(57)【要約】エンジン回転変動の影響を抑えてクランク角基準位置の検出の信頼性を高めたエンジンのクランク角検出装置を提供する。単気筒エンジン３０のクランク軸４１にリングギヤ４２を固定し、該リングギヤ４２の周縁に等間隔で複数の突起（歯）４３を設けるとともに１ヵ所に不等間隔部（歯欠け部）４４を形成し、該リングギヤ４２の突起４３の両端の立上がり及び立下りを検出するためのクランク角センサ３を備え、該クランク角センサ３は、各突起４３の歯幅とこれと隣接する突起との間の間隔を検出してその比を算出することにより前記各突起４３及び不等間隔部４４を認識し、前記エンジン３０のピストン３１が下死点近傍のときに前記不等間隔部４４が検出されるように前記クランク角センサ３と不等間隔部４４を配置した。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単気筒エンジンのクランク軸にリングギヤを固定し、該リングギヤの周縁に等間隔で複数の突起を設けるとともに１ヵ所に不等間隔部を形成し、該リングギヤの各突起の両端の立上がり及び立下りを検出するためのクランク角センサを備え、該クランク角センサは、各突起の幅とこれと隣接する突起との間の間隔を検出してその比を算出することにより前記各突起及び不等間隔部を認識し、前記エンジンのピストンが下死点近傍のときに前記不等間隔部が検出されるように前記クランク角センサと不等間隔部を配置した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】
前記突起の幅をａ、これと隣接する突起との間の間隔をｂとしたとき、ａ＜ｂの場合はｂ／ａが、若しくは、ａ＞ｂの場合はａ／ｂが２以上となるように各突起を形成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンのクランク角検出装置。
【請求項３】
単気筒エンジンのクランク軸にリングギヤを固定し、該リングギヤの周縁に等間隔で複数の歯を設けるとともに１ヵ所に歯欠け部を形成し、該リングギヤの歯を検出するためのクランク角センサを備え、該クランク角センサは、各歯の歯幅とこれと隣接する歯との間の間隔を検出してその比を算出することにより前記各歯及び歯欠け部を識別するエンジンのクランク角検出装置において、前記歯欠け部は、ピストンが下死点近傍のときに検出されるように前記クランク角センサとリングギヤ歯欠け部を配置した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４】
前記歯の歯幅をａ、これと隣接する歯との間の間隔をｂとしたとき、ｂ／ａが２以上となるように各歯を形成したことを特徴とする請求項３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】
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、特にクランク軸回転の基準位置を検出するクランク角センサの配置構造に関するものである。
背景技術
エンジンのクランク角度位置を検出するために、クランク軸にリングギヤを固定し、このリングギヤに複数の突起（歯）を等間隔で設けるとともに、その基準位置を定めるために１ヵ所に歯欠け部を形成して不等ピッチとする。エンジン回転中に突起の凸部と凹部を計測し、その比率を用いて基準位置である歯欠け部を識別することにより、クランク角が検出される。検出したクランク角により燃料噴射時期や点火時期を制御する。
この場合、リングギヤの例えば外周面に対向して配置したクランク角センサが、エンジンの回転により各歯が通過するときに、各歯の幅及び次に通過する歯までの間隔を検出してその比を算出することにより、通常位置の歯と歯欠け部を判別し、これにより基準位置を検出する。
しかしながら、エンジンの回転に伴って各歯がクランク角センサを横切ることにより各歯が検出されるため、エンジン回転が不安定になると検出精度を低下させるおそれがある。４サイクルエンジンでは、エンジン２回転で吸気・圧縮・膨張・排気の１サイクルを完結する。この１サイクル中のエンジン回転は、膨張行程で上昇し、その後、排気・吸気・圧縮行程で徐々に下降するという変動を繰返す。特にエンジンが停止状態から起動するときに回転変動が大きくなる。
ここで、クランク角度位置を検出するために、クランク軸のリングギヤに設けた各歯の凸部（歯幅）と凹部（歯間の間隔）を検出してその比により歯欠け部を判別する。この場合、歯の凹凸部の長さの比は、エンジンの回転変動の影響を受けるので、クランク角基準位置となる歯欠け部を誤判定するおそれがあり、確実なクランク角基準位置の判定には時間を要することになる。
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、エンジン回転変動の影響を抑えてクランク角基準位置の検出の信頼性を高めたエンジンのクランク角検出装置の提供を目的とする。
発明の開示
前記目的を達成するため、本発明では、単気筒エンジンのクランク軸にリングギヤを固定し、該リングギヤの周縁に等間隔で複数の突起を設けるとともに１ヵ所に不等間隔部を形成し、該リングギヤの各突起の両端の立上がり及び立下りを検出するためのクランク角センサを備え、該クランク角センサは、各突起の幅とこれと隣接する突起との間の間隔を検出してその比を算出することにより前記各突起及び不等間隔部を認識し、前記エンジンのピストンが下死点近傍のときに前記不等間隔部が検出されるように前記クランク角センサと不等間隔部を配置したことを特徴とするエンジンのクランク角検出装置を提供する。
この構成によれば、エンジン回転１サイクル中で回転変動が小さい下死点近傍で突起の不等間隔部が検出されるため、クランク角基準位置の検出の信頼性が向上する。
好ましい構成例では、前記突起の幅をａ、これと隣接する突起との間の間隔をｂとしたとき、ａ＜ｂの場合はｂ／ａが、若しくは、ａ＞ｂの場合はａ／ｂが２以上となるように各突起を形成したことを特徴としている。
この構成によれば、突起の凹凸の比が大きくなるため各突起の検出精度が高まるとともに、不等間隔部と通常の突起間隔の位置での突起の凹凸比の差が大きくなるため、回転変動が大きい場合であっても不等間隔部を精度よく検出することができる。ａ＜ｂの場合ｂ／ａが２より小さいと又はａ＞ｂの場合ａ／ｂが２より小さいと、突起の凹凸判別の精度を低下させるおそれを生じる。ただし、ｂ／ａ又はａ／ｂをあまり大きくすると突起の検出精度が逆に低下するおそれが生じるため、ａおよびｂの値は、リングギヤの大きさや突起の数及びセンサ自体の精度等に応じて適宜定める。
前記目的を達成するため、本発明ではさらに、単気筒エンジンのクランク軸にリングギヤを固定し、該リングギヤの周縁に等間隔で複数の歯を設けるとともに１ヵ所に歯欠け部を形成し、該リングギヤの歯を検出するためのクランク角センサを備え、該クランク角センサは、各歯の歯幅とこれと隣接する歯との間の間隔を検出してその比を算出することにより前記各歯及び歯欠け部を識別するエンジンのクランク角検出装置において、前記歯欠け部は、エンジンが下死点近傍のときに検出されるように前記クランク角センサを配置したことを特徴とするエンジンのクランク角検出装置を提供する。
この構成によれば、エンジン回転１サイクル中で回転変動が小さい下死点近傍で歯欠け部が検出されるため、クランク角基準位置の検出の信頼性が向上する。
好ましい構成例では、前記歯の歯幅をａ、歯欠け部以外の位置でこれと隣接する歯との間の間隔をｂとしたとき、ｂ／ａが２以上となるように各歯を形成したことを特徴としている。
この構成によれば、歯の凹凸の比が大きくなるため各歯の検出精度が高まるとともに、歯欠け部と通常の歯の位置での歯の凹凸比の差が大きくなるため、回転変動が大きい場合であっても歯欠け部を精度よく検出することができる。ｂ／ａが２より小さいと歯の凹凸判別の精度を低下させるおそれを生じる。ただし、ｂ／ａをあまり大きくすると歯の検出精度が逆に低下するおそれが生じるため、ａおよびｂの値は、リングギヤの大きさや歯数及びセンサ自体の精度等に応じて適宜定める。
発明を実施するための最良の形態
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る自動二輪車の制御システム全体のブロック構成図である。
一体部品としてユニット化されたエンジン制御装置（ＥＣＵ）１の制御回路ＣＰＵ（不図示）への入力として、メインスイッチ２からのオンオフ信号、クランク角センサ３からのクランクパルス信号、吸気圧センサ４からの吸気圧検出信号、吸気温センサ５からの吸気温度検出信号、水温センサ６からの冷却水温検出信号、インジェクタ電圧センサ７からのインジェクタ制御のための電圧信号、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を有するスイッチボックス８からの検査用入力信号が入力される。また、バッテリ２０が接続されバッテリ電源が入力される。
ＥＣＵ１からの出力として、燃料ポンプを駆動するポンプリレー９へのポンプリレー出力信号、インジェクタ１０の電磁コイルを駆動するインジェクタ出力信号、点火コイル１１を駆動する点火コイル出力信号、冷却水温に応じてオートチョーク１２を駆動するオートチョーク出力信号、異常状態を検出した時にメータ２２内のダイアグ警告灯１３を駆動するダイアグ警告信号、冷却水温が所定温度を越えたときに警告を表示する水温警告灯１４を駆動する水温警告信号、エンジンキー等のイモビライザ１７が異常操作されたときにイモビライザ警告灯１５を駆動するイモビライザ警告信号が出力される。また、各センサへセンサ用電源回路２１を介して又は直接電力を供給する電源電圧が出力される。
また、ＥＣＵ１は、外部の汎用通信装置１８に接続され、制御データ等を汎用通信ラインを介して入出力可能である。さらに、シリアル通信装置１９に接続されシリアル通信が可能である。
図２は本発明の実施形態に係るクランク角検出装置のシステム構成図である。
単気筒４サイクルエンジン３０は、ピストン３１の上面に燃焼室３２が形成され、この燃焼室３２に連通して吸気管３３及び排気管３４が接続される。吸気管３３にはスロットルバルブ３５が装着され端部に吸気バルブ３６が設けられる。排気管３４の端部に排気バルブ３７が設けられる。３８は点火プラグである。エンジン３０のシリンダ周囲に冷却ジャケット３９が設けられ、水温センサ６が取付けられる。ピストン３１は、コンロッド４０を介してクランク軸４１に連結される。
クランク軸４１にリングギヤ４２が一体的に固定される。リングギヤ４２には複数の歯（突起）４３が等間隔で設けられ、１ヶ所に歯欠け部（不等間隔部）４４が形成される。このリングギヤ４２の歯４３を検出するクランク角センサ（クランクパルスセンサ）３が備わる。クランク角センサ３は、各歯４３を検出して各歯の上辺長さに対応したパルス幅のパルス信号を発する。この例では、１２ヵ所に歯４３の位置があり、そのうち１ヵ所が歯欠け部４４であるため、クランク１回転の間に３０°ごとに１１個のパルス信号を発信する。
吸気管３３にはインジェクタ１０が装着される。このインジェクタ１０には、燃料タンク４５から、燃料ポンプ４６によりフィルタ４７を通して吸い上げられた燃料が、レギュレータ４８により一定圧力にされた状態で送られる。点火プラグ３８には、ＥＣＵ１（図１）により駆動制御される点火コイル１１が接続される。吸気管３３には吸気圧センサ４及び吸気温センサ５が取り付けられ、それぞれＥＣＵ１に接続される。
排気管３４には排気ガス浄化用の２次空気導入管４９が接続される。この２次空気導入管４９上にエアカットバルブ５０が設けられる。このエアカットバルブ５０は、通常走行時あるいは加速時等のスロットルが開いた高回転時に開いて２次空気を導入し、減速時等のスロットルが閉じた低回転時には閉じて２次空気をカットする。
図３は、１サイクルのエンジン回転中の回転変動のグラフである。
エンジン回転は、圧縮行程から爆発行程に移る圧縮上死点近傍で最も回転変動が大きくなる。本発明では、図のクランクパルス信号に示すように、歯欠け部の位置（パルス抜けの位置）がこの圧縮上死点を避けて、回転変動の少ない下死点近傍に設ける。このように、歯欠け部を下死点近傍で検出するようにクランク角センサとリングギヤ歯欠け部の設置位置を定める。これにより、回転変動による誤検出のおそれが軽減する。
図４は、クランク角センサによる歯の検出方法の説明図である。（Ａ）は通常位置の歯のパルス信号であり、（Ｂ）は歯欠け部のパルス信号を示す。このグラフは、リングギヤの凸部（歯幅）が１０°、凹部（歯の間隔）が２０°の場合のグラフである。
（Ａ）に示すように、クランクパルスの歯幅部分の長さａと歯間の間隔ｂとの比は、ｂ／ａ＝２である。また、（Ｂ）に示すように、歯欠け部では、歯間の間隔ｂが広くなって、ｂ／ａ＝５となる。したがって、ＥＣＵ内で算出したｂ／ａの値のしきい値を２〜５の中間付近に設定することにより歯欠け部を確実に判別できる。
図５は、上死点時のリングギヤとクランク角センサとの位置関係の説明図である。
リングギヤ４２に歯欠け部４４を除いて１１個の歯４３が３０°ずつ等間隔に形成されている。この上死点時に最上位置にある歯を上死点歯４３ａとする。この上死点歯４３ａは、クランク角センサ３から３番目の歯であり、歯欠け部４４は、５番目の歯の位置に対応する。このリングギヤ４２が矢印Ａ方向に回転することにより、前述の図３に示したように、クランクパルス信号が得られる。この場合、図３に示したように、１回目の回転の５番目及び２回目の回転の１７番目のパルスが歯欠け部に対応して抜けている。
図６は、下死点時のリングギヤとクランク角センサとの位置関係の説明図である。
図示したように、下死点時には、上死点歯４３ａは最下位置を通過する。この時点で歯欠け部４４はクランク角センサ３の近傍に位置する（図の例では、歯欠け部４４は、クランク角センサ３を通過した直後の位置にある）。このように、本発明ではクランク角センサ３が下死点近傍のときに歯欠け部４４を検出する位置に配置される。
なお、上記実施例では、歯（突起）の幅が歯間の間隔より短い場合を例にしたが、本発明は、歯の幅が歯間の間隔より長い場合にも適用可能である。この場合、すなわち、突起の幅をａ，これと隣接する突起との間の間隔をｂとしたとき、ａ＞ｂの場合には、ａ／ｂが２以上となるように各突起を形成する。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明では、エンジン回転１サイクル中で回転変動が小さい下死点近傍で歯欠け部が検出されるため、クランク角基準位置の検出の信頼性が向上する。この場合、前記歯の歯幅をａ、歯欠け部以外の位置でこれと隣接する歯との間の間隔をｂとしたとき、ｂ／ａが２以上となるように各歯を形成した構成によれば、歯の凹凸の比が大きくなるため各歯の検出精度が高まるとともに、歯欠け部と通常の歯の位置での歯の凹凸比の差が大きくなるため、回転変動が大きい場合であっても歯欠け部を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、発明に係る自動二輪車の制御システム全体の構成図である。
図２は、本発明に係るエンジンのクランク角検出装置の構成図である。
図３は、１サイクル中のエンジン回転変動のグラフである。
図４は、本発明のクランク角センサによる歯の検出方法の説明図である。
図５は、本発明実施形態における上死点時の位置関係説明図である。
図６は、本発明実施形態における下死点時の位置関係説明図である。
【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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【国際調査報告】
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