WO2023084997A1 - クランクシャフト位相測定装置、クランクシャフト位相測定方法、内燃機関の制御方法、クランクシャフト及び内燃機関 - Google Patents

クランクシャフト位相測定装置、クランクシャフト位相測定方法、内燃機関の制御方法、クランクシャフト及び内燃機関 Download PDF

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要 荒木
勉 森本
祥平 上村
峰史 滝下
真理子 松田
司 白藤
勇眞 尾林
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    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections

Definitions

  • the present invention relates to a crankshaft phase measuring device, a crankshaft phase measuring method, an internal combustion engine control method, a crankshaft, and an internal combustion engine.
  • Internal combustion engines (engines) for automobiles and ships have multiple pistons that repeat intake, compression, explosion, and exhaust. It is transmitted to and converted into rotational motion.
  • the slow portion is arranged offset from the rotation center axis of the crankshaft, and the fuel consumption fluctuates depending on the rotation angle of the slow portion (the phase of the crankshaft) when fuel is injected into the piston. Therefore, the fuel injection timing is required to be controlled with an error of, for example, 1 degree or less.
  • crankshaft phase measuring method a method using a crankshaft timing rotor (gear) that is coaxially installed outside the crankshaft and rotates in synchronization with the crankshaft is known (for example, JP-A-2018-123735). Gazette).
  • the phase of the rotor is regarded as the phase of the crankshaft that is directly connected to it, and the phase of each slow portion is obtained from the structure of the crankshaft.
  • An object of the present invention is to provide a control method for an internal combustion engine using a shaft phase measurement method, a crankshaft and an internal combustion engine.
  • a crankshaft phase measuring device is a crankshaft phase measuring device for measuring the phase of a crankshaft having a plurality of slow portions, the measuring portions measuring the phase of each slow portion;
  • a collection unit that collects measurement data measured by the plurality of measurement units, and an analysis unit that analyzes the measurement data collected by the collection unit.
  • There are electrical and mechanical discontinuities and the collector is fixed away from the crankshaft so that it does not rotate synchronously with the crankshaft.
  • the crankshaft phase measuring device includes a measurement section that directly measures the phase of the rotating throw section, the phase of the throw section can be obtained based on the measurement results for each throw section. Therefore, the phase of the slow portion can be measured by taking into account the effects of torsional vibration and machining error of the crankshaft, so that the crankshaft phase measuring device can accurately measure the phase of the slow portion.
  • the crankshaft phase measuring device has an electrically and mechanically discontinuous part in a part of the measurement path from the throw part to the collecting part, and the collecting part rotates in synchronization with the crankshaft. It is fixed away from the crankshaft so that it does not. Therefore, the measurement data collected by the collection unit can be easily extracted and utilized, and can be suitably used for fuel injection timing control of an internal combustion engine.
  • the plurality of throw portions be accommodated within a hollow crankcase, and the plurality of measurement portions be arranged within the crankcase.
  • the collection part may be arranged outside the crankcase. By arranging the collecting section outside the crankcase in this way, the measurement data collected by the collecting section can be used more easily.
  • the collecting portion is arranged inside the crankcase.
  • the plurality of measuring portions are arranged on the inner surface of the crankcase, and that the measuring portions and the throw portion are electrically and mechanically discontinuous.
  • the plurality of measurement units do not rotate in synchronism with the crankshaft, and detect the rotation of the throw portion in a non-contact manner. Therefore, since the measuring section and the collecting section can be connected by a signal line, which is an electrical contact, the crankshaft phase measuring device can be easily configured.
  • the measurement section preferably includes a proximity sensor that identifies the phase of the slow section.
  • a proximity sensor that identifies the phase of the slow section.
  • the measurement unit is arranged in the slow unit, and the measurement data of the plurality of measurement units is configured to be transmitted from the measurement unit to the collection unit by wireless communication, and the measurement unit and the collection unit is electrically and mechanically discontinuous.
  • the plurality of measurement units detect the rotation of the slow portion while rotating in synchronization with the crankshaft, so the phase of the slow portion can be continuously measured.
  • wireless communication is used to transmit the measurement data, a complicated connection configuration is not required between the measuring section that rotates synchronously with the crankshaft and the collecting section that does not rotate synchronously.
  • the crankshaft protrudes at least partially from the crankcase, and further includes a relay section that relays collection of the measurement data to the collection section, and the plurality of measurement sections are arranged in the throw section.
  • the relay unit is arranged at the protruding end of the crankshaft, the measurement data is transmitted from the relay unit to the collection unit by wireless communication, and the relay unit and the collection unit
  • the interval is preferably electrically and mechanically discontinuous.
  • the plurality of measurement units detect the rotation of the slow portion while rotating in synchronization with the crankshaft, so the phase of the slow portion can be continuously measured.
  • the measurement section and the relay section can be connected by wire, and the measurement data of a plurality of measurement sections can be reliably relayed. Furthermore, since the relay section is arranged at the protruding end of the crankshaft protruding from the crankcase, the crankcase is less likely to be an obstacle in wireless communication with the collecting section arranged outside the crankcase. Therefore, the collecting section can stably collect the measurement data measured by the plurality of measuring sections.
  • the measurement section preferably includes an acceleration sensor that measures acceleration at the position where the throw section is disposed, and a gyro sensor that measures angular velocity.
  • the measurement unit has a detection marker arranged on the slow portion of the crankshaft of the internal combustion engine and a non-contact sensor that detects the detection marker, and the collection unit collects detection data detected by the non-contact sensor.
  • the analysis unit is a calculation unit that receives the detection data and calculates the detection data. Since the non-contact sensor can detect the time when the detection marker starts passing and the time when the passing ends, the position of the slow portion can be accurately grasped using the detection data. Therefore, the phase of the slow portion can be easily detected without contact.
  • a crankshaft phase measuring method is a crankshaft phase measuring method using the crankshaft phase measuring device of the present invention, comprising: a measuring step of measuring the phase of each slow portion; A collection step of collecting measurement data measured in the process, and an analysis step of analyzing the measurement data collected in the collection step. to decide.
  • the crankshaft phase measuring method uses the crankshaft phase measuring device of the present invention, and independently obtains the phase of the throw portion based on the measurement results for each throw portion. Therefore, by using the crankshaft phase measuring method, the phase of the slow portion can be measured with the effects of the torsional vibration of the crankshaft and the machining error taken into account, so that the phase of the slow portion can be measured with high accuracy.
  • a control method for an internal combustion engine comprises a phase measuring step of measuring the phase of the crankshaft using the crankshaft phase measuring method of the present invention; and a control step for controlling the fuel injection timing to the engine that drives the crankshaft, wherein the timing control of the control step is performed independently for each slow portion based on the phase analysis result of each slow portion.
  • the control method of the internal combustion engine controls fuel independently for each slow section based on the phase of the slow section that takes into account the effects of torsional vibration of the crankshaft and machining errors measured using the crankshaft phase measuring method of the present invention. Control injection timing. Therefore, by using the control method for the internal combustion engine, the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved.
  • a crankshaft phase measuring method includes a non-contact sensor that detects a detection marker arranged on a throw portion of a crankshaft in an internal combustion engine, and detection data detected by the non-contact sensor.
  • the crankshaft phase measuring method includes a non-contact sensor for detecting the detection marker arranged on the throw portion of the crankshaft, and a calculation section for receiving and calculating the detection data detected by the non-contact sensor. Use the provided crankshaft phase measurement device.
  • the non-contact sensor detects when the detection marker begins to pass and when it ends.
  • the computing unit computes the passing time of the center of the detection marker from the detection data of the passing start time and the passing end time.
  • the crankshaft phase measuring method grasps the passage timing of the center of the detection marker, so that the position of the slow portion can be accurately grasped. Therefore, the phase of the crankshaft can be measured with high accuracy, and the timing of fuel injection into the cylinders of the internal combustion engine can be easily optimized.
  • the detectable area of the non-contact sensor is preferably larger than the detected area of the detection marker in the detection direction of the non-contact sensor. By doing so, it is possible to detect the passage start time and the passage end time of the detection marker with higher accuracy.
  • the detection marker is formed of metal plating or a metal thin film and joined to the crankshaft. By doing so, the detection marker can be easily provided on the crankshaft.
  • the detection marker may be formed by processing a portion of the crankshaft. By doing so, it is possible to simplify the configuration of the crankshaft phase measuring device.
  • a crankshaft according to another embodiment of the present invention has a detection marker for measuring the phase on the throw portion.
  • a detection marker is placed on the crankshaft, and the position of the throw portion can be detected with high accuracy, so the phase can be easily measured.
  • An internal combustion engine includes a non-contact sensor for detecting the detection marker, the crankshaft being arranged in a crankcase, and receiving detection data detected by the non-contact sensor. and a control section for instructing the fuel injector to inject fuel based on the calculation result of the calculation section.
  • the internal combustion engine is provided with the crankshaft, and can inject fuel at a suitable timing while measuring the phase of the crankshaft with high accuracy, so that the fuel consumption rate can be improved.
  • the crankshaft phase measuring device and crankshaft phase measuring method of the present invention can accurately measure the phase of the throw portion.
  • the control method of the internal combustion engine of the present invention uses the crankshaft phase measuring method of the present invention, and can improve the fuel consumption of the internal combustion engine. Since the crankshaft of the present invention is provided with detection markers and the position of the throw portion is detected with high accuracy, the phase can be measured with high accuracy.
  • the internal combustion engine of the present invention can inject fuel at a suitable timing while accurately measuring the phase of the crankshaft, so that the fuel consumption rate can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a crankshaft phase measuring device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flow diagram showing a crankshaft phase measuring method according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of a phase analysis method for one slow portion in the analysis process of FIG.
  • FIG. 4 is a flow diagram showing a control method for an internal combustion engine according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of fuel injection timing in the control process of FIG.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a crankshaft phase measuring device according to an embodiment different from that of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a crankshaft phase measuring device according to an embodiment different from FIGS. 1 and 6.
  • FIG. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a crankshaft phase measuring device according to an embodiment different from FIGS. 1, 6 and 7.
  • FIG. FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a crankshaft phase measuring device according to an embodiment different from FIGS. 1, 6, 7 and 8.
  • FIG. 10 is a schematic enlarged view of a throw portion of the crankshaft of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a schematic left side view of the throw portion of FIG. 10.
  • FIG. FIG. 12 is a flow diagram showing a crankshaft phase measuring method according to an embodiment different from that of FIG.
  • FIG. 13 is a flow diagram showing details of the calculation process of FIG.
  • FIG. 14 is a graph showing that the sensor potential of the non-contact sensor changes as the throw portion approaches the non-contact sensor.
  • FIG. 15 is a graph showing that the sensor potential of the non-contact sensor changes as the detection marker approaches the non-contact sensor.
  • FIG. 16 is a graph showing the result of calculating the passing timing of the center of the detection marker
  • crankshaft phase measuring device A crankshaft phase measuring device, a crankshaft phase measuring method, and an internal combustion engine control method according to a first embodiment of the present invention will be described below.
  • crankshaft phase measuring device 1 shown in FIG. 1 is a device for measuring the phase of a crankshaft X, and includes a measuring section 10, a collecting section 20, and an analyzing section 30. As shown in FIG.
  • crankshaft X has a shaft X1 forming a central axis of rotation and a plurality of slow portions X2.
  • a plurality of throw parts X2 are arranged offset from the central axis of rotation.
  • the throw portion X2 has a pair of crank arms arranged on the central axis of rotation, and a crank pin connected between the pair of crank arms and arranged parallel to the central axis of rotation. The pin is in an offset position.
  • a connecting rod (not shown) is attached to the crankpin and connected to the piston.
  • FIG. 1 illustrates the case of having five slow portions X2, but the number of slow portions X2 is not limited to five.
  • the plurality of throw parts X2 are housed in the hollow crankcase Y.
  • the throw portion X2 is arranged with a gap from the inner surface of the crankcase Y. As shown in FIG.
  • a plurality of measurement units 10 measure the phase of each slow portion X2.
  • the measurement units 10 are provided in a one-to-one correspondence with each slow portion X2, and the number of measurement units 10 matches the number of slow portions X2.
  • a plurality of measurement units 10 are arranged in the crankcase Y.
  • a plurality of measuring units 10 are arranged in the crankcase Y in this way, it is possible to eliminate anything that interferes with the measurement between the slow unit X2 and the measuring unit 10, so that the phase measurement accuracy of the slow unit X2 can be improved. can be enhanced.
  • the plurality of measuring parts 10 are arranged on the inner surface of the crankcase Y, and the measuring parts 10 and the slow part X2 are electrically and mechanically discontinuous. In other words, there is an electrically and mechanically discontinuous part in a part of the measurement path from the slow part X2 to the collecting part 20 .
  • the measurement section 10 is arranged apart from the throw section X2, and detects the rotation of the throw section X2 in a non-contact manner. Moreover, in this configuration, the plurality of measurement units 10 do not rotate synchronously with the crankshaft X. As shown in FIG. Therefore, since none of the measurement unit 10, the collection unit 20, and the analysis unit 30 can be configured to rotate, the crankshaft phase measurement device 1 can be easily configured.
  • a proximity sensor for example, can be used as means for detecting the rotation of the throw portion X2 without contact. That is, the measurement unit 10 includes a proximity sensor that identifies the phase of the slow portion X2. Since the slow section X2 is offset from the central axis of rotation, the distance between the measuring section 10 and the slow section X2 changes depending on the phase of the slow section X2. Therefore, as shown in FIG. 1, when the measurement unit 10 observes one point (tip of the arrow in FIG. 1) of the throw portion X2 with the proximity sensor, the distance from the throw portion X2 at the proximity point X2A is the shortest.
  • the measurement unit 10 can specify, for example, the timing of passage of this proximate point X2A, and can specify the phase of the slow portion X2 with the proximate point X2A as a starting point.
  • crankshaft phase measuring device 1 electrical contact is established between the measuring section 10 arranged on the inner surface of the crankcase Y and the collecting section 20 arranged outside the crankcase Y (details will be described later). are connected by signal lines. In this case, even if the crankcase Y is made of metal, the measurement data measured by the measuring section 10 can be sent to the collecting section 20 .
  • the collection unit 20 collects measurement data measured by the plurality of measurement units 10 .
  • the collector 20 is fixed away from the crankshaft X so that it does not rotate synchronously therewith.
  • the collecting section 20 is arranged outside the crankcase Y.
  • the collecting unit 20 By arranging the collecting unit 20 outside the crankcase Y in this way, it becomes easier to access the collecting unit 20, so that the measurement data collected by the collecting unit 20 can be easily utilized.
  • the analysis section 30 analyzes the measurement data collected by the collection section 20 .
  • the phase of the slow portion X2 is determined from the measurement data of each slow portion X2 through analysis by the analyzing section 30 .
  • the analyzing section 30 is fixed apart from the crankshaft X so as not to rotate in synchronization with the crankshaft X, like the collecting section 20 .
  • the analysis unit 30 can be configured by, for example, an arithmetic device such as a CPU and a display device. A method of determining the phase of the slow portion X2 will be described later in the description of the crankshaft phase measuring method.
  • the analyzed phase of the slow portion X2 may be displayed on the display device. Further, the analyzed phase of the slow portion X2 is transmitted in real time to a control unit (not shown) that controls the timing of fuel injection to the engine that drives the crankshaft X, for example. Note that “transmitting in real time” includes the case where the transmission work is performed at predetermined intervals, and the predetermined interval is 0.2 ms or less, preferably 0.1 ms or less.
  • the crankshaft phase measuring device 1 includes the measuring unit 10 that directly measures the phase of the rotating slow portion X2, the phase of the slow portion X2 can be obtained based on the measurement results for each slow portion X2. Therefore, the phase of the slow portion X2 can be measured with the torsional vibration of the crankshaft X and the effects of machining errors taken into account, so that the crankshaft phase measuring device 1 can accurately measure the phase of the slow portion X2.
  • crankshaft phase measuring device 1 has an electrically and mechanically discontinuous portion in a part of the measurement path from the slow portion X2 to the collecting portion 20, and the collecting portion 20 is the crankshaft X is fixed away from the crankshaft X so as not to rotate synchronously with the crankshaft X. Therefore, the measurement data collected by the collection unit 20 can be easily extracted and utilized, and can be suitably used for fuel injection timing control of an internal combustion engine.
  • crankshaft phase measuring method uses the crankshaft phase measuring device 1 shown in FIG.
  • the crankshaft phase measurement method includes a measurement step S11, a collection step S12, and an analysis step S13.
  • the proximity sensor is used in the measurement section 10, so the timing at which the proximity point X2A of the slow section X2 is closest to the measurement section 10 can be known. Assuming that this timing is the starting point (0°) of the phase, the position of the phase of 0° is intermittently extracted as indicated by the circle in FIG.
  • the collecting step S12 the measurement data measured in the measuring step S11 are collected. This step is performed using the collector 20 .
  • a plurality of measuring units 10 and collecting units 20 are connected by signal lines, which are electrical contacts.
  • the collection unit 20 can collect measurement data measured by a plurality of measurement units 10 via this signal line.
  • the analysis step S13 the measurement data collected in the collection step S12 are analyzed. This step is performed using the analysis unit 30 .
  • the analysis unit 30 estimates the phase of the slow portion X2 as indicated by the solid line in FIG. 3 based on the measurement data (circles in FIG. 3). can be done.
  • the phase of each slow portion X2 is determined independently from the measured data of each slow portion X2.
  • the phase of each throw portion X2 it is possible to minimize the influence of the torsional vibration of the crankshaft X and machining errors that are superimposed on the measurement results of the other throw portions X2.
  • the crankshaft phase measuring method uses the crankshaft phase measuring device 1 of the present invention, and independently obtains the phase of the slow portion X2 based on the measurement result of each slow portion X2. Therefore, by using the crankshaft phase measuring method, the phase of the slow portion X2 can be measured with the influence of the torsional vibration of the crankshaft X and the machining error taken into consideration, so that the phase of the slow portion X2 can be measured with high accuracy.
  • the internal combustion engine control method shown in FIG. 4 includes a phase measurement step S1 and a control step S2.
  • phase measuring step S1 the phase of the crankshaft X is measured.
  • This phase measurement step S1 uses the above-described crankshaft phase measurement method of the present invention, and as shown in FIG. 5, independently determines the phase of each throw portion X2.
  • FIG. 5 illustrates a case where there are five slow portions X2 in accordance with the crankshaft phase measuring device 1 shown in FIG. 1, the number of slow portions X2 is not limited to five. .
  • control step S2 the fuel injection timing to the engine that drives the crankshaft X is controlled based on the measurement result of the phase measurement step S1.
  • the timing control of this control step S2 is performed independently for each slow section X2 based on the phase analysis result of each slow section X2. Specifically, as shown in FIG. 5, fuel is injected into each slow portion X2 from timing t1 to t5 when the phase of each slow portion X2 matches the optimum phase ⁇ of fuel injection.
  • the control method of the internal combustion engine is based on the phase of the slow portion X2 that takes into account the torsional vibration of the crankshaft X and the influence of the machining error measured using the crankshaft phase measuring method of the present invention. to control the fuel injection timing. Therefore, by using the control method for the internal combustion engine, the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved.
  • crankshaft phase measuring device and a crankshaft phase measuring method according to a second embodiment of the present invention will be described below.
  • a control method of an internal combustion engine using the crankshaft phase measuring device and the crankshaft phase measuring method according to the second embodiment is the same as the control method of the internal combustion engine of the first embodiment, so detailed description thereof will be omitted. .
  • a crankshaft phase measuring device 2 shown in FIG. 6 is a crankshaft phase measuring device for measuring the phase of a crankshaft X having a plurality of slow portions X2, and includes a plurality of measuring portions 12 for measuring the phase of each slow portion X2. , a collection unit 20 that collects measurement data measured by a plurality of measurement units 12, and an analysis unit 30 that analyzes the measurement data collected by the collection unit 20, and the measurement path from the slow unit X2 to the collection unit 20 There are some electrical and mechanical discontinuities where the collector 20 is fixed away from the crankshaft X so that it does not rotate synchronously therewith.
  • crankshaft phase measuring device 2 shown in FIG. 6 is the same as that of the crankshaft phase measuring device 1 shown in FIG.
  • the plurality of measuring units 12 are arranged inside the crankcase Y. As shown in FIG. Specifically, the measurement unit 12 is arranged in the slow unit X2, and the measurement data of the plurality of measurement units 12 is configured to be transmitted from the measurement unit 12 to the collection unit 20 by wireless communication. and the collector 20 are electrically and mechanically discontinuous.
  • an acceleration sensor and a gyro sensor can be used in combination as a means for measuring the phase of the slow section X2, which is arranged in the slow section X2. That is, the measurement unit 12 includes an acceleration sensor that measures the acceleration at the position where the throw portion X2 is arranged and a gyro sensor that measures the angular velocity. The acceleration sensor and the gyro sensor can identify their tilt and position by simultaneously analyzing their outputs. Therefore, by using an acceleration sensor and a gyro sensor in the measurement unit 12, the phase of the slow portion X2 can be easily detected in all directions.
  • the measuring section 12 is preferably arranged on the side surface of the connecting rod attached to the crankpin of the throw section X2.
  • the measuring section 12 may be arranged on the back chamfer section of the crankpin.
  • wireless interfaces such as WiFi and BlueTooth can be used.
  • crankshaft phase measuring device 2 since the crankshaft phase measuring device 2 performs wireless communication inside and outside the crankcase Y, it is necessary to select a material for the crankcase Y that allows wireless communication. Specifically, it is necessary to avoid the use of potential-fixed metals and the like.
  • the plurality of measuring units 12 detect the rotation of the slow portion X2 while rotating in synchronization with the crankshaft X, so the phase of the slow portion X2 can be continuously measured. .
  • wireless communication is used to transmit the measurement data, a complicated connection configuration is not required between the measuring section 12 that rotates in synchronization with the crankshaft X and the collecting section 20 that does not rotate in synchronization.
  • crankshaft phase measuring method using the crankshaft phase measuring device 2 shown in FIG. 6 includes, as shown in FIG. and an analyzing step S13 for analyzing the measured data collected in the collecting step S12.
  • the phase of each slow portion X2 is determined independently from the measured data of each slow portion X2. .
  • the crankshaft phase measuring device 2 shown in FIG. 6 is used in the crankshaft phase measuring method, the phase of the slow portion X2 can be continuously obtained in real time in the measuring step S11. Therefore, in the analysis step S13, there is no need to estimate the phase of the slow portion X2 based on the measurement data.
  • crankshaft phase measurement method is the same as the crankshaft phase measurement method according to the first embodiment, so other explanations are omitted.
  • crankshaft phase measuring device A crankshaft phase measuring device according to a third embodiment of the present invention will be described below.
  • the crankshaft phase measuring method and the internal combustion engine control method using the crankshaft phase measuring device according to the third embodiment are the same as the crankshaft phase measuring method and the internal combustion engine control method of the second embodiment, respectively. Therefore, detailed explanation is omitted.
  • crankshaft phase measuring device 3 shown in FIG. 7 is a crankshaft phase measuring device that measures the phase of a crankshaft X having a plurality of slow portions X2, and includes a plurality of measuring portions 12 that measure the phase of each slow portion X2. , a collection unit 23 for collecting measurement data measured by a plurality of measurement units 12, and an analysis unit 30 for analyzing the measurement data collected by the collection unit 23, and the measurement path from the slow unit X2 to the collection unit 23 There are some electrical and mechanical discontinuities where the collector 23 is fixed away from the crankshaft X so that it does not rotate synchronously therewith.
  • crankshaft phase measuring device 3 shown in FIG. 7 is the same as that of the crankshaft phase measuring device 2 shown in FIG.
  • the collecting section 23 is arranged inside the crankcase Y. As shown in FIG. Although the collection unit 23 can be arranged on a beam, rib, or the like inside the crankcase Y, it is preferably arranged on the inner surface of the crankcase Y for ease of wireless communication with the measurement unit 10 .
  • the collection unit 23 is the same as the collection unit 20 according to the second embodiment, so other descriptions are omitted.
  • crankshaft phase measuring device 3 since wireless communication is limited to the inside of the crankcase Y, the material of the crankcase Y does not matter, and metal, for example, may be used.
  • crankshaft phase measuring device 3 by arranging the collector 23 in the crankcase Y that does not rotate synchronously with the crankshaft X, the measurement from the plurality of measuring units 12 arranged in the crankcase Y is performed. Data can be easier to collect.
  • crankshaft phase measuring device A crankshaft phase measuring device according to a fourth embodiment of the present invention will be described below.
  • the crankshaft phase measuring method and the internal combustion engine control method using the crankshaft phase measuring device according to the fourth embodiment are the same as the crankshaft phase measuring method and the internal combustion engine control method of the second embodiment, respectively. Therefore, detailed explanation is omitted.
  • a crankshaft phase measuring device 4 shown in FIG. 8 is a crankshaft phase measuring device for measuring the phase of a crankshaft X having a plurality of slow portions X2, and includes a plurality of measuring portions 14 for measuring the phase of each slow portion X2. , a collection unit 20 that collects measurement data measured by a plurality of measurement units 14, and an analysis unit 30 that analyzes the measurement data collected by the collection unit 20, and the measurement path from the slow unit X2 to the collection unit 20 There are some electrical and mechanical discontinuities where the collector 20 is fixed away from the crankshaft X so that it does not rotate synchronously therewith. Further, the crankshaft phase measuring device 4 further includes a relay section 40 that relays the collection of the measurement data to the collecting section 20 .
  • the collecting unit 20 and the analyzing unit 30 of the crankshaft phase measuring device 4 shown in FIG. 8 are the same as the crankshaft phase measuring device 2 shown in FIG.
  • a plurality of measurement units 14 are arranged in the slow unit X2.
  • the plurality of measuring units 14 and the relay unit 40 can be wirelessly communicated, but are preferably connected by signal lines, which are electrical contacts. By connecting with a signal line in this way, measurement data can be transmitted stably. Further, since the plurality of measuring units 14 and the relay unit 40 described later rotate in synchronization with the crankshaft X, they can be easily connected by signal lines.
  • the measurement unit 14 is the same as the measurement unit 12 according to the second embodiment, so other explanations are omitted.
  • the relay portion 40 is arranged at the projecting end of the shaft X1. That is, the relay portion 40 rotates in synchronization with the crankshaft X. As shown in FIG.
  • the relay unit 40 receives measurement data from the plurality of measurement units 14 and transmits the measurement data to the collection unit 20 as it is.
  • the measurement data is transmitted from the relay unit 40 to the collection unit 20 by wireless communication. That is, in the crankshaft phase measuring device 4, the intermediate portion 40 and the collecting portion 20 are electrically and mechanically discontinuous in the measurement path from the slow portion X2 to the collecting portion 20.
  • the same wireless communication as described in the second embodiment can be used.
  • crankshaft phase measuring device 4 wireless communication is limited to the outside of the crankcase Y, so the material of the crankcase Y does not matter, and metal, for example, may be used.
  • the plurality of measuring units 14 detect the rotation of the slow portion X2 while rotating in synchronization with the crankshaft X, so the phase of the slow portion X2 can be continuously measured. .
  • the measurement unit 14 and the relay unit 40 can be connected by wire, and the measurement data of the plurality of measurement units 14 can be reliably relayed.
  • the relay portion 40 is arranged at the protruding end of the crankshaft X protruding from the crankcase Y, the crankcase Y hardly becomes an obstacle in wireless communication with the collecting portion 20 arranged outside the crankcase Y. . Therefore, the collection unit 20 can stably collect measurement data measured by the plurality of measurement units 14 .
  • crankshaft phase measuring device A crankshaft phase measuring device, a crankshaft phase measuring method, a crankshaft, and an internal combustion engine according to a fifth embodiment of the present invention will be described below.
  • a crankshaft phase measuring device 5 shown in FIG. 9 is a crankshaft phase measuring device for measuring the phase of a crankshaft S having a plurality of slow portions T, and includes a plurality of measuring portions 15 for measuring the phase of each slow portion T. , a collection unit 25 that collects measurement data measured by a plurality of measurement units 15, and an analysis unit 35 that analyzes the measurement data collected by the collection unit 25, and the measurement path from the slow unit T to the collection unit 25 There are some electrical and mechanical discontinuities where the collector 25 is fixed away from the crankshaft S so that it does not rotate synchronously therewith.
  • the measurement unit 15 has a detection marker M arranged on the throw portion T of the crankshaft S in the internal combustion engine, and a non-contact sensor 15a for detecting the detection marker M.
  • the analysis unit 35 is a calculation unit 35a that receives detected detection data and calculates the detection data.
  • the crankshaft phase measuring device 5 is a device for measuring the phase of the crankshaft S in an internal combustion engine (not shown in its entirety). and a portion 35a.
  • the crankshaft S is one of the members constituting the internal combustion engine.
  • the crankshaft S is a rotating shaft, and the rotational motion of the crankshaft S is transmitted to the wheels of a vehicle, the screw of a ship, and the like, thereby providing the propulsion force for the vehicle and the ship. That is, the crankshaft S is an output shaft.
  • Each member (each configuration) in each drawing showing the crankshaft phase measuring device 5 is schematically shown, and the shape and scale thereof may differ from the actual members.
  • crankshaft S A part of the crankshaft S is accommodated in a crankcase C that constitutes part of the internal combustion engine. A part of this is provided with a throw portion T (crank throw). That is, the crankshaft S has a shaft S1 and a throw portion T. As shown in FIG. In this embodiment, six throw portions T are provided. The six throw portions T are arranged at substantially equal intervals in the axial direction of the crankshaft S, and are arranged at substantially equal angular intervals when viewed from the axial direction of the crankshaft S. One throw portion T and another throw portion T adjacent to this one throw portion T are connected by a shaft S1. The number of slow portions T is not limited to six, and varies depending on the configuration of the internal combustion engine.
  • the throw portion T includes a columnar crankpin T2 whose axial direction is parallel to the axial direction of the crankshaft S and offset, and a pair of substantially plate-like crank arms T1 for holding the crankpin T2. and
  • the surface (outer surface) of the crank arm T1 opposite to the side holding the crankpin T2 on the tip end side (the end part side away from the crankshaft S) has a thickness that gradually decreases toward the tip end side.
  • a bag chamfer portion T11 is formed.
  • a connecting rod (not shown) is attached to the crank pin T2, and this connecting rod is connected to a piston (not shown).
  • the piston reciprocates in a cylinder (not shown), and rotates the throw portion T via the connecting rod, thereby imparting rotational motion to the crankshaft S.
  • the connecting rod, piston and cylinder are all part of the internal combustion engine.
  • a detection marker M is arranged in each slow part T.
  • the position where the detection marker M is arranged is not particularly limited, but in this embodiment, the detection marker M is arranged substantially in the center of the bag chamfer portion T11 in one crank arm T1 of the throw portion T. .
  • the non-contact sensor 15a detects the detection marker M.
  • the non-contact sensor 15a of this embodiment is a proximity sensor, and is arranged in the crankcase C so as to be able to approach each detection marker M. As shown in FIG.
  • the non-contact sensor 15a detects when the detection marker M starts passing and ends passing. That is, detection of the detection marker M by the non-contact sensor 15a starts when the detection marker M enters the detection range of the non-contact sensor 15a, and ends when the detection marker M leaves the detection range of the non-contact sensor 15a.
  • the detection marker M is not particularly limited as long as it can be detected by the non-contact sensor 15a.
  • the metal a material different from that of the crank arm T1 is preferable, and examples thereof include copper and aluminum.
  • the non-contact sensor 15a is not particularly limited as long as it can detect the detection marker M. However, if the detection marker M is formed of metal plating or metal thin film, for example, an eddy current displacement sensor can be mentioned.
  • the shape of the detection marker M is not particularly limited, and may be circular, elliptical, triangular, rectangular, or polygonal.
  • the size (area to be detected) of the detection marker M in plan view is not particularly limited, but is preferably equal to or less than the detection range (area of detectable area) of the non-contact sensor 15a.
  • the detectable area of the non-contact sensor 15a is preferably larger than the detected area of the detection marker M in the detection direction of the non-contact sensor 15a.
  • the detection marker M is too large relative to the detection range of the non-contact sensor 15a, the sensor output of the non-contact sensor 15a will be saturated, which may make it difficult to accurately grasp the timing at which the center of the detection marker M passes. be.
  • the detection marker M is too small, the change in the sensor output of the non-contact sensor 15a will be small, and the detection of the detection marker M may become unstable.
  • the size of the detection marker M is smaller than the detection range of the non-contact sensor 15a, and the area is such that a sufficiently large sensor output can be obtained against noise superimposed on the non-contact sensor 15a in the detected environment. It may be determined to have
  • the collection unit 25 receives detection data detected by the non-contact sensor 15a.
  • the calculation unit 35a calculates the passing timing of the center of the detection marker M from the detection data at the start of passage of the detection marker M detected by the non-contact sensor 15a and the detection data at the end of passage. Specifically, the calculation unit 35a calculates the center of the detection marker M from the time when the detection marker M enters the detection range of the non-contact sensor 15a and the time when the detection marker M leaves the detection range of the non-contact sensor 15a. Calculate the time the part passes through the detection range.
  • the calculation unit 35a transmits the calculation result to the control unit 50 of the internal combustion engine.
  • the control unit 50 instructs a fuel injector (not shown) provided in the internal combustion engine to inject fuel based on the calculation result.
  • the calculation unit 35a and the control unit 50 may be configured integrally.
  • crankshaft phase measuring method uses the crankshaft phase measuring device 5 described above, and as shown in FIG. 12, a step S51 in which the non-contact sensor 15a detects when the detection marker M starts and ends passing;
  • the calculation unit 35a has a step S52 for calculating the passage time of the center of the detection marker M from the detection data at the passage start time and the passage end time. Note that “start” in FIG. 12 means starting of the internal combustion engine, and “end” means stopping of the internal combustion engine.
  • the non-contact sensor 15a detects when the detection marker M starts passing and ends passing. That is, detection of the detection marker M by the non-contact sensor 15a starts when the detection marker M enters the detection range of the non-contact sensor 15a, and ends when the detection marker M leaves the detection range of the non-contact sensor 15a.
  • the calculation unit 35a calculates the passage time of the center of the detection marker M from the detection data at the passage start time and the passage end time.
  • the calculation step S52 includes a step S21 of monitoring the sensor output of the non-contact sensor 15a, a step S22 of detecting a decrease in the sensor output of the non-contact sensor 15a, and a A step S23 of detecting a change in the sensor output of the non-contact sensor 15a that has decreased, a step S24 of detecting the end of the change in the sensor output, a step S25 of calculating the position of the center of the detection marker M, and a non-contact sensor It has a step S26 of detecting the end of the decrease in the sensor output of 15a and a step S27 of detecting the stop of the internal combustion engine.
  • the computing unit 35a monitors the sensor output of the non-contact sensor 15a. Monitoring of the sensor output is done continuously. In other words, the computing unit 35a constantly monitors the sensor output while the internal combustion engine is operating.
  • the computing unit 35a detects a drop in the sensor output of the non-contact sensor 15a. As the throw portion T enters the detection range of the non-contact sensor 15a, the sensor output of the non-contact sensor 15a decreases. The calculation unit 35a detects the start of the drop in the sensor output.
  • the calculation unit 35a detects a change in the sensor output of the non-contact sensor 15a whose sensor output is decreasing.
  • the non-contact sensor 15a detecting the slow portion T detects the detection marker M
  • the sensor output changes.
  • the calculation unit 35a detects the start of change in the sensor output.
  • the calculation unit 35a detects the end of change in the sensor output.
  • the sensor output of the non-contact sensor 15a returns to a reduced state.
  • the calculation unit 35a detects that the sensor output has returned to a reduced state, that is, that the detection marker M has left the detection range of the non-contact sensor 15a.
  • the calculation unit 35a calculates the position of the center of the detection marker M. Specifically, the passage time of the detection marker M is calculated from the detection of the start and end of the change in the sensor output, and the passage time of the central portion of the detection marker M is calculated based on this calculation result. From this calculation result, the position of the detection marker M and thus the position of the slow portion T can be accurately grasped, so the phase of the crankshaft S can be measured with high accuracy.
  • the computing unit 35a detects the end of drop in the sensor output of the non-contact sensor 15a.
  • the throw portion T leaves the detection range of the non-contact sensor 15a, the decrease in the sensor output of the non-contact sensor 15a ends.
  • the calculation unit 35a detects the end of the drop in the sensor output, and shifts to the sensor output monitoring step S21 again.
  • the calculation unit 35a detects the stop of the internal combustion engine and ends the crankshaft measurement step.
  • a detection marker M is joined to the bag chamfer portion T11 in the throw portion T of the crankshaft S, and the passage of the detection marker M is detected by the non-contact sensor 15a.
  • the position of the throw portion T can be specified with high accuracy. can be measured with high accuracy.
  • the measurement units are provided one-to-one in each throw unit, and the number of measurement units matches the number of throw units.
  • a plurality of measurement units may be provided for one throw unit.
  • fuel injection may be divided into multiple stages. If a plurality of measurement units are provided for one slow portion, it is possible to provide a measurement unit corresponding to each stage for such an engine in which fuel injection is divided into a plurality of stages. Therefore, it is possible to give optimum timing information to each stage.
  • the measurement data measured in step 1 may be transmitted from the relay unit to the collection unit by wireless communication.
  • crankshaft protrudes from the crankcase, but the entire crankshaft may be housed in the crankcase.
  • the crankshaft phase measurement method is a method of independently determining the phase of each throw portion from the measurement data of each throw portion in the analysis process. You can also take it into consideration. In this case, the torsion of the crankshaft itself and the machining error can be estimated by considering the correlation of the plurality of throw parts.
  • the detection marker is formed of a metal material and arranged in the bag chamfer portion of the crank arm, but it is not limited to this.
  • the detection marker may be provided, for example, by processing a portion of the throw portion.
  • the surface of the bag chamfer portion may be provided with recesses, holes, or the like, or the surface of the bag chamfer portion may be partially roughened, and the processed portion may be used as a detection marker.
  • the detection marker is not particularly limited as long as it spatially and locally changes electromagnetic properties such as electrical conductivity and magnetic permeability and can be detected by the non-contact sensor.
  • the position (place) where the detection marker is arranged is not limited to the bag chamfer portion, and may be arranged anywhere on the crankshaft as long as the rotation of the crankshaft can be detected.
  • the non-contact sensor may be arranged outside the crankcase as long as the detection marker can be detected.
  • the non-contact sensor, computing unit, and control unit may be electrically connected or communicated by wireless communication means.
  • An eddy current displacement sensor was installed so as to be close to the rotating throw portion, and the output of the eddy current displacement sensor was A/D (Analog/Digital) converted and analyzed by rotating the crankshaft at 30 rpm. A similar waveform was obtained. It can be seen from FIG. 14 that the sensor output decreases as the throw portion approaches the eddy current displacement sensor. In this way, it is possible to clearly distinguish between a state where the throw portion is in proximity to the eddy current displacement sensor and a state in which it is not, due to the decrease in the sensor output. However, since the sensor output becomes flat when passing through the slow section, it is difficult to accurately grasp the timing of passage at any specific point in the slow section. On the other hand, considering that the sensor output is used for the fuel injection timing, it is preferable to be able to grasp the phase of the crankshaft with an accuracy of 0.1° or less.
  • FIG. 16 shows experimental results of calculating the passing timing of the center of the detection marker using such an algorithm.
  • circle points are the passing times
  • corner points are the results of calculating the difference between the passing times before and after. Looking at the difference in transit time, all points are ⁇ 0.5 msec. is found to be within the range of 1 ⁇ ⁇ 0.01 deg. It can be seen that the passing timing of the center of the detection marker can be detected with very high accuracy.
  • crankshaft phase measuring device and crankshaft phase measuring method of the present invention can accurately measure the phase of the slow portion. Further, the control method of the internal combustion engine of the present invention uses the crankshaft phase measuring method of the present invention, and can improve the fuel consumption of the internal combustion engine. Therefore, the crankshaft phase measuring method of the present invention is preferably used for internal combustion engines having a crankshaft.
  • crankshaft phase measuring devices 10, 12, 14, 15 measuring section 15a non-contact sensors 20, 23, 25 collecting sections 30, 35 analyzing section 35a computing section 40 relay section 50 control section X, S crankshaft X1, S1 shaft X2, T throw portion X2A proximity point Y crankcase T1 crank arm T2 crankpin T11 bag chamfer portion M marker C crankcase

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Abstract

本発明の一態様に係るクランクシャフト位相測定装置は、複数のスロー部を有するクランクシャフトの位相を測定するクランクシャフト位相測定装置であって、各スロー部の位相を測定する複数の測定部と、上記複数の測定部で測定した測定データを収集する収集部と、上記収集部で収集した測定データを解析する解析部とを備え、上記スロー部から上記収集部へ至る測定径路の一部に、電気的及び機械的に非連続な部分が存在しており、上記収集部が、上記クランクシャフトと同期して回転しないように、上記クランクシャフトから離れて固定されている。

Description

クランクシャフト位相測定装置、クランクシャフト位相測定方法、内燃機関の制御方法、クランクシャフト及び内燃機関
　本発明は、クランクシャフト位相測定装置、クランクシャフト位相測定方法、内燃機関の制御方法、クランクシャフト及び内燃機関に関する。
　自動車や船舶等の内燃機関（エンジン）は、複数のピストンが吸気、圧縮、爆発、排気を繰り返して運動しており、圧縮及び爆発により発生した上下方向の力を、クランクシャフトの複数のスロー部へ伝えて回転運動に変換している。スロー部は、クランクシャフトの回転中心軸からオフセットして配置されており、ピストンへ燃料噴射する際のスロー部の回転角度（クランクシャフトの位相）により燃費が変動する。このため、燃料噴射タイミングは、例えば１度以下の誤差での制御が求められている。
　燃料噴射タイミングを制御するためには、クランクシャフトの位相を測定することが必要となる。このクランクシャフト位相測定方法としては、クランクシャフト外に同軸上に設置され、クランクシャフトと同期して回転するクランクシャフトタイミングローター（歯車）を利用したものが公知である（例えば特開２０１８－１２３７３５号公報参照）。
　この公知のクランクシャフト位相測定方法では、ローターの歯車中に目印となる信号歯を設け、この信号歯の位置を検出することでクランクシャフトの位相を知る。
特開２０１８－１２３７３５号公報
　上記クランクシャフト位相測定方法では、実際に測定しているものはローターの位相である。このため、このローターの位相を、これに直結しているクランクシャフトの位相とみなし、クランクシャフトの構造から各スロー部の位相を求めることとなる。
　しかし、現実にはクランクシャフトのねじり振動や加工誤差の影響によりローターの位相から求められる各スロー部の位相には誤差が生じる。このため、燃費向上のためには、さらに誤差の少ないクランクシャフト位相測定方法が求められている。
　本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、スロー部の位相を精度良く測定できるクランクシャフト位相測定装置、このクランクシャフト位相測定装置を用いたクランクシャフト位相測定方法、このクランクシャフト位相測定方法を用いた内燃機関の制御方法、クランクシャフト及び内燃機関の提供を目的とする。
　本発明の一態様に係るクランクシャフト位相測定装置は、複数のスロー部を有するクランクシャフトの位相を測定するクランクシャフト位相測定装置であって、各スロー部の位相を測定する複数の測定部と、上記複数の測定部で測定した測定データを収集する収集部と、上記収集部で収集した測定データを解析する解析部とを備え、上記スロー部から上記収集部へ至る測定径路の一部に、電気的及び機械的に非連続な部分が存在しており、上記収集部が、上記クランクシャフトと同期して回転しないように、上記クランクシャフトから離れて固定されている。
　当該クランクシャフト位相測定装置は、回転するスロー部の位相を直接測定する測定部を備えるので、各スロー部単位の測定結果に基づいてスロー部の位相を求めることができる。このため、クランクシャフトのねじり振動や加工誤差の影響を加味してスロー部の位相が測定できるので、当該クランクシャフト位相測定装置は、スロー部の位相を精度良く測定できる。また、当該クランクシャフト位相測定装置は、スロー部から収集部へ至る測定径路の一部に、電気的及び機械的に非連続な部分が存在しており、収集部がクランクシャフトと同期して回転しないようにクランクシャフトから離れて固定されている。このため、収集部で収集した測定データを容易に取り出して活用できるので、内燃機関の燃料噴射タイミング制御に好適に用いることができる。
　上記複数のスロー部が、中空のクランクケース内に収められており、上記複数の測定部が、上記クランクケース内に配置されているとよい。このように上記複数の測定部を上記クランクケース内に配置することで、スロー部と測定部との間に測定を干渉するものをなくすことができるので、スロー部の位相の測定精度を高められる。
　上記収集部が、上記クランクケース外に配置されているとよい。このように上記収集部を上記クランクケース外に配置することで、収集部で収集した測定データをさらに容易に活用できる。
　上記収集部が、上記クランクケース内に配置されているとよい。このように上記収集部を、上記クランクシャフトと同期して回転しない上記クランクケース内に配置することで、上記クランクケース内に配置されている上記複数の測定部からの測定データを収集し易くすることができる。
　上記複数の測定部が、上記クランクケースの内面に配置されており、上記測定部と上記スロー部との間が電気的及び機械的に非連続であるとよい。この構成においては、複数の測定部はクランクシャフトと同期して回転せず、スロー部の回転を非接触で検知する。従って、測定部と収集部との間を電気的な接触である信号線によって接続できるので、当該クランクシャフト位相測定装置を構成し易い。
　上記測定部が、上記スロー部の位相を特定する近接センサを含むとよい。上記測定部で近接センサを用いることで、スロー部の位相を非接触で容易に検知することができる。
　上記測定部が、上記スロー部に配置され、上記複数の測定部の測定データが、上記測定部から上記収集部へ無線通信により送信されるよう構成されており、上記測定部と上記収集部との間が電気的及び機械的に非連続であるとよい。この構成においては、複数の測定部はクランクシャフトと同期して回転しつつ、スロー部の回転を検知するので、スロー部の位相を連続的に測定可能である。また、測定データの送信に無線通信を用いるので、クランクシャフトと同期して回転する測定部と、同期して回転しない収集部との間に複雑な接続構成を必要としない。
　上記クランクシャフトが、上記クランクケースから少なくともその一部が突出しており、上記測定データの上記収集部への収集を中継する中継部をさらに備え、上記複数の測定部が、上記スロー部に配置され、上記中継部が、上記クランクシャフトの突出端に配置され、上記測定データが、上記中継部から上記収集部へ無線通信により送信されるよう構成されており、上記中継部と上記収集部との間が電気的及び機械的に非連続であるとよい。この構成においては、複数の測定部はクランクシャフトと同期して回転しつつ、スロー部の回転を検知するので、スロー部の位相を連続的に測定可能である。また、中継部はクランクシャフトと同期して回転するので、測定部と中継部との間を有線接続可能であり、複数の測定部の測定データを確実に中継できる。さらに、中継部はクランクケースから突出するクランクシャフトの突出端に配置されているので、クランクケース外に配置されている収集部との無線通信においてクランクケースが障害物となり難い。従って、上記収集部が、上記複数の測定部で測定した測定データを安定して収集することができる。
　上記測定部が、上記スロー部の配設位置における加速度を測定する加速度センサ及び角速度を測定するジャイロセンサを含むとよい。上記測定部で加速度センサ及びジャイロセンサを用いることで、スロー部の位相を全方位について容易に検知することができる。
　上記測定部が、内燃機関におけるクランクシャフトのスロー部に配された検出マーカと、上記検出マーカを検出する非接触センサとを有し、上記収集部が、この非接触センサが検出した検出データを受信し、上記解析部が、上記検出データを演算する演算部であるとよい。上記非接触センサにより上記検出マーカの通過開始時及び通過終了時を検出できるので、その検出データを用いて上記スロー部の位置を精度よく把握することができる。従って、スロー部の位相を非接触で容易に検知することができる。
　本発明の別の一実施形態に係るクランクシャフト位相測定方法は、本発明のクランクシャフト位相測定装置を用いるクランクシャフト位相測定方法であって、各スロー部の位相を測定する測定工程と、上記測定工程で測定した測定データを収集する収集工程と、上記収集工程で収集した測定データを解析する解析工程とを備え、上記解析工程で、各スロー部の測定データから、そのスロー部の位相を独立して決定する。
　当該クランクシャフト位相測定方法は、本発明のクランクシャフト位相測定装置を用い、各スロー部単位の測定結果に基づいてスロー部の位相を独立して求める。従って、当該クランクシャフト位相測定方法を用いることで、クランクシャフトのねじり振動や加工誤差の影響を加味したスロー部の位相が測定されるので、スロー部の位相を精度良く測定できる。
　本発明のさらに別の一実施形態に係る内燃機関の制御方法は、本発明のクランクシャフト位相測定方法を用いてクランクシャフトの位相を測定する位相測定工程と、上記位相測定工程の測定結果に基づいて上記クランクシャフトを駆動するエンジンへの燃料噴射タイミングを制御する制御工程とを備え、上記制御工程のタイミング制御が、各スロー部の位相解析結果に基づいて、スロー部ごとに独立して行われる。
　当該内燃機関の制御方法は、本発明のクランクシャフト位相測定方法を用いて測定されたクランクシャフトのねじり振動や加工誤差の影響を加味したスロー部の位相に基づいてスロー部ごとに独立して燃料噴射タイミングを制御する。従って、当該内燃機関の制御方法を用いることで、内燃機関の燃費を向上することができる。
　本発明のさらに別の一実施形態に係るクランクシャフト位相測定方法は、内燃機関におけるクランクシャフトのスロー部に配された検出マーカを検出する非接触センサと、この非接触センサが検出した検出データを受信して演算する演算部とを備えたクランクシャフト位相測定装置を用いて上記クランクシャフトの位相を測定する方法であって、上記非接触センサが、上記検出マーカの通過開始時及び通過終了時を検出する工程と、上記演算部が、上記通過開始時及び通過終了時の検出データから上記検出マーカ中央の通過時を演算する工程とを有する。
　当該クランクシャフト位相測定方法は、クランクシャフトのスロー部に検出マーカを配し、この検出マーカを検出する非接触センサと、この非接触センサが検出した検出データを受信して演算する演算部とを備えたクランクシャフト位相測定装置を用いる。上記非接触センサは、上記検出マーカの通過開始時及び通過終了時を検出する。上記演算部は、上記通過開始時及び通過終了時の検出データから上記検出マーカ中央の通過時を演算する。このように、当該クランクシャフト位相測定方法は、上記検出マーカ中央の通過タイミングを把握するため、上記スロー部の位置を精度よく把握することができる。このため、上記クランクシャフトの位相を高精度に測定することができ、上記内燃機関におけるシリンダ内への燃料噴射タイミングを容易に最適化することができる。
　上記非接触センサの検出可能な領域が、上記非接触センサの検出方向における上記検出マーカの被検出面積より大きいとよい。このようにすることで、上記検出マーカの通過開始時及び通過終了時をより高精度に検出することができる。
　上記検出マーカが、金属メッキ又は金属薄膜で形成され、上記クランクシャフトに接合されているとよい。このようにすることで、上記検出マーカを容易に上記クランクシャフトに設けることができる。
　上記検出マーカが、上記クランクシャフトの一部を加工することで形成されているとよい。このようにすることで、上記クランクシャフト位相測定装置を簡易な構成とすることができる。
　本発明の別の一実施形態に係るクランクシャフトは、スロー部に、位相を測定するための検出マーカが配されている。
　当該クランクシャフトは、検出マーカが配され、スロー部の位置が高精度に検出されるため、位相が容易に測定できる。
　本発明のさらに別の一実施形態に係る内燃機関は、クランクケース内に上記クランクシャフトが配され、上記検出マーカを検出する非接触センサと、この非接触センサが検出した検出データを受信して演算する演算部と、上記演算部の演算結果に基づいて燃料噴射器に燃料の噴射を指示する制御部とを備えている。
　当該内燃機関は、上記クランクシャフトが配され、クランクシャフトの位相を精度良く測定しつつ燃料を好適なタイミングで噴射できるため、燃料消費率を向上することができる。
　以上説明したように、本発明のクランクシャフト位相測定装置及びクランクシャフト位相測定方法は、スロー部の位相を精度良く測定できる。また、本発明の内燃機関の制御方法は、本発明のクランクシャフト位相測定方法を用いており、内燃機関の燃費を向上することができる。本発明のクランクシャフトは、検出マーカが配され、スロー部の位置が高精度に検出されるため、位相が精度良く測定できる。本発明の内燃機関は、クランクシャフトの位相を精度良く測定しつつ燃料を好適なタイミングで噴射できるため、燃料消費率を向上することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置の模式的構成図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るクランクシャフト位相測定方法を示すフロー図である。 図３は、図２の解析工程において１つのスロー部の位相解析方法例を説明する説明図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御方法を示すフロー図である。 図５は、図４の制御工程において燃料噴射タイミング例を説明する説明図である。 図６は、図１とは異なる実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置の模式的構成図である。 図７は、図１及び図６とは異なる実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置の模式的構成図である。 図８は、図１、図６及び図７とは異なる実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置の模式的構成図である。 図９は、図１、図６、図７及び図８とは異なる実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置の模式的構成図である。 図１０は、図９のクランクシャフトが有するスロー部の模式的拡大図である。 図１１は、図１０のスロー部の模式的左側面図である。 図１２は、図２とは異なる実施形態に係るクランクシャフト位相測定方法を示すフロー図である。 図１３は、図１２の演算工程の詳細を示すフロー図である。 図１４は、非接触センサにスロー部が近接することによって非接触センサのセンサ電位が変化することを示すグラフである。 図１５は、非接触センサに検出マーカが近接することによって非接触センサのセンサ電位が変化することを示すグラフである。 図１６は、検出マーカ中央の通過タイミングを算出した結果を示すグラフである。
［第１実施形態］
　以下、本発明の第１実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置、クランクシャフト位相測定方法及び内燃機関の制御方法について説明する。
〔クランクシャフト位相測定装置〕
　図１に示すクランクシャフト位相測定装置１は、クランクシャフトＸの位相を測定する装置であり、測定部１０と、収集部２０と、解析部３０とを備える。
＜クランクシャフト＞
　クランクシャフトＸは、回転中心軸を構成するシャフトＸ１と、複数のスロー部Ｘ２とを有する。
　シャフトＸ１は、図１に示すように、クランクケースＹから少なくともその一部が突出している。つまり、クランクシャフトＸは、クランクケースＹから少なくともその一部が突出している。
　複数のスロー部Ｘ２は、回転中心軸からオフセットして配置されている。具体的には、スロー部Ｘ２は、回転中心軸に配置される一対のクランクアームと、この一対のクランクアーム間に接続され、回転中心軸と平行に配置されるクランクピンとを有し、上記クランクピンがオフセット位置にある。また、上記クランクピンには、コンロッドが取り付けられ（不図示）、ピストンにつながっている。図１には、５つのスロー部Ｘ２を有する場合を例示しているが、スロー部Ｘ２の数は５つに限定されるものではない。
　また、複数のスロー部Ｘ２は、中空のクランクケースＹ内に収められている。つまり、スロー部Ｘ２は、クランクケースＹの内面と間隔を空けて配置されている。
＜測定部＞
　複数の測定部１０は、各スロー部Ｘ２の位相を測定する。測定部１０は、各スロー部Ｘ２に一対一で設けられており、測定部１０の数は、スロー部Ｘ２の数と一致する。
　複数の測定部１０は、クランクケースＹ内に配置されている。このように複数の測定部１０をクランクケースＹ内に配置することで、スロー部Ｘ２と測定部１０との間に測定を干渉するものをなくすことができるので、スロー部Ｘ２の位相の測定精度を高められる。
　当該クランクシャフト位相測定装置１では、複数の測定部１０は、クランクケースＹの内面に配置されており、測定部１０とスロー部Ｘ２との間が電気的及び機械的に非連続である。つまり、スロー部Ｘ２から収集部２０へ至る測定径路の一部に、電気的及び機械的に非連続な部分が存在している。
　具体的には、測定部１０は、スロー部Ｘ２と離間して配置されており、スロー部Ｘ２の回転を非接触で検知する。また、この構成においては、複数の測定部１０はクランクシャフトＸと同期して回転しない。従って、測定部１０、収集部２０及び解析部３０をいずれも回転しない構成とすることができるので、当該クランクシャフト位相測定装置１を構成し易い。
　スロー部Ｘ２の回転を非接触で検知する手段として、例えば近接センサを用いることができる。つまり、測定部１０は、スロー部Ｘ２の位相を特定する近接センサを含む。スロー部Ｘ２は、回転中心軸からオフセットして配置されているので、スロー部Ｘ２の位相によって測定部１０とスロー部Ｘ２との距離が変化する。このため、図１に示すように、測定部１０が、近接センサでスロー部Ｘ２の１点（図１の矢印の先端部分）を観測していると、近接点Ｘ２Ａでスロー部Ｘ２との距離が最短となる。測定部１０は、例えばこの近接点Ｘ２Ａの通過タイミングを特定可能であり、近接点Ｘ２Ａを起点にスロー部Ｘ２の位相を特定することができる。
　当該クランクシャフト位相測定装置１では、クランクケースＹの内面に配置される測定部１０と、クランクケースＹの外に配置される収集部２０（詳細は後述）との間は、それぞれ電気的な接触である信号線によって接続されている。この場合、クランクケースＹが金属であっても、測定部１０で測定した測定データを収集部２０へ送ることができる。
＜収集部＞
　収集部２０は、複数の測定部１０で測定した測定データを収集する。収集部２０は、クランクシャフトＸと同期して回転しないように、クランクシャフトＸから離れて固定されている。
　当該クランクシャフト位相測定装置１では、収集部２０は、クランクケースＹ外に配置されている。このように収集部２０をクランクケースＹ外に配置すると、収集部２０にアクセスし易くなるため、収集部２０で収集した測定データを容易に活用できる。
＜解析部＞
　解析部３０は、収集部２０で収集した測定データを解析する。解析部３０での解析により、各スロー部Ｘ２の測定データから、そのスロー部Ｘ２の位相を決定する。
　解析部３０は、収集部２０と同様にクランクシャフトＸと同期して回転しないように、クランクシャフトＸから離れて固定されている。解析部３０は、例えばＣＰＵ等の演算装置及び表示装置などで構成することができる。スロー部Ｘ２の位相の決定方法については、クランクシャフト位相測定方法の説明で後述する。
　解析されたスロー部Ｘ２の位相は、上記表示装置に表示してもよい。また、解析されたスロー部Ｘ２の位相は、例えばクランクシャフトＸを駆動するエンジンへの燃料噴射タイミングを制御する制御部（不図示）へリアルタイムに伝送される。なお、「リアルタイムに伝送する」とは、所定の間隔をおいて伝送作業を行う場合を含み、上記所定の間隔は、０．２ｍ秒以下、好ましくは０．１ｍ秒以下とされる。
＜利点＞
　当該クランクシャフト位相測定装置１は、回転するスロー部Ｘ２の位相を直接測定する測定部１０を備えるので、各スロー部Ｘ２単位の測定結果に基づいてスロー部Ｘ２の位相を求めることができる。このため、クランクシャフトＸのねじり振動や加工誤差の影響を加味してスロー部Ｘ２の位相が測定できるので、当該クランクシャフト位相測定装置１は、スロー部Ｘ２の位相を精度良く測定できる。また、当該クランクシャフト位相測定装置１は、スロー部Ｘ２から収集部２０へ至る測定径路の一部に、電気的及び機械的に非連続な部分が存在しており、収集部２０がクランクシャフトＸと同期して回転しないようにクランクシャフトＸから離れて固定されている。このため、収集部２０で収集した測定データを容易に取り出して活用できるので、内燃機関の燃料噴射タイミング制御に好適に用いることができる。
〔クランクシャフト位相測定方法〕
　図２に示すクランクシャフト位相測定方法は、図１に示すクランクシャフト位相測定装置１を用いる。当該クランクシャフト位相測定方法は、測定工程Ｓ１１と、収集工程Ｓ１２と、解析工程Ｓ１３とを備える。
＜測定工程＞
　測定工程Ｓ１１では、各スロー部Ｘ２の位相を測定する。この工程は、測定部１０を用いて行われる。
　当該クランクシャフト位相測定装置１では、測定部１０で近接センサを用いているので、スロー部Ｘ２の近接点Ｘ２Ａが最も測定部１０に近づいたタイミングが分かる。このタイミングを位相の起点（０°）とすると、図３に丸印で示すように、位相０°の位置が断続的に抽出される。
＜収集工程＞
　収集工程Ｓ１２では、測定工程Ｓ１１で測定した測定データを収集する。この工程は、収集部２０を用いて行われる。
　当該クランクシャフト位相測定装置１では、複数の測定部１０と収集部２０との間が、それぞれ電気的な接触である信号線によって接続されている。収集部２０は、この信号線を介して複数の測定部１０で測定した測定データを収集することができる。
＜解析工程＞
　解析工程Ｓ１３では、収集工程Ｓ１２で収集した測定データを解析する。この工程は、解析部３０を用いて行われる。
　具体的には、以下の手順による。クランクシャフトＸが等角速度運動をしていると仮定すると、解析部３０は、測定データ（図３の丸印）をもとに、図３の実線のようにスロー部Ｘ２の位相を推定することができる。
　この解析工程Ｓ１３では、各スロー部Ｘ２の測定データから、そのスロー部Ｘ２の位相を独立して決定する。各スロー部Ｘ２の位相を独立して決定することで、他のスロー部Ｘ２の測定結果に重畳しているクランクシャフトＸのねじり振動や加工誤差からの影響を最小化できる。
＜利点＞
　当該クランクシャフト位相測定方法は、本発明のクランクシャフト位相測定装置１を用い、各スロー部Ｘ２単位の測定結果に基づいてスロー部Ｘ２の位相を独立して求める。従って、当該クランクシャフト位相測定方法を用いることで、クランクシャフトＸのねじり振動や加工誤差の影響を加味したスロー部Ｘ２の位相が測定されるので、スロー部Ｘ２の位相を精度良く測定できる。
〔内燃機関の制御方法〕
　図４に示す内燃機関の制御方法は、位相測定工程Ｓ１と、制御工程Ｓ２とを備える。
＜位相測定工程＞
　位相測定工程Ｓ１では、クランクシャフトＸの位相を測定する。この位相測定工程Ｓ１は、上述した本発明のクランクシャフト位相測定方法が用いられ、図５に示すように、各スロー部Ｘ２の位相を独立して決定する。なお、図５では、図１に示すクランクシャフト位相測定装置１に合わせてスロー部Ｘ２が５つである場合を図示しているが、スロー部Ｘ２の数が５つに限定されるものではない。
＜制御工程＞
　制御工程Ｓ２では、位相測定工程Ｓ１の測定結果に基づいてクランクシャフトＸを駆動するエンジンへの燃料噴射タイミングを制御する。
　この制御工程Ｓ２のタイミング制御が、各スロー部Ｘ２の位相解析結果に基づいて、スロー部Ｘ２ごとに独立して行われる。具体的には、図５に示すように、燃料噴射の最適位相ψに、各スロー部Ｘ２の位相が一致するタイミングｔ１からｔ５で各スロー部Ｘ２に燃料噴射が行われる。
＜利点＞
　当該内燃機関の制御方法は、本発明のクランクシャフト位相測定方法を用いて測定されたクランクシャフトＸのねじり振動や加工誤差の影響を加味したスロー部Ｘ２の位相に基づいてスロー部Ｘ２ごとに独立して燃料噴射タイミングを制御する。従って、当該内燃機関の制御方法を用いることで、内燃機関の燃費を向上することができる。
［第２実施形態］
　以下、本発明の第２実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置及びクランクシャフト位相測定方法について説明する。なお、第２実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置とクランクシャフト位相測定方法とを用いた内燃機関の制御方法は、第１実施形態の内燃機関の制御方法と同様であるので詳細説明を省略する。
〔クランクシャフト位相測定装置〕
　図６に示すクランクシャフト位相測定装置２は、複数のスロー部Ｘ２を有するクランクシャフトＸの位相を測定するクランクシャフト位相測定装置であって、各スロー部Ｘ２の位相を測定する複数の測定部１２と、複数の測定部１２で測定した測定データを収集する収集部２０と、収集部２０で収集した測定データを解析する解析部３０とを備え、スロー部Ｘ２から収集部２０へ至る測定径路の一部に、電気的及び機械的に非連続な部分が存在しており、収集部２０が、クランクシャフトＸと同期して回転しないように、クランクシャフトＸから離れて固定されている。
　図６に示すクランクシャフト位相測定装置２は、測定部１２以外の構成については、図１に示すクランクシャフト位相測定装置１と同様であるので、同一符号を付して詳細説明を省略する。
＜測定部＞
　当該クランクシャフト位相測定装置２では、複数の測定部１２は、クランクケースＹ内に配置されている。具体的には、測定部１２は、スロー部Ｘ２に配置され、複数の測定部１２の測定データが、測定部１２から収集部２０へ無線通信により送信されるよう構成されており、測定部１２と収集部２０との間が電気的及び機械的に非連続である。
　スロー部Ｘ２に配置され、スロー部Ｘ２の位相を測定する手段として、例えば加速度センサ及びジャイロセンサを組み合わせて用いることができる。つまり測定部１２は、スロー部Ｘ２の配設位置における加速度を測定する加速度センサ及び角速度を測定するジャイロセンサを含む。加速度センサ及びジャイロセンサは、その出力を連立して解析することで、その傾きや位置を特定することが可能である。従って、測定部１２で加速度センサ及びジャイロセンサを用いることで、スロー部Ｘ２の位相を全方位について容易に検知することができる。
　測定部１２の配設位置としては、スロー部Ｘ２のクランクシャフトＸの回転軸からの最遠点であることが好ましい。この最遠点が、加速度の変化が最大となるため、スロー部Ｘ２の位相の検出精度を高め易い。また、測定部１２は、検出精度の観点から、スロー部Ｘ２のクランクピンに取り付けられているコンロッドの側面に配設されることが好ましい。あるいは、測定部１２は、クランクピンのバックチャンファ部に配設されてもよい。
　上記無線通信としては、ＷｉＦｉ、ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ等公知のワイヤレスインターフェイスを用いることができる。
　また、当該クランクシャフト位相測定装置２では、クランクケースＹの内外で無線通信を行うので、無線通信可能なクランクケースＹの材質を選択する必要がある。具体的には電位固定された金属等の使用は避ける必要がある。
＜利点＞
　当該クランクシャフト位相測定装置２においては、複数の測定部１２はクランクシャフトＸと同期して回転しつつ、スロー部Ｘ２の回転を検知するので、スロー部Ｘ２の位相を連続的に測定可能である。また、測定データの送信に無線通信を用いるので、クランクシャフトＸと同期して回転する測定部１２と、同期して回転しない収集部２０との間に複雑な接続構成を必要としない。
〔クランクシャフト位相測定方法〕
　図６に示すクランクシャフト位相測定装置２を用いるクランクシャフト位相測定方法は、図２に示すように、各スロー部Ｘ２の位相を測定する測定工程Ｓ１１と、測定工程Ｓ１１で測定した測定データを収集する収集工程Ｓ１２と、収集工程Ｓ１２で収集した測定データを解析する解析工程Ｓ１３とを備え、解析工程Ｓ１３で、各スロー部Ｘ２の測定データから、そのスロー部Ｘ２の位相を独立して決定する。
　当該クランクシャフト位相測定方法では、図６に示すクランクシャフト位相測定装置２を用いるので、測定工程Ｓ１１において、スロー部Ｘ２の位相をリアルタイムで連続的に得ることができる。従って、解析工程Ｓ１３において、測定データをもとに、スロー部Ｘ２の位相を推定する必要がない。
　上述の点を除き、当該クランクシャフト位相測定方法は、第１実施形態に係るクランクシャフト位相測定方法と同様であるので、他の説明を省略する。
［第３実施形態］
　以下、本発明の第３実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置について説明する。なお、第３実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置を用いたクランクシャフト位相測定方法及び内燃機関の制御方法は、第２実施形態のクランクシャフト位相測定方法及び内燃機関の制御方法とそれぞれ同様であるので詳細説明を省略する。
〔クランクシャフト位相測定装置〕
　図７に示すクランクシャフト位相測定装置３は、複数のスロー部Ｘ２を有するクランクシャフトＸの位相を測定するクランクシャフト位相測定装置であって、各スロー部Ｘ２の位相を測定する複数の測定部１２と、複数の測定部１２で測定した測定データを収集する収集部２３と、収集部２３で収集した測定データを解析する解析部３０とを備え、スロー部Ｘ２から収集部２３へ至る測定径路の一部に、電気的及び機械的に非連続な部分が存在しており、収集部２３が、クランクシャフトＸと同期して回転しないように、クランクシャフトＸから離れて固定されている。
　図７に示すクランクシャフト位相測定装置３は、収集部２３以外の構成については、図６に示すクランクシャフト位相測定装置２と同様であるので、同一符号を付して詳細説明を省略する。
＜収集部＞
　当該クランクシャフト位相測定装置３では、収集部２３は、クランクケースＹ内に配置されている。収集部２３は、クランクケースＹ内の梁やリブ等に配置することもできるが、測定部１０との無線通信の容易性からクランクケースＹの内面に配置されることが好ましい。
　上述の点を除き、収集部２３は、第２実施形態に係る収集部２０と同様であるので、他の説明を省略する。
　なお、当該クランクシャフト位相測定装置３では、無線通信がクランクケースＹ内に限られるので、クランクケースＹの材質は問われず、例えば金属を用いてもよい。
＜利点＞
　当該クランクシャフト位相測定装置３においては、収集部２３をクランクシャフトＸと同期して回転しないクランクケースＹ内に配置することで、クランクケースＹ内に配置されている複数の測定部１２からの測定データを収集し易くすることができる。
［第４実施形態］
　以下、本発明の第４実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置について説明する。なお、第４実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置を用いたクランクシャフト位相測定方法及び内燃機関の制御方法は、第２実施形態のクランクシャフト位相測定方法及び内燃機関の制御方法とそれぞれ同様であるので詳細説明を省略する。
　図８に示すクランクシャフト位相測定装置４は、複数のスロー部Ｘ２を有するクランクシャフトＸの位相を測定するクランクシャフト位相測定装置であって、各スロー部Ｘ２の位相を測定する複数の測定部１４と、複数の測定部１４で測定した測定データを収集する収集部２０と、収集部２０で収集した測定データを解析する解析部３０とを備え、スロー部Ｘ２から収集部２０へ至る測定径路の一部に、電気的及び機械的に非連続な部分が存在しており、収集部２０が、クランクシャフトＸと同期して回転しないように、クランクシャフトＸから離れて固定されている。また、当該クランクシャフト位相測定装置４は、上記測定データの収集部２０への収集を中継する中継部４０をさらに備える。
　図８に示すクランクシャフト位相測定装置４の収集部２０及び解析部３０は、図６に示すクランクシャフト位相測定装置２と同様であるので、同一符号を付して詳細説明を省略する。
＜測定部＞
　複数の測定部１４は、スロー部Ｘ２に配置されている。複数の測定部１４と中継部４０との間は、無線通信とすることもできるが、電気的な接触である信号線によって接続されていることが好ましい。このように信号線で接続することで、安定して測定データを送信できる。また、複数の測定部１４及び後述する中継部４０はともにクランクシャフトＸに同期して回転するので、容易に信号線で接続することができる。
　上述の点を除き、測定部１４は、第２実施形態に係る測定部１２と同様であるので、他の説明を省略する。
＜中継部＞
　中継部４０は、シャフトＸ１の突出端に配置されている。つまり、中継部４０は、クランクシャフトＸに同期して回転する。
　中継部４０は、複数の測定部１４からの測定データを受信し、その測定データをそのまま収集部２０へ送信する。上記測定データは、中継部４０から収集部２０へ無線通信により送信される。つまり、当該クランクシャフト位相測定装置４では、スロー部Ｘ２から収集部２０へ至る測定径路のうち、中継部４０と収集部２０との間が電気的及び機械的に非連続である。
　中継部４０と収集部２０との間の無線通信としては、第２実施形態で説明した無線通信と同様のものを用いることができる。
　なお、当該クランクシャフト位相測定装置４では、無線通信がクランクケースＹ外に限られるので、クランクケースＹの材質は問われず、例えば金属を用いてもよい。
＜利点＞
　当該クランクシャフト位相測定装置４においては、複数の測定部１４はクランクシャフトＸと同期して回転しつつ、スロー部Ｘ２の回転を検知するので、スロー部Ｘ２の位相を連続的に測定可能である。また、中継部４０はクランクシャフトＸと同期して回転するので、測定部１４と中継部４０との間を有線接続可能であり、複数の測定部１４の測定データを確実に中継できる。さらに、中継部４０はクランクケースＹから突出するクランクシャフトＸの突出端に配置されているので、クランクケースＹ外に配置されている収集部２０との無線通信においてクランクケースＹが障害物となり難い。従って、収集部２０が、複数の測定部１４で測定した測定データを安定して収集することができる。
［第５実施形態］
　以下、本発明の第５実施形態に係るクランクシャフト位相測定装置、クランクシャフト位相測定方法、クランクシャフト及び内燃機関について説明する。
〔クランクシャフト位相測定装置〕
　図９に示すクランクシャフト位相測定装置５は、複数のスロー部Ｔを有するクランクシャフトＳの位相を測定するクランクシャフト位相測定装置であって、各スロー部Ｔの位相を測定する複数の測定部１５と、複数の測定部１５で測定した測定データを収集する収集部２５と、収集部２５で収集した測定データを解析する解析部３５とを備え、スロー部Ｔから収集部２５へ至る測定径路の一部に、電気的及び機械的に非連続な部分が存在しており、収集部２５が、クランクシャフトＳと同期して回転しないように、クランクシャフトＳから離れて固定されている。
　測定部１５は、内燃機関におけるクランクシャフトＳのスロー部Ｔに配された検出マーカＭと、検出マーカＭを検出する非接触センサ１５ａとを有し、収集部２５が、この非接触センサ１５ａが検出した検出データを受信し、解析部３５が、上記検出データを演算する演算部３５ａである。
　当該クランクシャフト位相測定装置５は、図９、図１０及び図１１で示すように、全体が図示されていない内燃機関におけるクランクシャフトＳの位相を測定する装置であり、非接触センサ１５ａと、演算部３５ａとを備える。クランクシャフトＳは、上記内燃機関を構成する部材の一つである。クランクシャフトＳは回転軸であり、クランクシャフトＳの回転運動が車両の車輪、船舶のスクリュー等に伝達されることで上記車両、船舶などの推進力になる。すなわち、クランクシャフトＳは、出力軸である。なお、クランクシャフト位相測定装置５を示す各図における各部材（各構成）は、模式的に示したものであって、その形状、縮尺は実際の部材と異なることがある。
　クランクシャフトＳの一部は、上記内燃機関の一部を構成するクランクケースＣ内に収容されている。この一部には、スロー部Ｔ（クランクスロー）が設けられている。すなわち、クランクシャフトＳは、シャフトＳ１とスロー部Ｔとを有する。本実施形態では、六つのスロー部Ｔが設けられている。六つのスロー部Ｔは、クランクシャフトＳの軸方向に略等間隔に配され、かつクランクシャフトＳの軸方向から視て略等角度間隔に配されている。一のスロー部Ｔと、この一のスロー部Ｔに隣接する他のスロー部Ｔとは、シャフトＳ１で連結されている。スロー部Ｔの数は、六つに限定されるものではなく、上記内燃機関の構成によって異なる。
　スロー部Ｔは、円柱状で、軸方向がクランクシャフトＳの軸方向と平行でオフセットして配置されるクランクピンＴ２と、このクランクピンＴ２を保持するための略板状の一対のクランクアームＴ１とを有する。クランクアームＴ１の先端側（クランクシャフトＳから離間している端部側）で、クランクピンＴ２を保持している側と反対側の面（外面）には、上記先端側に向かうにつれて厚みが漸減するバッグチャンファ部Ｔ１１が形成されている。クランクピンＴ２には、コンロッド（不図示）が取り付けられ、このコンロッドはピストン（不図示）につながっている。上記ピストンは、シリンダ（不図示）内で往復運動をし、上記コンロッドを介してスロー部Ｔを回転させることでクランクシャフトＳに回転運動を付与する。上記コンロッド、ピストン及びシリンダは、いずれも上記内燃機関の一部である。
　それぞれのスロー部Ｔには、検出マーカＭが配されている。検出マーカＭが配される位置は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、スロー部Ｔの一方のクランクアームＴ１におけるバッグチャンファ部Ｔ１１の略中央に検出マーカＭを配している。
　非接触センサ１５ａは、検出マーカＭを検出する。本実施形態の非接触センサ１５ａは近接センサであり、それぞれの検出マーカＭに近接できるようにクランクケースＣ内に配置されている。非接触センサ１５ａは、検出マーカＭの通過開始時及び通過終了時を検出する。すなわち、非接触センサ１５ａによる検出マーカＭの検出は、検出マーカＭが非接触センサ１５ａの検出範囲に進入すると開始され、検出マーカＭが非接触センサ１５ａの検出範囲から離脱すると終了する。
　検出マーカＭとしては、非接触センサ１５ａが検出できるものであれば特に限定されるものではないが、金属メッキ又は金属薄膜で形成され、クランクシャフトＳに接合できるものが好ましい。上記金属としては、クランクアームＴ１の材質と異なるものが好ましく、例えば、銅、アルミニウム等を挙げることができる。非接触センサ１５ａとしては、検出マーカＭを検出できるものであれば特に限定されるものではないが、検出マーカＭが金属メッキ又は金属薄膜で形成されたものであれば、例えば、渦電流変位センサを挙げることができる。
　検出マーカＭの形状としては、特に限定されるものではなく、円形、楕円形、三角形、矩形、多角形とすることができる。検出マーカＭの平面視における大きさ（被検出面積）としては、特に限定されるものではないが、非接触センサ１５ａの検出範囲（検出可能な領域の面積）以下であることが好ましい。換言すれば、非接触センサ１５ａの検出可能な領域が、非接触センサ１５ａの検出方向における検出マーカＭの被検出面積より大きいことが好ましい。
　非接触センサ１５ａの検出範囲に対して検出マーカＭが大きすぎると非接触センサ１５ａのセンサ出力が飽和してしまうため、検出マーカＭ中央の通過タイミングを高精度に把握することが難しくなるおそれがある。一方で、検出マーカＭが小さすぎると非接触センサ１５ａのセンサ出力の変化が小さくなり、検出マーカＭの検出が不安定になるおそれがある。このため、検出マーカＭの大きさは、非接触センサ１５ａの検出範囲よりも小さく、かつ検出される環境での非接触センサ１５ａに重畳するノイズに対して十分に大きなセンサ出力が得られる面積を有するように決定されるとよい。
　収集部２５は、非接触センサ１５ａが検出した検出データを受信する。演算部３５ａは、非接触センサ１５ａが検出した検出マーカＭの通過開始時の検出データと通過終了時の検出データとから検出マーカＭ中央の通過タイミングを演算する。具体的には、演算部３５ａは、検出マーカＭが非接触センサ１５ａの検出範囲に進入した時刻と、検出マーカＭが非接触センサ１５ａの検出範囲から離脱した時刻とから、検出マーカＭの中央部分が上記検出範囲を通過した時間を演算する。
　演算部３５ａは、演算結果を上記内燃機関の制御部５０に送信する。制御部５０は、上記演算結果に基づいて、上記内燃機関に配設されている燃料噴射器（不図示）に燃料の噴射を指示する。演算部３５ａと、制御部５０とは一体で構成されるものであってもよい。
〔クランクシャフト位相測定方法〕
　クランクシャフト位相測定方法は、上述したクランクシャフト位相測定装置５を用いて、図１２で示すように、非接触センサ１５ａが、検出マーカＭの通過開始時及び通過終了時を検出する工程Ｓ５１と、演算部３５ａが、上記通過開始時及び通過終了時の検出データから検出マーカＭ中央の通過時を演算する工程Ｓ５２とを有する。なお、図１２の「開始」とは、上記内燃機関の始動であり、「終了」とは、上記内燃機関の停止である。
　検出工程Ｓ５１では、非接触センサ１５ａが、検出マーカＭの通過開始時及び通過終了時を検出する。すなわち、非接触センサ１５ａによる検出マーカＭの検出は、検出マーカＭが非接触センサ１５ａの検出範囲に進入すると開始され、検出マーカＭが非接触センサ１５ａの検出範囲から離脱すると終了する。
　演算工程Ｓ５２では、演算部３５ａが、上記通過開始時及び通過終了時の検出データから検出マーカＭ中央の通過時を演算する。具体的には、演算工程Ｓ５２は、図１３で示すように、非接触センサ１５ａのセンサ出力を監視する工程Ｓ２１と、非接触センサ１５ａのセンサ出力の低下を検知する工程Ｓ２２と、センサ出力が低下している非接触センサ１５ａにおけるセンサ出力の変化を検知する工程Ｓ２３と、上記センサ出力の変化の終了を検知する工程Ｓ２４と、検出マーカＭ中央の位置を算出する工程Ｓ２５と、非接触センサ１５ａの上記センサ出力の低下の終了を検知する工程Ｓ２６と、上記内燃機関の停止を検知する工程Ｓ２７とを有する。
　センサ出力監視工程Ｓ２１では、演算部３５ａは、非接触センサ１５ａのセンサ出力を監視する。センサ出力の監視は、連続して行われる。換言すれば、演算部３５ａは、上記内燃機関が作動している間、センサ出力の監視を常時行う。
　センサ出力低下検知工程Ｓ２２では、演算部３５ａは、非接触センサ１５ａのセンサ出力の低下を検知する。非接触センサ１５ａの検出範囲にスロー部Ｔが進入することで非接触センサ１５ａのセンサ出力が低下する。このセンサ出力の低下の開始を演算部３５ａは検知する。
　センサ出力変化検知工程Ｓ２３では、演算部３５ａは、センサ出力が低下している非接触センサ１５ａにおけるセンサ出力の変化を検知する。スロー部Ｔを検出している非接触センサ１５ａが検出マーカＭを検出すると、センサ出力が変化する。このセンサ出力の変化の開始を演算部３５ａは検知する。
　センサ出力変化終了検知工程Ｓ２４では、演算部３５ａは、上記センサ出力の変化の終了を検知する。検出マーカＭが非接触センサ１５ａの検出範囲を離脱すると、非接触センサ１５ａのセンサ出力が低下した状態に戻る。センサ出力が低下した状態に戻ったこと、すなわち検出マーカＭが非接触センサ１５ａの検出範囲を離脱したことを演算部３５ａは検知する。
　算出工程Ｓ２５では、演算部３５ａは、検出マーカＭ中央の位置を算出する。具体的には、上記センサ出力の変化の開始と終了との検知から検出マーカＭの通過時間を算出し、この算出結果に基づいて検出マーカＭの中央部分の通過時間を算出する。この算出結果より、検出マーカＭの位置、ひいてはスロー部Ｔの位置を精度よく把握できるため、クランクシャフトＳの位相を高精度に測定することができる。
　センサ出力低下終了検知工程Ｓ２６では、演算部３５ａは、非接触センサ１５ａの上記センサ出力の低下の終了を検知する。非接触センサ１５ａの検出範囲からスロー部Ｔが離脱することで非接触センサ１５ａのセンサ出力の低下が終了する。このセンサ出力の低下の終了を演算部３５ａは検知し、再びセンサ出力監視工程Ｓ２１に移行する。
　停止検知工程Ｓ２７では、演算部３５ａは、上記内燃機関の停止を検知して当該クランクシャフト測定工程が終了する。
＜利点＞
　当該クランクシャフトの位相測定方法は、クランクシャフトＳのスロー部Ｔにおけるバッグチャンファ部Ｔ１１に検出マーカＭを接合し、非接触センサ１５ａが検出マーカＭの通過を検出する。この検出から検出マーカＭの中央部分の通過を演算することでスロー部Ｔの位置を精度よく特定することができるため、クランクシャフトＳのねじり振動や加工誤差の影響を加味したクランクシャフトＳの位相を高精度に測定することができる。
［その他の実施形態］
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
　上記実施形態では、測定部が各スロー部に一対一で設けられており、測定部の数がスロー部の数と一致する場合を説明したが、両者は必ずしも同数でなくともよい。例えば１つのスロー部に対して複数の測定部が設けられていてもよい。例えばディーゼルエンジンでは、燃料噴射が複数段階に分かれている場合がある。１つのスロー部に対して複数の測定部が設けられていると、このような燃料噴射が複数段階に分かれているエンジンに対して、それぞれの段階に対応する測定部を設けることができる。従って、各段階に対して最適なタイミング情報を与えることが可能となる。
　上記第１実施形態では、測定部と収集部との間が、それぞれ電気的な接触である信号線によって接続されている場合を説明したが、例えばクランクケースの外面に中継部を設け、測定部で測定した測定データが、上記中継部から上記収集部へ無線通信により送信される構成とすることもできる。
　上記第１実施形態乃至第３実施形態では、クランクシャフトの少なくとも一部がクランクケースから突出している構成を説明したが、クランクシャフト全体がクランクケース内に収められていてもよい。
　上記実施形態では、クランクシャフト位相測定方法として、解析工程で各スロー部の測定データからそのスロー部の位相を独立して決定する方法を説明したが、この解析は、複数のスロー部の相関を考慮して行うこともできる。この場合、複数のスロー部の相関を考慮することで、クランクシャフト自体のねじれや、加工誤差を推定することができる。
　上記第５実施形態では、検出マーカは、金属材料で形成され、クランクアームにおけるバッグチャンファ部に配設されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。検出マーカは、例えば、スロー部の一部を加工することで設けてもよい。具体的には、バッグチャンファ部の表面に凹部、孔部などを設け、又はバッグチャンファ部の表面の一部を粗面処理などの加工をし、その加工部分を検出マーカとすることもできる。検出マーカは、導電率、透磁率などの電磁気特性を空間局所的に変化させるものであって非接触センサが検出可能なものであれば特に限定されるものではない。
　検出マーカが配設される位置（箇所）は、バッグチャンファ部に限定されるものでなく、クランクシャフトの回転を検出可能であれば、クランクシャフトのいずれに配設されてもよい。
　非接触センサは、検出マーカが検出可能であれば、クランクケースの外に配設されるものであってもよい。
　非接触センサ、演算部及び制御部それぞれは、電気的に接続されるものであってもよいし、無線通信手段よって通信されるものであってもよい。
　以下、本発明の実施例について説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
　回転するスロー部に近接するように渦電流変位センサを設置し、クランクシャフトを３０ｒｐｍで回転させて渦電流変位センサの出力をＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換して解析したところ、図１４のような波形が得られた。図１４より渦電流変位センサにスロー部が近接するとセンサ出力が低下していることが分かる。このように、センサ出力の低下により、スロー部が渦電流変位センサに近接している状態と近接していない状態とは明確に判別できる。しかし、センサ出力がスロー部の通過時に平坦になることから、スロー部における任意の特定箇所の通過タイミングを正確に把握することは難しい。一方で、燃料噴射タイミングにセンサ出力を用いることを考えると、０．１°以下の精度でクランクシャフトの位相を把握できることが好ましい。
　スロー部におけるクランクアームのバッグチャンファ部の任意の箇所にセンサ出力を変化させる検出マーカを設けた。具体的には、１０ｍｍ角、厚さ０．０８ｍｍの銅箔をバッグチャンファ部に貼り付けて実験した。センサ出力を監視しながら、スロー部の通過開始のタイミングを認識し、その後、検出マーカの通過開始（時間微分値に閾値を設定）を検出し、検出マーカ中央の通過タイミング（時間微分値＝０）を検出した。その結果を図１５に示す。図１５において、センサ出力が低下した平坦部分の略中央に見える凸部分（盛り上がった部分）が、検出マーカの検出によるセンサ出力の変化である。
　センサ出力変化の検出には多少のノイズが重畳するためデジタルデータのサンプリング間隔を２点で微分値を求めるのではなく、そのノイズの状況に応じて取得したタイミングのデータと、その直前の複数のデータを用いて微分値を算出してもよい。このようなアルゴリズムで検出マーカ中央の通過タイミングを算出した実験結果を図１６に示す。図１６において、丸点が通過時刻、角点が前後の通過時刻の差分を算出した結果である。通過時間の差分を見ると、全ての点が±０．５ｍｓｅｃ．の範囲に入っていることがわかる。角度換算し統計値で表すと１σ≒０．０１ｄｅｇ．となり、非常に高精度に検出マーカ中央の通過タイミングを検出できることが分かる。
　本発明のクランクシャフト位相測定装置及びクランクシャフト位相測定方法は、スロー部の位相を精度良く測定できる。また、本発明の内燃機関の制御方法は、本発明のクランクシャフト位相測定方法を用いており、内燃機関の燃費を向上することができる。従って、本発明のクランクシャフト位相測定方法は、クランクシャフトを備える内燃機関に好適に用いられる。
１、２、３、４、５　クランクシャフト位相測定装置
１０、１２、１４、１５　測定部
１５ａ　非接触センサ
２０、２３、２５　収集部
３０、３５　解析部
３５ａ　演算部
４０　中継部
５０　制御部
Ｘ、Ｓ　クランクシャフト
Ｘ１、Ｓ１　シャフト
Ｘ２、Ｔ　スロー部
Ｘ２Ａ　近接点
Ｙ　クランクケース
Ｔ１　クランクアーム
Ｔ２　クランクピン
Ｔ１１　バッグチャンファ部
Ｍ　マーカ
Ｃ　クランクケース
 
 

Claims (18)

  1. 　複数のスロー部を有するクランクシャフトの位相を測定するクランクシャフト位相測定装置であって、
    　各スロー部の位相を測定する複数の測定部と、
    　上記複数の測定部で測定した測定データを収集する収集部と、
    　上記収集部で収集した測定データを解析する解析部と
    　を備え、
    　上記スロー部から上記収集部へ至る測定径路の一部に、電気的及び機械的に非連続な部分が存在しており、
    　上記収集部が、上記クランクシャフトと同期して回転しないように、上記クランクシャフトから離れて固定されているクランクシャフト位相測定装置。
  2. 　上記複数のスロー部が、中空のクランクケース内に収められており、
    　上記複数の測定部が、上記クランクケース内に配置されている請求項１に記載のクランクシャフト位相測定装置。
  3. 　上記収集部が、上記クランクケース外に配置されている請求項２に記載のクランクシャフト位相測定装置。
  4. 　上記収集部が、上記クランクケース内に配置されている請求項２に記載のクランクシャフト位相測定装置。
  5. 　上記複数の測定部が、上記クランクケースの内面に配置されており、
    　上記測定部と上記スロー部との間が電気的及び機械的に非連続である請求項３に記載のクランクシャフト位相測定装置。
  6. 　上記測定部が、上記スロー部の位相を特定する近接センサを含む請求項５に記載のクランクシャフト位相測定装置。
  7. 　上記測定部が、上記スロー部に配置され、
    　上記複数の測定部の測定データが、上記測定部から上記収集部へ無線通信により送信されるよう構成されており、
    　上記測定部と上記収集部との間が電気的及び機械的に非連続である請求項３又は請求項４に記載のクランクシャフト位相測定装置。
  8. 　上記クランクシャフトが、上記クランクケースから少なくともその一部が突出しており、
    　上記測定データの上記収集部への収集を中継する中継部をさらに備え、
    　上記複数の測定部が、上記スロー部に配置され、
    　上記中継部が、上記クランクシャフトの突出端に配置され、
    　上記測定データが、上記中継部から上記収集部へ無線通信により送信されるよう構成されており、
    　上記中継部と上記収集部との間が電気的及び機械的に非連続である請求項３に記載のクランクシャフト位相測定装置。
  9. 　上記測定部が、上記スロー部の配設位置における加速度を測定する加速度センサ及び角速度を測定するジャイロセンサを含む請求項７に記載のクランクシャフト位相測定装置。
  10. 　上記測定部が、内燃機関におけるクランクシャフトのスロー部に配された検出マーカと、上記検出マーカを検出する非接触センサとを有し、
    　上記収集部が、この非接触センサが検出した検出データを受信し、
    　上記解析部が、上記検出データを演算する演算部である請求項１に記載のクランクシャフト位相測定装置。
  11. 　請求項１に記載のクランクシャフト位相測定装置を用いるクランクシャフト位相測定方法であって、
    　各スロー部の位相を測定する測定工程と、
    　上記測定工程で測定した測定データを収集する収集工程と、
    　上記収集工程で収集した測定データを解析する解析工程と
    　を備え、
    　上記解析工程で、各スロー部の測定データから、そのスロー部の位相を独立して決定するクランクシャフト位相測定方法。
  12. 　請求項１１に記載のクランクシャフト位相測定方法が用いてクランクシャフトの位相を測定する位相測定工程と、
    　上記位相測定工程の測定結果に基づいて上記クランクシャフトを駆動するエンジンへの燃料噴射タイミングを制御する制御工程と
    　を備え、
    　上記制御工程のタイミング制御が、各スロー部の位相解析結果に基づいて、スロー部ごとに独立して行われる内燃機関の制御方法。
  13. 　請求項１０に記載のクランクシャフト位相測定装置を用いて上記クランクシャフトの位相を測定する方法であって、
    　上記非接触センサが、上記検出マーカの通過開始時及び通過終了時を検出する工程と、
    　上記演算部が、上記通過開始時及び通過終了時の検出データから上記検出マーカ中央の通過時を演算する工程と
    　を有することを特徴とするクランクシャフト位相測定方法。
  14. 　上記非接触センサの検出可能な領域が、上記非接触センサの検出方向における上記検出マーカの被検出面積より大きい請求項１３に記載のクランクシャフト位相測定方法。
  15. 　上記検出マーカが、金属メッキ又は金属薄膜で形成され、上記クランクシャフトに接合されている請求項１３又は請求項１４に記載のクランクシャフト位相測定方法。
  16. 　上記検出マーカが、上記クランクシャフトの一部を加工することで形成されている請求項１３又は請求項１４に記載のクランクシャフト位相測定方法。
  17. 　スロー部に、位相を測定するための検出マーカが配されているクランクシャフト。
  18. 　クランクケース内に請求項１７に記載のクランクシャフトが配され、
    　上記検出マーカを検出する非接触センサと、
    　この非接触センサが検出した検出データを受信して演算する演算部と、
    　上記演算部の演算結果に基づいて燃料噴射器に燃料の噴射を指示する制御部と
    　を備えている内燃機関。
     
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