(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム軸のクランク軸に対する回転位相を変化させることによりバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置を備えたエンジンの制御情報検出装置であって、
前記クランク軸と同期して回転するように装着された第１シグナル部材と、
該第１シグナル部材に隣接し、前記カム軸と同期するように装着された第２シグナル部材と、
前記２つのシグナル部材に対向して配置され、該２つのシグナル部材に設けられた被検出部が通過する毎に検出信号を出力する１つの角度センサと、
を含んで構成され、
前記第１シグナル部材には、各気筒の所定のクランク角位置で前記角度センサによって検出される気筒数分の第１被検出部を設けると共に、特定の第１被検出部に近接して配置される第２被検出部を設ける一方、
前記第２シグナル部材には、前記可変バルブタイミング制御装置の非作動時に前記角度センサによって前記第１被検出部と同時に検出される第３被検出部を設け、
前記可変バルブタイミング制御装置の作動時において、前記角度センサから出力される検出信号のうち前記第３被検出部の検出信号を判別し、該３被検出部の検出信号と、これに前後する検出信号のそれぞれとの時間間隔に基づいて前記カム軸の前記クランク軸に対する回転位相を検出することを特徴とするエンジンの制御情報検出装置。
【請求項２】
連続する時間間隔の比を信号周期比率として算出し、この算出した信号周期比率が所定値となるとき又は所定の閾値を超えるときの検出信号により特定の気筒を判別し、該判別結果に基づき前記第３被検出部の検出信号を判別することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御情報検出装置。
【請求項３】
前記検出信号のうち前記第１被検出部の検出信号を判別し、該第１被検出部の検出信号の時間間隔から時間−クランク角変換を行うことにより、前記各気筒におけるクランク角位置を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの制御情報検出装置。
【請求項４】
前記第２シグナル部材に、前記特定の第１被検出部に対応する１つの第３被検出部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの制御情報検出装置。
【請求項５】
前記第２シグナル部材に、前記第１被検出部のそれぞれに対応する気筒数分の第３被検出部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの制御情報検出装置。
【請求項６】
前記角度センサがホールＩＣであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの制御情報検出装置。
【請求項７】
前記角度センサが磁気ピックアップ式センサであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの制御情報検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム軸のクランク軸に対する回転位相を変化させることでバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置を備えたエンジンの制御情報検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変バルブタイミング制御装置を備えたエンジンにおいて、該可変バルブタイミング制御装置の制御、その他エンジン制御に必要な情報を検出するものとして例えば、特開平１１−３１１１４８号公報に開示されたものがある。
これは、カム軸に装着した第１シグナル部材と第２シグナル部材のそれぞれに対向してクランク角センサとカム角センサを配置し、クランク角の検出、カム軸回転位相の検出を行うと共に、相互のセンサが発生する信号パターンを認識することにより気筒判別を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のものでは、クランク角の検出、カム軸回転位相の検出、気筒判別といった制御情報を検出するには、２つの角度センサとセンサ信号を処理する２系統の回路が必要となるため、部品点数が多くなり、コストもかかるものであった。
【０００４】
また、１本のカム軸に対して２つ設けたシグナル部材に対向してそれぞれセンサ（計２つ）を配置していたため、設置スペースが狭く、搭載にあたっての制約条件が厳しくなるといった不都合もあった。
そこで、本発明は、部品点数、信号処理系統を少なくし、設置スペースが縮小できるようにしたエンジンの制御情報検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１に係る発明は、カム軸のクランク軸に対する回転位相を変化させることによりバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置を備えたエンジンの制御情報検出装置であって、前記クランク軸と同期して回転するように装着された第１シグナル部材と、該第１シグナル部材に隣接し、前記カム軸と同期するように装着された第２シグナル部材と、前記２つのシグナル部材に対向して配置され、該２つのシグナル部材に設けられた被検出部が通過する毎に検出信号を出力する１つの角度センサと、を含んで構成され、前記第１シグナル部材には、各気筒の所定のクランク角位置で前記角度センサによって検出される気筒数分の第１被検出部を設けると共に、特定の第１被検出部に近接して配置される第２被検出部を設ける一方、前記第２シグナル部材には、前記可変バルブタイミング制御装置の非作動時に前記角度センサによって前記第１被検出部と同時に検出される第３被検出部を設け、前記可変バルブタイミング制御装置の作動時において、前記角度センサから出力される検出信号のうち前記第３被検出部の検出信号を判別し、該３被検出部の検出信号と、これに前後する検出信号のそれぞれとの時間間隔に基づいて前記カム軸の前記クランク軸に対する回転位相を検出することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、連続する時間間隔の比を信号周期比率として算出し、この算出した信号周期比率が所定値となるとき又は所定の閾値を超えるときの検出信号により特定の気筒を判別し、該判別結果に基づき前記第３被検出部の検出信号を判別することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記検出信号のうち前記第１被検出部の検出信号を判別し、該第１被検出部の検出信号の時間間隔から時間−クランク角変換を行うことにより、前記各気筒におけるクランク角位置を検出することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、前記第２シグナル部材に、前記特定の第１被検出部に対応する１つの第３被検出部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、前記第２シグナル部材に、前記第１被検出部のそれぞれに対応する気筒数分の第３被検出部を設けたことを特徴とする。
請求項６に係る発明は、前記角度センサがホールＩＣであることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に係る発明は、前記角度センサが磁気ピックアップ式センサであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、１つの角度センサからの検出信号に基づいてカム軸のクランク軸に対する回転位相を検出できるので、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）を追加する場合に、角度センサを追加する必要がなく部品点数、設置スペースの軽減が図れ、信号処理系統が１つで済む。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、第１シグナル部材に設けた第２被検出部の検出信号と、これに前後する第１被検出部の検出信号とにより算出される信号周期比率が、それ以外の信号周期比率よりも十分に大きくなることから、該信号周期比率が所定値となるとき又は所定の閾値を超えるとき検出信号によって特定の気筒を判別し、該判別結果に基づき前記第３被検出部の検出信号を判別することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、第１シグナル部材に設けた第１被検出部のクランク角位置と、それらの検出信号の時間間隔に対応するクランク角は既知であるので、時間−クランク角変換を行ってクランク角位置を検出できる。
請求項４に係る発明によれば、計測する時間間隔が最も少なくて済むので、制御を簡素化できる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、気筒毎にＶＶＴ変換角を示す時間間隔を検出できるので、ＶＶＴ変換角の検出精度が向上し、その結果、ＶＶＴ制御精度（応答性、収束性）が向上する。
請求項６に係る発明によれば、第１シグナル部材の被検出部と第２シグナル部材の被検出部とを磁界の有無により検出できる。
【００１８】
請求項７に係る発明によれば、第１シグナル部材の被検出部と第２シグナル部材の被検出部とを磁界の変化により検出できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１のシステム構成図において、機関１の吸気通路２には、吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ３が設けられ、スロットルバルブ４により吸入空気量Ｑを制御する。
【００２０】
機関１の各気筒には、燃焼室５内に燃料を噴射する燃料噴射弁６、火花点火を行う点火プラグ７が設けられており、吸気バルブ８を介して吸入された空気に対して前記燃料噴射弁６から燃料を噴射して混合気を形成し、点火プラグ７による火花点火によって着火する。
機関１の排気は、排気バルブ９を介して排気通路１０に排出され、図示しない排気浄化触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。
【００２１】
ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２０は、マイクロコンピュータを内蔵し、入力される各種の検出信号に基づいて、前記燃料噴射弁６による燃料噴射量、燃料噴射時期や前記点火プラグ７による点火時期の制御等を行っている。
前記吸気バルブ８及び排気バルブ９は、それぞれ吸気側カム軸１１及び排気側カム軸１２に設けられたカムにより開閉駆動される。吸気側カム軸１１には、図示しないクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることで、バルブの開閉タイミングを進遅角する可変バルブタイミング機構３０が設けられている。
【００２２】
可変バルブタイミング機構３０は、図２に示すように、吸気側カム軸１１とクランク軸に連動して回転駆動される回転部材２１との間にヘリカルスプライン２２が設けられており、油圧により前記回転部材２１に対する吸気側カム軸１１の回転位相を連続的に変化させる構成としてある。また、カム軸回転位相の最遅角側と最進角側とがそれぞれストッパで制限される構成となっており、始動時等、油圧を発生していないときは（ＶＶＴ非作動時）、リターンスプリングにより最遅角位置に保持されている。
【００２３】
尚、本実施の形態では、可変バルブタイミング機構３０が、吸気バルブ８の開閉タイミングを変化させる構成としたが、吸気バルブ８に代えて排気バルブ９の開閉タイミングを変化させる構成であってもよいし、吸気バルブ８と排気バルブ９との両方の開閉タイミングを変化させる構成であってもよい。
ここで、図３に概略を示すように、前記可変バルブタイミング機構３０のクランク軸に対する相対位置（相対角度）が固定されている部分、すなわち、クランク軸と同期して回転する部分（図中、ＶＶＴ固定部と記す）に、第１シグナル部材３１が設けられている。
【００２４】
クランク軸に対する相対位置（相対角度）が可動する部分（図中、ＶＶＴ可動部）、すなわち、カム軸に同期して回転する部分で、前記第１シグナル部材３１に隣接する位置に第２シグナル部材３２が設けられている。また、角度センサ３３は、前記両シグナル部材に対向するように配置されている。
前記第１シグナル部材３１と第２シグナル部材３２は、面一の外周面を有する円筒状に形成されており、クランク軸の１／２の回転数で回転する。
【００２５】
前記第一シグナル部材３１には、気筒判別用の被検出部として、各気筒の所定のクランク位置で前記角度センサ３３に検出される凸部（又は凹部）が設けられると共に、特定の気筒を判別するために用いる凸部（又は凹部）が設けられている。例えば、本実施の形態では４気筒の機関であるので、第１気筒の上死点で角度センサ３３に検出される凸部ａからクランク角で１８０°（１８０°ＣＡ）毎に凸部ｂ，ｃ，ｄが設けられ、更に凸部ａから１０°ＣＡの位置に凸部ｅが設けられ、計５つの凸部を備えている（図４（Ａ）参照）。
【００２６】
また、前記第２シグナル部材３２には、ＶＶＴ非作動時において、第１シグナル部材３１に設けられた凸部ａと同一回転角位置に同様の凸部ａ'が設けられていている（図４（Ｂ）参照）。
ここで、第１シグナル部材３１と第２シグナル部材３２とは、面一の外周面が隣接しているので、第１シグナル部材３１の凸部、第２シグナル部材３２の凸部が角度センサ３３の検出部を通過する際に検出される信号（例えば、磁界の有無や変化）を１つの角度センサ３３で同等に検出することができる。従って、角度センサ３３により検出される信号は、各シグナル部材の被検出部からの信号を合成した信号となる。
【００２７】
そして、角度センサ３３は検出した信号をＥＣＵ２０に出力し、ＥＣＵ２０は信号が検出される毎に、前回の信号検出時からの時間間隔（以下、信号周期という）を計測、連続する信号周期の比率（信号周期比率）を算出し、必要な各制御情報の検出を行う。
次に、上記のように構成した場合において、角度センサ３３、ＥＣＵ２０が検出する信号について説明する。
【００２８】
図５、６は、それぞれ角度センサ３３として、ホールＩＣを用いた場合、磁気ピックアップ式センサを用いた場合である。
ＶＶＴ非動作時においては、前述したように、第１シグナル部材３１の第１気筒の上死点で検出される凸部ａと第２シグナル部材３２の凸部ａ'は、角度センサ３３の検出部を同時に通過する。
【００２９】
この場合、ＥＣＵ２０は、これらの信号を１つのパルスとして検出する（図５（Ａ）、図６（Ａ）参照）。
ＶＶＴ動作開始後の進角しはじめにおいては、凸部ａと凸部ａ'とが間隔をあけることなく、オーバーラップして角度センサ３３の検出部を通過する。
この場合においても、パルス幅は増大するが、ＥＣＵ２０は、１つのパルスとして検出する（図５（Ｂ）図６（Ｂ）参照）。
【００３０】
ＶＶＴ動作後、更に進角すると、凸部ａと凸部ａ'とが間隔をあけて角度センサ３３の検出部を通過する。
従って、この場合、ＥＣＵ２０はこれらの信号を２つのパルスとして検出する（図５（Ｃ）、図６（Ｃ）参照）。
以上から、例えば点火が＃１、＃３、＃４、＃２気筒順に行われた場合、信号形態、信号周期比率は、図７に示すようになる。
【００３１】
クランク軸１回転で凸部ａを検出してから再度検出するまでにＥＣＵ２０が検出する信号は、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＶＶＴ非動作時及びＶＶＴ動作開始直後の進角し始めにおいては、６つであり、５つの信号周期が計測される。
ＶＶＴ動作後カム軸がある程度進角すると、図７（Ｃ）に示すように、ＥＣＵ２０が検出する信号は７つになり、６つの信号周期が計測される。
【００３２】
ここで、ＶＶＴ変換角をｎ°（ｎ°ＣＡ進角）とした場合は、図８（Ａ）に示すように、クランク軸１回転で凸部ａを検出してから再度検出するまでに計測される信号周期Ｔ１からＴ６は、順に１０、１７０、１８０、１８０、１８０−ｎ、ｎ（°ＣＡ）を示すものとなり、信号周期比率は、図８（Ｂ）のようになる。そして、この場合の各信号周期比率を算出すると、図９に示すように、本実施の形態においては、信号周期比率がＴ２／Ｔ１、Ｔ３／Ｔ２、Ｔ４／Ｔ３で算出される場合は、ＶＶＴ変換角が変化しても信号周期比率は一定である。
【００３３】
そこで、信号周期比率が略１７（Ｔ２／Ｔ１）となるとき、すなわち、信号周期Ｔ２を計測したときに検出した信号により第３気筒の上死点を判別する（これを基準位置とする）。
なお、回転変動中やＶＶＴ作動中においては、信号周期比率が多少変動することがあるが、信号周期比率Ｔ２／Ｔ１は、これ以外の信号周期比率に比べて十分大きい値であるので、適当な閾値（例えば、１０）を設定することで確実に検出できる。
【００３４】
また、進角量が非常に小さいときに、理論上は、信号周期比率Ｔ１／Ｔ６（１０／ｎ）が１７（あるいは、設定した閾値）を超えることになるが、タイマーの分解能によってＴ６を検出不能とすることにより、誤判定を防止できる。
次に、ＶＶＴの作動、非作動について判定する。
この判定は、前記信号周期比率が、閾値を超えるか否かを判定し、閾値を超える信号周期比率（すなわち、基準位置）を検出してから再度閾値を超える信号周期比率（基準位置）を検出するまでに入力される信号数をカウントすることにより行う。
【００３５】
入力信号数が４の場合はＶＶＴがＯＦＦ（非作動）、入力信号数が５の場合はＶＶＴがＯＮ（作動）と判定する。
そして、各信号の判別は、以下のように行う。
ＶＶＴ非作動時の場合は、第３気筒の上死点（基準位置）判別後にＥＣＵが検出する信号順に第４気筒の上死点、第２気筒の上死点、第１気筒の上死点を示す信号と認識して判別できる。
【００３６】
ＶＶＴ作動時の場合は、第３気筒の上死点（基準位置）判別後にＥＣＵが検出する信号順に第４気筒の上死点、第２気筒の上死点、ＶＶＴ信号、第１気筒の上死点を示す信号と認識して判別できる。
次に、ＶＶＴ変換角の検出について説明する。
前記基準位置を判別する信号入力後、ＶＶＴ変換角を示す信号周期Ｔ６とその１つ前に計測した信号周期Ｔ５を合わせると１８０°ＣＡを示すものとなる。
【００３７】
従って、ＶＶＴ変換角ｎは、ｎ＝１８０×Ｔ６／（Ｔ５＋Ｔ６）として算出できる。なお、本実施の形態においては、１８０°ＣＡを示す信号周期Ｔ３（又はＴ４）と信号周期Ｔ５との比率から算出するようにしてもよい。この場合、ＶＶＴ変換角を示す信号周期Ｔ６を計測する前に変換角を検出できる。
また、凸部ａ，ｂ，ｃ，ｄのクランク角位置とそれらを検出した信号周期に対応するクランク角は既知であるので、時間−クランク角変換を行うことにより、各気筒のクランク角位置を検出できる。そして、目標点火時期の時間（例えば、各気筒の上死点からの時間）を算出すれば、検出した信号を用いて点火時期、燃料噴射時期等を制御することもできる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態に係るＶＶＴ作動時の信号形態を図１０に示す。これは、第２シグナル部材に、前記第１シグナル部材に設けられた各気筒の上死点で検出される凸部ａ，ｂ，ｃ，ｄと同一回転角位置に同様の凸部（４つ）を設けた場合である（第１シグナル部材は、前述の第１実施形態と同じ）。
ＶＶＴ非作動時及びＶＶＴ動作開始直後の進角し始めにおいては、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、点火が＃１、＃３、＃４、＃２気筒順に行われた場合、クランク軸１回転で凸部ａを検出してから再度検出するまでの信号形態、信号周期比率は、前記第１実施形態と同じである。
【００３９】
ＶＶＴ作動後カム軸がある程度進角すると、信号形態、信号周期比率は、図１０（Ｃ）に示すようになる。
ここで、例えばＶＶＴ変換角をｎ°とした場合、図１１（Ａ）に示すように、クランク軸１回転で凸部ａを検出してから再度検出するまでに計測される信号周期Ｔ１からＴ９は、順に１０、１７０−ｎ、ｎ、１８０−ｎ、ｎ、１８０−ｎ、ｎ、１８０−ｎ、ｎ（°ＣＡ）を示すものとなり、信号周期比率は、図１１（Ｂ）のようになる。
【００４０】
図１１（Ｂ）に示すように、適当な閾値を設定することで、閾値を超えていた信号周期比率が閾値以下となるときの信号をいずれかの気筒の上死点を示す信号を判別することができ、閾値を超える信号周期比率同士を比較することにより、基準位置（第３気筒の上死点）を示す信号を判別できる（すなわち、閾値を越える信号周期比率のうち１つだけ値が異なる）。
【００４１】
ＶＶＴの作動、非作動については、例えば前記第１実施形態と同様に、基準位置を示す信号検出してから再度検出するまでの信号数により判定でき、検出した各信号を判別できる。
ＶＶＴ変換角ｎは、前記第１の実施形態と同様にして算出する。例えば第４気筒のＶＶＴ変換角ｎ＝１８０×Ｔ５／（Ｔ４＋Ｔ５）として算出できる。
【００４２】
クランク角位置の検出、点火時期、燃料噴射時期の制御についても前記第１実施形態と同様に行うことができる。
本実施形態によれば、気筒毎のＶＶＴ変換角を検出できるので、ＶＶＴ作動中のＶＶＴ変換角の検出精度が向上し、その結果、制御精度（応答性、収束性）が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシステム構成図。
【図２】同じく可変バルブタイミング機構の説明図。
【図３】同じく可変バルブタイミング制御装置の概略図。
【図４】同じく第１シグナル部材、第２シグナル部材の概略図。
【図５】同じく角度センサとしてホールＩＣを用いた場合のＶＶＴ非作動、作動時のセンサ出力を示す図。
【図６】同じく角度センサとして磁気ピックアップ式センサを用いた場合のＶＶＴ非作動、作動時のセンサ出力を示す図。
【図７】同じく第１実施形態に係るＶＶＴ非作動、作動時の信号形態、信号周期比率を示す図。
【図８】同じく第１実施形態に係るＶＶＴ作動時（ｎ°ＣＡ進角）にＥＣＵが検出する信号形態、信号周期比率を示す図。
【図９】同じく第１実施形態におけるＶＶＴ変換角に対する信号周期比率を示す図。
【図１０】同じく第２実施形態に係るＶＶＴ作動時の信号形態、信号周期比率を示す図。
【図１１】同じく第２実施形態に係るＶＶＴ作動時（ｎ°ＣＡ進角）にＥＣＵが検出する信号形態、信号周期比率を示す図。
【符号の説明】
１…機関
３…エアフローメータ
４…スロットルバルブ
６…燃料噴射弁
７…点火プラグ
８…吸気バルブ
９…排気バルブ
１１…吸気カム軸
２０…ＥＣＵ
２２…ヘリカルスプライン
３０…可変バルブタイミング機構
３１…第１シグナル部材
３２…第２シグナル部材
３３…角度センサ
【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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