幅の基準検出信号を出力し、
前記クランク角度識別手段が、前記１つの検出手段から出力される基準検出信号の基準パルス幅と他の検出手段から出力された検出信号のパルス幅との時間比を求め、該時間比に基づいて前記パルス幅の組み合わせを識別することを特徴とするエンジンのクランク角検出装置。
【請求項２】
前記複数からなる被検出部を、エンジンの停止状態において前記複数の検出手段と相対する角度領域付近にのみ形成させたことを特徴とする請求項１記載のエンジンのクランク角検出装置。
【請求項３】
前記基準パルス幅内で他の検出信号が出力される構成であり、検出信号の全てが非検出状態であったことを条件としてパルス幅の測定を行わせ、かつ、基準検出信号が検出状態から非検出状態に反転したときに、他の検出信号が全て非検出状態であったことを条件として、前記測定されたパルス幅に基づくクランク角度の識別を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンのクランク角検出装置。
【請求項４】
前記被検出部がシグナルプレートに設けられた突起部であって、前記複数の検出手段が電磁ピックアップからなり、前記被検出部としての突起部の回転方向の幅を異ならせることで、パルス幅の異なる検出信号が出力されるよう構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンのクランク角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンのクランク角検出装置に関し、特に、エンジン始動時におけるピストンクランク角位置の検出技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジン始動時にピストンクランク角位置の検出を早期に行わせる技術として、特開平５−３３２１７７号公報に開示されるようなものがあった。
このものは、気筒間の行程位相差に相当するクランク角度毎に出力され、噴射タイミングの基準として用いる基準角度信号のうちの１つを気筒判別用とし、該気筒判別用の基準角度信号から順番に燃料噴射気筒を決定する構成であって、エンジン停止時に最後の気筒判別結果を記憶させておいて、再始動時に最初の基準角度信号から燃料噴射制御が行えるようにしたものである。
【０００３】
エンジン停止時の気筒判別結果を記憶させておかないと、再始動時に初めて気筒判別用の基準角度信号が出力されるまでの間気筒判別が行えず、燃料噴射制御が行えないことになってしまうが、上記のように、エンジン停止時の気筒判別結果を記憶させておけば、最初の基準角度信号を、前回運転時の最後に出力された基準角度信号の次の信号として気筒判別を行うことができるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のクランク角度の検出は、基準角度信号を基準とする単位角度信号のカウントにより行う構成であったため、始動時に最初の基準角度信号が出力されるまでは、単位角度信号により回転角は検出できるもののクランク角度を識別することができなかった。従って、エンジン停止時に記憶された気筒判別結果に基づいて燃料噴射すべき気筒が分かっていても、クランク角度（ピストンクランク角位置）の検出が行えないために燃料噴射制御を行えず、最初の基準角度信号の出力を待って燃料噴射制御を開始させる必要があり、燃料噴射制御の開始が遅れることがあるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、エンジン始動時に最初の基準角度信号の出力を待たずにピストンクランク角位置の検出が行えるクランク角検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、図１に示すように構成される。
図１において、気筒判別手段は所定のピストンクランク角位置にある気筒を判別し、記憶手段は、気筒判別手段によりエンジンの停止直前に判別された気筒を記憶する。
【０００７】
また、複数の検出手段は、クランク軸に同期して回転するシグナルプレートに対して単位クランク角度毎にそれぞれ複数形成された被検出部を検出して、前記単位クランク角度毎に異なるパルス幅の組み合わせの検出信号を出力する。
クランク角度識別手段は、前記複数の検出手段からそれぞれ出力される検出信号のパルス幅の組み合わせに基づいて、前記単位クランク角度毎にクランク角度を分離識別する。
そして、ピストンクランク角位置検出手段は、エンジン始動時に、前記記憶手段に記憶されている気筒判別結果と、前記クランク角度識別手段により識別されたクランク角度とに基づいて、各気筒のピストンクランク角位置を検出する。
【０００８】
かかる構成によると、クランク角度識別手段が、クランク角度を単位クランク角度毎に分離識別する構成であって、エンジン始動時には、停止状態からクランキングにより回転し始めれば、そのときのクランク角度が直ちに何度であるかが検出される。一方、前回の運転時における最後の気筒判別結果が記憶されているから、前記検出されるクランク角度に基づき各気筒のピストンクランク角位置をクランキング開始直後から確実に特定できるものである。
ここで、各検出手段から出力される検出信号のパルス幅をそれぞれに検出し、該検出されたパルス幅の組み合わせパターンと、予め設定されている単位クランク角度毎の組み合わせパターンとから、クランク角度を単位クランク角度毎に分離識別するが、パルス幅の組み合わせパターンは、基準パルス幅と他のパルス幅との時間比に基づいて判断される。
即ち、１つの検出手段からは、一定のクランク角度である基準パルス幅の検出信号が単位クランク角度毎に出力されるように構成し、他の検出器からは前記基準パルス幅とは異なるパルス幅の検出信号が出力されるようにし、それぞれのパルス幅を検出して、基準パルス幅に対する他のパルス幅の時間比を算出する。
【００１１】
請求項２記載の発明では、前記複数からなる被検出部を、エンジンの停止状態において前記複数の検出手段と相対する角度領域付近にのみ形成させる構成とした。
かかる構成によると、エンジン停止状態からクランキングにより回転し始めたときにクランク角度が識別されれば、その後は、前記識別されたクランク角度を基準とする単位クランク角度のカウントによってクランク角度を識別できるので、単位クランク角度を検出するための被検出部は、全周に渡って形成させるものの、該単位クランク角度信号を分離識別するための被検出部は、エンジンの停止位置に該当する角度領域付近に限定して設ける。
【００１４】
請求項３記載の発明では、前記基準パルス幅内で他の検出信号が出力される構成であり、検出信号の全てが非検出状態であったことを条件としてパルス幅の測定を行わせ、かつ、基準検出信号が検出状態から非検出状態に反転したときに、他の検出信号が全て非検出状態であったことを条件として、前記測定されたパルス幅に基づくクランク角度の識別を行う構成とした。
【００１５】
かかる構成によると、基準検出信号が非検出状態であるときには、他の検出信号も全て非検出状態となるから、基準検出信号が検出状態に反転する前の段階では、全ての検出信号が非検出状態であるはずであり、全ての検出信号が非検出状態である状態を経験していないときには、基準パルス幅の途中からの計測などによって正確なパルス幅の測定は行えないことになる。そこで、パルス幅の計測開始を、全ての検出信号が非検出状態である状態を経験していることを条件として行わせる。
【００１６】
一方、基準検出信号が検出状態から非検出状態に反転したときに、他の検出信号も全て非検出状態になっているはずであり、この条件が満たされていないときには、ノイズなどの影響によってパルス幅測定が正確に行われなったことが推定されることになるので、前記条件が満たされたときにのみクランク角度の識別を行わせる。
【００１７】
請求項４記載の発明では、前記被検出部がシグナルプレートに設けられた突起部であって、前記複数の検出手段が電磁ピックアップからなり、前記被検出部としての突起部の回転方向の幅を異ならせることで、パルス幅の異なる検出信号が出力されるよう構成した。
かかる構成によると、電磁ピックアップは、突起部の周方向の幅に相当するパルス幅の検出信号を出力することになるので、前記突起部の幅を同一クランク角度に複数に異ならせることで、パルス幅が相互に異なる検出信号を出力させる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、エンジン始動直後に各気筒のピストンクランク角位置を検出することができるため、例えば燃料噴射制御においては、クランキングの初期から燃料噴射制御を開始することができ、始動性を向上させることができると共に、予め検出信号のパルス幅の組み合わせパターンを単位クランク角度毎に記憶しておくことで、クランク角度を単位クランク角度毎に容易に分離識別することができ、かつ、基準パルス幅に対する時間比は、回転速度が急変しても大きな誤差を生じることがなく、クランキング中の回転変動に対してクランク角度を信頼性高く検出できるという効果がある。
【００１９】
請求項２記載の発明によると、単位クランク角毎の複数の被検出部を、角度領域を限定して形成することができ、部品コストを低減できるという効果がある。
【００２０】
請求項３記載の発明によると、検出パルスの途中からのパルス幅測定や、ノイズによるパルス幅測定の誤差に影響されて、クランク角度が誤検出されることを回避できるという効果がある。
【００２１】
請求項４記載の発明によると、汚れ等に影響されることが少なく、安定的にクランク角度を検出でき、以って、クランキング初期からのピストンクランク角位置の検出を確実に行わせることができるという効果がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は、実施の形態におけるエンジンのシステム構成図である。
この図２において、エンジン１には、スロットル弁２を介して吸入空気が吸引される一方、各気筒毎に設けられた燃料噴射弁３によって燃料が供給されて燃焼混合気が形成され、前記燃焼混合気は、図示しない点火詮による火花点火によって着火燃焼する。
【００２３】
尚、燃料噴射弁３は、各気筒の吸気ポート部分に燃料を噴射する構成の他、シリンダ内に直接燃料を噴射する構成であっても良い。
前記燃料噴射弁３による燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するコントロールユニット４には、各種センサからの検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて燃料噴射量を算出すると共に、該算出された燃料噴射量による燃料噴射を各気筒の吸気行程（或いは圧縮行程）にタイミングを合わせて行わせるべく各気筒毎に燃料噴射時期を制御する。
【００２４】
前記各種センサとしては、カム軸に軸支されたシグナルプレートの被検出部を検出することでカムポジションを検出するセンサであって、各気筒の基準ピストンクランク角位置毎（例えばＴＤＣ毎であって、４気筒エンジンで180 °ＣＡ毎）に気筒判別機能付きの基準角度信号ＲＥＦを出力する基準角センサ５、クランク軸に軸支された（例えば、フライホイールに取り付けられた）シグナルプレートの被検出部を検出することで、単位クランク角度毎（１°又は２°毎）の単位角度信号ＰＯＳを出力する単位角センサ６などが設けられている。
【００２５】
前記基準角センサ５から出力される基準角度信号ＲＥＦは、図３に示すように、立ち上がり時期はそれぞれ基準ピストンクランク角位置に統一される一方、相互に異なるパルス波形として出力されるようになっており、かかるパルス波形を識別することで、各基準角度信号ＲＥＦを燃料噴射タイミングの基準として各気筒に対応させる気筒判別が行えるようになっている（気筒判別手段）。図３に示す例では、＃１，＃２，＃４にそれぞれ対応する基準角度信号ＲＥＦは、相互に異なるパルス幅の信号として出力され、＃３気筒に対応する基準角度信号ＲＥＦは、連続した２つのパルス信号として出力されるようになっている。
【００２６】
尚、前記基準角度センサ５の検出方式は、光学式，磁気式などのいずれであっても良い。また、基準角度信号ＲＥＦとは別に、例えばパルス数で気筒を示す気筒判別信号ＰＨＡＳＥが基準角度信号ＲＥＦの発生間隔において出力される構成であっても良く、この場合には、気筒判別信号ＰＨＡＳＥ信号をカムポジションとして検出させ、基準角度信号ＲＥＦ及び単位角度信号ＰＯＳをクランクポジションとして検出させることができる。
【００２７】
また、クランク角度識別手段を構成する前記単位角センサ６は、図４に示すように、クランク軸に軸支されたシグナルプレート11の外周面に単位クランク角度毎に被検出部としての突起部（歯）12を形成し、この突起部12を電磁ピックアップ（検出手段）13で検出することで、前記突起部12毎のパルス信号を出力する構成となっている。尚、詳細には、電磁ピックアップ13からの交流出力が成形回路を介してパルス信号に変換されるが、各電磁ピックアップ13が成形回路を含むものとし、電磁ピックアップ13の検出出力を、突起部12を検出したときにＯＮとなるパルス信号として説明する。
【００２８】
ここで、４気筒エンジンの場合で突起部12のＴＤＣ（ＢＤＣ）±30°に相当する部分（図５参照）においては、図６に示すように、前記突起部12が同一クランク角度毎に軸方向に４分割（12ａ〜12ｄ）されており、該４分割位置に対応させて４つの電磁ピックアップ13ａ〜13ｄが対向配置される。
図６（Ａ）に示すように、４分割される突起部12の１つ（12ａ）は、単位クランク角度毎に同一の周方向幅（クランク角）に形成されており、この突起部12ａを検出する電磁ピックアップ13ａから、図７に示すように、単位クランク角度毎に同一クランク角度の基準パルス幅の単位角度信号ＰＯＳ（基準検出信号）が出力される。
【００２９】
一方、他の３つの突起部12ｂ〜12ｄは、前記単位角度信号ＰＯＳそれぞれが対応するクランク角度を分離識別するために設けられたものであり、各クランク角度毎に突起部12ｂ〜12ｄの周方向の幅（図６では幅を黒の塗りつぶしで示す）の組み合わせを異ならせ、これらを検出する電磁ピックアップ13ｂ〜13ｄからはクランク角度毎に異なるパルス幅の組み合わせのパルス信号が出力されるようにしてある。
【００３０】
具体的には、突起部12ｂ〜12ｄの周方向の幅が、突起部12ａの幅を基準幅として、０，１／４，２／４，３／４，４／４幅のいずれかに形成されるようになっており、かつ、突起部12ｂ〜12ｄの回転方向で前端側の立ち上がりが、突起部幅に関わらずに前記突起部12ａと一致するようにし、各突起部12ａ〜12ｄを検出したパルス信号は同期して立ち上がるようにしてある。例えば、図７において、ＡＴＤＣ１°ＣＡの位置では、電磁ピックアップ13ａの出力パルス幅（ＯＮ時間）ａに対して、電磁ピックアップ13ｂの出力パルス幅は１／４（パルス幅ｂ）であり、更に、残る２つの電磁ピックアップ13ｃ，13ｄはパルスを出力せずにＯＦＦ状態を保持する。
【００３１】
尚、図５に示す４分割角度領域以外の角度領域では、突起部12が分割されずに突起部12ａの幅と同じ周方向幅に形成されて、各電磁ピックアップ13ａ〜13ｄは同じパルス信号を出力するよう構成するか、突起部12ｂ〜12ｄは全て平らに形成され、電磁ピックアップ13ｂ〜13ｄがＯＦＦ状態を保持する構成としても良い。
予めコントロールユニット４には、前記電磁ピックアップ13ｂ〜13ｄからの検出信号の組み合わせ（最大で５3 パターン）とクランク角度との相関が記憶されており、前記電磁ピックアップ13ｂ〜13ｄそれぞれからの検出信号の組み合わせに基づいて、４分割される角度領域（２つの60°ＣＡ範囲）においては、そのときのクランク角度を単位クランク角度毎に分離識別できるようになっている。
【００３２】
ところで、前記４分割角度領域は、エンジンの停止位置に相当する領域であり、通常のエンジン停止時であれば、電磁ピックアップ13が前記４領域内のいずれかの部分に対向するような領域として設定されている。後述するように、前記４分割によるクランク角度の分離識別は、エンジン始動直後に要求されるものであるから、全周において突起部を分割する必要はなく、必要な角度領域のみに設けることで構成を簡略化している。
【００３３】
尚、直列４気筒では前述のように、ＴＤＣ±30°がエンジン停止位置となるが、直列６気筒ではＡＴＤＣ60°±30°の範囲がエンジン停止位置となるので、120 °毎に60°の範囲で突起部12を分割する構成とすれば良い。
図８のフローチャートは、上記構成の基準角センサ５，単位角センサ６を用いて行われるピストンクランク位置の検出の様子（クランク角度識別手段及びピストンクランク角位置検出手段）を示すものである。
【００３４】
まず、Ｓ１では、スタータスイッチがＯＮされたか否かを判別する。そして、スタータスイッチがＯＮされると、Ｓ２へ進み、前回のエンジン停止直前における気筒判別の結果を読み込む。本実施の形態では、基準角度信号ＲＥＦを識別して気筒判別を行うが、最新の気筒判別結果が、コントロールユニット４のメモリ（記憶手段）に更新記憶され、かつ、該記憶結果をエンジン停止中においても保持するようになっており、この記憶内容をエンジン始動時に読み出せば、前回のエンジン停止直前に判別された気筒を読み込むことになる。
【００３５】
次のＳ３では、電磁ピックアップ13ａ〜13ｄの検出出力を読み込む。
尚、スタータスイッチがＯＮされた直後であれば、前記電磁ピックアップ13ａ〜13ｄは、４分割領域のいずれかの部分を検出することになる。
Ｓ４では、電磁ピックアップ13ａ〜13ｄの検出信号が全てＯＦＦであるか否かを判別する。
【００３６】
電磁ピックアップ13ａ〜13ｄのいずれかの検出信号がＯＮであるときには、エンジンの停止位置が、電磁ピックアップ13ａ〜13ｄと突起部12とが対向する位置であった可能性があり、このときには、突起部12の周方向の幅に対応するパルス幅を正確に測定できないことになるので、一旦全ての出力がＯＦＦになるまで待機させる。
【００３７】
そして、全ての出力がＯＦＦになると、Ｓ５へ進み、電磁ピックアップ13ａの出力がＯＮになったか否かを判別する。
そして、電磁ピックアップ13の出力ａがＯＮになると、Ｓ６へ進んで各電磁ピックアップ13ａ〜13ｄからの出力のＯＮ時間（パルス幅）を計測する。本実施の形態では、電磁ピックアップ13ａのパルスの立ち上がりに同期して、他の電磁ピックアップ13ｂ〜13ｄのパルスが立ち上がるので、計測の開始タイミングを電磁ピックアップ13ａのパルスが立ち上がったときとするものである。
【００３８】
次のＳ７では、電磁ピックアップ13ａの出力がＯＦＦになったか否かを判別し、ＯＦＦになるまでＯＮ時間の計測を継続させ、電磁ピックアップ13ａの出力がＯＦＦになるとＳ８へ進む。
Ｓ８では、電磁ピックアップ13ｂ〜13ｄの出力が全てＯＦＦになっているか否かを判別する。本実施の形態の場合、ＯＮ時間の最大は電磁ピックアップ13ａの出力時間であり、電磁ピックアップ13ａがＯＦＦになった後も、電磁ピックアップ13ｂ〜13ｄの出力がＯＮ状態を保持する構成ではない。従って、Ｓ８で、電磁ピックアップ13ｂ〜13ｄの出力が全てＯＦＦになっていないと判断されたときには、ノイズの重畳によってＯＮ時間（パルス幅）の計測が誤って行われている可能性がある。
【００３９】
そこで、Ｓ７で電磁ピックアップ13ａの出力がＯＦＦになったことが確認された時点で、他の電磁ピックアップ13ｂ〜13ｄの出力がＯＦＦになっていないときには、ＯＮ時間の計測結果に基づくクランク角度の識別を行わずに、Ｓ４へ戻って、ＯＮ時間（パルス幅）の計測をやり直させる。
一方、Ｓ８で電磁ピックアップ13ｂ〜13ｄの出力が全てＯＦＦであると判別されたときには、Ｓ９へ進み、計測されたＯＮ時間（パルス幅）に基づいてクランク角度を識別する（クランク角度識別手段）。
【００４０】
前記クランク角度の識別は、電磁ピックアップ13ａの出力のＯＮ時間に対する他の電磁ピックアップ13ｂ〜13ｄのＯＮ時間比率を求め、該ＯＮ時間比率の組み合わせ（例えば25％，０％，０％）に基づいて行う構成とすれば、そのときのエンジン回転速度に影響を受けず、また、クランキング中の回転変動に大きな影響を受けずにＯＮ時間（パルス幅）の組み合わせを判断することができる。
【００４１】
Ｓ９でクランク角度が識別されると、Ｓ10へ進み、噴射タイミングであるか否かを判別する。即ち、エンジン停止直前の気筒判別結果が記憶されている一方、上記のようにしてクランキング直後のクランク角度が単位クランク角度毎に分離識別されるから、クランキング直後であって最初の基準角度信号ＲＥＦが出力される前であっても、各気筒のピストンクランク角位置を特定できることになり、噴射すべき気筒及び噴射時期を検出できるものである。
【００４２】
例えば、単位クランク角度毎のクランク角度の分離識別によって、ＡＴＤＣ10°ＣＡの位置であることが識別されても、これがどの気筒のＡＴＤＣ10°ＣＡに相当するものであるかの区別がつかないと燃料噴射が行えないことになるが、エンジン停止時の気筒判別結果から、前記ＡＴＤＣ10°ＣＡになっている気筒を判別でき、以て、基準角度信号ＲＥＦの出力前に噴射すべき気筒及び燃料噴射のタイミングを検出できるものである。
【００４３】
尚、４分割された突起部12の検出によってクランク角度を単位クランク角度毎に分離識別した後は、該分離識別したクランク角度を基準とする単位角度信号ＰＯＳのカウントによってクランク角度（ピストンクランク角位置）を検出できる。即ち、通常は、基準角度信号ＲＥＦを基準とする単位角度信号ＰＯＳのカウントによってクランク角度を検出するが、始動時の最初の基準角度信号ＲＥＦが出力される前においては、上記のパルス幅の組み合わせに基づいて識別されるクランク角度を基準として単位角度信号ＰＯＳをカウントすることで、クランク角度を検出するものである。
【００４４】
上記実施の形態では、単位角センサ６を、突起部12と電磁ピックアップ13とから構成される電磁式としたが、光の反射又は透過によって検出信号を出力する光学式のセンサを用いる構成であっても良い。
また、上記のパルス幅の組み合わせでクランク角度を識別させる構成において、同一の電磁ピックアップから単位クランク角度毎に複数のパルスが出力される構成とし、電磁ピックアップ相互間におけるパルス幅の組み合わせの他に、同一電磁ピックアップにおけるパルス幅の組み合わせを用いる構成としても良い。
【００４６】
また、被検出部を、シグナルプレートの外周面に設けるのではなく、軸方向端面に設ける構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載のクランク角検出装置の基本構成ブロック図。
【図２】実施の形態のエンジンのシステム構成図。
【図３】実施の形態における基準角度信号ＲＥＦを示す図。
【図４】実施の形態における単位角センサを示す斜視図。
【図５】実施の形態においてクランク角度の単位クランク角度毎の分離識別゛行う角度領域を示す図。
【図６】実施の形態における単位角センサの詳細な構造を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図。
【図７】実施の形態における単位角センサの出力パルスの例を示すタイムチャート。
【図８】実施の形態におけるピストンクランク角位置の検出の様子を示すフローチャート。
【符号の説明】
１    エンジン
２    スロットル弁
３    燃料噴射弁
４    コントロールユニット
５    基準角センサ
６    単位角センサ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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