JP4728967B2 - 内燃機関の位置を判定するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転部材を含む内燃機関の位置を判定するための装置に関する。

より正確には、本発明は、多気筒内燃機関の始動を、各ピストンの位置をより良好に認識して燃料を供給すべき気筒を選択するようにする結果としてそのようなエンジンの始動時間を短縮し、さらに始動装置なしで直接エンジンを始動させることさえ可能にするように改善することを目的とする。

噴射と点火が電子的に調製される多気筒内燃機関では、エンジン制御手段は、噴射すべき燃料の量、各気筒内に燃料を噴射しなければならない時点、点火を行わなければならない時点を算出する。これを行うためには、エンジンの位置が正確に判定されなければならない。

欧州特許出願第ＥＰ−Ａ−００１７９３３号には、内燃機関のクランクシャフトとカムシャフト上に取り付けたられたインクリメンタル型非接触センサを含む装置が記載されている。センサは各々、その表面が規則的に配置されたマーク（１インクリメントによって角度的にオフセットした）と基準マークを示すプレートを含む。プローブは、１インクリメントによるクランクシャフトやカムシャフトの回転に関連する連続マークの通過と基準マークの通過とを検出する。しかしながら、エンジンの電源が切られた後には、エンジンの位置はもはや認識されず、その結果エンジンのクランクシャフトの少なくとも１回転を含む同期化手順を実行することが必要になる。

さらに、アブソリュート型非接触センサを含む装置が知られている。そのような装置は、プローブによって発せられる信号がエンジン位置の一次関数である限り、エンジンを作動させることを必要とせずに３６０度ごとのあらゆる時点において回転部材の位置を認識することができる。ドイツ特許出願第ＤＥ−Ａ−１９７２２０１６号には、ホール効果プローブと磁気抵抗型プローブを含み、これらプローブがカムシャフトの端部に配置されかつ該カムシャフトと共に回転する磁場に曝されるような型のセンサを含む装置が記載されている。

しかしながら、この型の装置は、バルブの開時点と開度を変更する装置を備えたエンジンの場合に、一方でカムシャフトとクランクシャフトとを結合する機構にある程度の遊びがありかつ他方でカムシャフトとクランクシャフトが互いに角度的にオフセットさせることができる限りにおいて、クランクシャフトの位置を正確に認識することができない。

欧州特許出願第ＥＰ−Ａ−００１７９３３号 ドイツ特許出願第ＤＥ−Ａ−１９７２２０１６号

従って、本発明の目的は、安価でありかつ上述の問題を解決し、また具体的には、エンジンの長期停止後を含むあらゆる時点においてクランクシャフトの位置を正確に認識するのを可能にする装置を提案することである。

そのために、本発明によると、本装置は、
回転部材に結合された回転部と固定部とを含むインクリメンタル型センサを含み、該固定部は、
回転部材の基準位置を検出しかつインクリメントによって可動部と固定部の相対回転を検出して、第１の信号を発生する第１の手段と、
可動部と固定部の相対回転方向を検出して、第２の信号を発生する第２の手段と、
第１の手段と第２の手段に接続され、第１の信号と第２の信号に基づいて基準位置に対する回転部材の角度位置を判定し、回転部材の角度位置の関数として第３の信号を発生する解析手段と、
を含み、本装置はまた、
センサの解析手段に接続されたエンジン制御手段を含み、
エンジン制御手段は、電力を供給されていない静止状態と、その間に燃料噴射器又は点火プラグのようなエンジンの動作部材を第３の信号の関数として作動させる活性動作状態とを有し、
本装置では、センサは、エンジン制御手段が静止状態にあるときを含めて恒常的に電力を供給される。

インクリメンタル型装置は、クランクシャフトの端部に配置することしかできないアブソリュート型の装置よりも容易にクランクシャフトに取り付けることができる。センサの解析手段をエンジン制御手段とは独立して電力を供給される状態に保つことによって、エンジンの位置の変化は、エンジンへの燃料供給が停止されたときを含めて恒常的に、電気エネルギーの過剰な量を消費しないで追跡され続ける。

エンジンの２つの作動期間の間の電気エネルギーの消費をさらに一層低減させるために、本発明の有利な特徴によると、センサは、
第１の手段と第２の手段が電力を供給される活動フェーズと第１の手段と第２の手段が電力を供給されていない非活動フェーズとを、連続してかつ一定の時間間隔で含む経済動作モードと、
第１の手段と第２の手段が継続的に電力を供給される通常動作モードと、
を有する。

センサが通常動作モードにあるときに比べてセンサが経済動作モードにあるときにエンジンの回転が低下すると考えられ、加えて有利なことにエンジン制御手段は、センサが経済動作モードにあるときに電力を供給されない。その結果、第１の手段と第２の手段は、断続的に動作させて電力消費をより少なくすることができるが、エンジンのいかなる移動も見逃すことはない。

センサが経済動作モードにあるときに、非活動フェーズの継続時間は活動フェーズの継続時間よりも少なくとも１０倍長く、また後続の非活動フェーズの継続時間に活動フェーズの継続時間を加えたものは、１秒より少ないのが好ましい。

解析手段は、エンジン制御手段によって発せられた第４の信号を受信するまでは第３の信号を発生しないのが有利である。

このようにして、解析手段の作業とその電力消費は最小限まで低減される。

加えて、解析手段は、第１の信号に対応する信号をエンジン制御手段に送信する。

このようにして、エンジン制御手段は、第３の信号によって送信された位置に対するエンジンの移動を認識し、従ってそのことからエンジンの位置をリアルタイムに推定することができる。

本発明による有利な実施形態によると、本装置は以下の特徴を有する。すなわち
第１の信号は、少なくとも２つのレベルを含み、
センサはさらに、第２の手段によって検出された回転方向に従って第１の信号のレベルの各変化においてインクリメントによって増加又は減少されるカウンタを含み、
カウンタは、第１の手段による回転部材の基準位置の検出後にゼロにリセットされる。
この解決法は、簡単であり、信頼性がありかつ安価である。

加えて、
内燃機関がクランクシャフトを含み、
回転部材がエンジンのクランクシャフトによって構成され、
カウンタが第１の手段による回転部材の基準位置の検出後に２回のうち１回だけゼロにリセットされるのが有利である。

従って、クランクシャフトの位置は、７２０度ごとに認識され、その結果エンジンの位置が完全に認識される。

本発明による同様の別の実施形態によると、先験的にあまり有利ではないが、装置は以下の特徴を有する。すなわち
内燃機関がクランクシャフトとカムシャフトを含み、
回転部材がエンジンのクランクシャフトによって構成され、
本装置はさらに、カムシャフト上に設置されかつ二値信号を発生する角度位置センサを含む。

従って、インクリメンタル型センサによって判定された３６０度ごとのクランクシャフトの位置とカムシャフト上に取り付けた角度位置センサによって発生された二値信号とを組み合わせることによって、エンジンの位置を、クランクシャフトの７２０度ごとに認識することができる。

本発明は、添付の図面を参照した以下の説明からより明らかになるであろう。
図１は、基本的にセンサ２とエンジン制御ユニット４とを含む装置１を示す。センサ２は、単線４８によってエンジン制御ユニット４に接続される。エンジン制御ユニット４は、点火プラグ５０と噴射器５２のようなエンジンの動作部材に接続される。

センサ２は、エンジンクランクシャフトと一体になった回転部８と、回転部８の移動を検出するようになった固定部６とを含む。この固定部６は図２においてより詳細に示す。回転部は、一様に分散配置された一連の６０個の歯と６０個の間隙とで形成したプレート８によって構成され、歯（及び間隙）が、クランクシャフトの１つの移動インクリメントに相当する６度ごとにプレートの周辺部に配置されている。実際には、クランクシャフトの基準位置２４をマークするために、２つの歯をプレート８から除去した。

固定部６は、回転部８の移動を検出するアセンブリ１０と、解析ユニット１２と、メモリ１４とを含む。解析ユニット１２は、アナログ信号処理手段と、マイクロプロセッサと、解析プログラムと、内部カウンタと、クロックとを組み合わせている。

回転部８の移動を検出するアセンブリ１０は、磁石１６と、３つのプローブ１８、２０、２２と、信号処理回路２６とを含む。磁石１６は、プレート８の歯の存在によって変更される磁場を生成し、その結果、ここではホール効果型であるプローブ１８、２０、２２によって検出された電圧は、プローブに対向する歯の有無の関数である。プローブ１８、２０は、１つの歯の幅より小さい距離だけオフセットしている。プローブ１８、２０によって発せされた電圧は、信号処理回路２６の第１の部分に入力され、第１の部分は、プローブ１８、２０が歯に対向したときの第１の値と、プローブ１８、２０が間隙に対向したときの第２の値とを有する第１の信号２８を解析ユニット１２に送信する。

解析ユニット１２のアナログ信号処理手段、マイクロプロセッサ、解析プログラムは、信号２８を処理し、１クリメントによるクランクシャフトの回転に対応する第１の値から第２の値への信号２８の経過を検出する。さらに、解析ユニット１２による第１の信号２８の処理によって基準位置２４を検出することが可能になる。

プローブ２２は、プローブ２０に対して１つの歯の幅よりも小さい距離だけオフセットしている。プローブ２０、２２によって発せられた電圧は、信号処理回路２６の第２の部分に入力され、第２の部分は、プローブ２０、２２が歯に対向したときの第１の値と、プローブ２０、２２が間隙に対向したときの第２の値とを有する第２の信号３０を解析ユニット１２に送信する。解析ユニット１２の解析プログラムとプロセッサは、信号２８、３０を処理し、クランクシャフトの回転方向を判定する。

判定された回転方向に応じて、解析ユニット１２は、１インクリメントによるクランクシャフトの移動に従って内部カウンタを１インクリメントだけ増加又は減少させる。内部カウンタが実質的にクランクシャフトの２回転に対応する値に達したときに、基準位置２４が検出されると内部カウンタは所定の初期値（ゼロが有利である）にリセットされる。このようにして、計数中にエラーが発生した場合に、そのエラーは、標準位置２４の検出によって補正され、その後の計数作業に影響を及ぼさない。

図１に示すように、エンジン制御ユニット４への電力供給は、装置が取り付けられた車両のユーザが接点３２を切ったときに遮断される一方、センサ２は車両バッテリ３４から電力を恒常的に供給される。より正確には、解析ユニット１２は車両バッテリによって恒常的に電力を供給され、回転部８の移動を検出するアセンブリ１０とメモリ１４の電力供給３６、３７を管理する。

エンジンが作動しているとき、エンジン制御ユニット４は、回転部８の移動を検出するアセンブリ１０やメモリ１４と同様に電力を供給される。対照的に、エンジン制御ユニット４がもはや電力を供給されていないとき、エンジンは停止し、その間にエンジンの回転が信号２８に基づいて検出されない所定の期間の後に、解析ユニット１２は、内部カウンタの値をメモリ１４内に記憶し、次にセンサを経済動作モード３８にする。

図３に示すように、センサ２が経済動作モード３８にあるとき、回転部８の移動を検出するアセンブリ１０は、ここでは約１００μｓであるのが有利である時間ｔの間周期的に電力を供給され、次にここでは約１０ｍｓであるのが有利である時間Ｔの間電力供給されない。解析ユニット１２が第１の信号２８に基づいてクランクシャフトの回転を検出しない場合には、経済動作モードを継続する。一方、クランクシャフトの移動が検出された場合には、解析ユニット１２はセンサ２を通常動作モード４０にし、回転部８の移動を検出するアセンブリ１０とメモリ１４は恒常的に電力を供給されているので、メモリ１４の値が読取られ、検出した移動の関数として修正され、内部カウンタに送信される。解析ユニットは、第１の信号２８に基づいてクランクシャフトの回転が検出されない所定の期間の後に、センサ２を再び経済動作モードにする。

解析ユニット１２がエンジン制御ユニット４から所定の信号を受信すると、エンジンが始動される直前であるのが有利であるが、解析ユニット１２は、短い期間４２の間、内部カウンタの値４６をエンジン制御ユニット４に送信する。その値は、２つのパリティビットによって構成されている。プレートの１１６個の位置（２回転にわたる５８個の歯）を計数するために、ここではカウンタは７ビットで構成される。

内燃機関の作動４４の間、解析ユニット１２は、信号処理回路２６から受信した信号２８又は信号３０に実質的に対応する方形パルス５４（交互に２つの値を有する）をエンジン制御ユニット４に送信し、この方形パルス５４の各降順フロントは、回転部８の移動を検出するアセンブリ１０によって検出されたクランクシャフトの１つの移動インクリメントを表す。従って、エンジン制御ユニット４は、該エンジン制御ユニットがエンジンの動作部材に作用する前に、そのエンジンの正確な位置を常に認識している。

解析ユニット１２が電力供給の遮断を検出し、ユニット４から所定の信号を受信すると、その値をカウンタに送信する代わりに、解析ユニット１２は、従前の初期化手順を実行するために、そのような作用と決めた信号（例えば２進法の値１１６又は値１１７）をエンジン制御ユニット４に送信する。

メモリ１４は読取り専用型であり、それによりセンサが経済動作モードにあるとき、メモリ１４は電流を消費しないのが有利である。しかしながら、恒常的に電力を供給されることになる低消費電力の読取り書込み型のメモリを設けることも同様に可能である。

図５は、装置１０１を示す。装置１０１は、該装置がエンジンのカムシャフトに結合された可動部１５８と可動部に対向して配置されたホール効果プローブのような固定部１６０とを有する角度位置センサ１５６をさらに含む点で、図１から図４に示す装置１とは異なる。他の要素は変更されていないので、その参照符号はそのままにしている。

角度位置センサ１５６は、エンジン制御ユニット４に接続される。可動部１５８は半月形であるので、角度位置センサ１５６は、カムシャフトが０度から１８０度の間の位置を占めたときの第１の値と、カムシャフトが１８０度から３６０度の間の位置を占めたときの第２の値とを有する二値信号１６２を発生する。

このようにして、インクリメンタル型センサ２によって測定した３６０度ごとのクランクシャフトの位置とカムシャフトに取り付けた角度位置センサ１５６によって発生した２進値１６２とを組み合わせることによって、エンジン制御ユニット４は、カムシャフトの７２０度ごとのエンジンの位置を認識する。従って、内部カウンタは、クランクシャフトが基準位置を通過するたびに再初期化（例えばゼロにリセット）される。

特にセンサとエンジン制御ユニットを含む、本発明による装置の概略図である。 図１に示す装置に属するセンサの固定部の詳細図である。 センサの電流消費を示す。 センサによってエンジン制御ユニットに送信される信号を示す。 図１の装置の変形形態を示す。

符号の説明

１ 装置、２ センサ、４ エンジン制御ユニット、６ 固定部、８ 回転部、１０ 検出アセンブリ、１２ 解析ユニット、１４ メモリ、１６ 磁石、１８、２０、２２ プローブ、２４ 基準位置、２６ 信号処理回路、３２ 接点、３４ 車両バッテリ、５０ 点火プラグ、５２ 燃料噴射器

Claims (9)

1. 回転部材を含む内燃機関の位置を判定するための装置（１、１０１）であって、
   前記回転部材に結合された可動部（８）と固定部（６）とを含むインクリメンタル型センサ（２）と、エンジン制御手段（４）とを含み、
   前記センサ（２）の前記固定部（６）は、
   前記回転部材の基準位置（２４）を検出しかつインクリメントによって前記可動部（８）と前記固定部（６）との相対回転を検出して、第１の信号（２８）を発生する第１の手段（１６、１８、２０、２６）と、
   前記可動部（８）と前記固定部（６）との相対回転方向を検出して、第２の信号（３０）を発生する第２の手段（１６、２２、２６）と、
   前記第１の手段と前記第２の手段とに接続され、前記第１の信号（２８）と前記第２の信号（３０）とに基づいて基準位置に対する前記回転部材の角度位置を判定し、前記回転部材の角度位置の関数として第３の信号（４２）を発生する解析手段（１２）と、
   を含み、
   前記エンジン制御手段（４）は、
   前記センサ（２）の解析手段（１２）に接続されるとともに、当該エンジン制御手段（４）が電力を供給されていない静止状態と、点火プラグ（５０）又は燃料噴射器（５２）のような内燃機関の動作部材を前記第３の信号の関数として作動させる活性動作状態とを有し、
   前記センサ（２）は、
   前記エンジン制御手段（４）が静止状態にあるときを含めて恒常的に電力（３４）が供給されるとともに、
   前記第１の手段と前記第２の手段とが電力を供給される活動フェーズと、前記第１の手段（１６、１８、２０、２６）と前記第２の手段（１６、２２、２６）とが電力を供給されていない非活動フェーズとを、連続してかつ一定の時間間隔（Ｔ）で含む経済動作モード（３８）と、
   前記第１の手段と前記第２の手段とが継続的に電力を供給される通常動作モード（４０）と、を有し、
   前記内燃機関の作動時には前記センサ（２）は通常動作モードになり、
   前記内燃機関の停止時には、前記解析手段（１２）は前記センサ（２）を経済動作モードにし、
   前記経済動作モード時に前記センサ（２）により前記内燃機関の前記回転部材の移動が検出されると、前記解析手段（１２）は前記センサ（２）を通常動作モードにすることを特徴とする装置。
2. 前記センサ（２）が経済動作モードにあるときに、前記非活動フェーズの継続時間（Ｔ）が、前記活動フェーズの継続時間（ｔ）よりも少なくとも１０倍長いことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記活動フェーズの継続時間（ｔ）と後続の非活動フェーズの継続時間（Ｔ）が、１秒よりも少ないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記センサ（２）が経済動作モード（３８）にあるときに、前記エンジン制御手段（４）が電力を供給されないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記解析手段（１２）が、前記エンジン制御手段（４）によって発せられた第４の信号を受信するまでは前記第３の信号（４２）を発生しないことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記第１の信号（２８）に実質的に対応する信号（５４）を前記解析手段（１２）が前記エンジン制御手段（４）に付加的に送信することを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記第１の信号が少なくとも２つのレベルを含み、
   前記センサが、前記第２の手段によって検出された回転方向に従って前記第１の信号のレベルの各変化においてインクリメントによって増加又は減少されるカウンタをさらに含み、
   前記カウンタが、前記第１の手段（１６、１８、２０、２６）による前記回転部材の基準位置（２４）の検出後に、所定の値にリセットされることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記内燃機関がクランクシャフトを含み、
   前記回転部材が前記内燃機関のクランクシャフトによって構成され、
   前記カウンタが、前記第１の手段（１６、１８、２０、２６）による前記クランクシャフトの基準位置（２４）の検出後に２回のうち１回だけ所定の値にリセットされることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記内燃機関がクランクシャフトとカムシャフトを含み、
   前記回転部材が前記内燃機関のクランクシャフトによって構成され、
   該装置が、前記カムシャフト上に設置されかつ二値信号（１６２）を発生する角度位置センサ（１５６）をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。

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