JP2005098200A - 内燃機関の気筒識別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多気筒エンジン１のクランクセンサ２１及びカムセンサ２５からの信号に基づいて、所定行程位置にある気筒２を識別する場合に、停止時のクランク角位置に拘わらず、始動時にクランク軸７が１回転する前に気筒識別を行えるようにして、始動時間の短縮を図る。
【解決手段】 ４サイクル４気筒エンジン１において、第１及び第４気筒２に対応する１８０°のクランク角範囲Ｒ１では、クランクセンサ２１からの第１パルス信号の計数値が１０個になるようにし、第３及び第２気筒２に対応する他方のクランク角範囲Ｒ２では１６個になるようにする。カムセンサ２５からの第２パルス信号の数は、第１、第３、第４及び第２気筒２にそれぞれ対応する９０°の角度範囲で各々１、２、２、１となるようにする。こうすると、前記各角度範囲毎にそれぞれ計数される第１及び第２パルス信号数の組が、第１、第３、第４及び第２気筒２に対応して各々（１０，１）（１６，２）（１０，２）（１６，１）となり、これに基づいて、始動時にクランク軸７が１回転する前に気筒識別が行える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、多気筒内燃機関のクランク軸の回転状態を検出して、所定行程位置に対応する気筒を識別する気筒識別装置に関する。

従来より、この種の気筒識別装置として、例えば特許文献１に開示されるように、４サイクル内燃機関のクランクセンサから出力されるパルス信号（クランク角信号）と、クランク軸の２回転につき１回転するカム軸の１回転中にカムセンサから１回だけ出力される気筒識別信号とに基づいて、予め設定した所定行程位置（基準位置）にある気筒を識別するようにしたものが公知である。

すなわち、４サイクル内燃機関の各気筒はそれぞれクランク軸の２回転中（７２０°ＣＡ）に吸気、圧縮、膨張（爆発）及び排気の４行程からなる燃焼サイクルを１回、完了するものであり、４気筒内燃機関であれば、第１〜第４の４つの気筒が例えば第１、第３、第４、第２の順に等間隔に爆発するよう、各気筒の行程間にはクランク角で１８０度（１８０°ＣＡ）の位相差が設けられている。

そこで、前記従来例のものでは、まず、例えば前記第１又は第４気筒の吸気上死点前６０°ＣＡ（ＢＴＤＣ６０°ＣＡ）を基準位置（０°）に設定し、ここでは信号が欠落するようにクランクセンサを構成して、この信号の欠落を契機としてクランク角信号の計数を開始することにより、クランク角位置を０°から３６０°まで検出する。また、カムセンサは、前記クランク軸の２回転（７２０°ＣＡ）に対し１回、例えば３０°ＣＡでのみ気筒識別信号を出力するように構成し、前記クランク角信号の２０°〜４０°の範囲で気筒識別信号の入力があれば、クランク軸の１回転目であると判断する一方、気筒識別信号の入力がなければ２回転目であると判断する。

そして、前記クランク角位置の検出結果（０°〜３６０°ＣＡ）と気筒識別信号による判断結果とを組み合わせて、例えば、クランク軸の１回転目でクランク角信号が３０°ＣＡであれば、第１気筒がＢＴＤＣ３０°ＣＡの行程位置にあると識別し、同じ１回転目でクランク角信号が２３０°であれば、第３気筒がＢＴＤＣ１０°ＣＡの行程位置にあると識別することができる。同様にして、クランク軸の２回転目であれば、クランク角信号に基づいて第４気筒、第２気筒の各行程位置を識別することができる。
特開平０５−２８８１１２号公報

ところが、前記従来例のような気筒識別方法では、内燃機関の始動時に最初の気筒を識別するまでにクランク軸が１回転以上する場合があり、それまでは気筒への燃料供給や点火を行えないことから、始動時間の短縮という点で改善の余地が残されている。

すなわち、前記のように、クランク軸の１回転（３６０°ＣＡ）に１箇所だけ設定した基準位置からクランク角信号の計数を開始するようにすると、仮に機関停止時のクランク角位置が前記基準位置よりも少しだけ遅角側にある場合には、始動時のクランキングによりクランク軸が略１回転して、前記基準位置になった後に初めてクランク角信号の計数が開始されることになり、この計数値に基づいて気筒の識別を行うためには、クランク軸が少なくとも１回転しなくてはならないのである。

そのように気筒識別が遅れて、始動に時間がかかるということは、例えば自動車の一時的な停止状態で自動的に機関を停止させるようにした（アイドルストップ）内燃機関等において特に大きな不具合となる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、４サイクル多気筒内燃機関の各気筒がそれぞれクランク軸の２回転する間に１回ずつ、所定行程位置を通過することに着目し、該クランク軸の回転に同期して出力されるパルス信号の構成に工夫を凝らして、機関の停止位置に拘わらず、始動時にクランク軸が１回転する前に気筒識別を行えるようにし、もって始動時間の短縮を図ることにある。

前記の目的を達成するために、本発明では、クランク軸の１回転周期及び２回転周期でそれぞれパルス信号を出力する２つの信号出力器を設けるとともに、該クランク軸の２回転分のクランク角範囲（７２０°ＣＡ）を気筒数に等分して、この各角度範囲毎に前記各信号出力器から出力されるパルス信号数Ａ，Ｂの組（順列）の種類が気筒数と同じになるように構成した。これにより、機関の始動時にクランク軸が前記１つの角度範囲を越えて回転すれば、その間に計数したパルス信号数の組（Ａ，Ｂ）に基づいて、気筒識別を行うことができる。

具体的に、請求項１の発明は、多気筒内燃機関にクランク軸の１回転につき１回転するように設けられ、略全周に亘って所定角度毎にパルス発生部が形成されるとともに、気筒の所定行程位置に対応する基準パルス発生部の回転方向側に隣接するパルス発生部が連続して所定数、欠落して第１の非パルス発生部とされた第１回転体と、前記クランク軸の２回転につき１回転するように設けられ、少なくとも１つのパルス発生部が形成された第２回転体と、該第１及び第２回転体の近傍にそれぞれ配設され、その回転に伴うパルス発生部の通過に応じてパルス信号を出力する第１及び第２信号出力器と、該第１及び第２信号出力器からそれぞれ出力されたパルス信号を入力して、気筒識別を行う識別手段と、を備えた内燃機関の気筒識別装置を前提とする。

そして、前記第１回転体には、周方向に１８０度離れた２箇所にそれぞれ基準パルス発生部を設定して、２つの第１非パルス発生部を設けるとともに、これを境に周方向に区分された２つの角度範囲におけるパルス発生部の数が互いに異なるように、少なくとも一方の角度範囲のパルス発生部を１つ以上、欠落させる。一方、前記第２回転体には、前記第１回転体の各角度範囲にそれぞれ対応する４つの角度範囲のうち、隣り合わない２つの角度範囲で互いに異なる数となるように複数のパルス発生部を形成する。そうして、前記識別手段は、前記第１及び第２信号出力器からそれぞれ出力されるパルス信号を前記各角度範囲毎に計数し、この計数値に基づいて前記所定行程位置に対応する気筒を識別するものとする。

前記の構成により、例えば４つの気筒が等間隔で爆発する４サイクル４気筒内燃機関について説明すると、始動時のクランキングによってクランク軸が回転するときには、これに同期して第１及び第２回転体がそれぞれ回転し、その回転に伴うパルス発生部の通過に応じて、第１及び第２信号出力器からそれぞれパルス信号が出力されて、識別手段に入力される。このときに第１回転体の２つの角度範囲（１８０°ＣＡ）のうちのいずれかが第１信号出力器の近傍を通過すれば、その間に該第１信号出力器と第２信号出力器とからそれぞれ出力されたパルス信号の計数値に基づいて、前記識別手段により気筒識別が行われる。

すなわち、第１〜第４気筒の爆発順序が第１、第３、第４、第２であるとすると、前記第１回転体の２つの角度範囲は、例えば一方の角度範囲が第１及び第４気筒に対応し、他方の角度範囲が第３及び第２気筒に対応していて、その一方の角度範囲におけるパルス発生部の数が他方に比べて少なくなっているから、そのパルス発生部の通過に対応して第１信号出力器から出力されるパルス信号を計数すれば、この計数値に基づいていずれの角度範囲であるか、即ち前記第１又は第４気筒のいずれかか、或いは第３又は第２気筒のいずれかか、のどちらであるか判別することができる。

また、前記第２回転体においては、前記第１回転体の各角度範囲にそれぞれ対応する４つの角度範囲（９０°ＣＡ）のうち、隣り合わない２つの角度範囲におけるパルス発生部の数が互いに異なっているから、前記４つの気筒のうち爆発順序が連続しない気筒（第１及び第４気筒、第３及び第２気筒）同士では、当該気筒に対応する角度範囲の通過に伴い第２信号出力器から出力されるパルス信号の数が互いに異なるものとなる。

従って、前記第２回転体の４つの角度範囲毎、即ちクランク軸が半回転する毎にそれぞれ第１及び第２信号出力器から出力されるパルス信号の計数値Ａ，Ｂの組（Ａ，Ｂ）は、第１〜第４の各気筒でそれぞれ異なる４種類になり、これにより気筒識別が可能になる。

より具体的には、例えば、第１及び第４気筒に対応する第１回転体の一方の角度範囲におけるパルス発生部の数ＡをＡ＝ｉとし、第３及び第２気筒に対応する他方の角度範囲におけるパルス発生部の数ＡをＡ＝ｊとし（ｉ≠ｊ）、また、第２回転体のパルス発生部の数Ｂを、前記第１，第３，第４，第２の各気筒に対応する４つの角度範囲において、隣り合わない２つの角度範囲におけるパルス発生部の数が互いに異なるように、例えばｍ、ｎ、ｎ、ｍとする（ｍ≠ｎ）。そうすると、前記パルス信号の計数値の組（Ａ，Ｂ）は、第１気筒に対応して（ｉ，ｍ）に、第３気筒に対応して（ｊ、ｎ）に、第４気筒に対応して（ｉ，ｎ）に、また、第２気筒に対応して（ｊ，ｍ）になり、これに基づいて気筒識別が行えるものである。

かくして前記の構成によれば、内燃機関の始動時に、クランク軸の回転に伴い前記第２回転体のいずれか１つの角度範囲が第２信号出力器の近傍を通過すればよく、機関停止時のクランク角位置に拘わらず、クランク軸が１回転する前に気筒識別を行うことができるので、従来例（特許文献１）のものに比べて始動時間の短縮が図られる。

請求項２の発明は、前記構成の気筒識別装置において、第１回転体の２つの角度範囲のうちの一方にはパルス発生部を所定数以上、連続して欠落させて第２非パルス発生部を設け、また、第２回転体のパルス発生部は、前記第１回転体の第２非パルス発生部から回転方向側に最も近い第１非パルス発生部までに対応する範囲以外に設けるものとする。そして、識別手段には、第１及び第２信号出力器からの各パルス信号をそれぞれ計数する第１及び第２カウント部と、該各カウント部におけるパルス信号の計数値を前記第１信号出力器からのパルス信号が前記所定数以上、欠落したときに初期化するリセット部と、を備えるものとする。

この構成では、第１及び第２回転体の回転に伴い第１及び第２信号出力器からそれぞれ出力されるパルス信号が第１及び第２カウント部によりカウント（計数）されるとともに、第１回転体の第１非パルス発生部が第１信号出力器の近傍を通過して、パルス信号が所定数欠落すると、各カウント部におけるパルス信号の計数値がリセット部により初期化される。こうして、各角度範囲毎のパルス信号の計数が行われる。

また、特に前記第１回転体の一方の角度範囲が第１信号出力器の近傍を通過するときには、当該角度範囲の途中に設けられた第２非パルス発生部においてパルス信号が所定数欠落することで、リセット部による計数値の初期化が行われ、当該第２非パルス発生部から回転方向側に最も近い第１非パルス発生部までのパルス発生部によるパルス信号はキャンセルされる。このように一方の角度範囲から出力されるパルス信号の一部をキャンセルすれば、当該一方の角度範囲におけるパルス発生部の欠落数をあまり多くしなくても、その一方の角度範囲に対応するパルス信号の計数値が他方の角度範囲に比べてかなり少なくなり、両者の差が十分に大きくなるので、ノイズを考慮しても２つの角度範囲を確実に判別することができる。

すなわち、内燃機関の始動時にはスタータモータ等の作動に起因するノイズの発生が予想され、これによりパルス信号の計数値に誤差の生じる虞れがあるが、そうなったとしても、前記のように一方の角度範囲から出力されるパルス信号の一部をキャンセルして、２つの角度範囲にそれぞれ対応するパルス信号の計数値の差を十分に大きくすれば、両者を確実に判別できるものである。尚、そのように信号がキャンセルされることを考慮して、これに対応する第２回転体の角度範囲（前記第１回転体の第２非パルス発生部から回転方向側に最も近い第１非パルス発生部までに対応する範囲）にはパルス発生部を形成せず、その範囲以外にパルス発生部を形成している。

次に、請求項３の発明では、前記第１回転体の一方の角度範囲、即ち第２非パルス発生部が設けられている方の角度範囲におけるパルス発生部の数を、該第２非パルス発生部から回転方向側に最も近い第１非パルス発生部までに形成されているものを除いて数えて、他方の角度範囲よりも４以上、少なくする。

こうすれば、第１回転体の他方の角度範囲から出力されれるパルス信号の数は、一方の角度範囲に比べて４以上、多くなるから、機関始動時の耐ノイズ性が十分に高くなるとともに、クランク軸が半回転する前に気筒識別を行える可能性がある。すなわち、２つの角度範囲にそれぞれ対応するパルス信号数が大きく異なる場合、例えば機関停止時のクランク角位置が前記他方の角度範囲の途中に対応する位置あるときには、機関始動時にクランク軸の回転に伴い最初に計数されるパルス信号の数が一方の角度範囲に対応する信号数を越えることがあり、こうなると直ちに他方の角度範囲であると判別できるから、その時点で第２信号出力器から所定数のパルスが入力していれば、すぐに気筒識別が行えるのである。

また、請求項４の発明では、前記第１回転体の基準パルス発生部を気筒の上死点前５０度以上７０度以下（ＢＴＤＣ５０〜７０°ＣＡ）のクランク角範囲に対応付けて設定する。すなわち、一般的な内燃機関の構造上、機関停止時のクランク角位置は大体ＢＴＤＣ７０〜１１０°ＣＡの範囲となることが多いから、基準パルス発生部をＢＴＤＣ５０〜７０°ＣＡの範囲に設定すれば、始動時にはクランキングの開始後直ちに基準パルス発生部を通過して、識別手段により気筒識別に必要なパルス信号の計数が開始されることになる。よって、実際に気筒識別に要する時間が短くなり、実質的に始動時間の短縮が図られる。

本発明は、上述した４気筒内燃機関だけではなく、例えば６気筒や８気筒のように偶数個の気筒を有する多気筒内燃機関に適用可能である。すなわち、偶数個の気筒を有する多気筒内燃機関に前記請求項１と同じ前提構成の気筒識別装置を備える場合、第１回転体には、その全周を気筒数の半数の角度範囲に等分するように、少なくとも２つの基準パルス発生部を設定し、これに応じて少なくとも２つの非パルス発生部を設ける一方、その各角度範囲にそれぞれ対応するように前記第２回転体の全周を気筒数の角度範囲に等分する。また、該第１及び第２回転体にそれぞれ形成するパルス発生部の数は、第１回転体の各角度範囲毎のパルス発生部の数を変数Ａで表し、第２回転体の各角度範囲毎のパルス発生部の数を変数Ｂで表したときに、その変数Ａ，Ｂの組（Ａ，Ｂ）の種類が気筒数と同じになるように設定する。そして、識別手段において前記第１及び第２信号出力器からそれぞれ出力されるパルス信号を前記各角度範囲毎に計数し、この計数値の組み合わせによって所定行程位置に対応する気筒を識別する（請求項５の発明）。

前記構成の気筒識別装置によれば、前記請求項１の発明と同様に、クランク軸の回転に伴い各気筒にそれぞれ対応する角度範囲毎に第１及び第２信号出力器からそれぞれ出力されるパルス信号数の組（Ａ，Ｂ）が互いに異なっているので、機関始動時のクランク軸の回転に伴い、第１及び第２回転体がそれぞれいずれか１つの角度範囲を越えて回転すれば、その間に計数したパルス信号数の組（Ａ，Ｂ）に基づいて、気筒識別を行うことができる。これにより、クランク軸が１回転する前に気筒判別を行って始動時間を短縮することができる。

以上、説明したように、本発明に係る内燃機関の気筒識別装置によると、クランク軸の１回転及び２回転毎にそれぞれ複数のパルス信号を出力する第１及び第２信号出力器を設け、該クランク軸２回転分のクランク角範囲（７２０°ＣＡ）を気筒数に等分した各角度範囲毎に、前記第１及び第２信号出力器からそれぞれ出力されるパルス信号数Ａ，Ｂの組（順列）が互いに異なるものとなるようにしたので、機関始動時にクランク軸が前記１つの角度範囲を越えて回転すれば、その間に計数したパルス信号の数に基づいて気筒識別を行うことができ、これにより、機関の停止位置に拘わらず、始動時にクランク軸が１回転する前に気筒識別を行って、始動時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（エンジンの概略構成）
図１は、本発明の実施形態に係る気筒識別装置Ｓを備えたエンジン１（内燃機関）の概略構成を模式的に示し、この実施形態のエンジン１は、図には１つのみ示すが、４つのシリンダ（気筒）２，２，…が直列に配置された４気筒ガソリンエンジンである。図示の如く、気筒２の上端はシリンダブロック３の上端面に開口していて、そこに載置されたシリンダヘッド４の下面により閉塞されている。該気筒２内にはピストン５が往復動可能に嵌挿されていて、このピストン５の上面とシリンダヘッド４の下面との間に燃焼室６が区画されている。一方、ピストン５の下方のクランクケース内にはクランク軸７が配設され、コネクティングロッド８によってピストン５と連結されている。

前記シリンダヘッド４には、各気筒２毎にその軸心に沿うようにして点火プラグ９が配設されている。この点火プラグ９の先端の電極は燃焼室６に臨むように配置され、一方、点火プラグ９の基端部は点火回路１０に接続されている。この点火回路１０にはイグナイタ及びイグニッションコイルが含まれており、後述のＥＣＵ２０からの制御信号を受けて各気筒２毎に所定のタイミングで点火プラグ９に通電する。また、各気筒２の周縁部には燃料噴射弁１２が配設されていて、その先端の噴口が燃焼室６を臨む一方、燃料噴射弁１２の基端部は図示しない燃料供給系に接続されており、後述のＥＣＵ２０からの制御信号を受けて各気筒２毎に所定のタイミングで燃料噴射弁１２が作動することで、燃料を燃焼室６に直接、噴射供給するようになっている。

また、前記シリンダヘッド４には、各気筒２毎の燃焼室６に臨んで開口するように吸気ポート１３及び排気ポート１４がそれぞれ形成され、図示しないが、その各ポート開口部にはそれぞれカム軸により開閉されるように吸気弁及び排気弁が配設されている。このカム軸は吸気側及び排気側に１本ずつ設けられていて、共通のタイミングベルト（又はチェーン）によってクランク軸７に駆動連結されており、該クランク軸７の２回転につき吸気及び排気カム軸がそれぞれ１回転して、その間に４つの気筒２，２，…がそれぞれ吸気、圧縮、膨張（爆発）及び排気の４行程からなる燃焼サイクルを１回、完了するようになっている。

より具体的に、この実施形態では、第１〜第４の４つの気筒２，２，…が、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順に互いに１８０°ＣＡの位相差をもって爆発するようになっており、各気筒２毎に吸気行程では、クランク軸７の半回転する間にピストン５が下降し、この間、開かれている吸気弁を介して吸気通路１５から燃焼室６に空気が吸入される。続いて圧縮行程では吸気弁及び排気弁が閉じられ、クランク軸７の半回転する間にピストン５が上昇する。また、前記吸気行程乃至圧縮行程の所定タイミングで燃料噴射弁１２から燃焼室６に向かって燃料が噴射される。そして、吸気上死点（ＴＤＣ）近傍で点火プラグ９により混合気に点火されると、膨張する燃焼ガスの圧力によってピストン５が押し下げられ（膨張行程）、最後に排気行程では排気弁が開かれて、燃焼室６から排気通路１６に噴出した既燃ガスが触媒コンバータ等により浄化されて、大気中に放出される。

そのようなエンジン１の運転制御は、該エンジン１に設けられた各種センサからの信号をエンジンコントロールユニット２０（以下、ＥＣＵという）に入力して、このＥＣＵ２０によりエンジン１の運転状態に応じて前記点火回路１０や燃料噴射弁１２を制御することにより、実現される。すなわち、ＥＣＵ２０は、クランク軸７に配設したセンサ２１（クランクセンサ）からの信号に基づいて該クランク軸７の回転角（クランク角位置）を検出するとともに、カム軸に配設したセンサ２５（カムセンサ）からの信号を入力して、各気筒２毎にそれぞれ適切なタイミング（クランク角位置）でもって燃料噴射弁１２や点火回路１０を作動させるようになっている。

前記クランクセンサ２１は、クランク軸７の端部に一体に回転するように取り付けられ、外周部に略全周に亘って所定角度（この実施形態では１０°）毎に凸部２２ａ，２２ａ，…が形成された第１ロータ２２（第１回転体）と、この第１ロータ２２の外周部近傍に配置された第１信号出力器としての電磁ピックアップコイル２３とからなり、このピックアップコイル２３は、第１ロータ２２の回転に伴いその外周の凸部２２ａ，２２ａ，…が通過する度にコイルのインダクタンスが変化して、略矩形波のパルス信号を出力するようになっている。この意味で、前記ロータ２２の凸部２２ａを以下、パルス発生部という。

また、前記カムセンサ２５は、この実施形態では排気側のカム軸に配設されており、前記クランクセンサ２１と同様にカム軸の端部に取り付けロータ２６（第２回転体）の外周部に合計６つの凸部２６ａ，２６ａ，…（パルス発生部）を形成し、このロータ２６の外周部近傍に第２信号出力器としての電磁ピックアップコイル２７を配置したものである。

そして、ＥＣＵ２０には、前記クランクセンサ２１からのパルス信号Ａ（いわゆるクランク角信号であり、以下、第１パルス信号ともいう）を入力して計数する第１カウント部２０ａと、前記カムセンサ２５からのパルス信号Ｂ（以下、第２パルス信号という）を入力して計数する第２カウント部２０ｂと、前記第１パルス信号が所定数以上、欠落したときに各カウント部２０ａ，２０ｂにおける信号の計数値を初期化するカウンタリセット部２０ｃと、そうしてリセットされるまでの信号計数値に基づいて気筒識別を行う気筒識別部２０ｄと、がそれぞれソフトウェアルーチン（プログラム）の形態で備えられている。従って、この実施形態では、ＥＣＵ２０が、クランクセンサ２１及びカムセンサ２５からの第１及び第２パルス信号を入力して、気筒識別を行う識別手段を構成している。

（気筒識別の考え方）
次に、本発明の特徴部分として、前記クランクセンサ２１の詳しい構造と、これにより得られるクランク角信号（第１パルス信号）及びカムセンサ２５からの第２パルス信号に基づいて行われる気筒識別の方法について説明する。

図２に拡大して示すように、クランクセンサ２１のロータ２２に形成された多数のパルス発生部２２ａ，２２ａ，…のうち、周方向に１８０度離れた２箇所のもの（図には斜線を入れて示す）がそれぞれ各気筒２の所定行程位置に対応する基準パルス発生部に設定されている。この基準パルス発生部２２ａは、この実施形態では各気筒２の吸気上死点前６０°ＣＡ（ＢＴＤＣ６０°ＣＡ）に対応するように設定されており、エンジン１の運転中にこの行程位置において気筒２を識別することで、当該気筒２に対して適切なタイミングで点火することができるようになっている。尚、基準パルス発生部２２ａ，２２ａは必ずしも前記クランク角位置に設定する必要はないが、例えばＢＴＤＣ７０°〜５０°ＣＡの範囲に対応するように設定するのが好ましい。

また、前記ロータ２２のパルス発生部２２ａ，２２ａ，…は、前記各基準パルス発生部２２ａの回転方向側にそれぞれ隣接するものが連続して２つ欠落されて、パルス信号の欠落する第１の非パルス発生部２２ｂ，２２ｂとされており、さらに、各基準パルス発生部２２ａを境に周方向に１８０°ずつ２等分された２つの角度範囲Ｒ１，Ｒ２のうちの一方（以下、第１角度範囲という）には、途中のパルス発生部２２ａ，２２ａを連続して２つ欠落させた第２非パルス発生部２２ｃが設けられている。この第１角度範囲Ｒ１は、この実施形態ではエンジン１の第１気筒又は第４気筒のＢＴＤＣ２４０°ＣＡ〜ＢＴＤＣ６０°ＣＡに対応しており、一方、他方の角度範囲Ｒ２（以下、第２角度範囲という）は第３気筒又は第２気筒のＢＴＤＣ２４０°ＣＡ〜ＢＴＤＣ６０°ＣＡに対応している。

一方、カムセンサ２５のロータ２６は、詳細は図示しないが、前記クランクセンサ２１のロータ２２の各角度範囲Ｒ１，Ｒ２に対応する４つの角度範囲（９０°）に分かれており、この各角度範囲がそれぞれ第１、第３、第４及び第２気筒のＢＴＤＣ２４０°ＣＡ〜ＢＴＤＣ６０°ＣＡに対応していて、そのうちの第１及び第３気筒に対応する角度範囲にはそれぞれ２個のパルス発生部２６ａが形成され、また、第４及び第２気筒に対応する角度範囲にはそれぞれ１個のパルス発生部２６ａが形成されている。

前記構成のクランクセンサ２１及びカムセンサ２５においては、クランク軸７の回転に同期してロータ２２，２６がそれぞれ回転し、その回転に伴うパルス発生部２２ａ，２２ａ，…，２６ａ，２６ａ，…の通過に応じて、ピックアップコイル２３，２７からパルス信号が出力され、ＥＣＵ２０に入力される。このようにしてクランクセンサ２１から出力される第１パルス信号（クランクセンサ信号）と、カムセンサ２５から出力される第２パルス信号（カムセンサ信号）とを、それぞれ、第２気筒の吸気上死点（＃２気筒ＴＤＣ）からクランク軸７が２回転する間、クランク角の変化に対応付けて示したのが図３であり、この図に白抜きの三角印（△）で示す基準パルス信号（基準パルス発生部２２ａ，２２ａに対応するパルス信号）にそれぞれ挟まれた４つの区間が、エンジン１の各気筒２に対応する角度範囲（クランク角で１８０°、カム角では９０°）である。

同図において、第１気筒に対応する角度範囲<１>（第１気筒のＢＴＤＣ２４０°ＣＡ〜ＢＴＤＣ６０°ＣＡ）は、クランクセンサ２１のロータ２２における第１角度範囲Ｒ１に対応していて、クランクセンサ２１からは第１パルス信号Ａが１４個出力され、カムセンサ２５からは第２パルス信号が１個出力される。また、続く第３気筒に対応する角度範囲<３>は、クランクセンサ２１のロータ２２における第２角度範囲Ｒ２に対応していて、クランクセンサ２１からは第１パルス信号が１６個出力され、カムセンサ２５からは第２パルス信号が２個出力される。

同様に、第４気筒に対応する角度範囲<４>（ロータ２２の第１角度範囲Ｒ１に対応）では、クランクセンサ２１から第１パルス信号が１４個出力され、カムセンサ２５から第２パルス信号が２個出力される。また、第２気筒に対応する角度範囲<２>（ロータ２２の第２角度範囲Ｒ２に対応）では、クランクセンサ２１から第１パルス信号が１６個出力され、カムセンサ２５から第２パルス信号が１個出力される。

但し、詳しくは後述するが、前記角度範囲<１>、<４>においてクランクセンサ２１のロータ２２の第１角度範囲Ｒ１から出力されるパルス信号の計数値は、途中の第２非パルス発生部２２ｃにおけるパルス信号の欠落に応じてキャンセルされるので、第１気筒及び第４気筒に対応する第１パルス信号の計数値は１０パルスとなる。また、その際にはカムセンサ２５から出力されるパルス信号の計数値もキャンセルされることになるが、図示の通り、クランクセンサ２１の信号がキャンセルされる角度範囲（ロータ２２の第１角度範囲Ｒ１において第２非パルス発生部２２ｃから回転方向側に最も近い第１非パルス発生部２２ｂまでの範囲）に対応するカムセンサ２５のロータ２６の角度範囲にはパルス発生部２６ａは形成されていない。

かくして、前記クランクセンサ２１及びカムセンサ２５から出力される第１及び第２パルス信号をそれぞれＥＣＵ２０に入力して計数すれば、その計数値の組（順列）は、第１気筒に対応して（１０，１）となり、第３気筒に対応して（１６，２）となり、第４気筒に対応して（１０，２）となり、第２気筒に対応して（１６，１）となって、４つの気筒２，２，…でそれぞれ異なるものとなるから、この計数値の組に基づいて気筒識別を行うことができるのである。

（気筒識別の手順）
以下に、前記ＥＣＵ２０において、前記クランクセンサ２１及びカムセンサ２５からの信号に基づいて気筒識別を行う具体的な手順を、図４のフローチャート図に基づいて説明する。

図示のフローにおいて、スタート（ＳＴＡＲＴ）後のステップＳ１では、エンジン１のクランクセンサ２１からのパルス信号Ａ（第１パルス信号）とカムセンサ２５からのパルス信号Ｂ（第２パルス信号）とをそれぞれ入力し（第１・第２パルス信号検出読み込み）、続くステップＳ２において前記第１パルス信号Ａよりパルス信号の欠落があるかどうか（非パルス発生有り？）判定する。この判定がＮＯであればステップＳ１にリターンする一方、判定がＹＥＳであればステップＳ３に進み、その後、再びパルス信号が欠落した後に最初のパルス信号が入力するまで、第１パルス信号Ａを計数する（次の非パルス発生が終わるまでＡの信号数カウント）。また、ステップＳ４では、前記ステップＳ３と同様にして、次の非パルス発生が終わるまで第２パルス信号Ｂを計数する。

そして、ステップＳ５において前記第１パルス信号Ａの計数値が予め設定した所定数α以下かどうか判別し、ＹＥＳでＡ≦αであればステップＳ６に進んで、第１及び第２パルス信号Ａ，Ｂの計数値を初期化した後に、前記ステップＳ３，Ｓ４にリターンして、再び信号の計数を行う（カウント値リセットし、再カウント開始）。一方、前記ステップＳ５において第１パルス信号Ａの計数値が所定数αよりも大きくて（Ａ＞α）ＮＯであれば、ステップＳ７〜Ｓ１３に進んで、気筒識別を行う。

そのようにクランク角信号（第１パルス信号）Ａが所定数α（例えば、ノイズを考慮して６〜９のいずれか１つの値に設定）以下のときに一旦、信号の計数値をキャンセルするのは、前記第１角度範囲Ｒ１に対応してクランクセンサ２１から出力されるパルス信号の計数値を、途中の第２非パルス発生部２２ｃにおいてキャンセルするためである。すなわち、第３及び第２気筒に対応するクランクセンサ２１のロータ２２の第１角度範囲Ｒ１には、合計１４個のパルス発生部２２ａ，２２ａ，…が形成されているが、図３に示すように、基準パルス発生部２２ａを含めた最初の４つのパルス信号が出力された後で、第２非パルス発生部２２ｃにおけるパルス信号の欠落によって、それまでの計数値４（≦α）はクリアされるのである。

換言すれば、前記一方の角度範囲Ｒ１に対応する第１パルス信号は、ロータ２２の第２非パルス発生部２２ｃから回転方向側に最も近い第１非パルス発生部２２ｂまでに形成されているパルス発生部２２ａ，２２ａ，…からのものを除いて数えるようになっていて、これにより、該第１角度範囲Ｒ１におけるパルス発生部２２ａ，２２ａ，…の欠落数をあまり多くしなくても、その角度範囲Ｒ１に対応するパルス信号の計数値（この実施形態では１０）を他方の角度範囲Ｒ２に対応するパルス信号の計数値（この実施形態では１６）に比べてかなり少なくすることができる。このことで、以下に述べるステップＳ７において２つの角度範囲Ｒ１，Ｒ２を確実に判別することができるようになる。

すなわち、前記ステップＳ５において第１パルス信号計数値Ａ＞αと判定して進んだステップＳ７では、今度は該計数値Ａが所定数β以上かどうか判定する（Ａ≧β）。この所定数βは、クランクセンサ２１のロータ２２の第１又は第２角度範囲Ｒ１，Ｒ２のいずれであるか判別するための敷居値であり、本来、第１角度範囲Ｒ１であればＡ＝１０であり、第２角度歯にＲ２であればＡ＝１６であるから、βの値は１１〜１６のいずれでもよいのだが、この実施形態では、ノイズの影響を考慮して、例えばβ＝１５に設定している。

この点について詳しくは、一般的にエンジン１の始動時にはスタータモータの作動等に起因するノイズの発生が予想され、これによりパルス信号の計数値に誤差の生じる虞れがある。すなわち、例えばロータ２２の第１角度範囲Ｒ１からのパルス信号を計数しているときに大きなノイズが３回、進入すれば、これによりパルス信号の計数値は、１０＋３＝１３個になる可能性があるが、仮にそうなったとしても、前記したように第１角度範囲Ｒ１に対応する本来のパルス信号数を第２角度範囲Ｒ２よりも５つも少なくしておいて、両者を判別する敷居値βを大きめの値（１５）に設定することで、両者を確実に判別することができるのである。

但し、前記第１及び第２角度範囲Ｒ１，Ｒ２に対応する信号計数値の差は必ずしも６個にする必要はなく、ノイズの影響を考慮しても４個以上であれば十分であり、極言すれば、２〜３個であっても問題はないと考えられる。

そうして、前記ステップＳ７の判定がＹＥＳでＡ≧βであれば、これは実質的にＡ＝１６ということで、クランクセンサ２１のロータ２２の第２角度範囲Ｒ２に対応するということであるから、後述のステップＳ１１に進む。一方、判定がＮＯでＡ＜αであれば、これは実質的にＡ＝１０ということで、前記ロータ２２の第１角度範囲Ｒ１に対応するということであるから、ステップＳ８に進んで、今度はカムセンサ２５からの第２パルス信号Ｂの計数値が１かどうか判定する。そして、この判定がＹＥＳであれば（Ｂ＝１）、要するに第１及び第２パルス信号の計数値の組（Ａ，Ｂ）が（１０，１）であり、これは第１気筒に対応するから、ステップＳ９に進んで第１気筒である（＃１気筒）と識別して、終了する（ＥＮＤ）。一方、前記ステップＳ８の判定がＮＯであれば、第２パルス信号Ｂ＝２であり、（Ａ，Ｂ）＝（１０，２）になって第４気筒に対応するから、ステップＳ１０に進んで第４気筒である（＃４気筒）と識別して、終了する。

これに対し、前記ステップＳ７においてＹＥＳ（Ａ＝１６）と判定して進んだステップＳ１１では、前記ステップＳ８と同様にして第２パルス信号Ｂの計数値が１かどうか判定し、ＹＥＳであれば（Ｂ＝１）ステップＳ１２に進んで、第２気筒である（＃２気筒）と識別して、終了する一方、ＮＯであれば（Ｂ＝２）ステップＳ１３に進んで、第３気筒である（＃３気筒）と識別して、終了する。

以上、説明したフローのステップＳ３〜Ｓ６の手順が、第１パルス信号Ａを計数する第１カウント部２０ａと、第２パルス信号Ｂを計数する第２カウント部２０ｂと、それらの計数値を第１パルス信号の欠落に応じてリセット（初期化）するカウンタリセット部２０ｃに対応している。また、ステップＳ７〜Ｓ１３の手順が、前記第１及び第２パルス信号Ａ，Ｂの計数値に基づいて気筒識別を行う気筒識別部２０ｄに対応している。

したがって、この実施形態に係る内燃機関の気筒識別装置Ｓによると、エンジン１の始動時に、クランク軸７と一体にクランクセンサ２１のロータ２２が回転し、その２つの角度範囲Ｒ１，Ｒ２のいずれかがピックアップコイル２３の近傍を通過すれば、その間に該クランクセンサ２１とカムセンサ２５とからそれぞれ出力される第１及び第２パルス信号Ａ，Ｂの計数値の組（Ａ，Ｂ）に基づいて、その次に第１、第３、第４及び第２のいずれの気筒が吸気上死点を迎えるか識別することができる。すなわち、クランク軸７が１回転する前に気筒識別を行って、当該気筒への燃料噴射、点火等の制御を開始することができ、これにより従来よりも始動時間を短縮することができる。

また、前記クランクセンサ２１のロータ２２の第１角度範囲Ｒ１に第２非パルス発生部２２ｃを設けて、一部のパルス信号の計数値をキャンセルすることにより、パルス信号自体の欠落数はあまり多くせずに、２つの角度範囲Ｒ１，Ｒ２にそれぞれ対応するパルス信号の計数値の差を十分に大きくすることができ、これにより、ノイズが発生しても両者を確実に判別することができる。そのようにパルス信号自体の欠落数を抑えることで、クランクセンサ２１の本来の機能であるクランク角位置の検出精度を十分に高く維持することができる。

さらに、この実施形態では、前記ロータ２２において基準パルス発生部２２ａ，２２ａを気筒２のＢＴＤＣ６０°ＣＡに対応付けて設定し、ＢＴＤＣ９０°〜６０°ＣＡに対応するように第１非パルス発生部２２ｂ，２２ｂを設けている。このことで、一般的なエンジン１は、その構造上、停止時のクランク角位置が大体ＢＴＤＣ１１０〜７０°ＣＡの範囲となることが多いから、始動時にはクランキングの開始後直ちにパルス信号の欠落が発生し、気筒識別のためのパルス信号の計数が開始されることになり、これにより、実質的に始動時間のさらなる短縮が図られる。

尚、この実施形態の気筒識別装置Ｓでは、エンジン１の第１及び第４気筒２，２に対応する第１角度範囲Ｒ１ではクランクセンサ２１からの第１パルス信号の計数値が１０個になるようにし、一方、第３及び第２気筒２に対応する他方のクランク角範囲Ｒ１では１６個になるようにするとともに、カムセンサ２５からの第２パルス信号の数は、第１、第３、第４及び第２気筒２にそれぞれ対応して１、２、２、１となるようにしているが、これらの数値には何ら限定されない。すなわち、前記クランクセンサ２１からの信号数は第１及び第２角度範囲Ｒ１，Ｒ２で相互に異なっていればよく、また、カムセンサ２５からの信号数は、点火順序が隣り合わない気筒同士（即ち、第１及び第４気筒、第３及び第２気筒）で異なる値となるように、ロータ２６の互いに隣接しない角度範囲（９０°）において相互に異なる数のパルス発生部２６ａが形成されていればよい。

また、前記実施形態では、図４のフローのステップＳ１〜Ｓ５に示すように、非パルス発生が少なくとも２回あった後に、気筒識別を行うようにしているが、必ずしもこれに限るものではない。すなわち、上述したように、クランクセンサ２１のロータ２の第１及び第２角度範囲Ｒ１，Ｒ２に各々対応するパルス信号数は１０個及び１６個であるから、仮に両者を判別するための敷居値βをβ＝１１（ステップＳ７）とした場合、ノイズを考慮しなければ、前記第２角度範囲Ｒ２からの信号数が１１以上になった段階で直ちに該第２角度範囲Ｒ２であることを判別でき、クランク軸７が半回転する前に気筒識別を行える可能性がある。

より詳しくは、例えば、まず、エンジン始動時には前記非パルス発生がなくてもパルス信号の計数を開始するようにする。そうすると、仮にエンジン１の停止時のクランク角位置が前記第２角度範囲Ｒ２の途中で、ロータ２２の基準パルス発生部２２ａから数えて５番目のパルス発生部２２ａまでに対応する位置であれば（図３を参照）、始動時のクランキングに伴い該ロータ２２が回転したときに最初に計数される第１パルス信号数（クランクセンサ信号数）が１１以上となり、これにより第２角度範囲Ｒ２であることが判別できる。そして、その時点で第２パルス信号数（カムセンサ信号数）が２であれば、第３気筒と識別でき、１であれば第２気筒と識別できる。

さらに、前記実施形態では、本発明に係る気筒識別装置Ｓを４サイクル４気筒ガソリン直噴エンジン１に適用しているが、本発明の適用対象となる内燃機関は直噴式エンジンでなくてもよいことは勿論であり、また、ガソリンエンジンでなくディーゼルエンジンやＬＰＧエンジン等であってもよいし、いずれのエンジン１においても４気筒には限定されず、例えば６気筒、８気筒、１０気筒、１２気筒等であってもよい。

本発明の実施形態に係る気筒識別装置を備えたエンジンの概略構造図。 クランクセンサの構成を拡大して示す説明図。 クランク軸が２回転する間にクランクセンサ及びカムセンサからそれぞれ出力されるパルス信号の様子をクランク角の変化に対応付けて示すタイムチャート図。 気筒識別の手順を示すフローチャート図。

符号の説明

Ｓ 気筒識別装置
１ エンジン（多気筒内燃機関）
２ 気筒
７ クランク軸
２０ エンジンコントローラ（ＥＣＵ：識別手段）
２０ａ 第１カウント部
２０ｂ 第２カウント部
２０ｃ カウンタリセット部
２０ｄ 気筒識別部
２１ クランクセンサ
２２ ロータ（第１回転体）
２２ａ パルス発生部、基準パルス発生部
２２ｂ 第１非パルス発生部
２２ｃ 第２非パルス発生部
Ｒ１ 第１角度範囲（一方の角度範囲）
Ｒ２ 第２角度範囲（他方の角度範囲）
２３ ピックアップコイル（第１信号出力器）
２５ カムセンサ
２６ ロータ（第２回転体）
２６ａ パルス発生部
２７ ピックアップコイル（第２信号出力器）

Claims (5)

1. 多気筒内燃機関にクランク軸の１回転につき１回転するように設けられ、略全周に亘って所定角度毎にパルス発生部が形成されるとともに、気筒の所定行程位置に対応する基準パルス発生部の回転方向側に隣接するパルス発生部が連続して所定数、欠落して第１の非パルス発生部とされた第１回転体と、
   前記クランク軸の２回転につき１回転するように設けられ、少なくとも１つのパルス発生部が形成された第２回転体と、
   前記第１及び第２回転体の近傍にそれぞれ配設され、その回転に伴うパルス発生部の通過に応じてパルス信号を出力する第１及び第２信号出力器と、
   前記第１及び第２信号出力器からそれぞれ出力されたパルス信号を入力して、気筒識別を行う識別手段と、を備えた内燃機関の気筒識別装置において、
   前記第１回転体には、周方向に１８０度離れた２箇所にそれぞれ基準パルス発生部が設定されて、２つの第１非パルス発生部が設けられているとともに、これを境に周方向に区分された２つの角度範囲におけるパルス発生部の数が互いに異なるように、少なくとも一方の角度範囲のパルス発生部が１つ以上、欠落され、
   前記第２回転体には、前記第１回転体の各角度範囲にそれぞれ対応する４つの角度範囲のうち、隣り合わない２つの角度範囲で互いに異なる数となるように複数のパルス発生部が形成され、
   前記識別手段は、前記第１及び第２信号出力器からそれぞれ出力されるパルス信号を前記各角度範囲毎に計数し、この計数値に基づいて前記所定行程位置に対応する気筒を識別するように構成されている
   ことを特徴とする内燃機関の気筒識別装置。
2. 第１回転体の２つの角度範囲のうちの一方には、パルス発生部を所定数以上、連続して欠落させて第２非パルス発生部が設けられ、
   第２回転体のパルス発生部は、前記第１回転体の第２非パルス発生部から回転方向側に最も近い第１非パルス発生部までに対応する範囲以外に設けられ、
   識別手段は、
   第１及び第２信号出力器からの各パルス信号をそれぞれ計数する第１及び第２カウント部と、
   該各カウント部におけるパルス信号の計数値を、前記第１信号出力器からのパルス信号が前記所定数以上、欠落したときに初期化するリセット部とを備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の気筒識別装置。
3. 第２非パルス発生部が設けられている第１回転体の一方の角度範囲におけるパルス発生部の数は、該第２非パルス発生部から回転方向側に最も近い第１非パルス発生部までに形成されているものを除いて数えると、他方の角度範囲に比べて４以上、少ないことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の気筒識別装置。
4. 基準パルス発生部が気筒の上死点前５０度以上７０度以下のクランク角範囲に対応付けて設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の気筒識別装置。
5. 偶数個の気筒を有する多気筒内燃機関に装備され、クランク軸の１回転につき１回転するように設けられて、略全周に亘って所定角度毎にパルス発生部が形成されるとともに、気筒の所定行程位置に対応する基準パルス発生部の回転方向側に隣接するパルス発生部が連続して所定数、欠落して非パルス発生部とされた第１回転体と、
   前記クランク軸の２回転につき１回転するように設けられ、少なくとも１つのパルス発生部が形成された第２回転体と、
   前記第１及び第２回転体の近傍にそれぞれ配設され、該回転体の回転に伴うパルス発生部の通過に応じてパルス信号を出力する第１及び第２信号出力器と、
   前記第１及び第２信号出力器からそれぞれ出力されたパルス信号を入力して、気筒識別を行う識別手段と、を備えた内燃機関の気筒識別装置において、
   前記第１回転体には、その全周を気筒数の半数の角度範囲に等分するように、少なくとも２つの基準パルス発生部が設定され、これに応じて少なくとも２つの非パルス発生部が設けられる一方、その各角度範囲にそれぞれ対応するように前記第２回転体の全周が気筒数の角度範囲に等分されており、
   前記第１及び第２回転体にそれぞれ形成されているパルス発生部の数は、第１回転体の各角度範囲毎のパルス発生部の数を変数Ａで表し、第２回転体の各角度範囲毎のパルス発生部の数を変数Ｂで表したときに、その変数Ａ，Ｂの組（Ａ，Ｂ）の種類が気筒数と同じになるように設定され、
   前記識別手段は、前記第１及び第２信号出力器からそれぞれ出力されるパルス信号を前記各角度範囲毎に計数し、この計数値の組み合わせによって前記所定行程位置に対応する気筒を識別するように構成されている
   ことを特徴とする内燃機関の気筒識別装置。
   

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