JPH0436043A - エンジンのクランク角検出装置 - 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） 本発明はエンジンのクランク角検出装置に関し、特にク
ランク軸とカム軸とにそれぞれクランク角センサを設け
たものに関する。

（従来技術） 一般に、自動車用エンジンでは、燃料噴射時期および点
火時期等を制御するのに必要なエンジンの回転数および
回転位相を決定するため、クランク軸の回転角度（以下
、クランク角という）を検出するクランク角センサを備
えている（特開平１−２１９３４２号公報参照）。

このクランク角センサは、一般にカム軸の回転角度ある
いはカム軸に連結されて回転するディストリビュータの
回転軸の回転角度から間接的にクランク角を求めるよう
に構成されており、例えば、気筒数に関連する数のスリ
ットを所定角間隔を保って放射状に備えてディストリビ
ュータの回転軸に固着されたディスクプレートと、この
ディスクプレートを挟んで対向して配設されたホール素
子および電磁石とを備え、上記ディスクプレートのスリ
ットを通過する磁界をホール素子が検知して矩形波状の
パルス信号を出力するようになっている。

ところで、例えばＶ型６気筒エンジンのように、左右の
バンクに設けられたカム軸がタイミングベルトを介して
クランク軸に連動連結されている場合には、タイミング
ベルトが全体として長くなって、ベルトの張力の大小に
よる長さの変化量が大きくなり、クランク軸に対するカ
ム軸の回転角度の位相ずれが発生する。したがって、ク
ランク軸の回転角度を直接的に検出し、燃料噴射タイミ
ングや点火タイミングのずれを防止することが望ましい
が、クランク軸は通常エンジンの下部に設けられる関係
上、クランク軸およびその近傍部に上述のようなホール
素子を用いた矩形波出力型のクランク角センサを設ける
場合には、ディスクプレートのスリット部やディスクプ
レートとホール素子との間の間隙に泥などの異物が付着
し、比較的短時間のうちにクランク角を高信頼性をもっ
て検出することが不可能になる。

そこで、クランク軸とその近傍部に電磁ピックアップ式
センサからなるクランク角センサを設けることが考えら
れる。

しかしながら、電磁ピックアップ式センサは、泥などの
異物の付着に対しては故障しにくい特性を有するものの
、エンジン始動時のクランキング期間のような低回転域
においては、磁束の変化速度が小さいために有効にクラ
ンク角信号を検出できず、エンジン回転数がある程度立
上がってクランク角信号が検出可能になるまでは完爆タ
イミングか遅れて始動時間が長くなるという問題がある
。

このため、エンジン回転数が所定の低回転域のときには
カム軸側の第２クランク角センサからの検出信号にもと
づいて、エンジン制御用のデータを演算し、所定の低回
転域以外のときにはクランク軸側の第１クランク角セン
サからの検出信号にもとづいて、エンジン制御用データ
を演算することも提案されている。

ところが、正弦波信号を出力する電磁ピックアップ式ク
ランク角センサは、それ自体の検出遅れに加えて、正弦
波信号を矩形波信号に変換する波形整形処理に要する遅
れ時間が存在するため、ホール素子式のクランク角セン
サよりも遅れ時間が大きくなり、しかもこの遅れ時間は
エンジン回転数の上昇に伴って著しく増大する。

したがって、電磁ピックアップ式の第１クランク角セン
サについて上記遅れ時間を考慮して設定した点火時期お
よび燃料噴射時期をホール素子式の第２クランク角セン
サに適用すると、点火および燃料噴射のタイミングが早
まって、適正なエンジン制御が行なわれなくなる問題を
生じる。

（発明の目的） そこで本発明は、すべてのエンジン運転域に亘って精度
の高いクランク角信号を出力しうるエンジンのクランク
角検出装置を提供すことを目的とする。

（発明の構成） 本発明によるエンジンのクランク角検出装置は、クラン
ク軸の回転角度を検出する第１クランク角センサと、カ
ム軸の回転角度を検出する第２クランク角センサとを備
えており、さらに上記第１および第２クランク角センサ
の出力間の時間的偏差を補正する補正手段と、上記補正
された第１または第２クランク角センサの出力を条件に
応じて切換える切換手段とを備えていることを特徴とす
る。

また本発明によるエンジンのクランク角検出装置は、ク
ランク軸の回転角度を検出する第１クランク角センサと
、カム軸の回転角度を検出する第２クランク角センサと
を備え、正常時には第１クランク角センサの出力に基づ
いてエンジンのクランク角を検出し、この第１クランク
角センサが故障したときには、両クランク角センサの出
力間の時間的偏差の補正がなされた後に、第２クランク
角センサの出力に切換える切換手段を備えている。

さらに本発明によるエンジンのクランク角検出装置は、
第１および第２クランク角センサの出力間の時間的偏差
の補正量をエンジン回転数の上昇に応じて増大させてい
る。

（発明の効果） 本発明によれば、第１および第２のクランク角センサを
備え、かつ両クランク角センサの出力間の時間的偏差を
補正する補正手段を備えているので、一方のクランク角
センサが故障した場合でも、他方のクランク角センサの
出力に基づいてエンジン制御用の正確なデータを得るこ
とができる。

（実　施　例） 以下、本発明を■型６気筒ＤＯＨＣエンジンに適用した
実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

第１図に示すように、エンジンＥの左右バンク１．２に
は排気用カム軸３と吸気用カム軸４とがそれぞれ設けら
れ、シリンダブロック５の下部にはクランク軸６が設け
られている。各カム軸３．４の前端部にはカムプーリ７
．８がそれぞれ固着され、クランク軸６の前端部近傍に
はクランクプーリ９が固着されている。これらカムプー
リ７．８およびクランクプーリ９には、ガイドプーリ１
０に案内されたタイミングベルト１１が懸装され、各カ
ム軸３．４には、クランク軸６が第１図の時計方向に２
回転する期間に１回転するように、タイミングベルト１
１を介してクランク軸６に連結されている。

エンジンＥの前端部には、プーリ７〜１０およびタイミ
ングベルト１１を覆うベルトカバー１２が取付けられ、
クランク軸６はベルトカバー１２を貫通して前方へ延び
その前端部にはオルタネータ、ファン等の補機を駆動す
るための複数のプーリ１３が固着されている（第２図参
照）。

クランク軸６近傍のベルトカバー１２内にはクランク軸
６の回転角度を検出するための第１クランク角検出器１
４が設けられ、右バンク２の排気カム軸３に対応するベ
ルトカバー１２の前端面にはディストリビュータ１５が
設けられている。このディストリビュータ１５には、排
気用カム軸３の回転角度を検出するための第２クランク
角検出器１６と、基準気筒（例えば第１気筒）の圧縮Ｔ
ＤＣのタイミングを検出する基準クランク角検出器１７
とが設けられている。

第１クランク角検出器１４は、第１図および第２図に示
すように、クランクプーリ９の前端面には、円板状のデ
ィスクプレート１８が固着されており、このディスクプ
レート１８の周縁部には、１２個の被検出部１９が等角
間隔を保って突設されている。また、シリンダブロック
５の前端面には、ディスクプレート１８に対し外方側か
ら臨む電磁ピックアップ式の第１クランク角センサ２０
が設けられ、この第１クランク角センサ２０は、ディス
クプレート１８の被検出部１９の接近・離隔による磁束
の変化に応じて電気信号を出力する。

なお、この第１クランク角検出器１４は、エンジンルー
ムの下部に配設される関係上、走行時に塵埃や泥がディ
スクプレート１８および第１クランク角センサ２０に付
着することがあるが、電磁ピックアップ式に構成されて
いるので、十分な信頼性が確保される。

次に第２クランク角センサ検出器１６について説明する
と、第１図および第３図に示すように、右バンク２の排
気用カム軸３の前端部が図示しない連結部材を介してデ
ィストリビュータ１５の回転軸２１に連結されている。

回転軸２１の前端部には円板状のディスクプレート２２
が固着され、このディスクプレート２２の周縁部には、
１２個のスリット２３が等角間隔を保って放射状に形成
されている。また、ディストリビュータ１５のケーシン
グ２４内にはディスクプレート２２を挟む２又状のセン
サ支持部材２５が設けられ、このセンサ支持部材２５の
端部にはホール素子２６と電磁石２７とからなる第２ク
ランク角センサ２８が設けられている。ホール素子２６
と電磁石２７とはディスクプレート２２を挟んで対向し
て配設され、ホール素子２６はディスクプレート２２の
スリット２３を通過する磁界を検知して矩形波状のパル
ス信号を出力する。なお、この第２クランク角検出器１
６は、エンジンルームの上部に配設されるとともに、デ
ィストリビュータ１５に内装されるので、走行時におい
ても塵埃や泥がスリット２３やホール素子２６に付着す
るおそれはない。

さらに基準クランク角検出器１７について説明すると、
第１図および第３図に示すように、第２クランク角セン
サ１６のディスクプレート２２に形成された１２個のス
リット２３のうちの１つのスリット２３Ａが半径方向に
長く形成され、ディストリビュータ１５のケーシング２
４にはディスクプレート２２を挟む２又状のセンサ支持
部材２９が固着され、このセンサ支持部材２９にホール
素子３０と電磁石３１とよりなる基準クランク角センサ
３２が設けられている。ホール素子３０と電磁石３１と
はディスクプレート２２を挟んで対向して配設され、ホ
ール素子３０はディスクプレート２２のスリット２３Ａ
を通過した磁界を検出してパルス信号を出力する。なお
、スリット２３Ａは、例えば第１気筒の圧縮ＴＤＣに対
応した所定位置に形成されている。

３５はエンジンＥを制御するためのマイクロコンピュー
タを主体とするコントロールユニットで、このコントロ
ールユニット３５には、クランク角センサ２０．２８お
よび基準クランク角センサ３２と、イグニッションスイ
ッチ３６およびスタータスイッチ３７等の信号が入力さ
れ、コントロールユニット３５からはイグニッションユ
ニットおよびフューエルインジェクタ３８等へ制御信号
が出力される。

上記コントロールユニット３５が備えている波形整形回
路では、第４図に示すように、第１クランク角センサ２
０からの出力信号をしきい値αを基準として波形整形し
、出力信号がしきい値α以上のときにはｒＨＪレベル信
号を出力し、しきい値α未満のときにはｒＬＪレベル信
号を出力する。

次に上記コントロールユニット３５が実行するクランク
角検出制御ルーチンについて、第５図に示すフローチャ
ートを参照して説明する。

まずステップＳ１においてイグニッションスイッチ３６
のＯＮ操作とともに制御が開始されると、必要な初期設
定が実行された後、第１クランク角センサ２０からの正
弦波出力を矩形波に整形して得られる第１クランク角信
号ＣＡＬと第２クランク角センサ２８からの第２クラン
ク角信号ＣＡ２が読込まれ、次にステップＳ２において
、メタ０タスイツチ３７がＯＮ操作されたか否かが判定
される。

エンジンＥを始動するためスタータスイッチ３７が操作
されると、ステップＳ３において第２クランク角信号Ｃ
Ａ２に基づいてエンジン回転数Ｎｅが演算され、次にス
テップＳ４においてエンジン回転数Ｎｅが５０Ｏｒｐｍ
よりも低いか否かが判定され、始動時にはＮ　ｅ　＜　
５０ＯｒｐｍなのでステップＳ５へ進む。なお、第２ク
ランク角センサ２８はホール素子２６と電磁石２７とか
らなる矩形波出力型のセンサであるから、低回転領域に
おいても排気用カム軸３を介してクランク軸６の回転角
度を検知することができるが、第１クランク角センサ２
０は電磁ピックアップ式のセンサであるから、５０Ｏｒ
ｐｍ未満の低回転領域においては磁束の変化率が小さい
ため、十分な出力を得ることができず、第４図から明ら
かなように、この微弱な正弦波信号を矩形波信号に整形
することも不可能である。

したかって、始動時には第２クランク角信号ＣＡ２に基
づいてエンジン回転数Ｎｅが演算される。

ステップＳ５では、第１クランク角センサ２０の出力が
あったか否か、すなわち波形整形回路からｒＨＪレベル
信号が出力されたか否かが判定され、「ＹＥＳ」の場合
にはステップＳ６でフェイルフラグＦがリセットされ（
Ｆ＝Ｏ）、ＩＮ　ＯＪの場合にはステップＳ７でフェイ
ルフラグＦがセットされる（Ｆ＝１）。すなわち、エン
ジン回転数Ｎｅが５０Ｏｒｐｍ近くになると、磁束の変
化率が大きくなるので、第１クランク角センサ２０から
の出力が大きくなって、第４図に示すように、波形整形
回路がｒＨＪレベル信号が出力され、フェイルセーフフ
ラグＦがリセットされるが、第１クランク角センサ２０
の信号線の断線などの故障の場合には、エンジン回転数
Ｎｅが５０ｏｒ四近くになってもｒＨＪレベル信号が出
力されないため、この場合にはフェイルフラグＦがセッ
トされた状態に保持される。そして次のステップＳ８で
、第２クランク角信号ＣＡ２に基づいてクランク軸回転
周期が演算される。

一方、スタータスイッチ３７がＯＦＦされるか、あるい
はエンジン回転数Ｎｅが５０Ｏｒｐｍ以上になると、ス
テップＳ９へ進み、フェイルフラグＦがリセットされて
いるか否かを判定し、セットされている場合にはＳ８へ
進み、リセットされている場合にはＳＩＯへ進んで、第
１クランク角信号ＣＡＩに基づいてクランク軸回転周期
が演算される。

ところで、冒頭にも述べたように第２クランク角センサ
２８の出力である第２クランク角信号ＣＡ２は、タイミ
ングベルトの伸び等に起因して、クランク軸の真実のク
ランク角に対して若干の時間的遅れがある。また第１ク
ランク角センサ２゜の正弦波出力を波形整形回路で矩形
波信号に整形して得られる第１クランク角信号ＣＡＬは
、波形整形処理時間に起因して、真実のクランク角に対
しさらに大きい時間的遅れがある。第６図は、両クラン
ク角信号ＣＡＬ、ＣＡ２の各エンジン回転数Ｎｅにおけ
る遅れ時間をクランク角に換算して示したものである。

上述のように、信号ＣＡＬに基づいてステップＳＩＯで
得られる演算結果に対しては、ステップＳ１１で補正を
行なう。この補正は、第６図に示すようにエンジン回転
数Ｎｅの上昇に伴って増大する第１クランク角信号ＣＡ
Ｌの遅れ時間に応じて行なわれる。また、第２クランク
角信号ＣＡ２に基づいてステップＳ８で得られる演算結
果に対しては、さらに両クランク角信号ＣＡＬ、ＣＡ２
間の時間的遅れ時間の偏差に応じた補正をステップＳ１
２で行なっている。

以下に示す第１表は、第６図に基づいて作成したステッ
プＳｌｌおよびＳ１２における補正に用いられるテーブ
ルの一例を示す。なお、表中の数値は遅れ時間をクラン
ク角に換算した値である。

第１表 すなわち、第１クランク角センサ２０が正常に動作して
いる場合には、第１表の第１クランク角信号ＣＡＬをそ
の遅れ時間を考慮して補正したものをセット値としてス
テップＳ１３で制御を行ない、第１クランク角センサ２
０が故障したときには、そのセット値から両クランク角
信号ＣＡＬ、ＣＡ２間の遅れ時間の偏差を減算したもの
を用いてステップ８１３で制御を行なえばよい。

以上の説明から明らかなように、本実施例によるエンジ
ンのクランク角検出装置では、第１および第２クランク
角センサ２０．２８を備え、かつ両クランク角センサ２
０．２８からそれぞれ得られる第１および第２クランク
角信号ＣＡＩ、ＣＡ２間の時間的偏差を補正する手段を
備えているので、第１クランク角センサ２０が故障した
場合でも第２クランク角センサ２８の出力に基づいてエ
ンジン制御用の正確なデータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はエンジン
および制御系の全体構成図、第２図は第１クランク角検
出器付近の横断面図、第３図は第２クランク角検出器付
近の一部を切截した平面図、第４図は第１クランクセン
サ出力のタイムチャート、第５図はクランク角検出制御
ルーチンのフローチャート、第６図は第１および第２ク
ランク角信号のエンジン回転数に対する遅れ時間を示す
グラフである。 ３・・・排気用カム軸　　　６・・・クランク軸１１・
・・タイミングベルト １５・・・ディストリビュータ ２０・・・第１クランク角センサ ２６・・・ホール素子 ２８・・・第２クランク角センサ ３５・・・コントロールユニット ３６・・・イグニッションスイッチ ３７・・・スタータスイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．クランク軸の回転角度を検出する第１クランク角セ
   ンサと、カム軸の回転角度を検出する第２クランク角セ
   ンサとを備えたエンジンのクランク角検出装置であって
   、 上記第１および第２クランク角センサの出力間の時間的
   偏差を補正する補正手段と、 上記補正された第１または第２クランク角センサの出力
   を条件に応じて切換える切換手段とを備えていることを
   特徴とするエンジンのクランク角検出装置。
2. ２．クランク軸の回転角度を検出する第１クランク角セ
   ンサと、カム軸の回転角度を検出する第２クランク角セ
   ンサとを備え、正常時には上記第１クランク角センサの
   出力に基づいてエンジンのクランク角を検出するクラン
   ク角検出装置であって、 上記第１および第２クランク角センサの出力間の時間的
   偏差を補正する補正手段と、 上記第１クランク角センサの故障時に、上記補正手段に
   よる上記時間的偏差の補正がなされた後に、上記第２ク
   ランク角センサの出力に切換える切換手段を備えている
   ことを特徴とするエンジンのクランク角検出装置。
3. ３．上記補正手段が、上記第１および第２クランク角セ
   ンサの出力間の時間的偏差に対する補正量を、エンジン
   回転数の上昇に応じて増大させることを特徴とする請求
   項１または２記載のクランク角検出装置。