JP2004340038A - Cylinder determination device for internal combustion engine, and internal combustion engine with cylinder determination device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder determination device for performing cylinder determination while one turn of a crankshaft, by utilizing a crank sensor of magnetic type advantageous on the cost front, or magnetoresistive element type, and by performing the cylinder determination without erroneous determination. <P>SOLUTION: In the cylinder determination device for an internal combustion engine, a cam signal plate has a recess group or a projection group of the number smaller than the number of cylinders of the engine by one. The number of recesses or projections of the recess group or the projection group is different from the number of that of the other recess group or the projection group. The crank signal plate has recesses or projections whose intervals are unequal in a predetermined crank angle, and are equal in the other crank angle, and the number of the unequal intervals is a half of the number of the cylinders. A signal based on the unequal interval parts is detected by a crank angle sensor, and a signal based on the cam signal plate is detected by a cam angle sensor. The cylinder determination device performs the cylinder determination by the signal based on the unequal interval parts and the signal based on the cam signal plate. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関が回転中、その中のいずれの気筒が特定の工程にあるかを識別するための気筒判別装置に係り、特に自動車用に好適な内燃機関の気筒判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関はその動作の１サイクルが、例えば２、又は４の複数の工程で成り立っており、このため２気筒以上の多気筒内燃機関では、点火時期や燃料噴射時期などの制御のために、いずれの気筒が特定の工程、例えば圧縮工程にあるかを識別する必要がある。このため、気筒判別が必要になる。
【０００３】
ところで、このような気筒判定装置は、従来例として、カム軸に装着した回転検出用のディスクに各気筒のクランク角判定用の突起を各気筒毎に異なる突起数で設け、この突起をクランク角センサで検出する。この検出された信号のパルス間隔の時間比から、特定のビット状態を決定し、このビット状態の配列が、所定の配列パターンとなった時点で所定気筒の所定のクランク角を判定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、第２の従来例として、第２５４９２３４号公報に示されているように、各気筒に対応する基準信号のパルス幅と回転角度信号を、光学式のクランク角センサで検出し、前記パルス幅間の前記回転角度信号発生回数から、所定気筒の所定のクランク角を判定する方法がある（例えば、特許文献２参照）。また回転角センサを用いている例もある（例えば、特許文献３参照）、特開平１０−３０４８９号公報等にある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３１１４７号公報
【特許文献２】
第２５４９２３４号公報
【特許文献３】
特開平１０−３０４８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来例では、４気筒以上の内燃機関では、クランク角判定用の突起数が増え、突起間の角度が小さくなる。そのため、前記突起部がクランク角センサ部を通過する際に発生する磁界の変化を検出する磁気式、またはホール素子式のクランク角センサでは、突起の検出が困難になるという問題がある。また、クランク角判定のためにチェックするパルス間隔の配列状態を長くする必要があり、気筒判定までの時間が長くなるという問題がある。
【０００７】
また、第２の従来例では、光学式のクランク角センサを使用するため、クランク角度１゜毎の検出が可能である。そのため、内燃機関の気筒数が増えても、所定気筒の所定のクランク角度検出が可能である。また、気筒判定までの時間においても、長くなることはない。ただし、光学式クランク角センサは、磁気式，ホール素子式または、磁気抵抗素子式のクランク角センサより高価であるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、コスト面で有利な磁気式，ホール素子式または、磁気抵抗素子式のクランク角センサを利用し、かつ、誤判定なく気筒判定し、クランク軸１回転以内に気筒判定が可能な気筒判定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明のエンジンの気筒判別装置は、カム軸に装着したカム信号プレートとクランク軸に装着したクランク信号プレート、及び、カム信号プレートとクランク信号プレートに各々対向して配置されたカム角センサとクランク角センサを備えた多気筒エンジンに適用するものであって、前記カム信号プレートが、エンジンの気筒数に対して一つ少ない凹部群または凸部群を備え、凹部群または凸部群の凹部または凸部の数は、他の凹部群または凸部群の数と異なる数とすると共に、前記クランク信号プレートが、所定のクランク角で不等間隔とし他のクランク角では等間隔となる凹部または凸部を備え、前記不等間隔の数を気筒数の２分の１備え、前記不等間隔部に基づく信号を前記クランク角センサにて検出し、さらに、前記カム信号プレートに基づく信号をカム角センサにて検出し、前記不等間隔部に基づく信号と前記カム信号プレートに基づく信号とで気筒判定をすることを特徴としている。
【００１０】
そして、本発明のエンジンの気筒判定装置の好ましい具体的態様は、前記カム信号プレートが、エンジンの気筒数に対して一つ少ない凹部群または凸部群を備え、該カム信号プレートの凹部群または凸部群が、クランク角７２０°を前記エンジンの気筒数で除した値となるような位置に配置され、前記位置のうち一箇所は、カム信号プレートの凹部群または凸部群を有せず、また、前記クランク信号プレートが、所定のクランク角で不等間隔とし他のクランク角では等間隔となる凹部または凸部を備え、かつ、前記不等間隔の数を気筒数の２分の１備え、該不等間隔部と前記カム信号プレートの凹部群または凸部群が角度差を持って配置され、制御部を備え、該制御部が、クランク角センサの信号から前記クランク信号不等間隔部を検出し、連続する二つのクランク信号不等間隔部間で検出されるカム角センサの信号数に基づき気筒判定を行うことを特徴としている。
【００１１】
前記の如く構成された本発明のエンジンの気筒判定装置は、カム信号プレートが、エンジンの気筒数に対して一つ少ない凹部群または凸部群を備え、凹部群または凸部群の凹部または凸部の数は、他の凹部群または凸部群の数と異なる数とすると共に、前記クランク信号プレートが、所定のクランク角で不等間隔とし他のクランク角では等間隔となる凹部または凸部を備え、かつ、該不等間隔の数を気筒数の２分の１備え、クランク角センサの信号から前記クランク信号不等間隔部を検出し、さらに、前記カム信号プレートに基づく信号をカム角センサにて検出し、連続する二つのクランク信号不等間隔部間で検出されるカム角センサの信号数に基づき気筒判定を行うようにしたので、コスト面で有利な磁気式、またはホール素子式のクランク角センサを利用し、かつ、内燃機関において、誤判定なく気筒判定し、クランク軸１回転以内に気筒判定が可能な気筒判定装置を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエンジンの気筒判別装置の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態の気筒判定装置が配備されたエンジンシステムの全体構成を示すものである。図１において、エンジン１は、シリンダ１ａとピストン１ｂとを備え、該シリンダ１ａの上部には、吸気管（吸気分岐管）４と排気管１９とが接続されていると共に、吸気弁７と排気弁８，電子制御式の燃料噴射弁６、及び点火プラグ１８が配備されている。
【００１４】
前記吸気管４の上流には、エアクリーナ５と吸入空気の量を制御する絞弁を備えた絞弁組立体、即ちスロットルボディ２が配置されている。該スロットルボディ２には、ＩＳＣバルブ２１が付設されていると共に、スロットルセンサ１７と圧力センサ１６が備えられており、排気管１９には、Ｏ_２ センサ１１が備えられている。
【００１５】
前記エンジン１には、水温センサ１２，クランク信号プレート５１の信号を受けるクランク角センサ１３、及びカム信号プレート１５の信号を受けるカム角センサ１４が配備されている。燃料タンク３０からの燃料は、燃料ポンプ３１によって前記燃料噴射弁６に供給されるが、レギュレータ３２で調圧されて燃料配管３３を経て燃料噴射弁６に至り、該燃料噴射弁６で適正な噴射量で噴射される。
【００１６】
エンジン制御装置（コントローラ）１０は、スロットルセンサ１７，圧力センサ１６，Ｏ_２ センサ１１，水温センサ１２，クランク角センサ１３、及びカム角センサ１４等の検出信号を入力すると共に、燃料噴射弁６，ＩＳＣバルブ２１，点火コイル９を介して点火プラグ１８、及び燃料ポンプ３１に出力信号を発信している。２２はバッテリー、２３はコントローラ１０に対するメインリレー、２４は燃料ポンプリレーである。クランク角センサ１３およびカム角センサ１４は、図３に示すように、クランク信号プレート５１およびカム信号プレート１５に設けられた突起が通過する毎に発生する磁界の変化αをとらえ、内部処理回路でβを生成し、コントローラ１０に送る。
【００１７】
図２は、制御装置（コントローラ）１０の内部構成を示したものであり、該制御装置（コントローラ）１０は、入力回路１９１，Ａ／Ｄ変化部１９２，中央演算部１９３，ＲＯＭ１９４，ＲＡＭ１９５、及び出力回路１９６を含んだコンピュータにより構成されている。入力回路１９１は、アナログ信号の場合、例えば、水温センサ１２，スロットル開度センサ１７等からの信号を受け付けて、該信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変換部１９２に出力するためのものである。
【００１８】
中央演算部１９３は、該Ａ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ１９４等の媒体に記憶された燃料噴射制御プログラムやその他の制御のための所定の制御プログラムを実行することによって、前記各制御及び診断等を実行する機能を備えている。なお、演算結果、及び、前記Ａ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ１９５に一時保管されるとともに、該演算結果は、出力回路１９６を通じて制御出力信号１９７として出力され、燃料噴射弁６，点火コイル９等の制御に用いられる。一方、クランク角センサ１３およびカム角センサ１４の信号は、入力回路１９１で信号の有無を識別しＨｉｇｈ／Ｌｏｗ 信号として、信号線１９８，１９９により、中央演算部１９３へ送る。中央演算部１９３では、信号線１９８の電圧レベルが、Ｌｏｗ からＨｉｇｈに変化した時に、図３のγで示したタイミングで割り込み処理が行われる構成となっている。
【００１９】
図４は、本実施形態のクランク角センサ１３とクランク信号プレート５１、および、カム角センサ１４とカム信号プレートのエンジン１への装着状態の一例を示したものである。
【００２０】
エンジン１内に備えたピストン１ｂの上下運動はクランク軸６０によって回転運動に変換され、クランク軸６０に装着されたクランクプーリ６９と、タイミングベルト６８，吸気カムプーリ６４，排気カムプーリ６７で構成された伝達機構７０により、クランク軸６０の１／２の回転数で吸気カム軸６２，排気カム軸６５を駆動し、前記吸気カム軸６２に設けられている吸気カム６３によって吸気バルブ７開閉駆動し、並びに、前記排気カム軸６５に設けられている排気カム６６によって排気バルブ８を開閉駆動する。
【００２１】
前記クランク軸６０にはクランク信号プレート５１が装着され、該クランク信号プレート５１に対向する位置にクランク角センサ１３を配設している。また、前記吸気カム軸６２にはカム信号プレート１５が装着され、該カム信号プレート１５に対向する位置にカム角センサ１４を配設している。
【００２２】
クランク軸６０に装着された前記クランク信号プレート５１は、図５で示すように、４気筒の場合は、１８０°ＣＡの対向した所定の２箇所の位置に不等間隔の信号となる３０°ＣＡの歯欠部を持ち、その他の信号は１０°ＣＡ毎の等間隔の信号である。また、クランク角センサ１３は、クランク信号プレート５１に対向する位置に配設され、クランク軸６０に装着したクランク信号プレート５１が回転することで、前記クランク角センサ１３が磁界の変化を検出する構成となっている。
【００２３】
カム軸６２に装着された前記カム信号プレート１５は、図６で示すように、４気筒の場合は、９０°（１８０°ＣＡ）毎の位置に信号群１５ａ，信号群１５ｂ，信号群１５ｃを持ち、信号群１５ｂに対向した１５ｄで示した位置には信号群を持たなく、気筒数に対し一つ少ない三つの信号群を持つ構成としている。また、前記信号群１５ａの信号数は三つ、前記信号群１５ｂの信号数は二つ、前記信号群１５ｃの信号数は一つ備えており、それぞれの信号群は他の信号群と信号数が異なる構成としている。カム角センサ１４は、前記カム信号プレート１５に対向する位置に配設され、カム軸６２に装着したカム信号プレート１５が回転することで、前記カム角センサ１４が磁界の変化を検出する構成となっている。
【００２４】
図７は、本実施形態のエンジンの気筒判定装置を４気筒のエンジン１に採用したときの各気筒の工程，クランク角センサ１３の出力信号であるクランク信号，カム角センサ１４の出力信号であるカム信号との関係を示したものである。
【００２５】
前記クランク角センサ１３からのクランク信号は、前記クランク信号プレート５１が１８０°ＣＡ毎の位置に不等間隔（３０°ＣＡ）の信号となる歯欠部を持ち、その他の信号は等間隔（１０°ＣＡ）である。一方、前記カム角センサ１４からのカム信号は、前記カム信号プレート１５が９０°（１８０°ＣＡ）毎の位置に三つの信号群１５ａ，１５ｂ，１５ｃを形成し、各信号群１５ａ，１５ｂ，１５ｃには、異なる信号数が設けられているので、三本，二本もしくは一本が一つの群とした信号として出力され、また、図６に示した信号群１５ｂに対向した信号群を持たない位置１５ｄでは、カム信号は発生しない。
【００２６】
前記クランク角センサ１３からのクランク信号と前記カム角センサ１４からのカム信号との位置構成は、前記クランク信号プレート５１の１８０°ＣＡ毎の位置にある歯欠部に対して、９０°（１８０°ＣＡ）毎の位置に配置した前記カム信号プレート１５の三つの信号群１５ａ，１５ｂ，１５ｃおよび信号群を持たない位置１５ｄを図７に示すように前記クランク信号プレート５１の歯欠部の間に位置するような構成とする。クランク信号およびカム信号を前記構成とすることにより、連続する前記クランク信号プレート５１の歯欠部間に、前記カム信号群により入力されたカム信号の数で気筒判別ができるものである。
【００２７】
図８は、本実施形態の気筒判定装置を実施する制御ブロック図である。
【００２８】
クランク角センサ１３のクランク信号は、入力処理手段２１０に入力されノイズ等が除去される。カム角センサ１４のカム信号も入力処理手段２２０でノイズ等が除去される。入力されたクランク信号は、歯欠位置検出手段２３０によって歯欠位置検出信号に変換され、前記カム信号および前記歯欠位置検出信号は、カム信号カウント手段２４０に入力され、前記歯欠位置検出信号が入力されると、前記カム角信号を次の歯欠位置検出信号が入力されるまで、その数をカウントし、カウント信号を連続的に出力する。
【００２９】
４気筒エンジンの場合は、前記カウント信号は、連続的にパターン化され、３２１０３２１０・・・・というように生成出力される。このように生成されたパターン化されたカウント信号が、気筒判定手段２５０に出力されて、気筒判定を実施する。気筒判定は、気筒判定基準格納手段２６０であらかじめ定めているパターンデータを取り出し、前記カウント信号数と対比し、一致するか否かを確認することで実施される。
【００３０】
図９に歯欠位置検出手段２３０の歯欠検出方法について示す。
【００３１】
歯欠位置は、図９に示すようにクランク信号ＢＴＤＣ１０５°ＣＡ信号からＢＴＤＣ７５°ＣＡ信号の間に位置する。歯欠位置検出は、クランク信号ＢＴＤＣ１０５°ＣＡ信号からＢＴＤＣ７５°ＣＡ信号間の時間ｔ２および歯欠位置前後のクランク信号間時間ｔ３およびｔ１を比較して行う。具体的には式１および式２のＡＮＤ条件で歯欠位置を判定する。
【００３２】
ｔ２／ｔ１＞Ａ１ 式１
ｔ２／ｔ３＞Ａ２ 式２
ｔ１：最新のクランク信号間時間
ｔ２：前回のクランク信号間時間
ｔ３：前々回のクランク信号間時間
前記Ａ１およびＡ２は、２程度の値をとる。つまり角度比で換算すると、ｔ１は１０°、ｔ２は３０°、ｔ３は１０°となり、ｔ２／ｔ１＝ｔ２／ｔ３＝３となり、前記Ａ１およびＡ２を２とすれば、歯欠位置の検出が可能である。
【００３３】
図１０は、本実施形態のエンジンの気筒判定装置を４気筒のエンジン１に採用したときの各気筒の工程，クランク信号，カム信号，歯欠検出位置，歯欠位置間のカム信号カウント数の関係を示したものである。
【００３４】
前述した方法で検出された歯欠検出の位置間に入力される前記カム信号カウント信号は、連続的にパターン化され、３２１０３２１０・・・・というように生成出力される。気筒判定は、図１１に示したように、カム信号カウント数が３の場合は３気筒の圧縮工程、カム信号カウント数が２の場合は４気筒の圧縮工程、カム信号カウント数が１の場合は２気筒の圧縮工程、カム信号カウント数が０の場合は１気筒の圧縮工程にあると判別する。
【００３５】
図１２は、本実施形態による気筒判定の実施の一例を示す図である。図１２より、指導開始位置をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれの位置とした場合においても、クランク角３６０°ＣＡ以内、つまりクランク１回転以内に気筒判定が可能であることが判る。
【００３６】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神に逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【００３７】
例えば、前記実施形態においては、クランク角センサ１３の信号より検出した歯欠位置を基準にしてカム角センサ１４の信号をカウントするようにしたものであり、カム信号プレート１５の信号は、気筒数に対し一つ少ない三つの信号群を発生するようにしたものであるが、カム信号プレート１５の信号を気筒数と同一の信号群とし、信号群の信号数を気筒ごとに変えて設定しても同じ効果が得られる。
【００３８】
また、前記実施形態においては、クランク角センサ１３の信号より検出した歯欠位置を基準にしてカム角センサ１４の信号をカウントするようにしたものであるため、クランクの歯欠位置間に発生するカム信号数の関係が崩れなければ、カム信号の発生位置はどこにあっても気筒判定が成立する。つまり、本発明のエンジンの気筒判定は、吸気カム軸６２とクランク軸６０の相対位置が変化する可変バルブタイミング機構を採用したエンジンの気筒判定にも応用可能である。
【００３９】
なお、クランク角センサ１３で検出したクランク信号は、コントローラ１０においてエンジンの失火診断の信号として使用することも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、コスト面で有利な磁気式，ホール素子式または、磁気抵抗素子式のクランク角センサを利用し、４気筒の内燃機関において、誤判定なく気筒判定し、クランク軸１回転以内に気筒判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した内燃機関のシステム構成図である。
【図２】本発明におけるコントローラの内部構造である。
【図３】クランク角センサおよびカム角センサの出力特性を示す図である。
【図４】本発明におけるクランク角センサとカム角センサのエンジンへの装着状態を示した図である。
【図５】本発明におけるクランク角センサとクランク信号プレートとの配置関係を示す図である。
【図６】本発明におけるカム角センサとカム信号プレートとの配置関係を示す図である。
【図７】本発明による角気筒の工程とクランク角センサ検出位置およびカム角センサ検出位置の関係を示す図である。
【図８】本発明における気筒判定装置の気筒判定の制御ブロック図である。
【図９】本発明における歯欠位置検出の方法を示す図である。
【図１０】本発明による角気筒の工程とクランク角センサ検出位置とカム角センサ検出位置および歯欠検出位置の関係を示す図である。
【図１１】図１０のカム信号数に基づく気筒判定位置を示す図である。
【図１２】本発明による気筒判定の実施の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…スロットルボディ、３…コレクタ、４…吸気分岐管、５…エアクリーナ、６…噴射弁、７…吸気弁、８…排気弁、９…点火コイル、１０…制御装置（コントローラ）、１３…クランク角センサ、１４…カム角センサ、１５…カム信号プレート、３２…燃圧調整弁（プレッシャーレギュレータ）、５１…クランク信号プレート。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylinder discriminating apparatus for discriminating which cylinder is in a specific process while an internal combustion engine is rotating, and particularly to a cylinder discriminating apparatus suitable for an automobile.
[0002]
[Prior art]
One cycle of the operation of the internal combustion engine is made up of, for example, two or four steps. Therefore, in a multi-cylinder internal combustion engine having two or more cylinders, any one of them is required to control ignition timing, fuel injection timing, and the like. It is necessary to identify which cylinder is in a particular process, for example, a compression process. Therefore, cylinder discrimination is required.
[0003]
By the way, such a cylinder judging device is, as a conventional example, provided with a different number of protrusions for each cylinder for determining the crank angle of each cylinder on a rotation detecting disk mounted on a cam shaft, Detect with a sensor. There is a method in which a specific bit state is determined from the time ratio of the pulse interval of the detected signal, and a predetermined crank angle of a predetermined cylinder is determined when the arrangement of the bit states becomes a predetermined arrangement pattern. (For example, see Patent Document 1).
[0004]
As a second conventional example, as shown in Japanese Patent No. 2549234, a pulse width and a rotation angle signal of a reference signal corresponding to each cylinder are detected by an optical crank angle sensor, and the pulse width is detected. There is a method of determining a predetermined crank angle of a predetermined cylinder from the number of rotation angle signal generations during the period (for example, see Patent Document 2). There is also an example in which a rotation angle sensor is used (for example, see Patent Document 3), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-30489.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-31147 [Patent Document 2]
No. 2549234 [Patent Document 3]
JP-A-10-30489
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first conventional example, in an internal combustion engine having four or more cylinders, the number of projections for determining the crank angle increases, and the angle between the projections decreases. For this reason, there is a problem that it is difficult to detect the protrusion with a magnetic or Hall element type crank angle sensor that detects a change in a magnetic field generated when the protrusion passes through the crank angle sensor. Further, it is necessary to lengthen the arrangement state of the pulse intervals to be checked for the determination of the crank angle, and there is a problem that the time until the cylinder determination becomes longer.
[0007]
Further, in the second conventional example, since an optical crank angle sensor is used, it is possible to detect every crank angle 1 °. Therefore, even if the number of cylinders of the internal combustion engine increases, a predetermined crank angle of a predetermined cylinder can be detected. Also, the time until the cylinder determination does not become long. However, there is a problem that the optical crank angle sensor is more expensive than the magnetic, Hall element, or magnetoresistive element crank angle sensor.
[0008]
An object of the present invention is to use a magnetic, Hall element or magnetoresistive element type crank angle sensor which is advantageous in terms of cost, and to perform cylinder determination without erroneous determination, thereby enabling cylinder determination within one revolution of the crankshaft. It is to provide a simple cylinder determination device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a cylinder discriminating device for an engine according to the present invention is provided such that a cam signal plate mounted on a camshaft and a crank signal plate mounted on a crankshaft, and a cam signal plate and a crank signal plate are respectively opposed to each other. A cam angle sensor and a crank angle sensor, wherein the cam signal plate has a concave group or a convex group which is one less than the number of cylinders of the engine, and a concave group. Or the number of the concave portions or convex portions of the convex group is different from the number of the other concave groups or convex groups, and the crank signal plate is unequally spaced at a predetermined crank angle and at other crank angles. A concave portion or a convex portion having an equal interval, the number of the unequal interval is set to one half of the number of cylinders, and a signal based on the unequal interval is detected by the crank angle sensor; The signals based on the cam signal plate detected by the cam angle sensor, is characterized in that the cylinder determined by the signal based on the signal and the cam signal plate based on the unequal portions.
[0010]
In a preferred specific embodiment of the engine cylinder determination device of the present invention, the cam signal plate includes a concave group or a convex group that is one less than the number of cylinders of the engine, and the cam signal plate includes a concave group or a concave group. The convex group is disposed at a position where the crank angle is obtained by dividing the crank angle 720 ° by the number of cylinders of the engine, and one of the positions has no concave group or convex group of the cam signal plate. Further, the crank signal plate includes a concave portion or a convex portion having unequal intervals at a predetermined crank angle and having equal intervals at other crank angles, and the number of unequal intervals is set to one half of the number of cylinders. The unequally-spaced portion and the concave or convex group of the cam signal plate are arranged with an angular difference, and a control unit is provided. Part, It is characterized by performing cylinder judgment based on the number of signals of the cam angle sensor to be detected between the two crank signal unequally spaced portion for connection.
[0011]
In the engine cylinder determination device of the present invention configured as described above, the cam signal plate includes a concave group or a convex group that is one less than the number of cylinders of the engine, and the concave or convex group of the concave group or the convex group. The number of the portions is different from the number of the other concave or convex groups, and the concave or convex portions are such that the crank signal plate is unequally spaced at a predetermined crank angle and equally spaced at other crank angles. And the number of unequal intervals is set to one half of the number of cylinders, the unequal interval part of the crank signal is detected from the signal of the crank angle sensor, and the signal based on the cam signal plate is converted to a cam angle. The cylinder is determined based on the number of signals from the cam angle sensor, which is detected by the sensor and detected between two consecutive unequally spaced crank signals, so that the magnetic or Hall element type is advantageous in terms of cost. Clan of Utilizing angular sensor, and, in an internal combustion engine, erroneous determination without and the cylinder judgment, it is possible to provide a cylinder judgment apparatus capable cylinder determination within one rotation of the crankshaft.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an engine cylinder discriminating apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 shows the overall configuration of an engine system in which the cylinder determination device of the present embodiment is provided. In FIG. 1, an engine 1 includes a cylinder 1a and a piston 1b. An intake pipe (intake branch pipe) 4 and an exhaust pipe 19 are connected to an upper portion of the cylinder 1a. A valve 8, an electronically controlled fuel injection valve 6, and a spark plug 18 are provided.
[0014]
A throttle valve assembly having an air cleaner 5 and a throttle valve for controlling the amount of intake air, that is, a throttle body 2 is disposed upstream of the intake pipe 4. The throttle body 2 is provided with an ISC valve 21, a throttle sensor 17 and a pressure sensor 16, and an exhaust pipe 19 is provided with an O ₂ sensor 11.
[0015]
The engine 1 is provided with a water temperature sensor 12, a crank angle sensor 13 receiving a signal from a crank signal plate 51, and a cam angle sensor 14 receiving a signal from a cam signal plate 15. The fuel from the fuel tank 30 is supplied to the fuel injection valve 6 by the fuel pump 31, the pressure is regulated by the regulator 32, reaches the fuel injection valve 6 via the fuel pipe 33, and the fuel injection valve 6 controls the fuel injection valve 6. It is injected at the injection amount.
[0016]
The engine control unit (controller) 10, a throttle sensor 17, a pressure sensor 16, _{O 2} sensor 11, water temperature sensor 12, a crank angle sensor 13, and inputs the detection signal, such as a cam angle sensor 14, the fuel injection valves 6, An output signal is transmitted to the ignition plug 18 and the fuel pump 31 via the ISC valve 21 and the ignition coil 9. 22 is a battery, 23 is a main relay for the controller 10, and 24 is a fuel pump relay. As shown in FIG. 3, the crank angle sensor 13 and the cam angle sensor 14 capture the change α in the magnetic field generated each time a projection provided on the crank signal plate 51 and the cam signal plate 15 passes, and the internal processing circuit Generate β and send it to the controller 10.
[0017]
FIG. 2 shows an internal configuration of the control device (controller) 10. The control device (controller) 10 includes an input circuit 191, an A / D changing unit 192, a central processing unit 193, a ROM 194, a RAM 195, and It is configured by a computer including the output circuit 196. In the case of an analog signal, the input circuit 191 receives a signal from, for example, the water temperature sensor 12, the throttle opening sensor 17, or the like, removes a noise component from the signal, and sends the signal to the A / D converter 192. It is for output.
[0018]
The central processing unit 193 fetches the A / D conversion result and executes a fuel injection control program stored in a medium such as the ROM 194 or a predetermined control program for other control, thereby executing the control, diagnosis, and the like. It has a function to execute. Note that the calculation result and the A / D conversion result are temporarily stored in the RAM 195, and the calculation result is output as a control output signal 197 through an output circuit 196, so that the fuel injection valve 6, the ignition coil 9 and the like are output. Used for control. On the other hand, the signals of the crank angle sensor 13 and the cam angle sensor 14 are discriminated by the input circuit 191 and sent to the central processing unit 193 via the signal lines 198 and 199 as High / Low signals. In the central processing unit 193, when the voltage level of the signal line 198 changes from Low to High, an interrupt process is performed at the timing indicated by γ in FIG.
[0019]
FIG. 4 shows an example of a state in which the crank angle sensor 13 and the crank signal plate 51 and the cam angle sensor 14 and the cam signal plate of the present embodiment are mounted on the engine 1.
[0020]
The vertical movement of the piston 1b provided in the engine 1 is converted into a rotational movement by the crankshaft 60, and transmitted by a crank pulley 69 mounted on the crankshaft 60, a timing belt 68, an intake cam pulley 64, and an exhaust cam pulley 67. The intake camshaft 62 and the exhaust camshaft 65 are driven by the mechanism 70 at half the number of revolutions of the crankshaft 60, and the intake cam 63 provided on the intake camshaft 62 drives the intake valve 7 to open and close. The exhaust valve 8 is opened and closed by an exhaust cam 66 provided on the exhaust cam shaft 65.
[0021]
A crank signal plate 51 is mounted on the crankshaft 60, and the crank angle sensor 13 is disposed at a position facing the crank signal plate 51. A cam signal plate 15 is mounted on the intake camshaft 62, and the cam angle sensor 14 is provided at a position facing the cam signal plate 15.
[0022]
As shown in FIG. 5, in the case of a four-cylinder engine, the crank signal plate 51 mounted on the crankshaft 60 has unequally spaced signals at two predetermined 180 ° CA positions. The other signals are equally spaced signals every 10 ° CA. The crank angle sensor 13 is disposed at a position facing the crank signal plate 51, and the crank angle sensor 13 detects a change in the magnetic field when the crank signal plate 51 mounted on the crankshaft 60 rotates. It has become.
[0023]
As shown in FIG. 6, the cam signal plate 15 mounted on the cam shaft 62 has a signal group 15a, a signal group 15b, and a signal group 15c at 90 ° (180 ° CA) positions in the case of four cylinders. The position indicated by 15d opposite to the signal group 15b has no signal group and has three signal groups one less than the number of cylinders. Further, the number of signals in the signal group 15a is three, the number of signals in the signal group 15b is two, and the number of signals in the signal group 15c is one. Has a different configuration. The cam angle sensor 14 is disposed at a position facing the cam signal plate 15, and the cam signal sensor 15 mounted on the cam shaft 62 rotates, so that the cam angle sensor 14 detects a change in the magnetic field. Has become.
[0024]
FIG. 7 shows a process of each cylinder, a crank signal which is an output signal of the crank angle sensor 13, and an output signal of the cam angle sensor 14 when the engine cylinder determination device of the present embodiment is employed in the four-cylinder engine 1. This shows the relationship with the cam signal.
[0025]
The crank signal from the crank angle sensor 13 has a toothless portion in which the crank signal plate 51 is a signal at irregular intervals (30 ° CA) at every 180 ° CA, and the other signals are equal intervals (10 ° CA). ° CA). On the other hand, according to the cam signals from the cam angle sensor 14, the cam signal plate 15 forms three signal groups 15a, 15b, 15c at positions every 90 ° (180 ° CA), and the signal groups 15a, 15b, Since 15c is provided with a different number of signals, three, two or one signal is output as one group, and has a signal group opposed to the signal group 15b shown in FIG. No cam signal is generated at the position 15d.
[0026]
The position configuration of the crank signal from the crank angle sensor 13 and the cam signal from the cam angle sensor 14 is 90 ° (180 °) relative to the toothless portion of the crank signal plate 51 located at every 180 ° CA. ° CA), the three signal groups 15a, 15b, 15c of the cam signal plate 15 and the position 15d having no signal group are arranged between the toothless portions of the crank signal plate 51 as shown in FIG. It is configured to be located at With the above-described configuration of the crank signal and the cam signal, the cylinder can be determined based on the number of the cam signals input by the cam signal group between the toothless portions of the continuous crank signal plate 51.
[0027]
FIG. 8 is a control block diagram for implementing the cylinder determination device of the present embodiment.
[0028]
The crank signal of the crank angle sensor 13 is input to the input processing means 210 to remove noise and the like. The input processing means 220 also removes noise and the like from the cam signal of the cam angle sensor 14. The input crank signal is converted into a missing tooth position detection signal by a missing tooth position detecting means 230, and the cam signal and the missing tooth position detection signal are input to a cam signal counting means 240, and the missing tooth detection signal Is input, the number of the cam angle signal is counted until the next toothless position detection signal is input, and the count signal is continuously output.
[0029]
In the case of a four-cylinder engine, the count signal is continuously patterned, and is generated and output as 32103210. The patterned count signal generated in this way is output to the cylinder determining means 250 to perform the cylinder determination. The cylinder determination is carried out by extracting pattern data predetermined by the cylinder determination reference storage means 260, comparing the pattern data with the count signal number, and confirming whether or not they match.
[0030]
FIG. 9 shows a method of detecting a missing tooth by the missing tooth position detecting means 230.
[0031]
The toothless position is located between the crank signal BTDC 105 ° CA signal and the BTDC 75 ° CA signal as shown in FIG. The missing tooth position is detected by comparing the time t2 between the crank signal BTDC 105 ° CA signal and the BTDC 75 ° CA signal and the crank signal time t3 and t1 before and after the missing tooth position. Specifically, the tooth missing position is determined based on the AND conditions of Expressions 1 and 2.
[0032]
t2 / t1> A1 Equation 1
t2 / t3> A2 Equation 2
t1: Latest inter-crank signal time t2: Previous inter-crank signal time t3: Inter-last crank signal time A1 and A2 take values of about 2. That is, in terms of the angle ratio, t1 is 10 °, t2 is 30 °, t3 is 10 °, and t2 / t1 = t2 / t3 = 3. If A1 and A2 are 2, the missing tooth position can be detected. It is possible.
[0033]
FIG. 10 shows the process of each cylinder, the crank signal, the cam signal, the missing tooth detection position, and the number of cam signal counts between the missing tooth positions when the engine cylinder determination device of the present embodiment is employed in the four-cylinder engine 1. It shows the relationship.
[0034]
The cam signal count signal input between the positions of the missing teeth detected by the above-described method is continuously patterned, and is generated and output as 32103210. As shown in FIG. 11, the cylinder determination is performed when the cam signal count is 3, the compression process of three cylinders, when the cam signal count is 2, the compression process of four cylinders, and when the cam signal count is 1, Is determined to be in the compression process of two cylinders, and when the cam signal count is 0, it is in the compression process of one cylinder.
[0035]
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of implementation of cylinder determination according to the present embodiment. It is understood from FIG. 12 that the cylinder determination can be performed within a crank angle of 360 ° CA, that is, within one rotation of the crank, even when the guidance start position is any of the positions A, B, C, and D.
[0036]
As described above, one embodiment of the present invention has been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various designs may be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. Can be changed.
[0037]
For example, in the above embodiment, the signal of the cam angle sensor 14 is counted based on the tooth gap position detected from the signal of the crank angle sensor 13, and the signal of the cam signal plate 15 is However, the number of signals in the cam signal plate 15 is the same as the number of cylinders, and the number of signals in the signal group is changed and set for each cylinder. The same effect can be obtained.
[0038]
Further, in the above-described embodiment, the signal of the cam angle sensor 14 is counted based on the tooth missing position detected from the signal of the crank angle sensor 13, so that the signal is generated between the tooth missing positions of the crank. If the relationship of the number of cam signals is not broken, the cylinder determination is established regardless of where the cam signal is generated. That is, the cylinder determination of the engine of the present invention can be applied to the cylinder determination of an engine employing a variable valve timing mechanism in which the relative position between the intake camshaft 62 and the crankshaft 60 changes.
[0039]
The crank signal detected by the crank angle sensor 13 can be used as a signal for engine misfire diagnosis in the controller 10.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, in a four-cylinder internal combustion engine, cylinder determination is performed without erroneous determination using a crank angle sensor of a magnetic type, a Hall element type, or a magnetoresistive element type which is advantageous in terms of cost, and within one rotation of the crankshaft. Can be determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of an internal combustion engine embodying the present invention.
FIG. 2 is an internal structure of a controller according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing output characteristics of a crank angle sensor and a cam angle sensor.
FIG. 4 is a diagram showing a state in which a crank angle sensor and a cam angle sensor according to the present invention are mounted on an engine.
FIG. 5 is a diagram showing an arrangement relationship between a crank angle sensor and a crank signal plate according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an arrangement relationship between a cam angle sensor and a cam signal plate according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a process of a square cylinder according to the present invention and a detected position of a crank angle sensor and a detected position of a cam angle sensor.
FIG. 8 is a control block diagram of cylinder determination by the cylinder determination device according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a method of detecting a missing tooth position according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship among the process of the rectangular cylinder, the detected position of the crank angle sensor, the detected position of the cam angle sensor, and the detected position of the tooth missing according to the present invention.
11 is a diagram showing a cylinder determination position based on the number of cam signals in FIG.
FIG. 12 is a diagram showing an example of an embodiment of cylinder determination according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Throttle body, 3 ... Collector, 4 ... Intake branch pipe, 5 ... Air cleaner, 6 ... Injection valve, 7 ... Intake valve, 8 ... Exhaust valve, 9 ... Ignition coil, 10 ... Control device (controller) Reference numeral 13 denotes a crank angle sensor, 14 denotes a cam angle sensor, 15 denotes a cam signal plate, 32 denotes a fuel pressure regulating valve (pressure regulator), and 51 denotes a crank signal plate.

Claims (9)

カム軸に装着したカム信号プレートとクランク軸に装着したクランク信号プレート、及び、カム信号プレートとクランク信号プレートに各々対向して配置されたカム角センサとクランク角センサを備え、前記カム信号プレートは、エンジンの気筒数に対して一つ少ない凹部群または凸部群を備え、前記凹部群または凸部群の凹部または凸部の数は、他の凹部群または凸部群の数と異なる数とすると共に、前記クランク信号プレートが、所定のクランク角で不等間隔とし他のクランク角では等間隔となる凹部または凸部を備え、前記不等間隔の数を気筒数の２分の１備え、前記不等間隔部に基づく信号を前記クランク角センサにて検出し、さらに、前記カム信号プレートに基づく信号をカム角センサにて検出し、前記不等間隔部に基づく信号と前記カム信号プレートに基づく信号とで気筒判定をすることを特徴とするエンジンの気筒判定装置。A cam signal plate mounted on the camshaft and a crank signal plate mounted on the crankshaft; anda cam signal plate and a cam angle sensor and a crank angle sensor disposed opposite to the crank signal plate, respectively. A concave group or a convex group that is one less than the number of cylinders of the engine, and the number of the concave groups or the convex groups of the concave group or the convex group is different from the number of the other concave groups or the convex groups. In addition, the crank signal plate includes a concave portion or a convex portion that is unequally spaced at a predetermined crank angle and is evenly spaced at other crank angles, and the number of unequally spaced intervals is one half of the number of cylinders. A signal based on the unequal interval is detected by the crank angle sensor, and a signal based on the cam signal plate is detected by a cam angle sensor. Serial cylinder judgment apparatus of an engine, which comprises a cylinder determined by the signal based on the cam signal plate. 前記クランク信号プレートの不等間隔部は、クランク角３６０°を前記エンジンの気筒数の２分の１の値で除した値となるよう位置に配置することを特徴とするエンジンの気筒判別装置。The engine cylinder discriminating apparatus according to claim 1, wherein the unequally-spaced portions of the crank signal plate are arranged so as to have a value obtained by dividing a crank angle of 360 ° by a half of the number of cylinders of the engine. 前記カム信号プレートの凹部群または凸部群が、クランク角７２０°を前記エンジンの気筒数で除した値となるような位置に配置され、前記位置のうち一箇所は、カム信号プレートの凹部群または凸部群を有していないことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの気筒判定装置。The group of concave portions or the group of convex portions of the cam signal plate are arranged at positions where the crank angle is 720 ° divided by the number of cylinders of the engine, and one of the positions is the group of concave portions of the cam signal plate. The cylinder determination device for an engine according to claim 1, wherein the device does not include a group of protrusions. 前記カム信号プレートの凹部群または凸部群と、前記クランク信号プレートの不等間隔部との位置が、角度差をもって配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの気筒判定装置。2. The engine cylinder determining device according to claim 1, wherein the positions of the concave group or the convex group of the cam signal plate and the unequally-spaced part of the crank signal plate are arranged with an angle difference. . 前記気筒判定装置は、制御部を備え、前記制御部は、連続する二つのクランク信号の不等間隔部間で検出されるカム角センサの信号数に基づき気筒判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の気筒判定装置。The cylinder determination device includes a control unit, and the control unit performs a cylinder determination based on the number of signals of a cam angle sensor detected between unequally spaced portions of two consecutive crank signals. Item 2. The cylinder determination device according to Item 1. 前記クランク信号プレートに基づき発生，検出されるクランク信号の時間間隔を発生順序毎に記憶する手段と前記記憶手段に記憶されたクランク角センサ信号のうち最新と前回のクランク信号間時間の比、および前回と前々回のクランク信号間時間比との比較により、前記クランク角センサ信号の不等間隔位置を識別することを特徴とする請求項１に記載の気筒判別装置。Means for storing the time intervals of the crank signals generated and detected based on the crank signal plate in the order of generation, the ratio of the time between the latest and previous crank signals among the crank angle sensor signals stored in the storage means, and 2. The cylinder discriminating apparatus according to claim 1, wherein the unequally spaced positions of the crank angle sensor signal are identified by comparing the time ratio between the previous crank angle signal and the time ratio before the previous crank signal. 前記クランク信号プレートに基づき発生，検出されるクランク信号の時間間隔を発生順序毎に、ｔ３，ｔ２，ｔ１として記憶する手段と、前記ｔ３，ｔ２，ｔ１を用いて下記式１および式２のＡＮＤ条件によりクランク信号の不等間隔位置を識別することを特徴とする請求項１に記載の気筒判定装置。
ｔ２／ｔ１＞Ａ１ 式１
ｔ２／ｔ３＞Ａ２ 式２
ｔ１：最新のクランク信号間時間
ｔ２：前回のクランク信号間時間
ｔ３：前々回のクランク信号間時間Means for storing the time intervals of the crank signals generated and detected based on the crank signal plate as t3, t2, and t1 for each generation order; and using the t3, t2, and t1, the AND of the following equations 1 and 2 2. The cylinder determining device according to claim 1, wherein unequally spaced positions of the crank signal are identified according to a condition.
t2 / t1> A1 Equation 1
t2 / t3> A2 Equation 2
t1: Latest time between crank signals t2: Time between previous crank signals t3: Time between previous crank signals 請求項１〜７のいずれかに記載の気筒判定装置を備えた内燃機関であって前記内燃機関は、可変バルブタイミング手段を有することを特徴とする内燃機関。An internal combustion engine provided with the cylinder determination device according to any one of claims 1 to 7, wherein the internal combustion engine has variable valve timing means. 請求項１〜７のいずれかに記載の気筒判定装置からの気筒判別信号を用いてエンジンを制御するコントローラを備えた内燃機関であって、前記コントローラは、前記クランク信号に基づいてエンジンの失火診断を行うことを特徴とする内燃機関。An internal combustion engine including a controller that controls an engine using a cylinder determination signal from the cylinder determination device according to claim 1, wherein the controller diagnoses misfire of the engine based on the crank signal. An internal combustion engine characterized by performing:

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