(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸（１ｓ）の回転に同期して回転する第１回転体（１）の周部に等間隔に設けられた凸部（１ａ）または凹部を検出してパルス信号を生成・出力する第１信号発生手段（３）と、
カム軸（２ｓ）の回転に同期して回転する第２回転体（２）の周部に不等長に設けられた凸部（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ）または凹部を検出して、その形状に対応した矩形波信号を生成・出力する第２信号発生手段（４）と、
前記第１信号および第２信号を対応づけて、第２信号の連続するエッジ間に対応する第１信号の個数をパターンとして検知するパターン検知手段（１３）と、
前記第１信号のパターンを、予め記憶され、クランク軸（１ｓ）の回転位置に関連づけられた記憶パターンと照合するパターン照合手段（１５）と、
前記パターン照合手段（１５）による照合の結果、前記第１信号のパターンと一致した前記記憶パターンに基づいて、前記クランク軸（１ｓ）の回転位置を決定する回転位置検出手段（１６）と、
点火プラグ（２１）に連結される点火コイル（２０）に通電させ、前記パターンの照合を行ったエッジ間の次のエッジが検出されるタイミングで点火プラグ（２１）を点火させる点火コイル通電手段（１９）とを具備し、
前記第２回転体（２）に形成される凸部（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ）または凹部は、エンジンの気筒数と同じ数だけそれぞれ不等間隔に設けられており、
前記凸部（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ）または凹部の隣接するエッジの間隔のうちの最も短い間隔を、点火コイル通電手段（１９）により点火コイル（２０）へ通電を始めてから点火プラグ（２１）が点火するまでの時間に対応するクランク軸（１ｓ）の回転角度よりも大きく設定したことを特徴とする内燃機関の回転位置検出装置。
【請求項２】
前記点火プラグ（２１）の点火タイミングを、前記第２信号の凸部（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ）の立上りエッジまたは立下りエッジに合致するように設定し、
前記第２信号の凸部（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ）の立上りエッジまたは立下りエッジを、各気筒の圧縮上死点に対応させたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の回転位置検出装置。
【請求項３】
前記点火プラグ（２１）の点火タイミングを、前記第２信号の凸部（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ）の立上りエッジに合致するように設定し、
前記第２信号の凸部（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ）の立上りエッジを、各気筒の圧縮上死点に対応させたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の回転位置検出装置。
【請求項４】
前記第２回転体（２）の凸部（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ）または凹部のエッジ部分の一部または全部に対応する、第１回転体（１）の凸部（１ａ）または凹部の配置を、その他の部分に対応する第１回転体（１）の凸部（１ａ）または凹部の配置とは異なる配置としたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の回転位置検出装置。
【請求項５】
前記異なる配置は、前記エッジ部分の一部または全部に対応する第１回転体（１）の凸部（１ａ）または凹部の間隔を、その他の部分に対応する第１回転体（１）の凸部（１ａ）または凹部の間隔より大きくした配置であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の回転位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の回転位置検出装置に係り、特に、内燃機関の回転位置を正確に判断すると共に、内燃機関が始動するまでの時間を短縮することができる内燃機関の回転位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子燃料噴射装置を採用した４サイクルエンジンにおいて、そのエンジンの行程判別をカムシャフトの位相およびクランクシャフトの位相の双方に基づいた回転位置検出によって行う構成が知られている。
【０００３】
特許文献１には、カムシャフトに同期して回転し、等間隔に複数の歯が設けられる第１回転体と、クランクシャフトに同期して回転し、不等間隔に複数のベーンが設けられた第２回転体とを備え、第２回転体のベーンの両エッジが通過する期間内に前記第１回転体の歯が何個通過するかを個数パターンとして認識し、これをメモリに記憶された照合用パターンと照合することでクランクシャフトの回転位置を検知する、エンジンクランク軸の角度位置表示用変換装置が開示されている。該装置によれば、冷間の始動時等、クランクシャフトの回転速度が不安定であるためにパルス間の幅に変動が生じるような状況下でも、正確な回転位置検出処理を行うことができる。
【特許文献１】特公平４−６１１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の点火システムとして、ディストリビュータに組み込まれたロータとピックアップコイルの信号をトランジスタの増幅回路で増幅することによって、点火コイルの一次電流の断続を行うフルトランジスタ方式が知られている。この点火方式は、火花の連続時間が長く着火性能に優れるほか、点火コイルに通電を開始してから点火プラグに点火するまでに若干の時間を要するという特徴を有する。上記特許文献１の装置においては、この通電から点火までの時間に対する配慮が何らされておらず、フルトランジスタ方式の内燃機関に適用した場合に、個数パターンの照合によって従来方式より大幅に早くクランクシャフトの回転位置が判明したとしても、その直後に最初に現れる点火タイミングに点火プラグの点火が間に合わないことがあった。このため、実際の点火は、その次の点火タイミングで行われることとなり、結局、内燃機関が始動するまでの時間があまり短縮されないことがあるという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、内燃機関の回転位置を正確に判断すると共に、内燃機関が始動するまでの時間を短縮することができる内燃機関の回転位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した目的を達成するために、本発明は、クランク軸の回転に同期して回転する第１回転体の周部に等間隔に設けられた凸部または凹部を検出してパルス信号を生成・出力する第１信号発生手段と、カム軸の回転に同期して回転する第２回転体の周部に不等長に設けられた凸部または凹部を検出して、その形状に対応した矩形波信号を生成・出力する第２信号発生手段と、前記第１信号および第２信号を対応づけて、第２信号の連続するエッジ間に対応する第１信号の個数をパターンとして検知するパターン検知手段と、前記第１信号のパターンを、予め記憶され、クランク軸の回転位置に関連づけられた記憶パターンと照合するパターン照合手段と、前記パターン照合手段による照合の結果、前記第１信号のパターンと一致した前記記憶パターンに基づいて、前記クランク軸の回転位置を決定する回転位置検出手段と、点火プラグに連結される点火コイルに通電させ、前記パターンの照合を行ったエッジ間の次のエッジが検出されるタイミングで点火プラグを点火させる点火コイル通電手段とを具備し、前記第２回転体に形成される凸部または凹部の隣接するエッジの間隔を、点火コイル通電手段により点火コイルへ通電を始めてから点火プラグが点火するまでの時間に対応するクランク軸の回転角度よりも大きく設定するようにした点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、気筒数に応じた数の凸部または凹部が前記第２回転体に形成されると共に、前記点火プラグの点火タイミングを、前記第２信号の凸部の立上りエッジまたは立下りエッジに合致するように設定し、前記第２信号の凸部の立上りエッジまたは立下りエッジを、各気筒の圧縮上死点に対応させるようにした点に第２の特徴がある。
【０００８】
また、前記第２回転体の凸部または凹部のエッジ部分の一部または全部に対応する、第１回転体の凸部または凹部の配置を、その他の部分に対応する第１回転体の凸部または凹部の配置とは異なる配置とするようにした点に第３の特徴がある。
【０００９】
さらに、前記異なる配置は、前記エッジ部分の一部または全部に対応する第１回転体の凸部または凹部の間隔を、その他の部分に対応する第１回転体の凸部または凹部の間隔より大きくした配置であるようにした点に第４の特徴がある。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、クランキング開始時のクランク軸の回転角が何度の位置にあっても、パターン照合によって迅速に回転位置を検出することができる。さらに、回転位置検出後に最初に現れる点火タイミングで確実に点火プラグに点火することができるので、回転位置検出処理の終了から内燃機関が始動するまでの時間を短縮することができるようになる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、内燃機関の組み立て時やメンテナンス時に、カム軸等の基準位置を合致させやすくなり、組み付け性とメンテナンス性を高めることができるようになる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、第１回転体によるパルス信号によっても、第２回転体のエッジ部分の通過を検知することができるので、第２信号の連続するエッジ間に対応する第１信号の個数をパターンとして検知する際の誤検知を抑制することができるようになる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、クランク軸の回転をカム軸に伝える伝達機構において、歯車部品のバックラッシュ等で若干の回転ずれが生じるような場合でも、第１信号のパターンの誤検知を抑制することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る内燃機関の回転位置検出装置の一実施形態のブロック図である。本実施形態では、内燃機関の１サイクル、すなわちクランクシャフトが２回転する間にカムシャフトが１回転する、４サイクルの５気筒エンジンを例にして説明する。
【００１５】
クランク軸としてのクランクシャフト１ｓには、クランクパルサロータ１および第１信号としてのクランクパルスを発生するクランクパルス発生器３が設けられている。図中の矢印ａの方向に回転するクランクパルサロータ１の外周部には、１５°の等間隔をもってセンサ歯１ａが設けられている。クランクパルス発生器３には、センサ歯１ａの通過を検知することができる電磁ピックアップ３が用いられ、クランクシャフト１ｓの回転に伴うセンサ歯１ａの通過状況は、パルス幅の短いクランクパルスとして出力される。
【００１６】
カム軸としてのカムシャフト２ｓには、カムパルサロータ２および第２信号としてのカムパルスを発生するカムパルス発生器４が設けられている。図中の矢印ｂの方向に回転するカムパルサロータ２の外周部には、外周長がそれぞれ異なり、気筒数に対応した枚数の略扇型のセンサ歯２ａ〜２ｅが設けられている。カムパルス発生器４には、磁界の強弱や磁極を判別することができるホール素子が用いられ、カムシャフト２ｓの回転に伴うセンサ歯２ａ〜２ｅの通過状況は、その凸形状に対応した矩形波状のカムパルスとして出力される。
【００１７】
ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１０は、クランクパルス発生器３からの信号を検知するクランクパルス検知部１１と、カムパルス発生器４からの信号をＬ（ロウ）レベルおよびＨ（ハイ）レベルの信号として検知するカムパルス検知部１２と、カムパルス波形の凸部が通過する間、すなわちＨレベル信号が検知されている間のクランクパルスの通過個数をパルスパターンとして検知するパターン検知手段としてのパルスパターン検知部１３と、照合用の記憶パターンが格納されているパルスパターン記憶部１４と、前記パルスパターン検知部１３で検知されたパルスパターンとパルスパターン記憶部１４に格納されている記憶パターンとを照合するパターン照合手段としてのパルスパターン照合部１５と、パルスパターン照合部１５による照合結果に基づいて内燃機関の回転位置を検出する回転位置検出手段としての回転位置検出部１６とを含んでいる。そして、回転位置検出部１６による処理結果およびエンジン回転数や車速等の情報に基づいて、燃料噴射装置駆動手段１７は燃料噴射装置１８を駆動制御し、点火コイル通電手段１９は、点火プラグ２１に点火するための電力を点火コイル２０に通電する。
【００１８】
次いで、前記ＥＣＵ１０により実行される回転位置検出処理を、図２のフローチャートおよび図３のタイミングチャートを参照して説明する。内燃機関を始動するためにメインスイッチをオンにしてＥＣＵ１０に電源が投入されると、図２のフローチャートに示した「回転位置検出処理」が起動される。  
【００１９】
図２のフローチャートが起動し、ステップＳ１０にてクランクパルスおよびカムパルスが検知されると、ステップＳ１１では、内燃機関の回転位置が確定しているか否かが判定される。ここでは、未だ回転位置が確定していないので、ステップＳ１２に進む。
【００２０】
図３のタイミングチャートには、１番気筒を基準としたクランクシャフトの回転角と、該回転角の変動に伴って検知される前記クランクパルスおよびカムパルスの波形が示されている。これらの波形は、前記クランクパルス検知部１１およびカムパルス検知部１２からの信号に基づいて構成されている。カムパルスの下段に示すクランクパルス個数は、カムパルスの凸部が検知される期間に通過するクランクパルスの個数を示している（カッコ内は、凹部が検知される期間に通過する個数を示す）。また、エンジンの１サイクル期間は、前記クランクパルサロータ１に等間隔に設けられた２４本のセンサ歯１ａに基づいて１〜４８ステージに分割されている。なお、前記クランクパルスの下段に示すステージ数、および１〜５番気筒（♯１〜５）における行程区分（吸入／圧縮／爆発／排気）は、本発明に係る回転位置検出処理が完了した時点で明らかになるものである。また、クランクパルスの欄に示した丸印は、回転位置検出処理の完了に伴って判明したステージ数が適用される箇所を示している。
【００２１】
ここで、カムパルスの波形に注目する。前記カムパルスロータ２のセンサ歯２ａ〜２ｅは、２ａ＝４番気筒、２ｂ＝１番気筒、２ｃ＝２番気筒、２ｄ＝５番気筒、２ｅ＝３番気筒におけるそれぞれの圧縮上死点（図中では、ＴＤＣと示す）に対応するように配置されている。そして、各センサ歯の立上りエッジ、すなわちカムパルス波形が凹側から凸側に変わる点は、各気筒の圧縮上死点の直前（本実施形態では７．５°手前）に位置する点火タイミングと合致するように配置されている。図中では、この点火タイミングを♯１〜５の行程の欄に星印で示す。また、本実施形態に係る内燃機関には、フルトランジスタ式の点火方式が採用されているため、前記点火コイル通電手段１９が点火コイル２０へ通電を開始してから点火プラグ２１に点火されるまでに多少の時間を要する。これにより、各星印で示す点火タイミングで点火するためには、その左方に下向き矢印ｐで示したタイミングで点火コイルへ通電を開始しなくてはならない。この通電開始から点火までの間隔は、点火システムを構成する機器の特性によって決まるものであり、本実施形態においては、およそクランクパルス２個分のクランクシャフト回転角を要する。なお、本実施形態では、クランクシャフト回転角が２７０°の時にクランキングが開始された場合の処理手順を示している。
【００２２】
図２に戻って、ステップＳ１２では、カムパルスの立上りエッジが通過したか否かが判定される。ステップＳ１２で立上りエッジが通過したと判定されると、ステップＳ１３へ進んでクランクパルスのカウントを開始し、ステップＳ１４ではそのままカウントを継続する。本実施形態では、クランクシャフト回転角が２７７．５°に達した時点で、前記センサ歯２ａの立上りエッジが検出される（図３参照）ので、クランクパルスのカウントが開始される。なお、前記ステップＳ１２でカムパルスの立上りエッジが通過していないと判定されると、ステップＳ１０に戻って、再度、クランクパルスおよびカムパルスの検知を行う。
【００２３】
ステップＳ１５では、カムパルスの立下りエッジが通過したか否かが判定され、通過したと判定されると、ステップＳ１６に進んで、クランクパルスカウントの記録が行われる。本実施形態では、クランクシャフト回転角が３０７．５°に達した時点で凸側から凹側に変わる立下りエッジが検出される（図３参照）ので、これまでにカウントされたクランクパルス個数の「２」が、前記パルスパターン検知部１３に記録される。なお、前記ステップＳ１５でカムパルスの立下りエッジが通過していないと判定されると、ステップＳ１４に戻ってクランクパルスのカウントを継続する。
【００２４】
続くステップＳ１７でパルスパターンの照合処理が完了すると、ステップＳ１８に進んでクランクシャフトの回転位置を確定し、回転位置検出処理を終了する。前記ステップＳ１７における照合処理に使われるパルスパターンは、前記パルスパターン検知部１３に記録されたクランクパルス個数であり、本実施形態では「２」である。ここで、前記パルスパターン記憶部１４（図１参照）に格納される照合用の記憶パターンを示した図４を参照する。
【００２５】
図４は、照合用の記憶パターンと、各記憶パターンに対応する次ステージ数および次回点火気筒番号を示した一覧表である。前記したように、本実施形態で適用されるパルスパターンは「２」であるので、該表との照合によって、次ステージ数は「２２」、次回点火気筒番号は「１」であると判明する。なお、次回点火気筒番号は、ステージ数に基づいて判明した各気筒の行程や点火タイミング等から導き出される事項であるため、図示のようなデータテーブルに独立して格納されていなくてもよい。
【００２６】
図３に戻って、前記した次ステージ数は、パルスパターン照合処理後の最初のクランクパルスが検知された時点で適用されるため、本実施形態では、クランクシャフト回転角３０７．５°での照合処理後、同３１５°にて次のクランクパルスが検出された時点でステージ数の２２が適用されることになる。したがって、上記実施形態の処理例では、クランクシャフト１ｓがクランキング開始から４５°回転した時点で、回転位置検出処理が完了することとなる。
【００２７】
一方、前記点火コイル通電手段１９（図１参照）においても、回転位置検出処理が完了した時点で、点火コイル２０に通電する準備が整うことになる。ここでは、回転位置検出処理の完了後、クランクシャフト回転角３５２．５°で点火タイミングを迎える１番気筒において、その点火コイルへの通電開始タイミングよりも前に通電準備が整うため、フルトランジスタ点火方式による前記タイムラグが存在しても、確実に１番気筒の点火プラグに点火することができるようになる。このような効果を奏するのは、カムパルスにおける立下りエッジから次の立上りエッジまでの間隔、すなわちＬレベル期間が、通電開始から点火プラグまでに要する期間より長くなるように設定されているためである。例えば、回転位置検出処理が完了してから次の点火タイミングまでの期間が前記タイムラグより短いと、点火タイミングが判明していても実際の点火が間に合わず、さらにその次の点火タイミングまで待たなくてはならないが、本発明に係る内燃機関の回転位置検出装置においては、こうした事態が起こらないように前記センサ歯２ａ〜２ｅの各間隔が設定されている。
【００２８】
上記したような構成によれば、クランキング開始時のクランクシャフト回転角が何度の位置にあっても、図４に示した５種のパルスパターンのいずれかに該当して、正確な回転位置検出を行うことができるようになる。また、回転位置検出処理後に最初に現れる点火タイミングで確実に点火プラグに点火することができるので、回転位置検出処理の完了からエンジンが始動するまでの時間を短縮することができるようになる。さらに、カムパルスの立上りエッジ、すなわちカムパルスロータのセンサ歯の立上りエッジ部が、各気筒の圧縮上死点と対応するように設定したので、エンジンの組み立て時やメンテナンス時に基準位置を合致させやすくなり、組み付け性とメンテナンス性を向上させることができるようになる。なお、本実施形態において、クランキング開始から最初の点火が行われるまでの回転角は、上記した処理例における８２．５°が最小値であり、最大値でも、クランクシャフト回転角３６０°でクランキングを開始した場合の３５２．５°となり、少ない回転角度、換言すれば、短い時間でエンジンが始動できるようになることが明らかである。
【００２９】
また、本発明に係るクランクパルサロータおよびカムパルサロータのセンサ歯の個数や形状、クランクパルスをカウントする時期および範囲、照合用のパルスパターン等が、上記した実施形態のものに限られずに種々の変形を可能とすることは勿論である。例えば、前記クランクパルサロータ１のセンサ歯列に任意の数の欠歯部を設け、このクランクパルスの凹部が他より広くなる箇所に、前記カムパルスのエッジ部の一部または全部が対応するようにカムパルサロータ２のセンサ歯を形成することもできる。このように構成すると、クランクシャフトの回転をカムシャフトに伝える伝達機構の中で、歯車部品のバックラッシュ等で若干の回転ずれが生じるような場合でも、前記カウント数の誤検出を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る内燃機関の回転位置検出装置の一実施形態のブロック図である。
【図２】回転位置検出の手順を示したフローチャートである。
【図３】回転位置検出の手順を示したタイミングチャートである。
【図４】照合用パルスパターンに対応するステージ数および次回点火気筒番号である。
【符号の説明】
【００３１】
１…クランクパルサロータ、１ｓ…クランクシャフト、１ａ…センサ歯、１ｂ…欠歯部、２…カムパルサロータ、２ｓ…カムシャフト、２ａ〜２ｅ…センサ歯、３…クランクパルス発生器、４…カムパルス発生器、１０…ＥＣＵ、１１…クランクパルス検知部、１２…カムパルス検知部、１３…パルスパターン検知部、１４…パルスパターン記憶部、１５…パルスパターン照合部、１６…回転位置検出部、１９…点火コイル通電手段、２０…点火コイル、２１…点火プラグ
【図１】
0004420349.tif 000002
【図２】
0004420349.tif 000003
【図３】
0004420349.tif 000004
【図４】
0004420349.tif 000005