JPH06200816A - カム軸と相対的なクランク軸の最適位相の設定方法およびシステムならびにそれによる内燃機関の作動方法 - Google Patents

カム軸と相対的なクランク軸の最適位相の設定方法およびシステムならびにそれによる内燃機関の作動方法

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JPH06200816A
JPH06200816A JP5184089A JP18408993A JPH06200816A JP H06200816 A JPH06200816 A JP H06200816A JP 5184089 A JP5184089 A JP 5184089A JP 18408993 A JP18408993 A JP 18408993A JP H06200816 A JPH06200816 A JP H06200816A
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ビー.モウラー ジェームズ
Michael D Czekala
ディー.クゼカラ マイクル
Marc G Mrjoian
ジー.マルジョイアン マーク
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の始動および運転両期間を通じてク
ランク軸と相対的にカム軸の位相を転位し且つまた継続
的な燃料噴射および点火時期を制御すべくカム軸および
機関の回転位置ならびに速度を確定することができ、ク
ランク軸センサが機能を停止しても点火時期を調整し得
るシステムおよび方法を提供すること。 【構成】 独立に位相を転位し得る単数または複数のカ
ム軸(20),(22)へ回転自在に取り付けられた単
数または複数のカム軸データ・ホイール(12),(1
4)と、前記データ・ホイールの表面に配設された、シ
リンダ識別標識(48)を含む複数の標識と、前記標識
の位置および前記カム軸と相対的なクランク軸(18)
の回転位置を検出して対応的なカム軸信号およびクラン
ク軸信号をそれぞれ生成する装置とを主要な構成要素と
している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、始動および運転中の双
方の期間を通じてクランク軸と相対的にカム軸の位相を
転移し、且つまた継続的な燃料噴射および点火を制御す
べく、カム軸および機関の回転位置および速度を確定す
るシステムおよび方法に関する。また、クランク軸セン
サが機能停止しても、このシステムが点火時期の調整に
役立つ。
【0002】
【従来の技術】一般に、多シリンダ内燃機関において
は、カム軸とクランク軸との間の調時が固定的である。
しかし、燃料経済を向上させ且つ機関から放出される有
害な排出物を低減させるためには、種々の作動条件に対
して機関を最適化させるべく、クランク軸と相対的なカ
ム軸の調時(または位相)を調整することが必要であ
る。その結果、カム軸の回転位相がクランク軸と相対的
に変動することを可能とした位相転位機構が開発され
た。更に、カム軸およびクランク軸の回転位置および即
座を確定すべく、標識を付したカム軸データ・ホイール
やクランク軸データ・ホイールと一緒にセンサが付加さ
れ、センサから車内のマイクロプロセッサに信号が送ら
れる。次いでこれにより、所与の機関作動条件に対しど
れ程の位相転位が必要かが確定され、位相転位を達成す
べく位相転位機構が作動される。
【0003】矢張り有害な排出物を低減し且つ燃料経済
を向上させるための内燃機関分野において、継続的燃料
噴射技術も進歩している。これを達成するためにシリン
ダを認識するためセンサおよびカム軸検出ホイールが付
加されており、これにより第一シリンダの上死点位置を
検知している。この情報を車内の計算機へ電子的に伝送
することにより、計算機は、個々の各シリンダ内への燃
料の噴射の調時を最適化すべく、個々の燃料噴射器への
信号を伝送する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上およびその他の最
近の進歩の付加に伴い、各シリンダの点火時期を確定す
るため、クランク軸センサを備えることが重要になって
来た。クランク軸センサに関わる問題は、第一センサの
機能停止の際に、これをバックアップするクランク軸へ
別のセンサを一般に設ける必要があることである。
【0005】結果的なコストの低減および向上された信
頼性を含めてセンサ、標識を付したカム軸データ・ホイ
ールおよび計算機入力の数を減少させ、しかもこれらの
機能を同時に達成するためには、これらの機能を統合す
るシステムが必要である。その場合、統合された一つの
システムは、別のクランク軸センサを必要とせずに、カ
ム軸位相転位、継続的燃料噴射、点火作用および、クラ
ンク軸センサが機能停止した際の同点火作用を達成する
ことができる。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、独立に位相を
転位し得る各カム軸に対しそれぞれ1つのクランク軸セ
ンサおよび1つのカム軸センサを用い、多連カム軸の位
置および速度ならびに機関位置をも正確に確定するシス
テムおよび方法を提供するものである。その場合、この
統合システムは同時に4機能を制御する。即ち、カム位
相転位を制御し、始動およびまた運転中の双方における
継続的燃料噴射のためにシリンダ認識を制御し、正常な
点火作用を制御しおよびクランク軸センサが機能停止し
た場合に点火時期を制御する。
【0007】可変性カム調時(VCT)信号は、第二車
内マイクロプロセッサにより修正されクランク軸センサ
から転送される信号と一緒に第一車内マイクロプロセッ
サへ送られる。これらの信号は、クランク軸の回転位置
と速度およびまたクランク軸の回転位置と速度とに相対
的な各カム軸の回転位置と速度の双方を確定すべく比較
される。次いでこの情報は、所与の機関作動条件に対
し、クランク軸と相対的な、独立に位相を転位し得るそ
れぞれのカム軸の所要位相転位を確定し且つ、燃料経済
を最大化し排出物を低減するためにカム軸位相転位アク
チュエータを作動させるべく処理される。これらのVC
T信号はまた、有害な排出物を更に低減すべく、始動な
らびに機関運転状態に際して継続的燃料噴射を与うるに
足りる程に正確である。
【0008】カム軸回転位置を正確に確定することによ
る付加的な利益は、カム軸センサのみにより機関位置を
確定することができ、従って、最適作動状態ほどでなく
ても、車両を連続的に作動することができる。従って、
クランク軸センサが機能停止した場合、機関位置の確定
に用いられる、通常、クランク軸センサ信号から計算さ
れる点火時期もまた、カム軸センサにより生成されるV
CT信号により確定できる。これにより、余分なクラン
ク軸センサの必要性が取り除かれる。この代替的な作動
状態に対する制約は、クランク軸センサが再び適切に作
動するまでカム軸位相転移が妨げられることである。
【0009】
【実施例】本発明の上述の諸目的およびその他の諸目
的、諸特徴、ならびに諸利点は、添付諸図面に関連して
なされる、本発明を実施するための最良の形態について
の、以下の詳細な説明により容易に明白となる。
【0010】図1は、クランク軸データ・ホイール10
ならびに2つの独立したカム軸20,22上に組付けら
れた右カム軸データ・ホイール12および左カム軸デー
タ・ホイール14の位置を示した代表的なV−8形内燃
機関の斜視図である。クランク軸データ・ホイール10
は、クランク軸18およびクランク軸スプロケット9と
相対的に回転自在に取り付けられている。カム軸データ
・ホイール12,14は、それぞれのカム軸20,22
へ回転自在に取り付けられている。また、カム軸データ
・ホイール12,14は、それぞれカム軸スプロケット
11,13へ回転自在に連結されている。これらのカム
軸スプロケット11,13は、それぞれのカム軸20,
22と同じ軸線の回りを回転し、クランク軸スプロケッ
ト9へ回転自在に連結される。クランク軸データ・ホイ
ール10に近接して、機関16と相対的に取り付けられ
た磁気センサ60は、クランク軸データ・ホイール10
の各歯24が通過する際に電気パルスを生成する。
【0011】図2(A)および図3に示す如く、右カム
軸データ・ホイール12には、その一表面に添付された
4つのカム軸位置マーカ26,28,30,32があ
り、特定のシリンダにつき1つの独自のマーカが円周の
回りへ放射状に隔置されている。ここでの右および左の
指示は単に、一方のカム軸を他方と区別する便宜的な方
法として用いているに過ぎない。カム・センサ34は、
機関16と相対的に取り付けられている。これらのマー
カ26,28,30,32の材料は、ホール・センサの
ようなセンサ34が前縁および後縁を、それらが通過す
る際に検出し得るようなものであれば良い。右カム軸デ
ータ・ホイール12は、この図に示す如く、時計回りに
回転する。マーカ26の半径方向長さは、この半径方向
長さが、マーカ26が通過する際にそれをセンサ34が
読み取るに充分であれば良い。
【0012】各連続マーカ26,28,30,32の前
縁は隣接のそれを90°前方となっている。例えば、マ
ーカ26の前縁36はマーカ28の前縁38の90°前
方である。各マーカ26,28,30,32は、センサ
が右カム軸データ・ホイール12の回転位置を正確に区
別し得るように、それぞれ特定の角度幅を備えている。
この実施例の場合、マーカ26は幅Aが15°、マーカ
28は幅Bが20°、マーカ30は幅Cが25°、マー
カ32は幅Dが30°である。マーカは、センサ34に
より生成される信号の前縁が、クランク軸の対応位置が
上死点にある際、その回転位置から10°進められるよ
うに位置付けされる。
【0013】図2(B)および図3に示す左カム軸デー
タ・ホイール14は、4つのカム軸位置マーカ40,4
2,44,46と1つのシリンダ識別マーカ48とを備
えている。各々は半径方向長さが、右カム軸データ・ホ
イール12上のマーカと同様である。この半径方向長さ
は、エンジンブロック16と相対的に装着された左カム
軸センサ54がこれらのマーカを読み取るのに充分であ
れば良い。マーカ40,42,44,46,48は、シ
リンダ用の4つとシリンダ識別用の1つのマーカを包含
し、この図に示す如く、円周の回りへ放射状に隔置され
且つ時計回りに回転される。カム軸位置マーカ40,4
2,44,46の各々の前縁はそれぞれ、隣接のそれを
90°前方である。例えばマーカ40の前縁50は、マ
ーカ42の前縁52の90°前方である。シリンダ識別
マーカ48の前縁は、それを他のマーカと区別するた
め、カム軸位置マーカ40の前縁とカム軸位置マーカ4
6との間の中間、即ち45°にある。これらのカム軸位
置マーカ40,42,44,46の各々は、それぞれ特
定の角度幅を備えている。この実施例の場合、マーカ4
0は幅Eが15°、マーカ42は幅Fが20°、マーカ
44は幅Gが25°、マーカ46は幅Hが35°であ
り、シリンダ識別マーカ48は幅Iが15°である。
【0014】図2(C)および図3に示すカム軸データ
・ホイール10はその周囲に、各2つの隣接歯24の間
に20°のギャップ58を残すよう、10°に隔置され
た歯24の配列を包含している。機関16と相対的に取
り付けられたクランク軸センサ60により歯24が検出
され、相当するクランク軸位置信号が生成される。
【0015】図3について説明する。同図には、この実
施例の略図が示されている。クランク軸センサ60は、
電子制御無配電器点火装置(EDIS)マイクロプロセ
ッサ62へ導線64により電気的に接続されている。こ
のEDISマイクロプロセッサ62は、電線66へ信号
を伝送するべく接続されているのみならず、また電子機
関制御(EEC)マイクロプロセッサ70からの電線6
8の信号を受けるよう接続されている。更にEDISマ
イクロプロセッサ62は、導線74により、火花点火機
構72へ電気的に接続されている。右および左カム軸セ
ンサ34,54は、それぞれ電線76,78により、E
ECマイクロプロセッサ70へ電気的に接続されてい
る。EECマイクロプロセッサ70はまた、導線80,
82を介し、右カム位相アクチュエータ機構84および
左カム位相アクチュエータ機構86へそれぞれ電気的に
接続されている。カム位相アクチュエータ機構84,8
6は、対応するカム軸20,22およびカム軸スプロケ
ット11,13の間に連結されている。これは、望まし
くは、クランク軸位置信号が消失した場合、所定の欠陥
位置へ復帰する能力を有する付加的な特性を望ましくは
備えた、米国特許第5,117,787号に図示され且
つ記述されているような、適当なカム位相転位機構の使
用により達成することができる。また、EECマイクロ
プロセッサ70は、導線88により、燃料噴射器90へ
電気的に接続されている。
【0016】作動の際は、クランク軸データ・ホイール
10が回転すると、クランク軸データ・ホイールの各歯
24をクランク軸センサ60が磁気的に検出してクラン
ク軸信号を導線64を介しDEISマイクロプロセッサ
62へ伝送し、その結果図4に示す信号が生成される。
EDISマイクロプロセッサ62は信号92を、図4に
示すプロファイル点火ピックアップ(PIP)信号94
に変換し、EECマイクロプロセッサ70へ電線66を
介して電気的に伝送する。
【0017】同時に、右カム軸データ・ホイール12が
回転すると、右カム軸センサ34がカム軸データ・ホイ
ール・マーカ26、28,30,32を検出し、結果と
して図4に示す電気的可変カム調時(VCT)信号96
を導線76を介してEECマイクロプロセッサ70へ電
気的に伝送し、且つ導線102によりEDISマイクロ
プロセッサ62へ電気的に伝送する。図4に示す如く、
各種の幅のパルス27,29,31,33がそれぞれ、
右カム軸マーカ26,28,30,32に対応してい
る。
【0018】同様に、左カム軸データ・ホイール14が
カム・スプロケット・マーカ40,42,44,46を
検出し、図4に示す如く、結果的なVCT信号98を生
成する。しかも右側とは異なり、信号98はまた、シリ
ンダ識別マーカ48による成分をこの中に包有してい
る。この全体的な信号98は、次いで電線78により、
EECマイクロプロセッサ70へ電気的に伝送され、且
つ導線104により、EDISマイクロプロセッサ62
へ電気的に伝送される。パルス41,43,45,4
7,49はそれぞれ、左カム・マーカ40,42,4
4,46,48に対応する。
【0019】EDISマイクロプロセッサ62が受けた
VCT信号96,98は、始動時の継続的燃料噴射調時
および点火時期の計算に用いられる。これは、VCT信
号96,98パルス毎にクランク軸信号92のパルスの
数を数えることにより達成される。可変幅VCTパルス
27,29,31,33は独自の幅を有し、従ってクラ
ンク軸信号92パルスの数は、個々の各シリンダに相関
し、各々について異なる。それ故、機関位置や速度は、
始動装置スイッチ112が作動された後、迅速に確定さ
せることができる。
【0020】機関の運転時、EECマイクロプロセッサ
70は、左カム軸22もしくは右カム軸20の何れか、
または双方に必要な位相転位を計算すべく、PIP信号
94、右VCT信号96ならびに左VCTおよびCID
信号98を比較し且つ合成する。右カム軸20の位相転
位が必要な場合には、EECマイクロプロセッサ70
が、右カム軸20の位相を物理的に転位させる右カム位
相アクチュエータ機構84へ電気信号80を伝送する。
同様に、左カム軸22に対して位相転位が必要であれ
ば、左カム位相アクチュエータ機構86について同じプ
ロセスが生起される。更にEECマイクロプロセッサ7
0は、継続的燃料噴射に必要な調時を計算すべく信号9
4,96,98を用い、導線88により、これを継続的
燃料噴射器90へ電気的に伝送する。
【0021】更に、EECマイクロプロセッサ70は、
信号100をEDISマイクロプロセッサ62へ伝送
し、点火時期を計算し且つ点火時期信号74を火花点機
構72へ送るためにこの信号100が利用される。
【0022】更にまた、クランク軸センサ60が機能を
停止してEDISマイクロプロセッサ62へ信号が全く
送られなくなると、今度はマイクロプロセッサ62が導
線67を介し、故障信号114をEECマイクロプロセ
ッサ70へ電気的に伝送する。次いでEECマイクロプ
ロセッサ70はVCT信号96,98を用いて信号10
0を生成し、これをEDISマイクロプロセッサ62へ
伝送し、ここで点火時期信号74を確定して点火機構7
2へ電気的に伝送するために用いられる。この機能停止
態様に対する一つの特別な制約は、カム軸20,22を
所定の欠陥位置へ戻すべくEECマイクロプロセッサ7
0がカム位相信号80,82を送ること、およびクラン
ク軸センサ60が再び適正に作動するまで全く位相転位
が不可能であることである。
【0023】図4には、カム軸面が基線位置にある場合
の、一つの完全な機関サイクル(独立に位相を転位し得
る2つのカム軸を有する8シリンダエンジン用の)中の
システムの各種信号に対する、互いに相対的なパルス波
が示されている。
【0024】可変性幅のパルス27,29,31,33
はそれぞれ、右カム軸マーカ26,28,30,32に
対応している。パルス41,43,45,47,49は
それぞれ、左カム軸マーカ40,42,44,46,4
8に対応している。
【0025】本発明は、PIPパルス94のパルスに信
号96,98からのカム・パルスの一つが対応した場合
はいつでも、クランク軸18と相対的なカム軸20,2
2回転位置の位相を確定することができ、従ってクラン
ク軸18と相対的なカム軸20,22位置を確定する精
度が増大される。
【0026】本発明のそのほかの実施例では、磁気セン
サ34,54の代りに光学センサを使用し、またカム軸
データ・ホイール・マーカ26,28,30,32,4
2,44,46,48とカム軸データ・ホイール12,
14間の差異を磁気変動ではなく光学的に検知するよう
にすることである。
【0027】本発明の特定実施例を添付図面に示し且つ
上記の詳細な説明に述べたが、本発明は当該実施例にの
み限定されるものではないことを理解すべきである。例
えば、カム軸センサ34,54を、データ・ホイール1
2,14の回転面と垂直にではなく、それぞれカム軸デ
ータ・ホイール12,14と相対的に半径方向に向ける
こともできる。その場合、可変性幅のマーカ26,2
8,30,32,40,42,44,46,48は、そ
れらをカム軸センサ34,54が読み取り得るように、
データ・ホイール12,14の周囲に沿って布置され
る。添付クレイムの範囲から逸脱することなく、他の数
多くの再配列、修正および置換が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】独立に位相を転位し得る2組のカム軸およびク
ランク軸組立体を示すV−8機関の斜視図。
【図2】2組のカム軸データ・ホイールおよびクランク
軸データ・ホイールの正面図。
【図3】2組の独立に位相を転位し得るカム軸および継
続的燃料制御のためのカム位相転位の制御回路の略ブロ
ック図。
【図4】位相転位のない信号の相対的調時を示す、クラ
ンク軸およびカム軸センサにより生成された信号の波形
線図。
【符号の説明】
12 右カム軸データ・ホイール 14 左カム軸データ・ホイール 16 機関 18 クランク軸 20 カム軸 22 カム軸 48 シリンダ識別標識
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02P 5/15 A 7/067 302 C 11/00 A (72)発明者 マーク ジー.マルジョイアン アメリカ合衆国ミシガン州ウオッシュテノ ー カウンティ,アン アーバー,コベン トリィ スクウェアー ドライブ 1480

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可変性カム調時、継続的燃料噴射および
    点火時期に対応する、カム軸と相対的なクランク軸の最
    適回転位置の設定による内燃機関の作動方法にして、 カム軸上のシリンダ識別マーカの位置を検出し、それに
    より、位置およびシリンダ番号識別成分を包有するカム
    軸信号を生成する段階と、 前記カム軸と相対的なクランク軸の回転位置を検出し、
    それにより、位置および速度成分を有するクランク軸信
    号を生成する段階と、 設定された条件において最少の排出物と最適の燃料経済
    とをもたらすべく予め定められた前記カム軸および前記
    クランク軸間の位相角の関係に対応する位相角信号を、
    前記カム軸信号および前記クランク軸信号の位置成分に
    応答して生成する段階と、 前記クランク軸と相対的な前記カム軸の回転位置を調整
    すべく、前記位相角信号により位相角転位機構を作動さ
    せる段階と、 前記クランク軸信号の損失および予定カム位相信号に対
    する欠如分を検出し、それにより、所定欠陥位置へカム
    軸を戻し、前記カム位相信号に応答して点火時期信号を
    生成し、機関の連続的な作動を可能にさせる段階とを含
    む作動方法。
  2. 【請求項2】 独立に位相を転位し得る少なくとも一つ
    のカム軸を有する内燃機関において、クランク軸とカム
    軸との位相関係およびシリンダ識別をも正確に確定する
    システムにして、 カム軸上のシリンダ識別マーカーの位置を検出し、それ
    により、位置およびシリンダ番号識別成分を包有するカ
    ム軸信号を生成する装置と、 前記カム軸と相対的なクランク軸の回転位置を検出し、
    それにより、位置および速度成分を有するクランク軸信
    号を生成する装置と、 設定された条件において最少の排出物と最適の燃料経済
    とをもたらすべく予め定められた前記カム軸および前記
    クランク軸間の位相角の関係に対応する位相角信号を、
    前記カム軸信号および前記クランク軸信号の前記位置成
    分に応答して生成する装置と、 前記クランク軸と相対的な前記カム軸の回転位置を調整
    すべく、前記位相角信号により作動される位相角転位機
    構と、 前記クランク軸信号の損失および予定カム位相信号に対
    する欠陥を検出し、それにより、所定欠陥位置へカム軸
    を戻し、前記カム位相信号に応答して点火時期信号を生
    成し、機関の連続的な作動を可能にさせる装置とを含む
    システム。
  3. 【請求項3】 独立に位相を転位し得る複数のカム軸を
    備える多シリンダ内燃機関において、クランク軸とカム
    軸との位相関係およびシリンダ識別をも正確に確定する
    システムにして、 前記の独立に位相を転位し得るカム軸の対応的な一つへ
    回転自在に一つずつ取り付けられた複数のカム軸データ
    ・ホイールと、 前記カム軸データ・ホイールの各々の表面に配設された
    複数の標識とを含み、前記各標識が前記カム軸データ・
    ホイールのそれぞれの一つにある残部の前記標識と区別
    し得る角度幅を有し、それにより前記シリンダのそれぞ
    れの一つが識別され、前記標識の前縁が前記カム軸デー
    タ・ホイールの各々の回りへ同等に隔置され、 前記カム軸データ・ホイールの一つの前記表面に配設さ
    れたシリンダ識別標識を含み、前記シリンダ識別標識の
    前縁が前記の一つのカム軸データ・ホイールの前記の複
    数の標識の二つの間へ同等に隔置され、 前記の複数のカム軸データ・ホイール上のシリンダ識別
    標識の位置を検出し、それにより、位置およびシリンダ
    番号識別成分を各々が包有する対応的な複数のカム軸信
    号を生成する装置と、 それぞれの複数の前記カム軸の各々と相対的なクランク
    軸の回転位置を検出し、それにより、位置および速度成
    分を有するクランク軸信号を生成する装置と、 設定された作動条件において最少の排出物と最適の燃料
    経済とをもたらすべく予め定められた前記クランク軸と
    前記の独立に位相を転位し得るカム軸のそれぞれの一つ
    との間の位相角の関係に対応する、前記の独立のカム軸
    の各々に対する位相角信号を、前記カム軸信号および前
    記クランク軸信号のそれぞれの前記位置成分に応答して
    生成する装置と、 前記クランク軸と相対的な、前記の独立に位相を転位し
    得るカム軸の対応的な回転位置を独立に調整すべく、前
    記位相角信号のそれぞれの一つにより作動される、前記
    の独立に位相を転位し得るカム軸へ一つずつ回転自在に
    結合された複数の位相角転位機構とを含むシステム。
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