JPH0540004A - 内燃機関用高分解能センサ装置及びそれの製法 - Google Patents

内燃機関用高分解能センサ装置及びそれの製法

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JPH0540004A JP3024998A JP2499891A JPH0540004A JP H0540004 A JPH0540004 A JP H0540004A JP 3024998 A JP3024998 A JP 3024998A JP 2499891 A JP2499891 A JP 2499891A JP H0540004 A JPH0540004 A JP H0540004A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の装置よりすぐれた点火及び燃料注入の
時期を正確に制御でき、構造が小形で簡単な点火時期を
検出できる高分解能磁気センサを有する内燃機関の点火
時調整制御装置を提供することである。 【構成】 対称及び非対称磁気符号器がエンジンと同期
的に回転するように支持板に取付けられている。ホール
効果センサが符号器の磁界を監視し、信号を電子エンジ
ン制御装置へ送る。点火及び燃料注入時期は磁気符号器
の位置から導出される。符号器は、各磁極の寸法、強さ
及び設置位置を確立する取付具上で磁化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的にいえば点火火花
調時制御装置に関するものであり、さらに具体的にいえ
ば点火をエンジンの軸位置に調時する磁気的検知能力を
有する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在製作される事実上すべての内燃機関
は点火時期を監視して調整する電子制御装置を備えてい
る。以前は種々の機械的連結機構を介して制御された機
能が電子制御装置において制御されることが多くなって
いる。この制御構成の場合、エンジン火花と燃料注入機
能の各シリンダの弁との調時を精密に制御できる。この
精密さはエンジンの変動する動作条件に対する効率と応
答性を大きくする。
【０００３】現在用いられている配電器のセンサが普通
は点火されるべきパークプラグごとに１パルス、すなわ
ち一つの立ち上がり縁、を生ずる。多くの現在用いられ
ている配電器は燃料注入装置を制御するのに必要な情報
を与えない。さらに、そのような装置は電子制御装置に
どのスパークプラグが点火されているかを示す情報を与
えない。このような装置においては、電子制御装置は弁
及び燃料注入器の動作時期に対する火花の進みをセンサ
信号間のエンジン速度を評価して一つのセンサ信号を受
けたのちにある計算した時間の間火花を遅らせることに
よって制御する。 岡田ほかの米国特許第４，７４２，
８１１号は軸に取付けられた磁石の軸方向に隣接した三
つのコラムを用いた点火調時制御装置を開示している。
各磁石コラムは軸の回転の種々の角度において信号を発
生するホールセンサに対して回転する。磁石の第１の列
は、コラムの回りに対称に間隔をあけて配置されてい
る。第２の列は非対称に間隔をあけて配置され、一方、
第３列は対称に間隔を明けて配置されているが、パルス
の端における非常に小さな磁極反転によって他のパルス
から区別される一つのパルスを持っている。これらの三
つの信号を電子装置を介して処理することによって装置
の適当な働きに必要な弁別能力を与える。
【０００４】岡田の特許における次々に重ねた磁気コラ
ムの配置は説明した集合体に対してかなりの最低高さを
必要とする。さらに、第１のコラムにおける２４個の対
称極は、各極がコラムの周囲に１５゜の角度を張ってい
ることを示している。このやや大きいパルス対角度等価
性は装置の機能の精度を制限するように働く。この不正
確さは磁極の数を少なくするのではなく、三つの磁化さ
れたコラムを用いることによって克服されている。
【０００５】レーメン（Lemen)の米国特許第３，３７
３，７２９号は周辺の周りに複数の等間隔に配置した磁
石を有する円板を用いる内燃機関用の電子点火装置を開
示している。この円板は円板周辺で軸方向に反対向きの
二つの磁石を両側に有する長溝を形成するように軸に垂
直に切り込まれている。長溝の中に置かれたホールセン
サが円板の回転するときに受ける変動磁界に従ってトリ
ガ信号を発生する。この装置は、本質的には、標準の機
械的に調時される点火装置の配電器に見出されるブレー
カ点を置換える働きをする。したがって、本発明は、機
械的接点及びそれらの欠点をなくすが、点火及び燃料注
入時調整の正確さをよくしない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述のことは現在の装
置及び方法に存在すると知られている限界を示してい
る。したがって、前述の限界の一つ以上を克服するため
に向けられた代替案を提供するのが都合が良いことが明
らかである。したがって、あとでさらに詳しく説明する
特徴を含む適当な代替案が提供される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの面におい
て、これはエンジンと同期運動をするように適当に取付
けられた第１及び第２の磁気符号化リングと、第１及び
第２の磁気符号化手段の運動経路に近く置かれた第１及
び第２の信号ピックアップ手段を備えた内燃機関用高分
解能センサ装置を提供することによって達成される。本
発明の磁気符号器は、平らな蛇行経路で支持体の上に置
かれた電線を有し、さらに形成された各磁極の大きさ、
強さ及び場所を変えるために導体ループの中に置かれた
磁界変更子をさらに有する磁化取付け具の上に作られ
る。
【０００８】
【実施例】前述及びその他の面は添付図面の図に関連し
て考えるとき、本発明の以下の詳細な説明から明らかに
なるであろう。しかし、図面の図は、発明を限定するも
のとして意図されておらず、例示のためだけのものであ
ることが明かに理解されるべである。
【０００９】図１において、本発明の１実施例の部分的
に断面図になった部分立面図が示されている。高分解能
検知装置は、既存の自動車配電器ベースに取付けるよう
に設計されるのが好ましいが、エンジンのクランクシャ
フト又はカムシャフトと同期して駆動できるエンジン上
又はエンジン内の任意の場所に同様に取付けることがで
きる。
【００１０】この実施例においては、センサケース３０
が取付けられている固定配電器ベース２を貫通して突き
出ており、センサ装置の回転部材を駆動する働きをする
配電器軸１が見られる。高分解能磁気符号器リング１０
を低分解能磁気符号器リング１５が軸受／スペーサ３５
に載っている支持板２０に取付けられている。符号器リ
ング１０及び１５は支持板２０と駆動ばね４０との中に
ある穴を通って突き出ている突出スタッド２２を有す
る。磁石保持リング２１を用いて支持板に取付けられて
いる。磁石保持リング２１のスタッド２２は逆さまにす
るか、ねじを切るか又はほかの方法で組立体をつかまえ
るために固定される。
【００１１】高分解能センサ１１及び低分解能センサ１
６はそれぞれ高分解能磁気符号器リング１０及び低分解
能磁気符号器リング１５と一直線に並ぶように適当な半
径方向位置に取付けられる。これらのセンサは運動の速
さに関係なく適当な出力を与えるホール効果変換器であ
る。これらのセンサに発生される信号はエンジンの電子
制御装置へ伝えられる。
【００１２】上側駆動ハブ４１がハブを回転駆動する配
電器軸に結合されている。駆動ばね４０が上側駆動ハブ
４１から支持板２０へ伸びて２枚の板の間の駆動接続を
行う。駆動ばね４０はそれが上側駆動ハブ４１と支持板
２０との間に相対的回転を全く生ずることなく配電器軸
１の小さな垂直変位に適応するように設計されている。
この特徴は、こうしないと配電器軸１の垂直運動によっ
て誘起される可能性のあるタイミングの変化を避けるた
めに必要である。
【００１３】覆い５１がセンサ装置を損傷又は汚染から
守るために設けられている。任意選択のシール５２が覆
い５１と配電器軸１との間及びセンサケース３０と配電
器軸１との間の界面のために設けられている。これらの
シールは０リング又は他の適当な密封道具であってもよ
い。覆い５１はケース３０の上に乗せられて接着又は他
の適当な密封手段で固着される。ケース３０の下側はセ
ンサ装置の印刷配線盤及び他の電子部品を保護する注型
可能な包封剤５０で満たされる。
【００１４】高分解能センサ１１と低分解能センサ１６
は図２の平面図に略図で示されている。ここで、高分解
能センサが二つのホール効果変換器とそれらに関連の電
子回路から成っていることがわかる。これは高分解能磁
気符号器リング１０における各磁極反転に応じてセンサ
に発生される信号の数を２倍にすることによって高分解
能を与える。一つだけのホール効果変換器は低分解能セ
ンサ１６に用いられている。
【００１５】図３は高分解能磁気符号器リング１０と低
分解能磁気符号器リング１５を表す略平面図を示してい
る。高分解能符号器リング１０は多数の磁極を持ってい
る。好適実施例において、このリングは３６０極を持つ
ことになるが、それはエンジン設計の要求次第でより多
くてもより少なくてもよい。低分解能磁気符号器リング
１５は１例として４シリンダエンジンに対して１６極持
っているものとして示されている。四つの尖った北極
と、八つの中間南極と四つの非常に弱く非常に広がった
北極とがある。各シリンダごとに四つの尖った北極は、
どのシリンダが火花または燃料を要求しているかを示す
ために用いられる。これは異なる角度範囲の磁極を与え
ることによって行われる。例えば、適用されるそれぞれ
のシリンダを表す１度、２度、３度の極を持つことが可
能である。従って、４シリンダエンジンにおいて、３゜
の磁石は３番目のシリンダに相当するであろう。すべて
のタイミングは、磁気パルスの立ち上がり縁において行
われることに注意されたい。磁石保持リング２１は図４
及び図５に示されている。これらから磁石保持リング２
１は形が環状でＴ字形断面を持っていることがわかる。
なお、磁石保持リング２１は、磁石保持リングと磁石を
スラスト座金板又は支持板２０に固着するのに用いられ
る複数の突出したスタッド２２を備えている。採用した
磁石取付方式に従って磁石保持リングはまたＬ字形断面
で作ってもよい。
【００１６】突出スタッド２２は二つの磁気符号器リン
グ１０と１５の間のギャップを通って支持板２０を通り
駆動ばね４０を通って突き出ている。駆動ばね４０は配
電器軸１に接続された上側駆動板４１と支持板２０との
間の回転駆動力を伝える。それはまた支持板２０と軸受
／スペーサ３５との間の接触をしっかりと保つ。
【００１７】図６は上側駆動ハブ４１、駆動ばね４０、
下側駆動板４２及び突出スタッド22の略平面図を示して
いる。駆動ばね４０はここでは３本の脚を持っていると
して示されているが、それは設計の必要条件に従ってよ
り多く又はより少ない脚を持ったものとして同様に示す
ことができるであろう。
【００１８】図７及び図８は低分解能磁気符号器リング
を非対称に磁化するのに用いられる取付具９０の断面の
平面図及び立面図である。取付具９０は取付具の表面に
沿った平らな曲がりくねった模様になっている電線９８
が載せられる鋼台板８９から成っている。電線９８の中
の個々のループの寸法はそのループにおいて望まれる磁
極の寸法によって決められる。この取付具の上の品物を
磁化するとき、品物は取付具の上に平らに置かれるであ
ろう。非常に大きな電流値のパルスが電線９８を通過す
るとき、磁極が鋼台板８９の中及び取付具の上に置かれ
た磁性材料の中に作られる。アルミニウム又はプラスチ
ックの磁界変更子９６は二つの目的を果たす。第１は、
磁界変更子９６が電線９８の中のループのためのスペー
サとして作用し、第２は、アルミニウムならば、それは
電線９８のループの中の領域を越えて磁化される工作物
の中に作られる北極の強さをわずかに小さくするのに役
立つ。鋼磁界変更子９４は変更子の上方の工作物に誘起
される磁極の強さを強める働きをし、一方、アルミニウ
ム磁界変更子９２は磁極の強さを弱め、鋼磁界変更子９
４の上方の磁極の引き絞り又は尖鋭化を生ずるように働
く。
【００１９】鋼磁界変更子がそれからの上方に形成され
た磁極の磁界強さを強めること、空気又はプラスチック
が本質的には中性であり、磁界を強めも弱めもせず、一
方アルミニウムが本質的には磁界を排斥する働き又は増
強又は中立変更子に隣接した領域においてさらに磁界が
集中するように磁界を歪ませる働きをする。したがって
磁化電流パルスの電流値及び持続時間の適当な選択によ
って、電線９８の中のループの寸法、磁界変更子９２、
９４及び９６の寸法と配置及び材料の選択並びに磁界変
更子の配置の順序を適当に選択することによって、磁化
される工作物上の磁極の寸法、強さ及び場所を非常に正
確に制御できる。
【００２０】図９は、図７及び図８の非対称磁化取付具
によって作られた磁極配列の図解表示である。強い北極
１０６は、図７及び図８に示された取付具セグメントの
中心に作られる。いくらか弱くて鋭い南極１０４は、鋼
磁界変更子９４の配置に対応し、南極１０４の弱い北極
１００への境界１０２がアルミニウム磁界変更子９２の
ほぼ上方に生じる。磁極のうちのどれか一つからの磁束
はその極の磁界強さに比例する。磁化されたリングにお
いて、すべての北極からの総磁束はすべての南極からの
又はすべての南極の中に入る総磁束に等しくなければな
らない。したがって、図９に示された曲線において磁界
強さは垂直軸によって表わされ、磁束は水平軸の上方又
は下方の曲線の面積に比例する。円形磁気リングの上の
すべての磁極がこのような図において表されるならば、
すべて北極の下の総面積はすべての南極を覆う総面積に
等しくなるであろう。
【００２１】図１０は、低分解能磁気符号器リング１５
の１回転から生ずるアナログ信号１２０とデジタル信号
１３０の図解表示を示す。アナログ図形１２０はホール
センサの生の出力を表わしている。デジタル図形１３０
はセンサ回路内で信号の調整後の同じ出力を表す。これ
らの図形は適当な信号が火花信号を受けることができる
ようにする識別を与える非対称を表わしている。この場
合に、すべての他のパルスが２゜の角度を張っている。
パルス１２２及び１２６は各々２゜のパルスであり、パ
ルス１２４及び１２８はそれぞれ７゜及び１２゜のパル
スである。アナログすなわち無調整信号は全磁気符号器
リングに対する１６極又は８極の合計を示している。デ
ジタル図形１３０はこれらの１６極によって発生した４
パルスだけを示している。これは広がった北極１１５の
磁界強さより大きい値を持つ正、すなわち北極の磁界強
さを認識するためだけに設計されている信号調整によっ
て行われる。したがって、デジタル図形１３０は四つの
強い北極１２２、１２４、１２６及び１２８を認識する
だけである。したがって、四つのパルスだけが低分解能
符号器リング１５の１回転ごとに電子制御装置で低分解
能センサ回路によって送られる。調時機能は各パルスの
立ち上がりから制御され、一方、識別機能は各パルスの
角度巾によって決められる。
【００２２】もちろん、高分解能磁気符号器リング１０
は低分解能磁気符号器リング１５と一緒に同期して回転
している。高分解能符号器リング１０は３６０極持って
おり、符号器リング１０はそれに関連した二つの高分解
能磁界センサ１１を備えているので、高分解能符号器リ
ング１０の１回転ごとに７２０パルスが発生される。こ
れは内挿なしに０．５゜の分解能を与え内挿するよりも
厳密な分解能でさえある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 センサ装置の部分的に断面の部分立面図であ
る。
【図２】 磁界センサの略平面図である。
【図３】 二つの磁気符号器の略平面図である。
【図４】 磁石保持装置の略平面図である。
【図５】 図４の線５−５から見た磁石保持器の断面図
である。
【図６】 上側駆動ハブ支持板及び駆動ばねの上から見
た略平面図である。
【図７】 南−北−南サイクルのための単一磁化ループ
を示す磁化取付具の拡大部分平面図である。
【図８】 図７に示されたものと同じ磁化取付具セグメ
ントの立面図を示している。
【図９】 図７及び図８の磁化取付具によって発生した
非対称磁化を示す。
【図１０】 非対称磁化符号器からの磁界センサによっ
て検出されたアナログ及びデジタル信号の表示を示す。
【符号の説明】
１０ 高分解能磁気符号器リング １１ 高分解能磁気センサ １５ 低分解能磁気符号器リング １６ 低分解能磁気センサ ２０ 支持板 ２１ 磁石保持リング ２２ 突出スタッド ３０ ケース ４０ 駆動ばね ９０ 取付具 ９４ 鋼磁界変更子 ９６ アルミニウム又はプラスチック磁界変更子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｐ 7/07 8923−3Ｇ Ｇ０１Ｄ 5/245 Ｂ 7269−2Ｆ Ｇ０１Ｐ 3/487 Ｂ 9010−2Ｆ

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 均一に分布され均一な寸法に作られた磁
    極の配列を有する第１の環状磁気符号器リングと、非均
    一に間隔をあけた磁極の配列を有し、それによって隣接
    磁極の強さが均一でない第２の環状磁気符号器リング
    と、前記第１及び第２の環状磁気符号器リングのための
    少なくとも一つの回転可能な支持体と、前記第１の環状
    磁気符号器リングの回転経路の近くに置かれた少くとも
    一つの第１の磁界センサと、前記第２の環状磁気符号器
    リングの回転経路の近くに置かれた第２の磁界センサと
    を備えることを特徴とする内燃機関用センサ装置。
  2. 【請求項２】 前記回転可能な支持体が環状スラスト軸
    受軌道輪板を備えることをさらに特徴とする請求項１に
    記載のセンサ装置。
  3. 【請求項３】 前記回転可能な支持体が駆動軸によって
    駆動されることをさらに特徴とする請求項１に記載のセ
    ンサ装置。
  4. 【請求項４】 前記第１及び第２の環状磁気符号器リン
    グが軸方向の面に前記符号器リングを圧迫するための平
    らな領域を有する環状リングと、前記環状リングの平ら
    な領域から前記符号器リングの軸方向厚さに比例した距
    離突き出ている軸方向に伸びる環状フインと、前記軸方
    向に伸びる環状フインの軸方向面から回転可能な支持体
    に取付けるために突き出ている少なくとも１本の軸方向
    に突出したスタッドとを備えることを特徴とする取付具
    によって前記回転可能な支持体へ固定されていることを
    さらに特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
  5. 【請求項５】 前記第１及び第２の磁界センサが少くと
    も一つのケース部材に取付け付けられていることをさら
    に特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
  6. 【請求項６】 前記第１及び第２の磁界センサがホール
    効果装置を適当な電気回路と共に備えていることをさら
    に特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
  7. 【請求項７】 前記回転可能な支持体が載っている軸受
    要素を備えることをさらに特徴とする請求項１に記載の
    センサ装置。
  8. 【請求項８】 前記回転可能な支持体と前記軸受要素と
    の間に堅固な接触を保つばね手段を備えることを特徴と
    する請求項６に記載のセンサ装置。
  9. 【請求項９】 前記第２の環状磁気符号器リングの同じ
    極性の磁極の強さが不均一であることをさらに特徴とす
    る請求項１に記載のセンサ装置。
  10. 【請求項１０】 前記第２の環状磁気符号器リングの不
    均一磁極の幾つかの強さが前記第２の磁界センサによっ
    て検出できる最小強さより小さいことをさらに特徴とす
    る請求項１に記載のセンサ装置。
  11. 【請求項１１】 第１の磁界センサの数が２であり、前
    記二つのセンサが極間隔の検出の分解能が２倍になるよ
    うに置かれていることをさらに特徴とする請求項１に記
    載のセンサ装置。
  12. 【請求項１２】 支持体と、前記支持体の上の平らな蛇
    行経路に配置された電線と、発生される磁極の強さを変
    えるために電線の蛇行ループ間の前記支持体の領域に置
    かれる磁界変更子とを備えることを特徴とする磁極を磁
    気材料に形成する取付具。
  13. 【請求項１３】 前記磁界変更子が所望の磁界の強さに
    従って空気、プラスチック、アルミニウム及び鋼から成
    る群から選択された材料で形成されることをさらに特徴
    とする請求項１２に記載の取付具。
  14. 【請求項１４】 発生した各磁極の寸法及び磁界強さが
    各磁界変更子ごとに選択された材料、電線内の磁界ルー
    プの寸法、磁界変更子の寸法と配置、及び磁化電流パル
    スの電流値及び持続時間によって制御されることをさら
    に特徴とする請求項１３に記載の取付具。
  15. 【請求項１５】 磁極の間隔が不均一で隣接磁極の強さ
    が不均一な磁極の配列を有する磁気符号器リングと磁気
    符号器リングに近くに置かれた磁界センサとを備えるこ
    とを特徴とする磁気センサ装置。
  16. 【請求項１６】 同じ極性の磁極の強さが不均一である
    ことをさらに特徴とする請求項１５に記載の磁気センサ
    装置。
  17. 【請求項１７】 前記磁気符号器リングの不均一磁極の
    幾つかの強さが前記磁界センサによって検出できる最小
    の強さより小さいことをさらに特徴とする請求項１５に
    記載の磁気センサ装置。
  18. 【請求項１８】 前記磁界センサが適当な電気回路と一
    緒のホール効果装置であることをさらに特徴とする請求
    項１５に記載の磁気センサ装置。
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