(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒のピストンに連結されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトに連結されたカムシャフトを有する内燃機関の気筒判別方法であって、
周縁部の全周に渡って基準角度毎に設けられている多数の歯と、前記歯の欠けた部位であり、所定角度毎に設けられている欠歯部とを備えるクランク角検出用ロータを前記クランクシャフトに装着した状態で、クランク角センサによって前記クランク角検出用ロータの欠歯部を検出することにより、前記クランクシャフトが複数の所定角度位置のいずれに位置するかを示すクランク角情報を求める工程と、
ほぼ180°に渡り設けられている大径部と小径部とを備えるカム角検出用ロータを前記カムシャフトに装着した状態で、カム角センサによって前記カム角検出用ロータの大径部あるいは小径部を検出することにより、前記カムシャフトが180°に渡る区間のいずれに位置するかを示すカム角情報を求める工程と、
前記クランク角情報とカム角情報とに基づいて気筒判別を行う工程と、
を有することを特徴とする内燃機関の気筒判別方法。
【請求項２】
請求項１に記載された内燃機関の気筒判別方法であって、
クランク角情報を求める工程では、クランク角検出用ロータの歯を検出するクランク角センサが、任意の歯を検出したタイミングからその次の歯を検出するタイミングまでの間の時間間隔を記憶し、前回測定した時間間隔よりも今回測定した時間間隔が２倍以上であれば、欠歯部と判定することを特徴とする内燃機関の気筒判別方法。
【請求項３】
各気筒のピストンに連結されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトに連結されたカムシャフトを有する内燃機関の気筒判別装置であって、
前記クランクシャフトに装着されており、周縁部の全周に渡って基準角度毎に設けられている多数の歯と、前記歯の欠けた部位であり、所定角度毎に設けられている欠歯部とを備えるクランク角検出用ロータと、
前記クランク角検出用ロータの欠歯部を検出することにより、前記クランクシャフトが複数の所定角度位置のいずれに位置するかを示すクランク角情報を出力するクランク角情報出力手段と、
前記カムシャフトに装着されており、ほぼ180°に渡り設けられている大径部と小径部とを備えるカム角検出用ロータと、
前記カム角検出用ロータの大径部あるいは小径部を検出することにより、前記カムシャフトが180°に渡る区間のいずれに位置するかを示すカム角情報を出力するカム角情報出力手段と、
前記クランク角情報とカム角情報とに基づいて気筒判別を行う気筒判別手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の気筒判別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃燃機関の気筒を判別する内燃機関の気筒判別方法及び気筒判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に用いられている内燃機関は、各気筒のピストンをクランクシャフトに連結することによってピストンの往復運動を回転運動に変換して取り出している。
ここで、吸気、圧縮、膨張、排気の４行程のサイクルをクランクシャフトの２回転で行なう４サイクル内燃機関を多気筒連結している場合には、クランクシャフトの回転角度を検出するのみではどの気筒が点火時期、燃料噴射時期、排気位置等にあるか、すなわち気筒判別を正確に行なうことができない。
このため、通常は、クランクシャフトにタイミングベルト等の連結手段を介して連結され、吸排気弁を開閉させるためのカムを有するカムシャフトの回転角度とクランクシャフトの回転角度とを検出し、両シャフトの回転角度に基づいて気筒判別を行なっている。
【０００３】
従来、特開平５−１３３２６８号公報に記載されているような内燃機関の気筒判別装置が知られている。しかしながら、この内燃機関の気筒判別装置は、クランクシャフトが３６０度回転しないと気筒判別を行うことができないため、エンジン始動時における点火制御や燃料噴射制御等の開始時期が遅れるという問題点があった。
そこで、特開平７−４３００号公報に記載されているような、クランクシャフトが３６０度回転する前に気筒判別を行うことができる内燃機関の気筒判別装置が開発されている。この内燃機関の気筒判別装置に用いられているカム角検出用ロ−タ及びクランク角検出用ロ−タを図４ａ及び図４ｂに示す。
カムシャフトに連結されているカム角検出用ロ−タ１００は、強磁性材料により形成され、１８０度に渡る大径部１０１と、１８０度に渡る小径部１０２が設けられている。また、大径部１０１の回転方向始端より９０度〜１００度に渡り小径部１０２と同一径の凹部１０３が設けられ、小径部１０２の回転方向始端より８０度〜９０度に渡り大径部１０１と同一径の凸部１０４が設けられている。このカム角検出用ロ−タ１００の外周に対向してホ−ル素子や磁気抵抗素子を用いた磁気センサ等のカム角センサ１１０が配設されている。カム角センサ１１０は、例えばクランクシャフトが４番気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）位置にある状態で小径部１０２の回転方向始端より５度の位置に配設されている。
一方、クランクシャフトに連結されているクランク角検出用ロ−タ１２０は、強磁性材料で形成され、１０度間隔で歯１２１が設けられているとともに、連続する２つの歯を欠き落とした欠歯部１２３が設けられている。このクランク角検出用ロ−タ１２０の外周に対向してホール素子や磁気抵抗素子を用いた磁気センサ等のクランク角センサ１３０が配設されている。クランク角センサ１３０は、例えばクランクシャフトが４番気筒の圧縮上死点の位置にある状態で欠歯部１２３の回転方向終端位置に配設されている。
カム角センサ１１０から出力されるカム角信号、クランク角センサ１３０から出力されるクランク角信号は、例えばカム角検出用ロ−タ１００、クランク角検出用ロ−タ１２０の外周との間隔が狭い時にＨｉ、広い時にＬｏとなる。
また、カム角センサ１１０からのカム角信号及びクランク角センサ１３０からのクランク角信号に基づいて気筒判別を行う気筒判別手段が設けられている。
【０００４】
この従来の内燃機関の気筒判別装置は、カム角信号及びクランク角信号に基づいて図５に示すように気筒判別を行う。
まず、クランク角信号の立上りから次の立上りまでの時間間隔、すなわちパルス間隔Ｔ（ｎ）を測定する。
そして、今回のパルス間隔Ｔ（ｎ）が前回のパルス間隔Ｔ（ｎ−１）より大きいか否かを判断し、大きい時、すなわち欠歯部１２３の位置にある時は、クランクシャフトがクランク角で０度か３６０度の位置にあると認識する。次いで、カム角信号がＨｉであるかＬｏであるかを判断し、Ｈｉであれば１番気筒の圧縮上死点位置であり、Ｌｏであれば４番気筒の圧縮上死点位置であると認識する。
一方、今回のパルス間隔Ｔ（ｎ）が前回のパルス間隔Ｔ（ｎ−１）より大きくない時、すなわち歯１２１の位置にある時は、クランクシャフトがクランク角で１８０度あるいは５４０度の位置にある状態を検出する。例えば、クランク角信号のパルスを２個計数する間にカム角信号がＨｉ→Ｌｏ→ＨｉあるいはＬｏ→Ｈｉ→Ｌｏに変化する時点を検出する。そして、その時にカム角信号がＨｉであれば３番気筒の圧縮上死点位置であると認識し、Ｌｏであれば２番気筒の圧縮上死点位置であると認識する。さらに、この時のパルス間隔Ｔ（ｎ）に基づいてエンジン回転数を検出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関の気筒判別装置は、クランクシャフトがクランク角で０度あるいは３６０度の位置にあることはクランク角検出用ロ−タの欠歯部１２３の検出とカム角信号のレベルとによって認識することができる。しかしながら、クランクシャフトがクランク角で１８０度あるいは５４０度の位置にあることはクランク角信号のパルスを２個計数する間にカム角信号がＨｉ→Ｌｏ→ＨｉあるいはＬｏ→Ｈｉ→Ｌｏに変化する時点を検出する必要がある。このため、複雑な処理が必要となり、気筒判別装置の負担が大きい。
本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、簡単な処理で、早期に気筒判別を行うことができる内燃機関の気筒判別方法及び気筒判別装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、各気筒のピストンに連結されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトに連結されたカムシャフトを有する内燃機関の気筒判別方法であって、周縁部の全周に渡って基準角度毎に設けられている多数の歯と、前記歯の欠けた部位であり、所定角度毎に設けられている欠歯部とを備えるクランク角検出用ロータを前記クランクシャフトに装着した状態で、クランク角センサによって前記クランク角検出用ロータの欠歯部を検出することにより、前記クランクシャフトが複数の所定角度位置のいずれに位置するかを示すクランク角情報を求める工程と、ほぼ180°に渡り設けられている大径部と小径部とを備えるカム角検出用ロータを前記カムシャフトに装着した状態で、カム角センサによって前記カム角検出用ロータの大径部あるいは小径部を検出することにより、前記カムシャフトが180°に渡る区間のいずれに位置するかを示すカム角情報を求める工程と、前記クランク角情報とカム角情報とに基づいて気筒判別を行う工程とを有することを特徴とする。
この内燃機関の気筒判別方法を用いれば、簡単な処理で、早期に気筒判別を行うことができる。
請求項２の発明によれば、クランク角情報を求める工程では、クランク角検出用ロータの歯を検出するクランク角センサが、任意の歯を検出したタイミングからその次の歯を検出するタイミングまでの間の時間間隔を記憶し、前回測定した時間間隔よりも今回測定した時間間隔が２倍以上であれば、欠歯部と判定することを特徴とする。
請求項３の発明は、各気筒のピストンに連結されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトに連結されたカムシャフトを有する内燃機関の気筒判別装置であって、前記クランクシャフトに装着されており、周縁部の全周に渡って基準角度毎に設けられている多数の歯と、前記歯の欠けた部位であり、所定角度毎に設けられている欠歯部とを備えるクランク角検出用ロータと、前記クランク角検出用ロータの欠歯部を検出することにより、前記クランクシャフトが複数の所定角度位置のいずれに位置するかを示すクランク角情報を出力するクランク角情報出力手段と、前記カムシャフトに装着されており、ほぼ180°に渡り設けられている大径部と小径部とを備えるカム角検出用ロータと、前記カム角検出用ロータの大径部あるいは小径部を検出することにより、前記カムシャフトが180°に渡る区間のいずれに位置するかを示すカム角情報を出力するカム角情報出力手段と、前記クランク角情報とカム角情報とに基づいて気筒判別を行う気筒判別手段とを有することを特徴とする。
請求項３に記載の内燃機関の気筒判別装置を用いれば、構成が簡単である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１ａは本発明の一実施の形態で用いるカム角検出用ロ−タを、図１ｂはクランク角検出用ロ−タを示す。本実施の形態は、８気筒エンジンに適用したものである。
カム角検出用ロ−タ１０は、強磁性体で形成され、カム角検出用ロ−タ１０が１８０度の区間のいずれに位置しているかを示すカム角情報を形成する大径部１１と小径部１２がほぼ１８０度に渡り設けられている。このカム角検出用ロ−タ１０の外周に対向して、大径部１１及び小径部１２を検出するホ−ル素子や磁気抵抗素子を用いた磁気センサ等のカム角センサ２０が配設されている。
クランク角検出用ロ−タ３０は、強磁性体で形成され、基準角度、図１ｂでは１０度毎に歯３１が設けられている。また、クランク角検出用ロ−タ３０には、クランク角検出用ロ−タ３０が複数の所定回転角度位置のいずれに位置しているかを示すクランク角情報を形成する部材が設けられている。図では、０度の回転角度位置を示すために１個の歯が欠き落とされた２０度の欠歯部３３、９０度の回転角度位置を示すために２個の歯が欠き落とされた３０度の欠歯部３４、１８０度の回転角度位置を示すために３個の歯が且つき落とされた４０度の欠歯部３５、２７０度の回転角度位置を示すために４個の歯が欠き落とされた５０度の欠歯部３６が設けられている。このクランク角検出用ロ−タ３０の外周に対向して、歯３１、欠歯部３３〜３６を検出するホ−ル素子や磁気抵抗素子を用いた磁気センサ等のクランク角センサ４０が配設されている。
カム角センサ２０及びクランク角センサ４０の出力信号は、カム角検出用ロ−タ１０及びクランク角検出用ロ−タ３０との距離が小さい場合にＨｉ、大きい場合にＬｏとなる。
なお、カム角検出用ロ−タ１０とカム角センサ２０とによって本発明のカム角情報出力手段が構成され、クランク角検出用ロ−タ３０とクランク角センサ４０とによって本発明のクランク角情報出力手段が構成されている。
【０００８】
次に、本発明の内燃機関の気筒判別装置の一実施の形態の構成を図２に示す。気筒判別装置は、カム角検出用ロ−タ（図示せず）、カム角センサ２０、クランク角検出用ロ−タ（図示せず）、クランク角センサ４０、気筒判別手段５０に等より構成されている。
気筒判別手段５０は、中央演算処理回路（ＭＰＵ）５１、中央演算処理回路５１等にマスタ−クロックを供給するクロック発生器５２、クランク角センサ４０から出力されるクランク角信号をパルス信号に波形整形するパルス判別回路５３、カム角センサ２０からのカム角信号やパルス判別回路５３により波形整形されたクランク角センサ４０からのクランク角信号を入力する入力ポ−ト５４、処理プログラム等を格納したリ−ドオンリメモリ（ＲＯＭ）５５、作業領域等として用いられるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５５、これらを接続するバスライン５７を備えている。なお、パルス判別回路はセンサに内蔵されている場合もある。
【０００９】
気筒判別手段５０による気筒判別処理を図３に示すタイムチャ−ト図を用いて説明する。なお、図３のクランク角信号は、クランク角センサ４０が歯３１を検出している時にＬｏ、欠歯部３３〜３６を検出している時にＨｉとなっている。まず、気筒判別手段５０は、クランク角センサ４０から出力されるクランク角信号の各周期の時間間隔Ｔ（ｎ）を計測する。各周期の時間間隔Ｔ（ｎ）は、例えば、クランク角信号の立上りから立下りまでの時間間隔（Ｈｉ時間間隔）ＴＨ（ｎ）及び立下りから立上りまでの時間間隔（Ｌｏ時間間隔）ＴＬ（ｎ）を計測し、Ｔ（ｎ）＝ＴＨ（ｎ）＋ＴＬ（ｎ）により計測する。本実施の形態では、歯３１が設けられている基準角度部分に対応する時間間隔をｔ０とした場合、欠歯部３３、３４、３５、３６に対応する時間間隔ｔ１〜ｔ４が、ｔ１＝２ｔ０、ｔ２＝３ｔ０、ｔ３＝４ｔ０、ｔ４＝５ｔ０となるように設定している。
【００１０】
次に、計測した時間間隔Ｔ（ｎ）と前回の時間間隔Ｔ（ｎ−１）とに基づいてクランク角検出用ロ−タ３０の回転角度位置を認識する。例えば、時間間隔の比［Ｔ（ｎ）／Ｔ（ｎ−１）］を求め、求めた比がほぼ１の時には０度、９０度、１８０度、２７０度以外の回転角度位置にあると認識し、比がほぼ２の時には欠歯部３３、すなわち０度の回転角度位置にあると認識し、比がほぼ３の時には欠歯部３４、すなわち９０度の回転角度位置にあると認識し、比がほぼ４の時には欠歯部３５、すなわち１８０度の回転角度位置にあると認識し、比がほぼ５の時には欠歯部３６、すなわち２７０度の回転角度位置にあると認識する。
４サイクル内燃機関はクランクシャフトの２回転によって各行程を実行するため、クランクシャフトの回転角度位置を認識しただけでは正確に気筒判別を行なうことができない。
そこで、このようにして認識したクランクシャフトの回転角度位置とカム角センサ２０から出力されるカム角信号に含まれているカム角情報、この場合カム角信号のＨｉあるいはＬｏ状態とに基づいて気筒判別を行なう。
【００１１】
時間間隔の比がほぼ１の時は、クランク角検出用ロ−タ３０が０度、９０度、１８０度、２７０度以外の回転角度位置にあるため気筒判別を行うことができない。しかしながら、この時はクランク角検出用ロ−タ３０が基準角度、図では１０度回転したことになるから、求めた時間間隔Ｔ（ｎ）に基づいてエンジンの回転数を求める。エンジンの回転数は、例えば、６０／［３６×Ｔ（ｎ）］により求めることができる。
一方、時間間隔の比がほぼ１でない時は、クランク角検出用ロ−タ３０が０度、９０度、１８０度、２７０度のいずれかの回転角度位置にあるから、カム角信号がＨｉかＬｏかを判断して気筒判別を行う。
時間間隔の比がほぼ２でカム角信号がＬｏの場合には、クランク角検出用ロ−タ３０がクランク角で０度の位置、すなわち１番気筒の圧縮上死点、６番気筒の排気上死点の位置にあると認識する。
時間間隔の比がほぼ２でカム角信号がＨｉの場合には、クランクシャフトがクランク角で３６０度の位置、すなわち６番気筒の圧縮上死点、１番気筒の排気上死点の位置にあると認識する。
時間間隔の比がほぼ３でカム角信号がＬｏの場合には、クランクシャフトがクランク角で９０度の位置、すなわち８番気筒の圧縮上死点、５番気筒の排気上死点の位置にあると認識する。
時間間隔の比がほぼ３でカム角信号がＨｉの場合には、クランクシャフトがクランク角で４５０度の位置、すなわち５番気筒の圧縮上死点、８番気筒の排気上死点の位置にあると認識する。
時間間隔の比がほぼ４でカム角信号がＬｏの場合には、クランクシャフトがクランク角で１８０度の位置、すなわち４番気筒の圧縮上死点、７番気筒の排気上死点の位置にあると認識する。
時間間隔の比がほぼ４でカム角信号がＨｉの場合には、クランクシャフトがクランク角で５４０度の位置、すなわち７番気筒の圧縮上死点、４番気筒の排気上死点の位置にあると認識する。
時間間隔の比がほぼ５でカム角信号がＨｉの場合には、クランクシャフトがクランク角で２７０度の位置、すなわち３番気筒の圧縮上死点、２番気筒の排気上死点の位置にあると認識する。
時間間隔の比がほぼ５でカム角信号がＬｏの場合には、クランクシャフトがクランク角で６３０度の位置、すなわち２番気筒の圧縮上死点、３番気筒の排気上死点の位置にあると認識する。
このように、本実施の形態では、クランク角検出用ロ−タに設けた欠歯部３３〜３６とカム角検出用ロ−タに設けた大径部及び小径部を検出すればよいため、簡単な処理で、早期に気筒判別を行うことができる。
【００１２】
以上の実施の形態では、８気筒エンジンに適用した場合を説明したが、本発明は、４気筒エンジンや６気筒エンジン等種々の気筒数のエンジンに適用することができる。
また、基準角度を１０度としたが、基準角度は、１０度に限定されず、種々変更可能である。
また、欠歯部の角度を基準角度の整数倍に設定したが、欠歯部の角度は、これに限定されず、歯が設けられている部分と区別することができ、且つクランクシャフトが所定回転角度位置にあることを検出することができればよい。
また、欠歯部の数や配置位置は、気筒数等に応じて適宜変更可能である。
また、クランク角情報を形成する部材を欠歯部によって構成したが、クランク角情報を形成する部材の構成は、欠歯部に限定されず、クランクシャフトが複数の所定回転角度位置にあることを検出できればよい。
また、カム角情報を形成する部材をカム角検出用ロ−タに設けた大径部及び小径部によって構成したが、カム角情報を形成する部材は、大径部及び小径部に限定されず、カムシャフトが１８０度に渡る区間のいずれに位置するかを検出することができればよい。
また、カム角センサ及びクランク角センサとして磁気センサを用いたが、これらのセンサは、反射式あるいは透過式の光学式センサ、機械式センサ種々のセンサを用いることができる。
また、カム角検出用ロ−タやクランク角検出用ロ−タ等の配置関係は図３に示した配置関係に限定されない。
また、気筒判別装置の構成は、図２に示した構成に限定されない。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１および請求項２に記載の内燃機関の気筒判別方法を用いれば、簡単な処理で、早期に気筒判別を行うことができる。
また、請求項３に記載の内燃機関の気筒判別装置を用いれば、構成が簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態で用いるカム角検出用ロ−タ及びクランク角検出用ロ−タの構成図である。
【図２】本発明の内燃機関の気筒判別装置の一実施の形態のブロック構成図である。
【図３】カム角信号及びクランク角信号と気筒判別位置との関係を示すタイミングチャ−ト図である。
【図４】従来のカム角検出用ロ−タ及びクランク角検出用ロ−タの構成図である。
【図５】従来例におけるカム角信号及びクランク角信号と気筒判別位置との関係を示すタイミングチャ−ト図である。
【符号の説明】
１０、１００  カム角検出用ロ−タ
１１、１０１  大径部
１２、１０２  小径部
２０、１１０  カム角検出センサ
３０、１２０  クランク角検出用ロ−タ
３１、１２１  歯
３３、３４、３５、３６、１２３  欠歯部
４０、１３０  クランク角センサ
５０  気筒判別手段
【図１】
0003634137.tif 000002
【図２】
0003634137.tif 000003
【図３】
0003634137.tif 000004
【図４】
0003634137.tif 000005
【図５】
0003634137.tif 000006