JPH01200045A - クランク軸回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は１つのセンサで、内燃機関のクランク軸が特定
の回転位置にあることを特定の気筒と関連付けて検出す
るクランク軸回転位置検出装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関の点火制御を行うために、どの気筒のピストン
が圧縮上死点に達しているかを検出している。このため
、例えば特開昭５５−５８４０２号公報には、クランク
軸の回転角に対応したパルス数を出力する角度センサ及
び気筒を判別するための特定気筒基準角度パルスを出力
するＭ準角度センサの２つのセンサを有し、これらのセ
ンサから、特定の気筒と関連付けたクランク軸の回転位
置を検出ｊる装置が開示されている。又、特開昭５７−
１２４０８号公報には、クランク軸の回転に連動する回
転盤に各気筒ごとに異なる表示部材を設け、この回転盤
から、回転角度及び気筒判別表示を夫々別個のセンサで
読みとる装置が開示されている。

一方、１つのセンサにより、特定の気筒に関連付けてク
ランク軸回転位置を検出する装置が特開昭５６−９６１
６２号公報に開示されている。この装置は、センサを形
成ブるシグナルロータの歯の高さを変えて基準信号を形
成している。そして基準信号であるか否かを電磁ピック
アップにより検出された信号の波高値から固定のしきい
値を基準に判別している。この旦準信号により、特定の
気筒と関連付けてクランクのの軸回転位置を検出するも
のである。

［発明が解決しようとする課題］ 、１ニ記２つのセンサを用いる場合には、部品点数の増
加、コストアップが避けられない。

一方、特開昭５６−９６１６２号公報に示す１つのセン
サを用いる装置では、センサの出力信号の波ｉｆｆ値に
着目するために、基準信号の誤検出が生じる場合がある
。これはセンサの出力信号のレベルは速度に依存して変
化するため、内燃機関の始動あるいは無負荷レーシング
等の回転速度変化が大きいとき、例えば基準信号の波高
値より後続する回転角度パルスの出力の方が大きくなる
場合があるためである。

本発明は、上記事情に鑑みで案出されたもので、１つの
センサで特定の気筒に関連付けたクランク軸の回転位置
を過誤なく検出しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るクランク軸回転位置検出装置は、第１図に
そのブロックダイヤグラムを示すように、内燃機関のク
ランク軸の回転速度に対応したレベルの信号を少なくと
も１の気筒のピストンが圧縮上死点等の所定回転角にく
るタイミングで出力するとともに、特定の１または２以
上の特定の気筒のグループと残りの他の気筒のグループ
とを区別するグループごとにレベルの異なる出力信号を
出力する回転角センサと、 内燃機関の始動用スタータに電力を供給するバッテリー
の電圧レベルに対応したレベルの基準信号を発生する基
準信号発生手段と、 前記回転角センサの出力信号のレベルと前記基準信号と
を比較し、前記回転角センサの出力信号が前記基準信号
を上回ったときはクランク軸回転位置の検出信号を発生
する比較手段と、内燃機関の始動時において、前記基準
信号発生手段の３！準信号を前記特定の気筒のグループ
に対応する前記回転角センサの出力信号値と前記他の気
筒グループに対応する前記回転角センサの出力信号値の
中間にあるハイレベルに設定するとともに前記比較手段
において前記特定の気筒グループに対応する前記回転角
センサの出力信号が得られたときに前記基準信号発生手
段の基準信号を前記特定の気筒グループおよび前記他の
気筒グループの両グループの出力信号値より低いローレ
ベルに切り替える基準信号レベル切替え手段と、前記比
較手段の検出信号の発生順位より気筒グループを判別し
て、グループ判別信号を発生するグループ信号発生手段
と、を具備することを特徴とする。

［作用〕 回転角センサはクランク軸の回転速度に対応したレベル
の信号を出力するとともに気筒のグループごとにレベル
の異なる信号を出力する。そして基準信号発生手段はバ
ッテリーの出力レベルに対応したレベルの基準信号を発
生する。

なお、本発明に係る内燃機関は、電動機であるスタータ
により始動され、始動時においては、クランク軸の回転
速度とスタータに流れる電流（出力）の大きさとがほぼ
一定関係にある。このため、スタータに給電するバッテ
リーの出力レベルとクランク軸の回転速度とは、関数的
に定められるほぼ一定の関係を有する。

基準信号レベル切替え手段は、内燃機関の始動時には、
基準信号のレベルを特定の気筒グループに対応する出力
信号値と他の気筒グループに対応する出力値の中間にあ
るハイレベルに設定する。

従って、内燃機関の始動時に、基準信号発生手段はベー
スが高くかつバッテリーの出力レベルとともに上昇する
ハイレベルの基準信号を出す。

かかるベースが高くバッテリーの出力レベルに対応した
ハイレベルの基準信号と前記回転角センサの出力信号と
が、比較手段により比較され、入力された出力信号が基
準信号より高い場合その出力信号が特定気筒グループに
対応する信号であると判断し検出信号を発生する。

この一番目の検出信号の入力により基準信号レベル切替
り手段は基準信号のレベルを特定の気筒グループおよび
他の気筒グループの両グループの出力信号値より低く、
かつバッテリーの出力レベルとともに上昇するローレベ
ルに切替える。これにより基準信号発生手段はバッテリ
ーの出力レベルに対応するローレベルの検出信号を出す
。

また一番目の検出信号の入力によりグループ信号発生手
段はまず特定グループのグループ判別信号を出す。

さらにクランク軸が回転し回転角センサが他の気筒グル
ープに対応する出力信号を出す。この出力信号は比較手
段でローレベルの基準信号と比較され、グループ信号で
あると判断される。そして比較手段は二番目の検出信号
を出す。これ以後比較手段は特定の気筒グループと他の
気筒グループとを区別することなくグループに対応する
出力信号の入力により検出信号を出す。

そしてグループ信号発生手段は一番目の検出信号を特定
のグループとした後、検出信号の順番に応じて定まる各
グループ判別信号を出す。

［実施例〕 以下、添附図面を参照しつつ、本発明の一実施例を説明
する。

第２図は、本実施例に係るクランク軸回転位置検出装置
の入出力関係を示すシステム構成図である。

第２図に示すようにこのシステムは、クランク軸の回転
角センサ１０と、センサ１０の出力信号を処理して、気
筒グループ判別信号及びいずれかのピストンが圧縮上死
点にあることを示すクランク角度の検出信号（本発明の
クランク軸回転位置検出信号に対応する）を出力する信
号処理回路２０と、点火νＪｌｔ１等を行うマイクロコ
ンピュータ１００と、マイクロコンピュータ１００によ
り制御される各種アクチエータ１１０，１１１．１２０
．１２１．１３０．１４０と、から構成されている。

（回転角センサ１０と信号処理回路２０の説明）回転角
センサ１０と信号処理回路２０とは、本実施例に係るク
ランク軸回転位置検出装置を構成する。

この回転角センサ１０は、磁束変化検知型のセンサであ
り、クランク軸の１／２の比で回転するカム軸に特定点
火グループ毎に異なる２８！類の高さの磁性材料の突起
１０２．１０３を円周方向に９０度間隔で有するロータ
１０１を固定し、このロータ１０１の外周部に対向する
特定位置にｔ’；Ｉ　ｃｔたコイル及び磁石１０４によ
り上記ロータ１０１の回転に伴う磁束の変化を検出して
いる。

回転角センサ１０の出力パルスの信号レベルは、上記突
起１０２．１０３の高さに応じた出力レベルをもつ。高
い突起１０２をもつ特定気筒グループ（４気筒エンジン
の第１および第３気筒グループ、Ａグループという）は
より高い出力レベルに、低い突起１０３をもつ他の気筒
グループ（４気筒エンジンの第２および第４気筒グルー
プ、Ｂグループという）は低い出力レベルとなる。そし
て各グループの出力レベルはクランク軸の回転速度が速
くなるとともに増大する。

一方、信号処理回路２０は、第３図に示すように、回転
角センサ１０からの入力信号の雑音成分を除去する入力
フィルタ（Ｃ−Ｒ−Ｃフィルタ）２１と、この入力フィ
ルタ２１を介してセンサ１０の信号を入力されるコンパ
レータ２２と、コンパレータ２２のスレッショルド電位
を規定する基＊′Ｆｉ圧設定部２３と、バッテリーの電
圧に反比例するバッテリー出力レベル２３０に対応する
基準電圧を＄す罪するとともにこの基準電圧のレベルを
設定する電圧制御部２４と、コンパレータ２２の出力信
号を分周するフリップフロップ回路２５と、を有してい
る。

コンパレータ２２が本発明の比較手段に、基準電圧設定
部２３が本発明のＭ単信号発生手段に、電圧制御部２４
が本発明の基準信号レベル切替え手段に、フリップフロ
ップ回路２５が本発明のグループ信号発生手段に相当す
る。上記電圧制御部２４は、４気筒エンジンを始動させ
るためのＤＣモータから成るスタータに給電するバッテ
リーの出力レベルに対応した２４１類のスレッショルド
電圧を制御する。このスレッショルド電圧は、後述する
ように、始動初期のハイレベル時とその後のローレベル
時とに切替えて設定される。ここで、ハイレベルのスレ
ッショルド電圧は、本実施例において、Ａ、８２つの気
筒グループのうち、始動初期のＡグループの気筒に対応
した高い出力の電圧より低（、Ｂグループの気筒に対応
した低い出力の電圧より高い値に設定される。又、ロー
レベルのスレッショルド電圧は、△、Ｂグループのそれ
ぞれの気筒に対応した電圧より低い電圧に設定される。

そして電圧制御部２４は始動時にスレッショルド電圧を
ハイレベルに設定しＡグループの気筒に対応した最初の
出力が検出された後ローレベルに切換える。

以下、信号処理回路２０の作動について、第４図、第５
図を参照して説明する。

第４図は始動時における回転角センサ１０により出力さ
れるＡグループおよびＢグループの出力信号のレベルお
よびスレッショルド電圧のレベルとクランク軸の回転速
度との関係を示す線図である。第５図は、始動時におけ
る信号処理回路２゜におけるスレッショルド電圧Ｖ　ｔ
ｈｏ　Ｎの変化、および該回路の出力信号の変化を示す
タイミングチャートである。

第３図に示すように、スタータ（図示せず）により内燃
機関が始動される際スタータ信号は、ハイレベルとなり
、このスタータ信号のオンエツジで信号処理回路２０は
、次のような初期状態におかれる。

まず、基準電圧設定部２３のスレッショルド電圧Ｖ　ｔ
ｈｏ　Ｎは、ハイレベルＶｌ−１に設定される。

これは、センサ１０の出力信号がＡグループ又はＢグル
ープのいずれの気筒の出力信号であるかを判別するため
である。

又、コンパレータ２２の出力信号２２０は、Ａグループ
のセンサ出力が入力されるまでハイレベルとなり、フリ
ップフロップ回路２５の出力信号２５０はローレベルに
設定される。

上記ハイレベルのスレッショルド電圧Ｖ　ｔｌｌｏ　Ｎ
は、バッテリーの電位に略比例するように設定しである
。即ち、バッテリーの電位は、スタータに供給される電
流ωと相関関係にある。一方、直流モータであるスター
タは電流量とトルクが一定の関係にあるので内燃機関の
フリクションと平衡する回転が得られる。従って、内燃
機関のクランク軸の回転速度とスタータの電流の大きさ
、変形すればバッテリー電圧の大きさとは関数的に定め
られる関係を得ることが可能である。この関係を利用し
て、始動時のハイレベルのスレッショルド電圧Ｖ　ｔｈ
ｏ　Ｎの値が決定される。尚、第４図中、スレッショル
ド電圧Ｖ　ｔｈｏ　Ｎの変化を二点鎖線で示す。

第４図に示すように、ハイレベルのスレッショルド電圧
Ｖ　ｔｈｏ　Ｎよりも大きいレベルの信号がセンサ１０
からが入力されると、コンパレータ２２は、反転してＯ
−レベルの信号を出力し、フリツプフロツプ回路２５は
、コンパレータ２２の出力信号２２０のオンエツジで反
転する。

一方、電圧制御部２４は、コンパレータ２２の出力信号
２２０のオンエツジで、スレッショルド電圧Ｖ　ｔｈｏ
　ＮをハイレベルＶＨからローレベルＶＬに切換える。

従って、Ａグループの気筒に対応する最初のセンサ入力
があると以後は、センサ１０からの出力信号とローレベ
ルのスレッショルド電圧ＶＬとを比較するコンパレータ
２２の出力信号によりＡグループおよびＢグループの両
グループの各クランク軸がどこの位置にあるかを判別し
うろこととなる。

又、フリップフロップ回路２５は、コンパレータ２２の
出力信号２２０のオンエツジで反転する信号を出力する
ため、この出力信号がローレベルかハイレベルかにより
、コンパレータ２２の出力（：　弓のエツジ出力が△グ
ループの気筒かＢグループの気筒に対応するかを判別す
ることができる。

第４図に示すように、センサ１０の出力レベルと、バッ
テリー電圧換算の回転速度に対するスレッショルド電圧
は横軸の回転速度と比例して変化する。このため、始動
時に回転速度が急変しても始動時にＡグループとＢグル
ープの気筒を誤判定することない。従って最初のＡグル
ープの気筒のパルスから特定の気筒グループを判別しう
る。尚、信号処理回路２０は、センサ１０からの信号が
所定時間入力されない時は、初期状態に設定される構成
としである。

（マイクロコンピュータ１００と、各種アクチエータの
説明） 第２図に示すように、マイクロコンピュータ１００の入
カポ−１−は、信号処理回路２０と接続され、入力ボー
ト１０１には、前記コンパレータ２２の出力信＠２２０
が、入力ボート１０２には、前記フリップフロップ回路
２５の出力信号２５０が入力される。

一方、マイクロコンピュータ１００の出力ポートには、
点火装置１１０．１１１、燃料噴射装置１２０．１２１
、燃料ポン１１３０１回転制御装置１４０等の各様アク
チエータが接続されている。

第６図、第７図は、上記マイクロコンピュータ１００の
プログラムのうち、割込み処理ルーチンの一部を示づフ
ローチャートである。

この割込みルーチンは、・信号処理回路２０から、コン
パレータ２２の出力信Ｂ２２０のエツジ入力により起動
するものであり、第６図に示すように、このプログラム
に起動がかかると、ステップ（１１００）で、ｇｌＪ込
み発生要因を確認した後、ステップ（ｉ２００＞でノイ
ズ取り処理のサブルーチンを実行覆る。尚、このサブル
ーチンについては、後で詳述する。このステップ（ｉ　
２００）において、ノイズでないと判定されれば、ステ
ップ（１１１０）に進んで、入力ボート、レジスタを読
み込み、気筒グループに対応した前記フリップフロップ
回路２５の出力信号２５０の入力レベルに対応したビッ
トをチエツクする（ステップｉ　１２０）。次に該ビッ
トに示す電位レベルがハイレベルでなければ、気筒判別
フラグＦＳＧを゛Ｏパとする（ステップ１１４０）。一
方、ローレベルであればこのフラグＦＳＧを１′′とす
る（ステップ１１５０）。

その後、ステップ（ｉ　２００＞に進み、点火信号の出
力峙明を演算するサブルーチンを実行する。

このサブルーチンはメインルーチンで演算された点火時
期及び通電時間とエツジ信号の入力時間から通電開始及
び通電終了時刻を演算する。なお、本実施例では上死点
にある２つの気筒に点火される。次に、ステップ＜　＋
　３００）で、噴射信号の出力時間を演算するサブルー
チンを実行し、このサブルーチンでメインルーチンで演
算された噴射時間から噴射通電開始及び噴射終了時刻を
演算する。以下、順次、ステップ（ｉ１６０）で点火出
力ボートのレジスタの現在の内容を読み込んで、ステッ
プ（ｉ　１７０）でフラグＦＳＧのレベルにより出力ポ
ートを選択し、ステップ（ｉ　４００）で通電開始時刻
と現在時刻の差を演算し、コンベアレジスタへ時刻差を
セットするサブルーチンを実行し、さらに図示しない割
込み処理ルーチンを実行していく。

第７図は、ノイズ取り処理のサブルーチンの詳細を示す
フローチャートである。

本発明では、始動時において、気筒のグループ判別する
ため、その後のノイズ等により、センサ１ｏの出力信号
を誤判定すると、ＡグループとＢグループを互いに逆の
グループと誤動作しつづける恐れがある。かかる観点か
ら、入力フィルタ２１の他にソフト的にノイズ除去を行
うものである。

ステップ（＋２１０）では信号処理回路２０のコンパレ
ータ２２の出力信号２２０のエツジ入力の発生した割込
時刻をＲＡＭに記憶し、ステップ（１２２０）で前回の
割込時刻との差、即ち、所要時間を求める。次にステッ
プ（ｉ　２３０＞で、あらかじめ定めたシステム上起き
得ない範囲の所要時間（特に最小時間）とを比較し、ス
テップ（＋２４０＞で最小時間より短い場合はノイズと
判断し、ステップ（１１０１）へ分岐する。一方、最小
時間より長い場合はステップ（＋２５０）へ分岐し前回
の所要時間との比率を求め、起り得る回転変化以外の変
化である場合、例えば、所要時間の比率が１／３以下に
変化したような場合はノイズと判断し、ステップ（ｉｌ
ｏｌ）へ分岐する。

正常な範囲であれば（ステップ１２７０）で今回の所要
時間をマイクロコンピュータ１００のＲＡＭに更新記憶
すると共にステップ（＋２７０）で前回υ１込発生時刻
を記憶していたＲＡＭのメモリエリアに今回の割込発生
時刻を更新して占き込む。

このようにしてノイズを判別して除去すると共にステッ
プ（＋１０１）ではノイズが発生した筒数をカウントし
、そのカウント値を分周して、本実施例のように点火出
力ボートを選択する時、補正を加える。点火出力が２系
統の場合はカウント直が奇数の場合は気筒判別フラグの
虚の値、偶数の場合は実の値を用いて出力ポートを選択
する。

本実施例では４気筒で示したが、Ａグループ２気筒、Ｂ
グループ４気筒の６気筒とし、３パルスごとの分周とし
てもよい。これらの場合、特定グループ（Ａグループ）
は２つの気筒で構成されている。このためクランクシャ
フトが１回転する間に必ず特定グループの一つの気筒が
上死点に到達する。このためクランクシャフトの初動の
１回転以内という早い時期より点火タイミングを管理す
ることができる。

なお、特定グループの気筒を１気筒に限ることもできる
。この場合にはクランクシャフトの２回転以内に特定の
１の気筒が圧縮上死点に到達する。

従ってクランクシャフトの初動２回転以内に点火タイミ
ングを管理することができる。又、本システム構成は内
燃機関の運転中に電源瞬断が起きるとフリップ回路２５
の出力が間違う危険性がある為、接続関係を確実にする
と共に、補助電源を用意するとか、回転角センサ１０の
入力を整流して電源に供給する構成としても良い。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、スタータに供電す
るバッテリー電位レベルに対応した基準信号によって、
回転角センサの出力信号が、どのグループの気筒である
かを判別するものである。

このため、回転角センサの出力信号を、クランクシャフ
トの初動２回転以内に、いかなるグループの気筒のもの
であるかを判別可能である。又、始動時に回転速度が変
動する場合にも上記基準信号のレベルがこれに対応して
変化するため、誤検出を生じない。又、始動時に気筒グ
ループを判別し、以侵は、この判別により、回転角セン
サの出力信号の気筒グループを判別するためにクランク
軸の回転速度の急変があっても誤検出を生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の信舅処Ｊ！ｌｌを示すブロックダイヤ
グラム、第２図は本発明の実施例に係るクランク軸回転
位置検出センサの入出力関係を示すシステム構成図、第
３図は、信号処理回＋ｔｉ４２０の機能ブロック図、第
４図はＡグループとＢグループに対応するセンサ１０の
出力信号レベル及びスレッショルド電圧とクランク軸の
回転速度との関係を示すグラフである。第５図は、始動
時における信号処理回路にお１ノるスレッショルド電圧
の変化及び該回路の出力信号の変化を示すクイミングチ
ト−ト。第６図はマイクロコンピュータの点火出力処理
のためのフローチャート、第７図はノイズ除去のための
サブルーチンのフローチャートである。 １０・・・回転角センサ　　２０・・・信号処理回路２
２・・・コンパレータ ２３・・・３Ｊ準電圧ａＱ定部 ２４・・・電圧制御部 ２５・・・フリップフロップ回路 幌、’ｔｒｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　内燃機関のクランク軸の回転速度に対応したレ
   ベルの信号を少なくとも１の気筒のピストンが圧縮上死
   点等の所定回転角にくるタイミングで出力するとともに
   、特定の１または２以上の特定の気筒のグループと残り
   の他の気筒のグループとを区別するグループごとにレベ
   ルの異なる出力信号を出力する回転角センサと、 内燃機関の始動用スタータに電力を供給するバッテリー
   の電圧レベルに対応したレベルの基準信号を発生する基
   準信号発生手段と、 前記回転角センサの出力信号のレベルと前記基準信号と
   を比較し、前記回転角センサの出力信号が前記基準信号
   を上回ったときはクランク軸回転位置の検出信号を発生
   する比較手段と、 内燃機関の始動時において、前記基準信号発生手段の基
   準信号を前記特定の気筒のグループに対応する前記回転
   角センサの出力信号値と前記他の気筒グループに対応す
   る前記回転角センサの出力信号値の中間にあるハイレベ
   ルに設定するとともに前記比較手段において前記特定の
   気筒グループに対応する前記回転角センサの出力信号が
   得られたときに前記基準信号発生手段の基準信号を前記
   特定の気筒グループおよび前記他の気筒グループの両グ
   ループの出力信号値より低いローレベルに切り替える基
   準信号レベル切替え手段と、 前記比較手段の検出信号の発生順位より気筒グループを
   判別して、 グループ判別信号を発生するグループ信号発生手段と、
   を具備することを特徴とするクランク軸回転位置検出装
   置。