(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２）のクランクシャフト（３）と同期して回転し、外周に複数の歯（１０ａ）が等クランク角間隔で設けられるとともに、所定のクランク角で前記歯が欠けた欠歯部（１０ｂ）を有する第１回転体（１０）と、
前記第１回転体（１０）の歯（１０ａ）を検知してパルス信号を出力する第１センサ（１１）と、
前記第１センサ（１１）からのパルス信号に基づいて前記欠歯部（１０ｂ）を検出する欠歯検出手段（１８）と、
前記欠歯検出手段（１８）が前記欠歯部（１０ｂ）を検出したタイミングからの前記第１センサ（１１）からのパルス信号のレベル変化の回数を計数することでクランク角信号を生成するＣＡ生成手段（１９）と、
前記欠歯検出手段（１８）による前記欠歯部（１０ｂ）の検出が誤検出であるか否かを判定する誤検出判定手段（２１）とを備えるクランク角検出装置であって、
このクランク角検出装置は、前記クランクシャフト（３）に対するカムシャフト（５）の回転位相が変更可能な内燃機関に適用され、
前記カムシャフト（５）と同期して回転し、外周に少なくとも１つの歯を有する第２回転体（１４）と、
前記第２回転体（１４）の歯を検知してパルス信号を出力する第２センサ（１５）と、
前記第２センサ（１５）からのパルス信号に基づいて、前記第２回転体（１４）に形成された歯の内の特定の歯（１４ａ）を検出する特定歯検出手段（２２）と、
前記クランクシャフト（３）に対する前記カムシャフト（５）の回転位相を判別する位相判別手段と、
前記特定の歯（１４ａ）を検出するタイミングでのクランク角と、前記欠歯部（１０ｂ）を検出するタイミングでのクランク角との差の正常値を、前記回転位相毎に予め記憶している記憶手段（２６）と、
前記位相判別手段（２５）によって判別された前記回転位相における前記正常値を前記記憶手段（２６）から読み出す読出手段（２７）とを備え、
前記誤検出判定手段（２１）は、
前記特定の歯（１４ａ）を検出するタイミングでのクランク角と、前記欠歯部（１０ｂ）を検出するタイミングでのクランク角との差を算出し、この差が前記読み出された正常値に一致しない場合に、誤検出と判定することを特徴とするクランク角検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のクランク角検出装置において、
前記内燃機関（２）は可変バルブタイミング機構を備えることを特徴とするクランク角検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載のクランク角検出装置において、
前記記憶手段（２６）は、
前記内燃機関（２）がアイドル運転状態である際に検出された前記欠歯部（１０ｂ）の位置と前記特定の歯（１４ａ）の位置との相対位置を、前記正常値として記憶することを特徴とするクランク角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフトの回転角度を検出するクランク角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりクランク角検出装置として、以下に説明するクランクパルサと、クランクセンサと、欠歯検出手段と、ＣＡ生成手段とを備えるものが知られている。
クランクパルサは、クランクシャフトと同期して回転し、外周に複数の歯が等クランク角間隔で設けられるとともに、所定のクランク角で歯が欠けた欠歯部を有する。
クランクセンサは、クランクパルサの歯を検知してパルス信号を出力する。
欠歯検出手段は、クランクセンサからのパルス信号に基づいて欠歯部を検出する。
ＣＡ生成手段は、欠歯検出手段が欠歯部を検出した時点からのクランクセンサからのパルス信号のレベル変化の回数を計数することでクランク角信号を生成する。
【０００３】
ところで、クランク角信号を正確に取得するためには、クランク角信号をクランクシャフトの回転に伴ってカウントする際の基準となる欠歯部を正確に検出することが求められる。
欠歯部の検出は、クランクセンサが出力するパルス信号のパルス幅やパルス比（連続する２つのパルスのパルス幅の比）に基づいてなされる。例えば、回転に伴うパルス比が所定値以上になったか否かで判定する。
【０００４】
しかし、エンジン始動や停止時等、エンジン回転数の変化が大きい場合には、欠歯部ではない位置でパルス比の増加を検知して、欠歯部であると誤検出してしまう場合がある。
また、ノイズ、逆回転、急なギア切り替え、ギアをつないだままのエンスト等によっても、実際には欠歯部ではないにも係らず、パルス信号のパルス比による判定では欠歯部であると検出されてしまう場合がある。
【０００５】
そこで、このような欠歯部の誤検出を回避するために、カムシャフトの回転位置を検出するカムセンサの出力を用いる方法がある。
特許文献１に記載のクランク角検出装置は、カムセンサからのパルスと、クランクセンサからのパルスとの入力順序が特定のパターンであるか否かによって、欠歯部の誤検出を判定している。
【０００６】
しかしながら、このような手法では、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が変更可能な内燃機関の場合、回転位相が変化するとカムセンサからのパルスとクランクセンサからのパルスとの入力順序が変わってしまい、欠歯部の誤検出か否かの判定に用いることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３０７２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が変更可能な内燃機関に適用されるクランク角検出装置において、欠歯部の誤検出を判定可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のクランク角検出装置は、以下に説明する第１回転体、第１センサ、欠歯検出手段、ＣＡ生成手段、および誤検出判定手段を備える。
【００１０】
第１回転体は、内燃機関のクランクシャフトと同期して回転し、外周に複数の歯が等クランク角間隔で設けられるとともに、所定のクランク角で前記歯が欠けた欠歯部を有する。
第１センサは、第１回転体の歯を検知してパルス信号を出力する。
【００１１】
欠歯検出手段は、第１センサからのパルス信号に基づいて欠歯部を検出する。
ＣＡ生成手段は、欠歯検出手段が欠歯部を検出した時点からの第１センサからのパルス信号のレベル変化の回数を計数することでクランク角信号を生成する。
誤検出判定手段は、欠歯検出手段による欠歯部の検出が誤検出であるか否かを判定する。
【００１２】
また、このクランク角検出装置は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が変更可能な内燃機関に適用される。
そして、以下に説明する第２回転体、第２センサ、特定歯検出手段、位相判別手段、記憶手段、および読出手段を備える。
【００１３】
第２回転体は、カムシャフトと同期して回転し、外周に少なくとも１つの歯を有する。
第２センサは、第２回転体の歯を検知してパルス信号を出力する。
特定歯検出手段は、第２センサからのパルス信号に基づいて、第２回転体に形成された歯の内の特定の歯を検出する。
【００１４】
位相判別手段は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を判別する。
記憶手段は、特定の歯を検出するタイミングでのクランク角と、欠歯部を検出するタイミングでのクランク角との差の正常値を、回転位相毎に予め記憶している。
読出手段は、位相判別手段によって判別された回転位相における正常値を記憶手段から読み出す。
【００１５】
そして、本発明の誤検出判定手段は、特定の歯を検出するタイミングでのクランク角と、欠歯部を検出するタイミングでのクランク角との差を算出し、この差が読み出された正常値に一致しない場合に、誤検出と判定する。
【００１６】
本発明によれば、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が変更可能な内燃機関に適用されるクランク角検出装置において、欠歯部の誤検出を判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】クランク角検出装置の全体構成図である（実施例）。
【図２】クランク角検出装置の全体構成図である（実施例）。
【図３】クランク角、クランクカウンタ、クランクパルス、カムパルスのタイミングチャートである（実施例）。
【図４】欠歯誤検出のフロー図である（実施例）。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００１９】
〔実施例の構成〕
実施例のクランク角検出装置１を、図１〜４を用いて説明する。
クランク角検出装置１は、内燃機関２のクランクシャフト３の回転位置の情報をクランク角信号により出力する装置である。
内燃機関２は、図２に示すように、クランクシャフト３と、ベルト４等によってクランクシャフト３から駆動力が伝達されるカムシャフト５とを備える。クランクシャフト３が駆動軸、カムシャフト５が従動軸をなし、クランクシャフト３の回転にともなってカムシャフト５が回転する。
【００２０】
また、内燃機関２は、クランクシャフト３に対するカムシャフト５の回転位相（以下、ＶＣＴ位相と呼ぶ）が変更可能な可変バルブタイミング機構６を備える。
可変バルブタイミング機構６は、クランクシャフト３とカムシャフト５との相対回転位相を変更するものであり、周知の構造を有している。すなわち、所定の基準位置に対して進角側及び遅角側への位相変更が可能になっている。例えば、吸気バルブ（図示せず）を駆動させるカムシャフト５の回転位相を可変する場合には、吸気バルブの開閉時期を進角及び遅角させることができる。
【００２１】
可変バルブタイミング機構６は、ＥＣＵ８から送信される指令信号を受信し、この信号に基づきＶＣＴ位相を進角側もしくは遅角側に変更する。
【００２２】
クランク角検出装置１は、以下に説明するクランクパルサ１０（第１回転体）、クランクセンサ１１（第１センサ）、カムパルサ１４（第２回転体）、カムセンサ１５（第２センサ）、欠歯検出手段１８、ＣＡ生成手段１９、誤検出判定手段２１、特定歯検出手段２２、位相判別手段２５、記憶手段２６、及び読出手段２７等を備える。
【００２３】
クランクパルサ１０は、クランクシャフト３と同期して回転する円盤であって、例えばクランクシャフト３の軸方向一端にクランクシャフト３と同軸に固定されている（図２参照）。
また、クランクパルサ１０は、外周に複数の歯１０ａが等クランク角間隔で設けられるとともに、所定のクランク角で歯１０ａが欠けた欠歯部１０ｂを有する。
【００２４】
欠歯部１０ｂは、クランクシャフト３の回転位置の基準位置をなす箇所のことである。
なお、欠歯部１０ｂとは、等間隔に並ぶ歯１０ａが欠けた領域のことであり、余分歯を設けられている箇所も等間隔の歯が存在しない箇所であるため、その範疇に入るものとする。
【００２５】
クランクセンサ１１は、クランクパルサ１０の歯１０ａを検知してパルス信号（クランクパルス）を出力する。
クランクセンサ１１は、クランクパルサ１０の外周面に対向する位置にクランクパルサ１０に対して相対回転不能に固定されている。
そして、クランクパルサ１０の回転によって自身の検出部の前を通過する歯１０ａを検知してパルス信号を出力する。
欠歯部１０ｂでは、等間隔に歯１０ａが設けられた領域と比較してパルス幅が長くなる。
【００２６】
カムパルサ１４は、カムシャフト５と同期して回転する円盤であって、例えばカムシャフト５の軸方向一端にカムシャフト５と同軸に固定されている（図２参照）。
また、カムパルサ１４は、外周に１つの歯１４ａ（以下、特定歯１４ａと呼ぶ）が設けられている。
【００２７】
カムセンサ１５は、カムパルサ１４の特定歯１４ａを検知してパルス信号（カムパルス）を出力する。
カムセンサ１５は、カムパルサ１４の外周面に対向する位置にカムパルサ１４に対して相対回転不能に固定されている。
そして、カムパルサ１４の回転によって自身の検出部の前を通過する特定歯１４ａを検知してパルス信号を出力する。
【００２８】
本実施例では、ＥＣＵ８が、欠歯検出手段１８、ＣＡ生成手段１９、誤検出判定手段２１、特定歯検出手段２２、位相判別手段２５、記憶手段２６、及び読出手段２７の機能を含んで構成されている。
なお、ＥＣＵ８は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよび各種データを保存する記憶装置（ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ）、入力回路（入力部）、出力回路（出力部）等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータを有する。
【００２９】
欠歯検出手段１８は、クランクセンサ１１からのパルス信号に基づいて欠歯部１０ｂを検出する。
例えば、クランクセンサ１１からのパルス信号に所定値以上のパルス比（連続する２つのパルスのパルス幅の比）となる信号パターンが現れたら、その信号パターンの終期のエッジ（本実施例では立ち上がり信号）を検出した際に、欠歯部１０ｂを検出したとして欠歯フラグをＯＮにする。
【００３０】
ＣＡ生成手段１９は、欠歯検出手段１８が欠歯部１０ｂを検出した時点（例えば欠歯フラグをＯＮにした時点）からのクランクパルスのレベル変化の回数を計数することでクランク角信号を生成する。
すなわち、図３に示すように、例えば、レベル変化毎にクランクカウンタ値を加算していく。クランクシャフト３が一回転すると、クランクカウンタ値は３６０°ＣＡとなるが、ここで欠歯部１０ｂが検出されるため、リセットされて０°ＣＡとなる。
【００３１】
なお、本実施例では内燃機関が４気筒であるため、クランクシャフト３の２回転で、カムシャフト５が１回転する。そのため、１サイクルのクランク角は７２０°ＣＡである。
クランクカウンタ値のスタートが１サイクル中のいずれのクランク位置になるかは、欠歯部１０ｂが検出される位置とその時の上死点からの位置との関係による。
例えば、図３に示す例では、第１気筒、第４気筒の上死点（♯１ＴＤＣ、♯４ＴＤＣ）に対して、上死点前６０°ＣＡがクランクカウンタ値のスタートとなっている。
【００３２】
欠歯検出手段１８の欠歯検出が正常であれば、図３に示すように、先の欠歯部１０ｂから次の欠歯部１０ｂを検出するまでのクランクシャフト３の回転に対して、正確にクランク角信号を生成することができる。つまり、クランク角を検出できる。
【００３３】
しかしながら、欠歯検出手段１８の欠歯検出が誤検出であると、例えば、本実施例の場合では、上死点前６０°ＣＡの回転位置ではないのに、クランクカウンタ値がリセットされるため、その位置が上死点前６０°ＣＡであると検出されてしまう。
【００３４】
誤検出判定手段２１は、欠歯検出手段１８による欠歯部１０ｂの検出が誤検出であるか否かを判定する。
本実施例の誤検出判定手段２１は、欠歯部１０ｂを検出したタイミングにおけるＶＣＴ位相を考慮しつつ、特定歯１４ａを検出するタイミングでのクランク角と、欠歯部１０ｂを検出するタイミングでのクランク角との差（角度差ｄ）に基づき誤検出であるか否かを判定する。以下に、この誤検出を実現させるために必要な構成、及び制御の流れについて説明する。
【００３５】
クランク角検出装置１は、特定歯検出手段２２、位相判別手段２５、記憶手段２６、及び読出手段２７を備える。
【００３６】
特定歯検出手段２２は、カムセンサ１５からのパルス信号に基づいて、カムパルサ１４に形成された特定歯１４ａを検出する。
本実施例では半周する毎に１つのパルスを形成するように歯が１つ設けられており、この歯を特定歯１４ａとしている。
特定歯検出手段２２は、例えば、カムセンサ１５が特定歯１４ａに相当するパルスの立ち上がりエッジが現れたら、特定歯１４ａを検出したとして特定歯フラグをＯＮにする。
【００３７】
位相判別手段２５は、ＶＣＴ位相を判別する。
本実施例では、欠歯検出直前の可変バルブタイミング機構６への指令信号によって、現在のＶＣＴ位相を判別する。
なお、可変バルブタイミング機構６におけるＶＣＴ位相変更のアクチュエータ（油圧アクチュエータや電子アクチュエータ等）の状態によってＶＣＴ位相を判別してもよい。
また、前サイクルで欠歯検出が正常に行われており、今回のサイクルまでにＶＣＴ位相を変更する指令信号がない場合には、前サイクルでのクランク角検出装置１からの出力信号に基づいて判別してもよい。
【００３８】
記憶手段２６は、角度差ｄの正常値ｄｓを、ＶＣＴ位相毎に予め記憶している。
本実施例では、内燃機関が安定した回転状態であると推測されるアイドル運転時に、通常のクランク角検出を行っている間に、角度差ｄを学習し、その学習値を正常値ｄｓとして記憶している。
【００３９】
具体的には、ＥＣＵ８は、正常値学習部（図示せず）としての機能も持っており、正常値学習部は所定の運転条件が満たされたとき（例えばアイドル運転状態である場合）に、欠歯検出手段１８、特定歯検出手段２２及びＣＡ生成手段１９からの出力に基づいて、角度差ｄを算出する。
角度差ｄ算出は１サイクル毎に行われるが、複数サイクルに亘って角度差ｄの算出を行い、その複数のデータの最頻値（平均値や中央値であってもよい）を算出する。
【００４０】
そして、この学習を行っているときのＶＣＴ位相を把握し、算出した最頻値がこのＶＣＴ位相での正常値ｄｓとして記憶手段２６に記憶される。
なお、学習によらず、正常値ｄｓとＶＣＴ位相との相関をＭＡＰや数式により予め記憶していてもよい。
【００４１】
読出手段２７は、位相判別手段２５によって判別されたＶＣＴ位相における正常値ｄｓを記憶手段２６から読み出す。
【００４２】
そして、誤検出判定手段２１は、角度差ｄを算出し、この値が読み出された正常値ｄｓに一致しない場合に、誤検出と判定する。
【００４３】
ＣＡ生成手段１９は、欠歯検出が誤検出であっても欠歯部１０ｂを検出したタイミングからクランクカウンタを加算していきクランク角信号を生成する。この信号を仮のクランク角信号と呼ぶ（今回のサイクルのクランク角信号とも呼ぶ）。
誤検出判定手段２１は、欠歯部１０ｂを検出したタイミングでのクランク角と、特定歯１４ａを検出したタイミングでのクランク角を、この仮のクランク角信号に基づき算出する。
【００４４】
例えば、ＶＣＴ位相が位相Ａの際、欠歯部１０ｂが検出された後に特定歯１４ａが検出される状態が正常状態となっている（図３参照）。このため、欠歯部１０ｂが検出された時点でのクランク角、及び、特定歯１４ａが検出された時点でのクランク角はともに仮のクランク角信号に基づいて把握される。従って、角度差ｄも仮のクランク角信号に基づいて算出される。
【００４５】
この角度差ｄが位相Ａのときの正常値ｄｓと等しければ、この仮のクランク角信号は正常の信号であると判定する。しかし、この角度差ｄが位相Ａのときの正常値ｄｓと異なっている場合には、欠歯誤検出であると判定し、この仮のクランク角信号は異常な信号であると判定する。
【００４６】
なお、本実施例では、ＶＣＴ位相が位相Ｂの際、特定歯１４ａが検出された後に欠歯部１０ｂが検出される状態が正常状態となっている。
この場合、特定歯１４ａが検出された時点でのクランク角は前のサイクルでのクランク角信号に基づき把握される。そして、特定歯１４ａが現れるクランク角から正常値ｄｓ後に、欠歯部１０ｂが現れるのが正常であるが、それよりも前もしくは後に現れる場合には、欠歯誤検出であると判定する。
【００４７】
次に、上記で説明した誤検出検出を含むクランク角検出の流れを図４のフロー図を用いて説明する。
まず、ステップＳ１で欠歯検出手段が欠歯部１０ｂを検出する。
次に、ステップＳ２で、欠歯検出した時点からクランクカウントを開始しクランク角信号（仮のクランク角信号、今回サイクルのクランク角信号）を生成する。
次に、ステップＳ３で、位相判別手段２５によってＶＣＴ位相を判別する。
【００４８】
その後、ステップＳ４に進み、判別したＶＣＴ位相に対応する正常値ｄｓを記憶部から読み出す。
そして、ステップＳ５に進み、クランク角信号に基づき、欠歯部が検出されるタイミングでのクランクシャフトの位置と特定歯が検出されるタイミングでのクランクシャフトの位置とのクランク角度差ｄを算出する。
なお、ステップＳ４とＳ５とはどちらが先であってもよい。
【００４９】
そして、ステップＳ６に進み、クランク角度差ｄが正常値か否かを判定する。
正常値であれば、ステップＳ７に進み、欠歯検出が正常であったと判定する。
正常値でなければ、ステップＳ８に進み、欠歯検出は誤検出であったと判定する。
【００５０】
欠歯検出が正常と判定された場合は、生成した今回のクランク角信号をそのまま採用する。
欠歯検出が異常と判定された場合は、生成した今回のクランク角信号を採用しない。例えば、前回サイクルのクランク角信号を採用する。
【００５１】
〔本実施例の作用効果〕
本実施例によれば、クランクシャフト３に対するカムシャフト５の回転位相が変更可能な内燃機関に適用されるクランク角検出装置１において、欠歯部１０ｂの誤検出を判定することが可能となる。
【００５２】
つまり、回転位相が変化しても、回転位相毎に正常値を記憶しているため、回転位相を把握すれば、正常値との対比によって欠歯部１０ｂの誤検出を判定することが可能である。
この結果、欠歯誤検出の場合には、クランク角信号を不採用としたり、クランク角信号を補正したり等の処理をすることができ、高精度なクランク角検出を行うことができる。
【００５３】
また、本実施例では、アイドル運転時に実施する学習により得られる学習値を正常値として記憶している。
このため、予め定数として記憶している場合よりも、経年劣化などにより実際の機械的な角度の変化に、正常値を追従させることができる。
また、ＶＣＴ位相の変化幅が様々な内燃機関に一律にクランク角検出装置１を適用することも可能となる。
【００５４】
〔変形例〕
実施例では、可変バルブタイミング機構６によって、クランクシャフト３に対するカムシャフト５の回転位相が変更可能であったが、「クランクシャフト３に対するカムシャフト５の回転位相が変更可能」とは、経年劣化などによって回転位相の変化が可能な状態も含むものとする。
【００５５】
また、実施例では、カムパルサ１４の歯が１つのみで、その歯を特定歯１４ａとしたが、複数の歯を有しており、その内の１つを特定歯１４ａとしてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１  クランク角検出装置、２  内燃機関、３  クランクシャフト、５  カムシャフト、１０  第１回転体、１０ａ  歯、１０ｂ  欠歯部、１１  第１センサ、１４  第２回転体、１４ａ  特定歯、１５  第２センサ、１８  欠歯検出手段、１９  ＣＡ生成手段、２１  誤検出判定手段、２２  特定歯検出手段、２５  位相判別手段、２６  記憶手段、２７  読出手段
【図１】
0006394447.tif 000002
【図２】
0006394447.tif 000003
【図３】
0006394447.tif 000004
【図４】
0006394447.tif 000005