(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸又はこれに連動して回転する軸に、円周方向に沿って多数の単位検知部が形成された被検知体を設け、前記被検知体の近傍に配置したセンサで前記各単位検知部の通過を電気信号として検出することにより、ピストンの往復動との関係で前記クランク軸が基準位置からどれだけ回転したかを検知し、前記検知した回転角度に基づいて駆動又はその他の制御が行われるものであり、
前記各単位検知部が磨滅及び欠損していない状態で前記被検知体が１回転したときの前記各単位検知部の信号出力態様を基準パターンとして不揮発性メモリに記憶しておく一方、実際の運転における前記各単位検知部の信号出力態様を現実パターンとして検出し、前記基準パターンと現実パターンとを比較して、少なくとも１つの単位検知部に関する信号のＯＮ・ＯＦＦタイミングのパターンが予め設定した値以上に乖離している場合は警報手段を作動させる、という制御装置を備えている構成において、
前記基準パターンと現実パターンとは、燃料が供給されずに前記クランク軸が惰性で回転している状態での前記各単位検知部の検出に基づいて決定されている、
車両用内燃機関。
【請求項２】
クランク軸又はこれに連動して回転する軸に、円周方向に沿って多数の単位検知部が形成された被検知体を設け、前記被検知体の近傍に配置したセンサで前記各単位検知部の通過を電気信号として検出することにより、ピストンの往復動との関係で前記クランク軸が基準位置からどれだけ回転したかを検知し、前記検知した回転角度に基づいて駆動又はその他の制御が行われるものであり、
前記各単位検知部が磨滅及び欠損していない状態で前記被検知体が１回転したときの前記各単位検知部の信号出力態様を基準パターンとして不揮発性メモリに記憶しておく一方、実際の運転における前記各単位検知部の信号出力態様を現実パターンとして検出し、前記基準パターンと現実パターンとを比較して、少なくとも１つの単位検知部に関する信号のＯＮ・ＯＦＦタイミングのパターンが予め設定した値以上に乖離している場合は警報手段を作動させる、という制御装置を備えている構成において、
前記基準パターンの設定は、車両の走行距離又は通算運転時間を基準にして設定されている、
車両用内燃機関。                                                                
【請求項３】
クランク軸又はこれに連動して回転する軸に、円周方向に沿って多数の単位検知部が形成された被検知体を設け、前記被検知体の近傍に配置したセンサで前記各単位検知部の通過を電気信号として検出することにより、ピストンの往復動との関係で前記クランク軸が基準位置からどれだけ回転したかを検知し、前記検知した回転角度に基づいて駆動又はその他の制御が行われるものであり、
前記各単位検知部が磨滅及び欠損していない状態で前記被検知体が１回転したときの前記各単位検知部の信号出力態様を基準パターンとして不揮発性メモリに記憶しておく一方、実際の運転における前記各単位検知部の信号出力態様を現実パターンとして検出し、前記基準パターンと現実パターンとを比較して、少なくとも１つの単位検知部に関する信号のＯＮ・ＯＦＦタイミングのパターンが予め設定した値以上に乖離している場合は警報手段を作動させる、という制御装置を備えている構成において、
前記基準パターンと現実パターンとを比較して、少なくとも１つの単位検知部に関する信号のＯＮ・ＯＦＦタイミングが予め設定した許容値より小さい範囲で乖離している場合は、前記乖離を補正した状態でクランク軸の回転角度を出力する、という制御態様になっている、
車両用内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両用内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両用内燃機関は、燃料噴射時期や点火タイミング時期を電子制御するためのＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）を備えていることが多い。燃料噴射時期や点火タイミング時期を電子制御するにはピストンの位置を正確に把握することが必要であり、そこで、クランク軸の回転角度を角度検出装置で検知することで、ピストンの位置を検出している。
【０００３】
角度検出装置は、クランク軸に固定したプレート状等の被検知体と、被検知体の外側に配置したセンサとで構成されており、例えば特許文献１に記載されているように、円板状やリング状の被検知体に歯（突起）や凹溝等の単位検知部を円周方向に沿って多数形成し、この単位検知部の通過を光電式や電磁式等のセンサで電気信号に変換する基本構成であり、更に、被検知体の一部に単位検知部が１ピッチ又は２ピッチ程度連続した（或いは存在しない）領域を設けることで、原点と成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４２８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、被検知体は補機駆動用やカム軸駆動用等のクランクプーリに設けることが多く、この場合、クランクプーリがカバーで覆われている場合と、機関本体（シリンダブロック）の外に露出したままの場合とがある。クランクプーリが機関本体の外に露出したままであると、例えば、冷却風取り入れ口等からエンジンルームに飛び込んだ小石が被検知体の歯に当たって、歯が欠けるおそれがある。すると、歯の検知パターンが狂ってしまうためクランク軸の回転角度を検出できず、制御不能になってしまうという不具合がある。
【０００６】
また、被検知体は金属製であっても長年使用していると腐食で歯が磨滅するおそれがあり、磨滅がある程度以上に進行すると、センサで検出した回転角度と実際の回転角度とが大きく乖離してしまって、制御が不正確になったり制御そのものができなくなったりするおそれがある。この被検知体の磨滅は、クランクプーリをカバーで覆っている場合も発生し得る。
【０００７】
しかるに、従来は、このような被検知体の破損による制御不能や、被検知体の磨滅による制御不能・制御不完全という事態はなんら考慮されていなかった。本願発明は、このような現状を改善すべくなされたものであり、被検知体の欠損や磨滅による不具合を、特段の器具類を付加することなく防止せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の内燃機関は車両に搭載されるものであり、
「クランク軸又はこれに連動して回転する軸に、円周方向に沿って多数の単位検知部が形成された被検知体を設け、前記被検知体の近傍に配置したセンサで前記各単位検知部の通過を電気信号として検出することにより、ピストンの往復動との関係で前記クランク軸が基準位置からどれだけ回転したかを検知し、前記検知した回転角度に基づいて駆動又はその他の制御が行われるものであり、
前記各単位検知部が磨滅及び欠損していない状態で前記被検知体が１回転したときの前記各単位検知部の信号出力態様を基準パターンとして不揮発性メモリに記憶しておく一方、実際の運転における前記各単位検知部の信号出力態様を現実パターンとして検出し、前記基準パターンと現実パターンとを比較して、少なくとも１つの単位検知部に関する信号のＯＮ・ＯＦＦタイミングのパターンが予め設定した値以上に乖離している場合は警報手段を作動させる、という制御装置を備えている」、という基本構成になっている。
【０００９】
そして、請求項１の発明では、上記基本構成において、更に、請求項１では、前記基準パターンと現実パターンとは、燃料が供給されずに前記クランク軸が惰性で回転している状態での前記各単位検知部の検出に基づいて決定されている。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１と同じ基本構成において、前記基準パターンの設定は、車両の走行距離又は通算運転時間を基準にして設定されている。
請求項３の発明は、請求項１同じ基本構成において、前記基準パターンと現実パターンとを比較して、少なくとも１つの単位検知部に関する信号のＯＮ・ＯＦＦタイミングが予め設定した許容値より小さい範囲で乖離している場合は、前記乖離を補正した状態でクランク軸の回転角度を出力する、という制御態様になっている。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明によると、被検知体の単位検知部が磨耗したり欠損したりすると、現実パターン（現実の波形）が基準パターン（初期波形）に対して大きく乖離して、この乖離によって警報装置が作動することにより、被検知体の磨滅や欠損を運転者に知らせることができる。
【００１２】
これにより、被検知体の欠損によって機関が制御不能になった場合には、その原因を整備工場のサービスマン等に速やかに知らしめることができる。また、被検知体の磨滅が進行している場合は、異常が発生していることを運転者に知らしめて、整備工場への持ち込み等の対策を予め採らせることで、走行中に突然機関が停止してしまうという不具合を防止できる。そして、本願発明の制御は、内燃機関に備えられている制御装置をそのまま使用して実現できると共に、警報手段も既存のものをそのまま使用できるため、コストが嵩むことを防止できる。
【００１３】
基準パターンの設定方法としては、車両を出荷する段階で予め設定しておいてもよいが、被検知体の磨滅は一種の経年劣化であって、車両が相当の距離を走行してから発生することが普通であるため、本願請求項２のように、ある程度の距離（例えば１０００〜１万キロ）を走行した時点で基準パターンを設定すると、何らかの理由で基準パターンのデータが消失した場合にも対処できる。出荷時点で基準パターンを設定しておいて、更に、ある程度の距離（例えば１０００キロ）走行するごとに更新するということも可能である。
【００１４】
但し、被検知体が磨滅した状態でのパターンは基準たり得ないので、出荷後に基準パターンの設定・更新では、基準パターンの設定は磨滅していないことが明らかな状態で行わねばならない。被検知体がエンジンルームに露出している場合は、小石の飛び込みによる被検知体の欠損は走行距離とは関係なく起こり得るので、出荷時点で基準パターンを設定しておいて、ある程度（例えば１０００キロ）走行した時点で基準パターンを更新することで、実際の運転に適合させるといったことも可能である。
【００１５】
基準パターンと現実パターンとはいずれも電気信号の出力波形として把握できるものであり、波形を正確に捉えるにはクランク軸が等速回転しているのが好ましい。すなわち、角速度を横軸にして（基準にして）、各単位検知部の検出信号の出現状態を波形又はパルスパターンとして認識できるものであるが、等速回転せずに角等速が不規則であると共通した横軸を設定できないため、角度センサの出力信号が波形・パターンとして表れても互いに比較することができないのであり、従って、クランク軸が等速回転している状態で検出するのが好ましい。
【００１６】
他方、レシプロ式内燃機関では、ピストンの往復動をクランク軸の回転に変更させるものであるが、ピストンの速度は爆発工程の初期において最も速くなるため、燃料が燃焼室に供給されて爆発が起こっている状態ではクランク軸は、厳密には等速回転していない。従って、燃料が供給されている状態で基準パターンや現実パターンを演算するには、クランク軸の不等速回転を補正せねばならず、これは非常に厄介である。
【００１７】
これに対して、燃料が供給されておらずに惰性で回転している状態ではクランク軸は等速回転しているため、互いに比較可能な基準パターンと現実パターンとを容易に出力することができる。従って、本願請求項１では、複雑な演算プログラムを組むことなく、基準パターンと現実パターンとを簡単に比較することができて、現実適応性が高い。
【００１８】
被検知体が磨滅すると、各単位検知部の検知遅れが発生するため、燃料噴射や点火時期等が遅れ勝手になる。そこで、請求項３のように、基準パターンと現実パターンとの比較から単位検知部がどれだけ磨滅しているかを演算し、その磨滅量に応じてタイミング遅れを補正することにより、機関の正確な制御を行うことができる。この点も本願発明の大きな利点の１つである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態を示す図で、（Ａ）は内燃機関の一部破断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視図と制御装置等を組み合わせた模式図である。
【図２】作用を示す図、（Ａ）の被検知体の示す図、（Ｂ）は検知信号の波形（パルス）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、構造を説明する。内燃機関は機関本体を構成するシリンダブロック１を有しており、シリンダブロック１には、クランク軸２が回転自在に保持されている。クランク軸２の一端部２ａはシリンダブロック１の外側に露出しており、この露出した一端部２ａに、補機類駆動用又は動弁機構駆動用のクランクプーリ３がボルト４で固定されている。
【００２１】
クランクプーリ３は板金製品であり、円板状でクランク軸２に固定された基板５と、基板５の外周縁に一体に設けられた筒部６と、筒部６の自由端に設けたリング状のセンサプレート７とを有しており、筒部６にはベルト８が嵌まるベルト溝９を多条に形成している。
【００２２】
センサプレート７は請求項に記載した被検知体に相当するものであり、このセンサプレート７には、請求項に記載した単位検知部として、放射方向に突出した多数（実施形態では３２個）の中間歯１０と１つの原点歯１１とが形成されている（歯と溝とは相対的な概念であり、従って、センサプレート７に溝が形成されているということも可能である。）。中間歯１０は、溝の間隔と同じ程度かやや小さい巾である一方、原点歯１１は４つの中間歯１０を繋いだ広巾になっている。
【００２３】
シリンダブロック１の外面のうちセンサプレート７の近傍位置には、光電式や電磁式等の角度センサ１２が固定されている。角度センサ１２は、歯１０，１１が通過すると電気信号を発する方式になっている。従って、歯１０，１１と溝とは、電気信号のＯＮ・ＯＦＦとして検出される（逆の関係であってもよい。）。
【００２４】
内燃機関は、制御装置の一例としてＥＣＵ１４を備えている。ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ（中央演算装置）１５を基幹部品として備えており、このＣＰＵ１５に、不揮発性メモリ（ＥＥＰ−ＲＯＭ）１６やＲＡＭ１７等のメモリー類や、各種の電子部品が接続されている。また、ＥＣＵ１４には、角度センサ１２の他に、クランク軸２の回転数を検知する回転数センサ１７等の各種のセンサ類、燃料噴射ポンプ１８や点火用イグニッションコイル１９等の多くの被制御要素が接続されている。図示していないが、ＥＣＵ１４には走行距離計（オドメータ）も接続されている。
【００２５】
また、車両の室内のうちダッシュボードのように運転者が視認できる領域２０に、各種異常等を運転者に知らせるための警報パネル２２を設けており、この警報パネル２２に、請求項に記載した警報手段の一例として異常警報ランプ２２を設けている。異常警報ランプ２２もＥＣＵ１４に接続されている。なお、異常警報ランプ２２に代えて、液晶表示パネルを設けて、異常内容を文字で表示することも可能である。更に、異常警報ランプ２２に代えて又はこれに加えて、警報ブザーを設けることも可能である。
【００２６】
(2).制御態様
次に、主として図２を参照して具体的な制御の態様を説明する。既述のように角度センサ１２は歯１０，１１が通過するとＯＮになるもので、歯群１０，１１によって表れる電気信号のパターンはパルス波形になって表れる（歯１０，１１の接近度合いによって電流値が変化するセンサを使用すると、パターンをサインカーブに類似した曲線の波形として出力することも可能である。）。
【００２７】
そして、信号がＯＮになっている角度（或いは時間）Ｅは歯１０，１１の巾寸法Ｗに比例するため、図２（Ａ１）〜（Ａ３）とこれに対応した（Ｂ１）〜（Ｂ３）との対比から明らかなように、歯１０，１１が磨滅すると、それに応じて信号がＯＮになっている角度Ｅは小さくなる。
【００２８】
そして、機関の制御に当たっては、原点歯１１を基準にして、ＯＮの時間（角度）が設定時間だけ継続するとこれを原点として認識し、この原点を基準にして、中間歯１０の通過で発生するＯＮの信号をカウントすることでクランク軸２の回転角度を演算するが、各中間歯１０の位置は中心位置２３を基準にして読み取っており、中心位置２３の認定は、角度センサ１２がＯＮになってから、中間歯１０の巾寸法Ｗの半分の角度だけ移行した時点として演算している。
【００２９】
そして、巾寸法Ｗは磨滅していない状態を基準にしているが、歯１０，１１が磨滅していくと、歯１０，１１の読み取りタイミングが遅くなるため、実際のクランク軸２の回転角度よりも遅いタイミングで回転しているように認識してしまう。このため、磨滅が進行すると、燃料噴射タイミングが遅れ過ぎたり点火タイミングが遅れ過ぎたりして、内燃機関の運転に支障をきたすおそれがある。
【００３０】
そこで、歯１０，１１が磨滅していない（Ａ１）の状態に対応した（Ｂ１）の信号出力態様を基準パターンとして、この基準パターンと実際に表れる現実パターンとを比較回路に通して対比し、両パターンの間に乖離がある場合は、乖離の程度によって、異なる対策を講じる。すなわち、（Ａ２）は磨滅の程度が許容範囲にある状態であるが、この場合は、ＯＮが継続している角度の半分の角度Ｅ１を演算し、信号がＯＮになってからＥ１だけ進んだ位置を歯１０の中心として設定する。これにより、磨滅による検知タイミング遅れを補正して、クランク軸２の回転角度を正確に検出（出力）できる。補正は、個々の歯１０，１１の全てについて行うのが好ましい。
【００３１】
他方、（Ａ３）のように磨滅が許容限度以上に進行している場合は、信号がＯＮになっている角度とＯＦＦになっている角度の比率が予め設定した比率を超えているため、角度センサ１２の精度等の関係からクランク軸２の回転角度を正確に検知することができない。そこで、（Ａ３）の状態に到る前に、信号がＯＮになっている角度が所定の値Ｅ２になったら、危険状態になったとして警報ランプ２２を点灯させて運転者に注意を喚起する。センサプレート７の磨滅に起因した警報であることは、ＥＣＵ１４の警報リストに記憶されているので、車両が持ち込まれた整備工場では、いちいち原因を調べることなく、クランクプーリ３を交換する等の対策を施すことができる。
【００３２】
基準パターン及び現実パターンの認識は、燃料供給がカットされていてかつ設定値以上の回転数（例えばアンイドリング回転数より高い回転数）が設定時間（例えば数秒）継続している惰性回転状態で行うのが好ましい。この状態では、クランク軸２が確実に等速回転しているため、時間軸を基準にして信号のＯＮ・ＯＦＦを正確に検知できる。
【００３３】
なお、基準パターンの設定と現実パターンとの設定において、回転数の絶対値は相違していても差し支えない。また、角度センサ１２の検知精度には多少のバラツキがあるので、基準パターン及び現実パターンとも、複数回の回転によるデータを積算して平均値を取るのが好ましい（従って、等速回転が所定時間以上継続しているのが好ましい。）。
【００３４】
クランク軸２が惰性回転している状態の具体例としては、例えば、走行中にある程度の強さでブレーキを踏んで減速している状態や、下りの坂道を走行している状態などが挙げられる。クランク軸２が回転している状態は回転数センサ１７で検知できる一方、燃料がカットされている状態はアクセルペダルセンサ等の各種のセンサからＥＣＵ１４で認識されるから、特段の部品類を増設する必要はない。
【００３５】
（Ａ４）に示すように、飛び石等で歯１０が掛けた場合は、（Ｂ４）のように本来あるべき信号が入力されないため、基本的には、クランク軸２の回転角度を検出することはできない。この場合は、制御不能になって機関は停止してしまう。そこで、警報ランプ２２を点灯させて運転者に異常を知らせることになる。
【００３６】
但し、歯１０の欠損によって特定の中間歯１０に対応した信号がＯＦＦになっていても、本来あるべき中間歯１０の中心に対応した信号の位置は演算可能であるから、ＯＦＦ状態が異常継続している前のＯＮ信号の中心位置を基準にして、信号ＯＦＦの平均基準角度Ｅ３と１つの中間歯１０のＯＮ状態の平均角度Ｅとの和だけ進行した時点を、欠損した歯１０の仮想中心位置として認識することも可能である。これにより、応急的に制御することが可能である。
【００３７】
(3).その他
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、被検知体を設ける軸はクランク軸には限らず、カム軸等の他の軸に設けることも可能である。また、被検知体は、実施形態のようにクランクプーリに設けることには限らず、専用品を独立して設けることも可能である。また、制御装置は既存のＥＣＵを使用するのが好適であるが、別に設けることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本願発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の車両用内燃機関に実際に適用できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  シリンダブロック
２  クランク軸
３  クランクプーリ
７  被検知体の一例としてのセンサプレート
１０  単位検知部としての中間歯
１１  単位検知部としての原点歯
１２  角度センサ
１４  制御装置を構成するＥＣＵ
１５  ＣＰＵ
１６  不揮発性メモリ（ＥＥＰ−ＲＯＭ）
２２  警報手段の一例としての警報ランプ
【図１】
0005877559.tif 000002
【図２】
0005877559.tif 000003