(57)【要約】【課題】コスト面で有利な磁気式，ホール素子式または磁気抵抗素子式のクランクセンサを利用すると共に、誤判定なく気筒判別し、クランク軸１回転以内に気筒判別が可能な気筒判定装置を提供する。【解決手段】カム信号プレートが、エンジンの気筒数に対して一つ少ない凹部群または凸部群を備え、凹部群または凸部群の凹部または凸部の数は、他の凹部群または凸部群の数と異なる数とすると共に、前記クランク信号プレートが、所定のクランク角で不等間隔とし他のクランク角では等間隔となる凹部または凸部を備え、前記不等間隔の数を気筒数の２分の１備え、前記不等間隔部に基づく信号を前記クランク角センサにて検出し、さらに、前記カム信号プレートに基づく信号をカム角センサにて検出し、前記不等間隔部に基づく信号と前記カム信号プレートに基づく信号とで気筒判定をすることを特徴とした内燃機関の気筒判定装置。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム軸に装着したカム信号プレートとクランク軸に装着したクランク信号プレート、及び、カム信号プレートとクランク信号プレートに各々対向して配置されたカム角センサとクランク角センサを備え、前記カム信号プレートは、エンジンの気筒数に対して一つ少ない凹部群または凸部群を備え、前記凹部群または凸部群の凹部または凸部の数は、他の凹部群または凸部群の数と異なる数とすると共に、前記クランク信号プレートが、所定のクランク角で不等間隔とし他のクランク角では等間隔となる凹部または凸部を備え、前記不等間隔の数を気筒数の２分の１備え、前記不等間隔部に基づく信号を前記クランク角センサにて検出し、さらに、前記カム信号プレートに基づく信号をカム角センサにて検出し、前記不等間隔部に基づく信号と前記カム信号プレートに基づく信号とで気筒判定をすることを特徴とするエンジンの気筒判定装置。
【請求項２】
前記クランク信号プレートの不等間隔部は、クランク角３６０°を前記エンジンの気筒数の２分の１の値で除した値となるよう位置に配置することを特徴とするエンジンの気筒判別装置。
【請求項３】
前記カム信号プレートの凹部群または凸部群が、クランク角７２０°を前記エンジンの気筒数で除した値となるような位置に配置され、前記位置のうち一箇所は、カム信号プレートの凹部群または凸部群を有していないことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの気筒判定装置。
【請求項４】
前記カム信号プレートの凹部群または凸部群と、前記クランク信号プレートの不等間隔部との位置が、角度差をもって配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの気筒判定装置。
【請求項５】
前記気筒判定装置は、制御部を備え、前記制御部は、連続する二つのクランク信号の不等間隔部間で検出されるカム角センサの信号数に基づき気筒判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の気筒判定装置。
【請求項６】
前記クランク信号プレートに基づき発生，検出されるクランク信号の時間間隔を発生順序毎に記憶する手段と前記記憶手段に記憶されたクランク角センサ信号のうち最新と前回のクランク信号間時間の比、および前回と前々回のクランク信号間時間比との比較により、前記クランク角センサ信号の不等間隔位置を識別することを特徴とする請求項１に記載の気筒判別装置。
【請求項７】
前記クランク信号プレートに基づき発生，検出されるクランク信号の時間間隔を発生順序毎に、ｔ３，ｔ２，ｔ１として記憶する手段と、前記ｔ３，ｔ２，ｔ１を用いて下記式１および式２のＡＮＤ条件によりクランク信号の不等間隔位置を識別することを特徴とする請求項１に記載の気筒判定装置。
ｔ２／ｔ１＞Ａ１                        式１
ｔ２／ｔ３＞Ａ２                        式２
ｔ１：最新のクランク信号間時間
ｔ２：前回のクランク信号間時間
ｔ３：前々回のクランク信号間時間
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の気筒判定装置を備えた内燃機関であって前記内燃機関は、可変バルブタイミング手段を有することを特徴とする内燃機関。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の気筒判定装置からの気筒判別信号を用いてエンジンを制御するコントローラを備えた内燃機関であって、前記コントローラは、前記クランク信号に基づいてエンジンの失火診断を行うことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関が回転中、その中のいずれの気筒が特定の工程にあるかを識別するための気筒判別装置に係り、特に自動車用に好適な内燃機関の気筒判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関はその動作の１サイクルが、例えば２、又は４の複数の工程で成り立っており、このため２気筒以上の多気筒内燃機関では、点火時期や燃料噴射時期などの制御のために、いずれの気筒が特定の工程、例えば圧縮工程にあるかを識別する必要がある。このため、気筒判別が必要になる。
【０００３】
ところで、このような気筒判定装置は、従来例として、カム軸に装着した回転検出用のディスクに各気筒のクランク角判定用の突起を各気筒毎に異なる突起数で設け、この突起をクランク角センサで検出する。この検出された信号のパルス間隔の時間比から、特定のビット状態を決定し、このビット状態の配列が、所定の配列パターンとなった時点で所定気筒の所定のクランク角を判定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、第２の従来例として、第２５４９２３４号公報に示されているように、各気筒に対応する基準信号のパルス幅と回転角度信号を、光学式のクランク角センサで検出し、前記パルス幅間の前記回転角度信号発生回数から、所定気筒の所定のクランク角を判定する方法がある（例えば、特許文献２参照）。また回転角センサを用いている例もある（例えば、特許文献３参照）、特開平１０−３０４８９号公報等にある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３１１４７号公報
【特許文献２】
第２５４９２３４号公報
【特許文献３】
特開平１０−３０４８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来例では、４気筒以上の内燃機関では、クランク角判定用の突起数が増え、突起間の角度が小さくなる。そのため、前記突起部がクランク角センサ部を通過する際に発生する磁界の変化を検出する磁気式、またはホール素子式のクランク角センサでは、突起の検出が困難になるという問題がある。また、クランク角判定のためにチェックするパルス間隔の配列状態を長くする必要があり、気筒判定までの時間が長くなるという問題がある。
【０００７】
また、第２の従来例では、光学式のクランク角センサを使用するため、クランク角度１゜毎の検出が可能である。そのため、内燃機関の気筒数が増えても、所定気筒の所定のクランク角度検出が可能である。また、気筒判定までの時間においても、長くなることはない。ただし、光学式クランク角センサは、磁気式，ホール素子式または、磁気抵抗素子式のクランク角センサより高価であるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、コスト面で有利な磁気式，ホール素子式または、磁気抵抗素子式のクランク角センサを利用し、かつ、誤判定なく気筒判定し、クランク軸１回転以内に気筒判定が可能な気筒判定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明のエンジンの気筒判別装置は、カム軸に装着したカム信号プレートとクランク軸に装着したクランク信号プレート、及び、カム信号プレートとクランク信号プレートに各々対向して配置されたカム角センサとクランク角センサを備えた多気筒エンジンに適用するものであって、前記カム信号プレートが、エンジンの気筒数に対して一つ少ない凹部群または凸部群を備え、凹部群または凸部群の凹部または凸部の数は、他の凹部群または凸部群の数と異なる数とすると共に、前記クランク信号プレートが、所定のクランク角で不等間隔とし他のクランク角では等間隔となる凹部または凸部を備え、前記不等間隔の数を気筒数の２分の１備え、前記不等間隔部に基づく信号を前記クランク角センサにて検出し、さらに、前記カム信号プレートに基づく信号をカム角センサにて検出し、前記不等間隔部に基づく信号と前記カム信号プレートに基づく信号とで気筒判定をすることを特徴としている。
【００１０】
そして、本発明のエンジンの気筒判定装置の好ましい具体的態様は、前記カム信号プレートが、エンジンの気筒数に対して一つ少ない凹部群または凸部群を備え、該カム信号プレートの凹部群または凸部群が、クランク角７２０°を前記エンジンの気筒数で除した値となるような位置に配置され、前記位置のうち一箇所は、カム信号プレートの凹部群または凸部群を有せず、また、前記クランク信号プレートが、所定のクランク角で不等間隔とし他のクランク角では等間隔となる凹部または凸部を備え、かつ、前記不等間隔の数を気筒数の２分の１備え、該不等間隔部と前記カム信号プレートの凹部群または凸部群が角度差を持って配置され、制御部を備え、該制御部が、クランク角センサの信号から前記クランク信号不等間隔部を検出し、連続する二つのクランク信号不等間隔部間で検出されるカム角センサの信号数に基づき気筒判定を行うことを特徴としている。
【００１１】
前記の如く構成された本発明のエンジンの気筒判定装置は、カム信号プレートが、エンジンの気筒数に対して一つ少ない凹部群または凸部群を備え、凹部群または凸部群の凹部または凸部の数は、他の凹部群または凸部群の数と異なる数とすると共に、前記クランク信号プレートが、所定のクランク角で不等間隔とし他のクランク角では等間隔となる凹部または凸部を備え、かつ、該不等間隔の数を気筒数の２分の１備え、クランク角センサの信号から前記クランク信号不等間隔部を検出し、さらに、前記カム信号プレートに基づく信号をカム角センサにて検出し、連続する二つのクランク信号不等間隔部間で検出されるカム角センサの信号数に基づき気筒判定を行うようにしたので、コスト面で有利な磁気式、またはホール素子式のクランク角センサを利用し、かつ、内燃機関において、誤判定なく気筒判定し、クランク軸１回転以内に気筒判定が可能な気筒判定装置を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエンジンの気筒判別装置の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態の気筒判定装置が配備されたエンジンシステムの全体構成を示すものである。図１において、エンジン１は、シリンダ１ａとピストン１ｂとを備え、該シリンダ１ａの上部には、吸気管（吸気分岐管）４と排気管１９とが接続されていると共に、吸気弁７と排気弁８，電子制御式の燃料噴射弁６、及び点火プラグ１８が配備されている。
【００１４】
前記吸気管４の上流には、エアクリーナ５と吸入空気の量を制御する絞弁を備えた絞弁組立体、即ちスロットルボディ２が配置されている。該スロットルボディ２には、ＩＳＣバルブ２１が付設されていると共に、スロットルセンサ１７と圧力センサ１６が備えられており、排気管１９には、Ｏ２  センサ１１が備えられている。
【００１５】
前記エンジン１には、水温センサ１２，クランク信号プレート５１の信号を受けるクランク角センサ１３、及びカム信号プレート１５の信号を受けるカム角センサ１４が配備されている。燃料タンク３０からの燃料は、燃料ポンプ３１によって前記燃料噴射弁６に供給されるが、レギュレータ３２で調圧されて燃料配管３３を経て燃料噴射弁６に至り、該燃料噴射弁６で適正な噴射量で噴射される。
【００１６】
エンジン制御装置（コントローラ）１０は、スロットルセンサ１７，圧力センサ１６，Ｏ２  センサ１１，水温センサ１２，クランク角センサ１３、及びカム角センサ１４等の検出信号を入力すると共に、燃料噴射弁６，ＩＳＣバルブ２１，点火コイル９を介して点火プラグ１８、及び燃料ポンプ３１に出力信号を発信している。２２はバッテリー、２３はコントローラ１０に対するメインリレー、２４は燃料ポンプリレーである。クランク角センサ１３およびカム角センサ１４は、図３に示すように、クランク信号プレート５１およびカム信号プレート１５に設けられた突起が通過する毎に発生する磁界の変化αをとらえ、内部処理回路でβを生成し、コントローラ１０に送る。
【００１７】
図２は、制御装置（コントローラ）１０の内部構成を示したものであり、該制御装置（コントローラ）１０は、入力回路１９１，Ａ／Ｄ変化部１９２，中央演算部１９３，ＲＯＭ１９４，ＲＡＭ１９５、及び出力回路１９６を含んだコンピュータにより構成されている。入力回路１９１は、アナログ信号の場合、例えば、水温センサ１２，スロットル開度センサ１７等からの信号を受け付けて、該信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変換部１９２に出力するためのものである。
【００１８】
中央演算部１９３は、該Ａ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ１９４等の媒体に記憶された燃料噴射制御プログラムやその他の制御のための所定の制御プログラムを実行することによって、前記各制御及び診断等を実行する機能を備えている。なお、演算結果、及び、前記Ａ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ１９５に一時保管されるとともに、該演算結果は、出力回路１９６を通じて制御出力信号１９７として出力され、燃料噴射弁６，点火コイル９等の制御に用いられる。一方、クランク角センサ１３およびカム角センサ１４の信号は、入力回路１９１で信号の有無を識別しＨｉｇｈ／Ｌｏｗ  信号として、信号線１９８，１９９により、中央演算部１９３へ送る。中央演算部１９３では、信号線１９８の電圧レベルが、Ｌｏｗ  からＨｉｇｈに変化した時に、図３のγで示したタイミングで割り込み処理が行われる構成となっている。
【００１９】
図４は、本実施形態のクランク角センサ１３とクランク信号プレート５１、および、カム角センサ１４とカム信号プレートのエンジン１への装着状態の一例を示したものである。
【００２０】
エンジン１内に備えたピストン１ｂの上下運動はクランク軸６０によって回転運動に変換され、クランク軸６０に装着されたクランクプーリ６９と、タイミングベルト６８，吸気カムプーリ６４，排気カムプーリ６７で構成された伝達機構７０により、クランク軸６０の１／２の回転数で吸気カム軸６２，排気カム軸６５を駆動し、前記吸気カム軸６２に設けられている吸気カム６３によって吸気バルブ７開閉駆動し、並びに、前記排気カム軸６５に設けられている排気カム６６によって排気バルブ８を開閉駆動する。
【００２１】
前記クランク軸６０にはクランク信号プレート５１が装着され、該クランク信号プレート５１に対向する位置にクランク角センサ１３を配設している。また、前記吸気カム軸６２にはカム信号プレート１５が装着され、該カム信号プレート１５に対向する位置にカム角センサ１４を配設している。
【００２２】
クランク軸６０に装着された前記クランク信号プレート５１は、図５で示すように、４気筒の場合は、１８０°ＣＡの対向した所定の２箇所の位置に不等間隔の信号となる３０°ＣＡの歯欠部を持ち、その他の信号は１０°ＣＡ毎の等間隔の信号である。また、クランク角センサ１３は、クランク信号プレート５１に対向する位置に配設され、クランク軸６０に装着したクランク信号プレート５１が回転することで、前記クランク角センサ１３が磁界の変化を検出する構成となっている。
【００２３】
カム軸６２に装着された前記カム信号プレート１５は、図６で示すように、４気筒の場合は、９０°（１８０°ＣＡ）毎の位置に信号群１５ａ，信号群１５ｂ，信号群１５ｃを持ち、信号群１５ｂに対向した１５ｄで示した位置には信号群を持たなく、気筒数に対し一つ少ない三つの信号群を持つ構成としている。また、前記信号群１５ａの信号数は三つ、前記信号群１５ｂの信号数は二つ、前記信号群１５ｃの信号数は一つ備えており、それぞれの信号群は他の信号群と信号数が異なる構成としている。カム角センサ１４は、前記カム信号プレート１５に対向する位置に配設され、カム軸６２に装着したカム信号プレート１５が回転することで、前記カム角センサ１４が磁界の変化を検出する構成となっている。
【００２４】
図７は、本実施形態のエンジンの気筒判定装置を４気筒のエンジン１に採用したときの各気筒の工程，クランク角センサ１３の出力信号であるクランク信号，カム角センサ１４の出力信号であるカム信号との関係を示したものである。
【００２５】
前記クランク角センサ１３からのクランク信号は、前記クランク信号プレート５１が１８０°ＣＡ毎の位置に不等間隔（３０°ＣＡ）の信号となる歯欠部を持ち、その他の信号は等間隔（１０°ＣＡ）である。一方、前記カム角センサ１４からのカム信号は、前記カム信号プレート１５が９０°（１８０°ＣＡ）毎の位置に三つの信号群１５ａ，１５ｂ，１５ｃを形成し、各信号群１５ａ，１５ｂ，１５ｃには、異なる信号数が設けられているので、三本，二本もしくは一本が一つの群とした信号として出力され、また、図６に示した信号群１５ｂに対向した信号群を持たない位置１５ｄでは、カム信号は発生しない。
【００２６】
前記クランク角センサ１３からのクランク信号と前記カム角センサ１４からのカム信号との位置構成は、前記クランク信号プレート５１の１８０°ＣＡ毎の位置にある歯欠部に対して、９０°（１８０°ＣＡ）毎の位置に配置した前記カム信号プレート１５の三つの信号群１５ａ，１５ｂ，１５ｃおよび信号群を持たない位置１５ｄを図７に示すように前記クランク信号プレート５１の歯欠部の間に位置するような構成とする。クランク信号およびカム信号を前記構成とすることにより、連続する前記クランク信号プレート５１の歯欠部間に、前記カム信号群により入力されたカム信号の数で気筒判別ができるものである。
【００２７】
図８は、本実施形態の気筒判定装置を実施する制御ブロック図である。
【００２８】
クランク角センサ１３のクランク信号は、入力処理手段２１０に入力されノイズ等が除去される。カム角センサ１４のカム信号も入力処理手段２２０でノイズ等が除去される。入力されたクランク信号は、歯欠位置検出手段２３０によって歯欠位置検出信号に変換され、前記カム信号および前記歯欠位置検出信号は、カム信号カウント手段２４０に入力され、前記歯欠位置検出信号が入力されると、前記カム角信号を次の歯欠位置検出信号が入力されるまで、その数をカウントし、カウント信号を連続的に出力する。
【００２９】
４気筒エンジンの場合は、前記カウント信号は、連続的にパターン化され、３２１０３２１０・・・・というように生成出力される。このように生成されたパターン化されたカウント信号が、気筒判定手段２５０に出力されて、気筒判定を実施する。気筒判定は、気筒判定基準格納手段２６０であらかじめ定めているパターンデータを取り出し、前記カウント信号数と対比し、一致するか否かを確認することで実施される。
【００３０】
図９に歯欠位置検出手段２３０の歯欠検出方法について示す。
【００３１】
歯欠位置は、図９に示すようにクランク信号ＢＴＤＣ１０５°ＣＡ信号からＢＴＤＣ７５°ＣＡ信号の間に位置する。歯欠位置検出は、クランク信号ＢＴＤＣ１０５°ＣＡ信号からＢＴＤＣ７５°ＣＡ信号間の時間ｔ２および歯欠位置前後のクランク信号間時間ｔ３およびｔ１を比較して行う。具体的には式１および式２のＡＮＤ条件で歯欠位置を判定する。
【００３２】
ｔ２／ｔ１＞Ａ１                        式１
ｔ２／ｔ３＞Ａ２                        式２
ｔ１：最新のクランク信号間時間
ｔ２：前回のクランク信号間時間
ｔ３：前々回のクランク信号間時間
前記Ａ１およびＡ２は、２程度の値をとる。つまり角度比で換算すると、ｔ１は１０°、ｔ２は３０°、ｔ３は１０°となり、ｔ２／ｔ１＝ｔ２／ｔ３＝３となり、前記Ａ１およびＡ２を２とすれば、歯欠位置の検出が可能である。
【００３３】
図１０は、本実施形態のエンジンの気筒判定装置を４気筒のエンジン１に採用したときの各気筒の工程，クランク信号，カム信号，歯欠検出位置，歯欠位置間のカム信号カウント数の関係を示したものである。
【００３４】
前述した方法で検出された歯欠検出の位置間に入力される前記カム信号カウント信号は、連続的にパターン化され、３２１０３２１０・・・・というように生成出力される。気筒判定は、図１１に示したように、カム信号カウント数が３の場合は３気筒の圧縮工程、カム信号カウント数が２の場合は４気筒の圧縮工程、カム信号カウント数が１の場合は２気筒の圧縮工程、カム信号カウント数が０の場合は１気筒の圧縮工程にあると判別する。
【００３５】
図１２は、本実施形態による気筒判定の実施の一例を示す図である。図１２より、指導開始位置をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれの位置とした場合においても、クランク角３６０°ＣＡ以内、つまりクランク１回転以内に気筒判定が可能であることが判る。
【００３６】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神に逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【００３７】
例えば、前記実施形態においては、クランク角センサ１３の信号より検出した歯欠位置を基準にしてカム角センサ１４の信号をカウントするようにしたものであり、カム信号プレート１５の信号は、気筒数に対し一つ少ない三つの信号群を発生するようにしたものであるが、カム信号プレート１５の信号を気筒数と同一の信号群とし、信号群の信号数を気筒ごとに変えて設定しても同じ効果が得られる。
【００３８】
また、前記実施形態においては、クランク角センサ１３の信号より検出した歯欠位置を基準にしてカム角センサ１４の信号をカウントするようにしたものであるため、クランクの歯欠位置間に発生するカム信号数の関係が崩れなければ、カム信号の発生位置はどこにあっても気筒判定が成立する。つまり、本発明のエンジンの気筒判定は、吸気カム軸６２とクランク軸６０の相対位置が変化する可変バルブタイミング機構を採用したエンジンの気筒判定にも応用可能である。
【００３９】
なお、クランク角センサ１３で検出したクランク信号は、コントローラ１０においてエンジンの失火診断の信号として使用することも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、コスト面で有利な磁気式，ホール素子式または、磁気抵抗素子式のクランク角センサを利用し、４気筒の内燃機関において、誤判定なく気筒判定し、クランク軸１回転以内に気筒判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した内燃機関のシステム構成図である。
【図２】本発明におけるコントローラの内部構造である。
【図３】クランク角センサおよびカム角センサの出力特性を示す図である。
【図４】本発明におけるクランク角センサとカム角センサのエンジンへの装着状態を示した図である。
【図５】本発明におけるクランク角センサとクランク信号プレートとの配置関係を示す図である。
【図６】本発明におけるカム角センサとカム信号プレートとの配置関係を示す図である。
【図７】本発明による角気筒の工程とクランク角センサ検出位置およびカム角センサ検出位置の関係を示す図である。
【図８】本発明における気筒判定装置の気筒判定の制御ブロック図である。
【図９】本発明における歯欠位置検出の方法を示す図である。
【図１０】本発明による角気筒の工程とクランク角センサ検出位置とカム角センサ検出位置および歯欠検出位置の関係を示す図である。
【図１１】図１０のカム信号数に基づく気筒判定位置を示す図である。
【図１２】本発明による気筒判定の実施の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…スロットルボディ、３…コレクタ、４…吸気分岐管、５…エアクリーナ、６…噴射弁、７…吸気弁、８…排気弁、９…点火コイル、１０…制御装置（コントローラ）、１３…クランク角センサ、１４…カム角センサ、１５…カム信号プレート、３２…燃圧調整弁（プレッシャーレギュレータ）、５１…クランク信号プレート。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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