(57)【要約】【課題】  高精度に回転数を検出できる回転数検出装置を提供する。【解決手段】  回転数検出装置１は、ＮＥセンサプレート３と対向するＮＥセンサ４とを有する。ＮＥセンサプレート３の形状は、内燃機関の回転が加速するタイミング周辺でＮＥセンサ４とＮＥセンサプレート３の外周との距離が遠くなり、内燃機関の回転が減速するタイミング周辺でＮＥセンサ４とＮＥセンサプレート３の歯が近くなる形状とされる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の回転体または内燃機関に接続される回転体に取付けられた回転部材と、
前記回転部材と対向するように配置されて前記回転部材の回転数を検出するセンサとを備え、
前記センサは前記回転部材の回転が加速するほど大きな信号を出力し、かつ、前記回転部材との距離が小さいほど大きな信号を出力し、
前記回転部材の形状が、内燃機関の回転が加速するタイミング周辺で前記センサと前記回転部材の外周との距離が大きくなり、内燃機関の回転が減速するタイミング周辺で前記センサと前記回転部材の外周との距離が近くなる、回転数検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転数検出装置に関し、より特定的には、内燃機関のクランクシャフトの回転数を検出する回転数検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転数検出装置は、特開平１１−６２６８１号公報（特許文献１）、特許第２７０７５０６号公報（特許文献２）および特開平１１−１３５２８号公報（特許文献３）に開示されている。
【特許文献１】特開平１１−６２６８１号公報
【特許文献２】特許第２７０７５０６号公報
【特許文献３】特開平１１−１３５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、クランクシャフトに取付けられたプレートの外周に複数の歯が設けられ、その一部が欠歯となっており、その歯に対向してＮＥ（nine element）センサが設けられる。ＮＥセンサからパルス信号が出力され、ＥＣＵ（電子制御装置）において演算処理され、エンジンの回転数、クランク角、各気筒のＴＤＣ（上死点）が認識される。
【０００４】
また、特許文献２には、エンジン回転数とトランスファシャフトの回転数をそれぞれに設けられた歯とセンサにより検出する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献３では、エンジン回転数をクランクシャフトに設けられたロータの歯とＮＥセンサとにより検出する技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、各気筒の爆発とフリクションによりクランクシャフト（プレート）の回転変動が生じる。回転数が高いとＮＥセンサの出力電圧が高くなり、回転数が低いと出力電圧が低くなり電圧のうねりが生じる。このうねりにつられて燃焼制御の精度が落ちるという問題があった。
【０００７】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、高精度に回転数を検出することができる回転数検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に従った回転数検出装置は、内燃機関の回転体または内燃機関に接続される回転体に取付けられた回転部材と、回転部材に対向するように設けられ、回転部材の回転数を検出するセンサとを備える。センサは回転部材の回転が加速するほど大きな信号を出力し、かつ、回転部材との距離が小さいほど大きな信号を出力する。内燃機関の回転が加速するタイミング周辺でセンサと回転部材の外周との距離が大きくなり、内燃機関の回転が減速するタイミング周辺でセンサと回転部材外周との距離が小さくなる。
【０００９】
このように構成された回転数検出装置では、内燃機関の回転が加速するタイミングにおいてセンサとプレート外周との距離が遠くなるため、この部分での信号が弱くなる。また、内燃機関の回転が減速するタイミング周辺でセンサとプレート外周との距離が小さくなるためこの部分での信号が大きくなる。これにより、センサの出力信号の振幅が一定になるため、回転数をより確実に検出できる。その結果、燃焼精度の制御または自動変速機の制御の精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に従えば、回転数を高い精度で検出することが可能な、回転数検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
【００１２】
図１は、この発明の実施の形態に従った内燃機関の模式図である。図１を参照して、内燃機関１００はディーゼルエンジンであり、エンジン全体の動作を制御するエンジンコントロールコンピュータ２０と、エンジンコントロールコンピュータ２０に接続されるＥＤＵ（電子駆動ユニット）３０と、ＥＤＵ３０に接続されて燃料を噴射するインジェクタ１４とを有する。
【００１３】
インジェクタ１４はシリンダブロック１３により構成されるエンジン本体に取付けられ、燃料を噴射することで爆発力を生じさせる。シリンダブロック１３内にはピストン１２が収納され、ピストン１２は所定の方向に往復運動をする。この往復運動がコネクティングロッド１１によりクランクシャフト１６に伝えられ、クランクシャフト１６が回転運動をする。クランクシャフト１６にはＮＥセンサプレート３が取付けられており、ＮＥセンサプレート３の回転をＮＥセンサ４が検出する。ＮＥセンサプレート３とＮＥセンサ４とがクランクポジションセンサとしての回転数検出装置１を構成する。
【００１４】
エンジンコントロールコンピュータ２０は、エンジンのさまざまな状態を制御する。燃料噴射制御では、エンジンの状態に応じて演算した基本噴射時間に、各センサの信号による補正を加え、インジェクタ１４による燃料噴射時期および噴射量が制御される。また、図１では、ディーゼルエンジンの例を示しているが、噴射する燃料を高圧にするために、コモンレール圧力制御を用いてもよい。この場合、エンジン状態に応じて、サプライポンプのサクションコントロールバルブおよびプレッシャレギュレートバルブに信号を送り、コモンレール圧力が調整される。また、吸気絞り制御、ＥＧＲ制御、可変ノズルターボ制御などを行なってもよい。
【００１５】
クランクポジションセンサとしての回転数検出装置１は、クランク角度により、エンジンの回転数を検出する。この検出信号は、燃料噴射制御およびコモンレール圧制御に用いられる。回転数検出装置１で検出された信号はエンジンコントロールコンピュータ２０へ送られる。このデータに基づいてエンジンコントロールコンピュータ２０はインジェクタ１４による噴射タイミングおよび噴射量ならびに燃料圧を調整することが可能である。
【００１６】
図２は、図１で示す回転数検出装置の拡大図である。図２を参照して、回転数検出装置１では、エンジンの燃焼を制御するための信号を得るために、ＮＥセンサプレート３がクランクシャフト１６に取付けられている。ＮＥセンサプレート３と対向するようにＮＥセンサ４が設けられる。ＮＥセンサプレート３はキー２によりクランクシャフト１６に取付けられている。
【００１７】
ＮＥセンサプレート３は楕円形状であり、その表面には歯部３２が形成されている。歯部３２のうち一部が欠歯部３１となっている。なお、図２において点線３ｃで示す真円に対してＮＥセンサプレート３は歪んだ形状を有する。ＮＥセンサプレート３は、相対的に外径が大きい長径部３ａと、相対的に外径が小さい短径部３ｂとを有する。ＮＥセンサプレート３は円盤形状であり、クランクシャフト１６と共に回転する。この実施の形態では、クランクシャフト１６にＮＥセンサプレート３が直接取付けられる構造を示しているが、これに限られるものではなく、クランクシャフト１６の回転が、チェーン、タイミングベルトまたはギヤなどによりＮＥセンサプレート３に伝達され、この駆動力によりＮＥセンサプレート３が回転してもよい。
【００１８】
ＮＥセンサプレート３の外径が、アイドル時の吸気から圧縮工程（爆発から排気工程）の回転変動に合わせて変化する。具体的には、クランク角度によってＮＥセンサプレート３の外径が変化しており、アイドル状態で、ＮＥセンサ４による出力が一定になるように設定する。たとえば４気筒ディーゼルエンジンの場合、回転２次のうねりをつけて一定となる。ＮＥセンサ４から得られる信号の大きさ（電圧）は、ＮＥセンサ４とＮＥセンサプレート３との距離に関連し、距離が小さくなる程信号の電圧が大きくなり、距離が大きくなる程信号の電圧が小さくなる。また、信号の大きさは回転の角加速度に関連し、角加速度が大きくなれば信号の電圧も大きくなり、角加速度が小さくなれば信号の電圧も小さくなる。
【００１９】
なお、この実施の形態では、燃焼室に直接燃料を噴射して燃焼させる、いわゆる直接噴射式のディーゼルエンジンに本発明を適用した例を示しているが、これに限られるものではなく、副室式ディーゼルエンジンに本発明を適用してもよい。さらに、ディーゼルエンジンだけでなく、ガソリンエンジン、またはロータリエンジンなどに本発明を適用することも可能である。
【００２０】
この発明に従った回転数検出装置１は、回転部材としてのＮＥセンサプレート３と、ＮＥセンサプレート３に対向するセンサとしてのＮＥセンサ４とを備え、内燃機関の回転数を検出する。ＮＥセンサ４は、ＮＥセンサプレート３の回転が加速するほど大きな信号を出力し、かつ、ＮＥセンサプレート３との距離が小さいほど大きな信号を出力する。ＮＥセンサプレート３の形状は、内燃機関の回転が加速するタイミングの周辺でＮＥセンサ４とＮＥセンサプレート３の外周の歯部３２が遠くなり、内燃機関の回転が減速するタイミング周辺でＮＥセンサ４とＮＥセンサプレート３の外周の歯部３２との距離が近くなる。
【００２１】
図２では、ＮＥセンサプレート３表面に歯部３２を設ける構成を示したが、これに限られるものではなく、ＮＥセンサプレート３の回転数を検出できる構造をＮＥセンサプレート３の表面に設けてもよい。たとえば、所定のスリットを設けることで、ＮＥセンサ４がＮＥセンサプレート３の回転を検出してもよい。また、ＮＥセンサプレート３の一部分の材質を他の部分と異なるものとし、この材質の異なる部分の回転をＮＥセンサ４が検出してもよい。さらに、歯部３２および欠歯部３１を設ける場合であっても、歯部３２および欠歯部３１の配置はさまざまに変更することが可能である。
【００２２】
また、エンジンを構成するピストンの数として、たとえば４気筒エンジンに本発明を採用することが可能であるが、これに限られず、さらに多くのピストンまたは少ないピストンを有するエンジンに本発明を採用してもよい。
【００２３】
さらに、ピストンが１方向に並ぶ直列型のエンジンだけでなく、Ｖ型またはＷ型のエンジンに本発明を適用することも可能である。
【００２４】
図３は、従来のエンジンにおけるクランク角加速度、クランク角加速度の回転一次成分およびＮＥセンサ信号を示すグラフである。なお、図３中の横軸は時間軸である。図３を参照して、エンジンの駆動時には、クランクの角加速度は変化する。具体的には、燃焼時には角加速度が最大となり、その前の圧縮工程において角加速度は最も小さくなる。これは、燃焼時には燃焼室内の燃料（軽油）が爆発してその体積が急激に増加してピストンを加速させるためである。圧縮時には、これとは逆に空気を圧縮するためにピストンが減速するためである。このように、角加速度はクランクの回転に伴って変化する。
【００２５】
このクランクの角加速度の回転一次成分が図３に示される。回転一次成分とは、クランク角加速度のうち、１回転周期で起こる波を示している。すなわち、クランク角加速度は、クランクの０．５回転毎に生じる波、１回転毎に生じる波、１．５回転毎に生じる波などの複数の波形が重ね合わされて合成された形状となっている。このような合成成分であるクランク角加速度から、クランクが１回転する周期で起こる波を拾い出したものを図３で示す。クランク１回転においても、角加速度は周期的に変化していることがわかる。
【００２６】
図３中の「ＮＥセンサ信号」とは、ＮＥセンサプレート３が真円形状（図２中の点線３ｃ参照）であった場合のＮＥセンサ信号の大きさを示している。ＮＥセンサプレート３が真円形状である場合には、ＮＥセンサプレート３とＮＥセンサ４との距離は一定である。そのため、ＮＥセンサプレート３が回転することによりＮＥセンサ４から得られる信号の大きさは、ＮＥセンサプレート３の角加速度の回転一次成分と対応する。
【００２７】
つまり、クランク角加速度の回転一次成分が大きい部分では、ＮＥセンサ４から得られる信号の大きさ（電圧）も大きくなり、一次成分が小さければ、ＮＥセンサ４で得られる信号の大きさも小さくなる。したがって、図３では、ＮＥセンサの信号は、クランク角加速度回転一次成分と対応するように、振幅が大きい部分と振幅が小さい部分とがある。振幅が大きい部分はＮＥセンサプレート３が加速している領域であり、振幅が小さい部分は、ＮＥセンサプレート３が減速している領域である。
【００２８】
このように、ＮＥセンサプレート３が真円の場合、ＮＥセンサ４から得られる信号の大きさ（振幅）が一定とならない。これにより回転数が低い状態、たとえばアイドリング状態では、電圧のうねりが生じ、このうねりにつられて燃料を噴射するため、燃料制御の精度が低下する。
【００２９】
図３中の縦軸は、各パラメータの大きさを示し、上側に近づくほどパラメータが大きくなることを示す。
【００３０】
図４は、本発明に従った回転数検出装置におけるクランク角加速度、クランク角加速度回転一次成分、ＮＥセンサとＮＥセンサプレートの距離およびＮＥセンサ信号との関係を示すグラフである。図４中の「クランク角加速度」および「クランク角加速度回転一次成分」は、図３と同様であるのでその説明は繰返さない。この発明に従ったＮＥセンサプレート３とＮＥセンサ４との距離は、回転の位相により変化する。この変化は、クランク角加速度回転一次成分の波形と同振幅形状となっている。
【００３１】
すなわち、クランク角加速度の回転一次成分が大きくなればＮＥセンサ４とＮＥセンサプレート３との距離が大きくなり、クランク角加速度の回転一次成分が小さくなれば、ＮＥセンサ４とＮＥセンサプレート３との距離も小さくなる。ＮＥセンサ信号は、通常基準の位置を判別できるパルスの切欠部分（欠歯部３１）に対応するａ部分と、パルスが出力される部分であるａ以外の部分がある。
【００３２】
クランクシャフトは各気筒の燃焼とフリクション（ポンピングロス）によって回転速度が速くなったり、遅くなったりする。クランクシャフトの加減速により、クランクシャフトに取付けられているＮＥセンサプレート３も加減速を行ない、ＮＥセンサ４の出力は回転数が高くなると大きな電圧を発生し、回転数が低くなると電圧値が低くなる。その結果、図３で示すようなＮＥセンサ出力信号となる。なお、１回転に２回の燃焼があり、うねりが発生する。アイドリング時の各気筒の燃焼の制御はこのＮＥセンサ信号を用いているので、ＮＥセンサ出力の大小の振れ（図３では１回転に２回のうねり）により、制御の精度が落ちる。
【００３３】
これに対して本発明では、図４で示すように、クランクの角加速度が大きくなった場合に、ＮＥセンサとＮＥセンサプレートとの距離も大きくなるため、信号の大きさを小さくすることができる。また、クランク角加速度が小さくなった場合には、ＮＥセンサプレートとＮＥセンサとの距離も小さくなるため信号が大きくなる。これにより、図４で示すようにＮＥセンサ信号の大きさ（電圧）が一定となる。したがって、ＮＥセンサ出力は振幅が均一化され、エンジンの制御の精度を向上させることができる。
【００３４】
すなわち、この発明では、本来そのエンジンがもっているフリクション分の変動をＮＥセンサ４の検出時に加味できる形状とすることで、アイドリング時の燃焼制御の精度を向上させ、不整燃焼成分を低減することができる。
【００３５】
また、不整燃焼成分を低減することで、アイドル時の振動（ゆさゆさ振動）を低減することができる。
【００３６】
この発明では、エンジンの制御を行なうためのクランク回転検出プレートの形状を変更することで、アイドル時の不整正燃焼を低減させることができる。
【００３７】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、本発明が適用される内燃機関としては、自動車、自動二輪車などに搭載されるものだけでなく、発電機用のエンジンなどに本発明を採用してもよい。また、エンジンの形式としては、さまざまなものが考えられるが、回転数を検出する機構が必要なエンジンに本発明を適用することが可能である。
【００３８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
この発明は内燃機関の分野で適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態に従った内燃機関の模式図である。
【図２】図１で示す回転数検出装置の拡大図である。
【図３】従来のエンジンにおけるクランク角加速度、クランク角加速度の回転一次成分およびＮＥセンサ信号を示すグラフである。
【図４】本発明に従った回転数検出装置におけるクランク角加速度、クランク角加速度回転一次成分、ＮＥセンサとＮＥセンサプレートの距離およびＮＥセンサ信号との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１  回転数検出装置、３  ＮＥセンサプレート、３ａ  長径部、３ｂ  短径部、４  ＮＥセンサ、１６  クランク軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006090208.tif 000006