JPH1037792A - 内燃機関のタイミングを定める装置及び方法 - Google Patents

内燃機関のタイミングを定める装置及び方法

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JPH1037792A
JPH1037792A JP9090995A JP9099597A JPH1037792A JP H1037792 A JPH1037792 A JP H1037792A JP 9090995 A JP9090995 A JP 9090995A JP 9099597 A JP9099597 A JP 9099597A JP H1037792 A JPH1037792 A JP H1037792A
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JP
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crankshaft
camshaft
pulse train
engine
sensor wheel
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JP9090995A
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Lawrence E Schmidt
イー シュミット ローレンス
Wendell D Stahl
ディー スタール ウェンデル
Paul M Young
エム ヤング ポール
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Caterpillar Inc
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/0097—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating speed signals

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クランクシャフト、カムシャフト、及び各々
が電子制御燃料噴射器を備える複数のシリンダを有する
内燃機関のタイミングを定める装置を提供する。 【解決手段】 クランクシャフトセンサ手段が、エンジ
ンクランクシャフトの回転をモニタし、それに応答して
クランクシャフトパルス列を生成する。また、カムシャ
フトセンサ手段が、エンジンカムシャフトの回転をモニ
タし、それに応答してカムシャフトパルス列を生成す
る。エンジン制御装置が、クランクシャフトパルス列と
カムシャフトパルス列を受け取り、クランクシャフト及
びカムシャフトの回転位置を求め、燃料噴射を開始する
ために、クランクシャフト及びカムシャフトパルス列の
１つに関する噴射信号を生成し、燃料噴射器に送る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般にエンジンタ
イミング用の装置および方法に関し、特に、カムシャフ
トとクランクシャフトの１つの回転を検知してエンジン
タイミングを行う装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】エミッションが最小にされ、エンジンが
ピーク効率で作動するためには、内燃機関のタイミング
は正確に制御されなければならない。圧縮型ディーゼル
エンジンでは、シリンダ内で可動なピストンにより圧縮
された空気の入ったシリンダに燃料を噴射すると同時に
着火が生じる。このようなエンジンの「タイミング」
は、ピストンストロークの端であるシリンダの「上死
点」として知られる位置にピストンが到達する時点に対
する、燃料噴射器が作動して燃料をシリンダに噴射する
時点として定義される。現行のエンジンは、典型的に、
最大パワーで効率的なエンジン作動を提供する電子制御
燃料噴射器を備える。電子制御燃料噴射器を利用するエ
ンジンにおいては、上死点に関するシリンダ内のピスト
ン位置を測定しなければならない。エンジンの作動効率
を最大にするために、これらの測定は正確でなければな
らない。しかしながら、この非常に正確な測定システム
が故障すると、エンジン制御装置全体が停止してしま
う。したがって、エンジン制御システムの突発故障を防
止するために、システムに冗長度を与えるのが望まし
い。
【０００３】本発明は、上述した１つ以上の問題を解決
することを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】本発明の１つの態様で、クランクシャフ
ト、カムシャフト、及び各々が電子制御燃料噴射器を備
える複数のシリンダを有する内燃機関のタイミングを定
める装置が開示される。クランクシャフトセンサは、エ
ンジンクランクシャフトの回転をモニタし、それに応答
してクランクシャフトパルス列を生成する。又、カムシ
ャフトセンサは、エンジンカムシャフトの回転をモニタ
し、それに応答してカムシャフトパルス列を生成する。
エンジン制御装置が、クランクシャフト及びカムシャフ
トパルス列を受け取り、それに応答して各パルスの周期
を求め、クランクシャフト及びカムシャフトの回転位置
を求め、燃料噴射を開始するために、クランクシャフト
及びカムシャフトパルス列の１つに関する噴射信号を燃
料噴射器に送る。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、複数のシリン
ダ１１０を備えた内燃機関１０５が示されている。各シ
リンダは、クランクシャフト１２０に連結されたピスト
ン１１５、カムシャフト１３５に連結された吸気および
排気バルブ１２５、１３０、電子ソレノイド作動型燃料
噴射器１４０を備える。各燃料噴射器は、エンジン制御
装置１４５の一部のソレノイド駆動回路により励磁され
るソレノイドコイルを備える。クランクシャフトセンサ
手段１５０が、エンジンクランクシャフト１２０の回転
をモニタし、それに応答してクランクシャフトパルス列
を生成する。クランクシャフトセンサ手段１５０は、複
数の離間した歯を有する、クランクシャフト１２０に連
結されるクランクシャフトセンサホイール１５５を備え
る。又、クランクシャフトセンサ手段は、クランクシャ
フトセンサホイール１５５に隣接する第１磁気ピックア
ップ装置１６０を備える。クランクシャフトが回転する
と、クランクシャフトセンサホイールの歯が、クランク
シャフト磁気ピックアップ装置を通過する。この第１磁
気ピックアップ装置は、クランクシャフトセンサホイー
ルの通過するそれぞれの歯を検知し、それに応答してク
ランクシャフトパルス列を生成する。クランクシャフト
パルス列の各々のパルスは、クランクシャフトセンサホ
イールの歯を表す。
【０００６】カムシャフトセンサ手段１６０は、クラン
クシャフトセンサ手段１５０と近似しており、エンジン
カムシャフト１３５の回転をモニタし、それに応答して
カムシャフトパルス列を生成する。このカムシャフトセ
ンサ手段１６０は、カムシャフト１３５に連結された複
数の離間する歯を有するカムシャフトセンサホイール１
６５を備える。又、カムシャフトセンサ手段１６０は、
カムシャフトセンサホイール１６５に隣接する第２磁気
ピックアップ装置１７０を備える。カムシャフトが回転
すると、カムシャフトセンサホイールの歯が、第２磁気
ピックアップ装置を通過する。第２磁気ピックアップ装
置が、カムシャフトセンサホイールの通過するそれぞれ
の歯を検知し、それに応答してカムシャフトパルス列を
生成する。カムシャフトパルス列の各々のパルスが、カ
ムシャフトセンサホイールの歯を表す。
【０００７】好ましい具体例においては、クランクシャ
フトセンサホイールとカムシャフトセンサホイールの両
方が、等しく離間する３６個の歯を有する。カムシャフ
トセンサホイールの歯と歯の間隔は、20エンジン度(eng
ine degrees)であるが、一方でクランクシャフトセンサ
ホイールの歯と歯の間隔は、10エンジン度である。又、
カムシャフトセンサホイールは、３６個の歯の回りに所
定のパターンで配置される１つ又は３つの基準歯を付加
的に備え、一方でクランクシャフトセンサホイールは、
３６個の歯の回りの所定の位置に配置される１つ又は３
つの付加的なスロットを備える。スロットは、２つの隣
接する歯の間の間隔として形成される。各センサホイー
ルの所定のパターンは、シリンダ♯１の上死点（ＴＤ
Ｃ）位置に対応する。結果として、所定のパターンの検
出は、特定のシャフト、すなわちクランクシャフト又は
カムシャフトの完全な回転を示す。したがって、それぞ
れのパルス列の各パルスは、特定のシャフトの角度位置
を表し、さらにシャフト速度およびエンジン速度を表
す。
【０００８】所定の分解能が維持されるため、付加的な
歯のパターンが、カムシャフトセンサホイールに好まし
い。しかしながら、付加的な歯のパターンは、速いエン
ジンスピードでのクランクシャフトの速い回転スピード
のために検出不能となるために、完全でない歯のパター
ンがクランクシャフトセンサホイールで用いられる。
（カムシャフトセンサホイールの一回転が、720 エンジ
ン度、すなわち全エンジンサイクルを表し、一方でクラ
ンクシャフトセンサホイールの一回転が、360 度、すな
わち半エンジンサイクルを表す。）しかしながら、クラ
ンクシャフトの歯と歯の間隔が、完全でない歯のパター
ンを伴ったとしても優れた分解能を提供するため、クラ
ンクシャフトセンサホイールの完全でない歯のパターン
は、分解能を大きく損なうものではない。
【０００９】図２を参照すると、本発明に関連するエン
ジン制御部１４５のブロック図が示される。本発明を実
現する具体的な回路構成は、設計選択の問題であり、本
具体例に限定されない。ディジタルロジック回路２０５
が、クランクシャフト及びカムシャフトパルス列を受け
取る。マイクロプロセッサ２１０が、燃料噴射の基準と
してどのパルス列を用いるかを決定し、選択信号をディ
ジタルロジック回路２０５に送る。選択信号に応答し
て、ディジタルロジック回路２０５が、選択されたパル
ス列に等しい周波数を有するクロック信号をプログラマ
ブルタイマ回路２１５に送る。プログラマブルタイマ回
路２１５は、更にクランクシャフト及びカムシャフトパ
ルス列を受け取り、それに応答して各パルスの周期を定
める。周期は、連続パルスの立上り部の間の時間間隔と
して定められる。特にプログラマブルタイマ回路２１５
は、クランクシャフト及びカムシャフトパルス列を受け
取り、クロック信号により与えられるサンプリング速度
で各パルス列の各パルスをサンプリングし、各パルスの
周期を示す測定された周期信号をマイクロプロセッサ２
１０に送る。
【００１０】このマイクロプロセッサ２１０は、各セン
サホイールの位置をたどることによって、クランクシャ
フト及びカムシャフトの回転位置をモニタする。例え
ば、マイクロプロセッサ２１０が、プログラマブルタイ
マ回路２１５からクランクシャフト及びカムシャフトパ
ルス列の各パルスの測定された周期を受け取り、受け取
った各パルスをカウントする。このように、マイクロプ
ロセッサが、各センサホイールの回転位置と、クランク
シャフト及びカムシャフトの回転位置を観測する。クラ
ンクシャフト又はカムシャフトのいずれかの位置に基づ
いて、マイクロプロセッサが、噴射要求信号をプログラ
マブルタイマ回路２１５に送る。それに応答して、燃料
噴射をそれぞれのシリンダで開始するために、プログラ
マブルタイマ回路が、噴射信号を適切な噴射器に送る。
【００１１】本発明は、少なくとも２つの特徴を提供す
る。１つは、高い分解能であり、もう１つは、冗長度で
ある。例えば、クランクシャフトセンサホイール１５５
の歯と歯の間隔が高度な分解能を提供するため、クラン
クシャフトセンサ手段１５０により提供される情報は非
常に正確である。したがって、クランクシャフトセンサ
ホイールにより提供される情報は、可能であればいつで
も用いられる。しかしながら、クランクシャフトセンサ
手段が故障したり、クランクシャフトセンサホイールに
より与えられた情報を損なう別の問題が生じた場合に
は、カムシャフトセンサ手段１６０が、燃料噴射を制御
するために適宜用いられる。図３を参照すると、燃料噴
射を制御するために、どのパルス列を選択するかを定め
るマイクロプロセッサ２１０に関連したプログラム制御
が示される。プログラム制御は、ブロック３０５で始ま
り、ブロック３１０に進み、エンジンスピードを判定す
ることによってエンジンが現在始動しているかどうかを
判断する。エンジンが現在始動していなければ、制御は
ブロック３１５に移り、エンジンスピードを判定するこ
とによってエンジンが現在駆動しているかどうかを判断
する。エンジンが現在駆動していれば、制御は、ブロッ
ク３２０でクランクシャフトパルス列の信頼性が高いか
どうかを判断する。この制御が、種々の方法のうちの１
つを用いてパルス列の信頼性を判定することができる。
これらの方法には、各パルスの測定された周期信号が適
切な期間を有するかどうかを判定する方法、プログラマ
ブルタイマ回路２１５により受け取られたクランクシャ
フトパルスの数をカウントし、クランクシャフトパルス
の数がクランクシャフトセンサホイールの歯数に対応す
るかどうかを判定する方法、プログラマブルタイマ回路
２１５により受け取られたクランクシャフトパルスの数
をカウントし、各パルスの期間を計算し、クランクシャ
フトパルスが、付加的スロットの所定の位置に正確に対
応するかどうかを判定する方法などが含まれる。クラン
クシャフトパルス列の信頼性が高いことが判断される前
に、クランクシャフトが、少なくとも１回は回転しなけ
ればならないことに気付かれたい。
【００１２】クランクシャフトパルス列が信頼できると
判断された場合には、制御がブロック３２５に進み、ク
ランクシャフトパルス列が高度な正確性のために選択さ
れる。しかしながら、クランクシャフトパルス列が信頼
できないと判断された場合や、エンジンが始動している
と判定された場合には、このプログラム制御がブロック
３３０に進み、制御が、（上述した方法と同様の方法を
用いることによって）カムシャフトパルス列が信頼でき
るかどうかを判定する。カムシャフトパルス列の信頼性
が高いことが判定された場合には、カムシャフトパルス
列が選択される。カムシャフトパルス列が信頼できると
判定される前に、カムシャフトが、少なくとも１回は回
転することに気付かれたい。しかしながら、カムシャフ
トパルス列が信頼できないと判定された場合には、ブロ
ック３２５でクランクシャフトパルス列が選択される。
【００１３】従って、エンジンが始動するとき、カムシ
ャフトパルス列が、燃料噴射のための基準として選択さ
れる。一度エンジンが駆動すると、より優れた分解能を
提供するのであれば、クランクシャフトパルス列が選択
される。クランクシャフトパルス列が信頼できないと判
定されない限り、クランクシャフトパルス列が用いられ
る。十分な分解能を提供するのであれば、カムシャフト
パルス列が用いられる。エンジンが現在始動している状
況で、カムシャフトパルス列が信頼できないことが示さ
れたとき、プログラム制御は、クランクシャフトパルス
列が、燃焼行程の始まり又は吸気行程の始まりを直接に
示さないという事実のために、修正処置をとらなければ
ならない。言い換えると、クランクシャフトパルス列の
１回転が、360 エンジン度、すなわち半エンジンサイク
ルしか表さないために、プログラム制御が、クランクシ
ャフトパルス列がどのシリンダのＴＤＣの燃焼に関係し
ているのかが分からない。したがって、エンジンが最初
に始動されるとき、プログラム制御が、どのエンジンサ
イクルの半分が検出されているかを判断するために、半
分のシリンダに、４サイクルモードではなく、２サイク
ルモードで作動又は発火することを要求する。プログラ
ム制御は、各噴射要求中にクランクシャフトパルス列を
用いてエンジン速度を定め、各噴射要求に対応するエン
ジン加速度を計算し、どの半エンジンサイクルが検出さ
れているかを定める。例えば、この制御が、噴射要求が
エンジンを減速させたことを判定すると、対応する噴射
要求は、そのシリンダ内で燃焼を生じさせない。代わり
に、この制御が、噴射要求がエンジンを加速させたこと
を判定すると、対応する噴射要求が、そのシリンダ内で
燃焼を生じさせる。プログラム制御が、（６気筒エンジ
ンの）３つの連続するシリンダが発火していること、又
その代わりとして、３つの連続するシリンダが発火して
いないことを判定すると、プログラム制御が、どの半エ
ンジンサイクルが生じたか、又は検出されているかを
「認識する」。その後、プログラム制御が、クランクシ
ャフトパルス列が、どのシリンダのＴＤＣでの燃焼を表
しているかを判断したため、エンジンシリンダは、適切
に４サイクルモードで作動される。
【００１４】本発明は、上述した好適な具体例に関連し
て特に示され、説明されてきたが、様々な付加的な具体
例が、当業者により、本発明の精神および範囲を逸脱す
ることなく考えられることを理解されたい。電子制御エ
ンジンの出現にともなって、非常に正確なタイミング情
報を提供する必要性が増してきた。本発明は、クランク
シャフトの回転を精密にモニタし、正確なタイミング情
報を提供する。しかしながら、クランクシャフトセンサ
手段に故障が生じた場合でも、本発明は、カムシャフト
の回転に関するタイミング情報を提供することによっ
て、エンジンを動作状態に維持することができる。本発
明の別の態様、目的および利点が、特許請求の範囲、発
明の詳細な説明および図面から得ることができよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体例の内燃機関を表したブロック図
である。
【図２】本発明の具体例の電子回路のブロック図であ
る。
【図３】本発明の具体例のプログラム制御を表したフロ
ーチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウェンデル ディー スタール アメリカ合衆国 イリノイ州 61421 ブ ラッドフォード サウス ピオーリア ス トリート 117 (72)発明者 ポール エム ヤング アメリカ合衆国 イリノイ州 61603 ピ オーリア ノース ミズーリー アベニュ ー 3425

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 クランクシャフト、カムシャフト及び各
    々が電子制御燃料噴射器を備えた複数のシリンダを有す
    る内燃機関のタイミングを定める装置であって、 エンジンクランクシャフトの回転をモニタして、クラン
    クシャフトパルス列を生成するクランクシャフトセンサ
    手段と、 エンジンカムシャフトの回転をモニタして、カムシャフ
    トパルス列を生成するカムシャフトセンサ手段と、 クランクシャフトパルス列とカムシャフトパルス列を受
    け取り、それに応答して各パルスの周期を求め、クラン
    クシャフトとカムシャフトの回転位置を求め、燃料噴射
    を開始するために、クランクシャフトパルス列とカムシ
    ャフトパルス列の１つに関する噴射信号を生成し燃料噴
    射器に送るエンジン制御手段とを備える装置。
  2. 【請求項２】 前記クランクシャフトセンサ手段が、 クランクシャフトに連結される、複数の離間した歯を有
    したクランクシャフトセンサホイールと、 クランクシャフトセンサホイールに隣接する第１磁気ピ
    ックアップ装置とを備え、 前記第１磁気ピックアップ装置が、クランクシャフトセ
    ンサホイールの通過する各々の歯を検知し、それに応答
    して、各パルスがクランクシャフトセンサホイールの歯
    を表すクランクシャフトパルス列を生成することを特徴
    とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記カムシャフトセンサ手段が、 カムシャフトに連結される、複数の離間した歯を有した
    カムシャフトセンサホイールと、 カムシャフトセンサホイールに隣接する第２磁気ピック
    アップ装置とを備え、 前記第２ピックアップ装置が、カムシャフトセンサホイ
    ールの通過する各々の歯を検知し、それに応答して、各
    パルスがカムシャフトセンサホイールの歯を表すカムシ
    ャフトパルス列を生成することを特徴とする請求項２に
    記載の装置。
  4. 【請求項４】 クランクシャフトパルス列とカムシャフ
    トパルス列を受け取るディジタルロジック回路と、 燃料噴射の基準としてクランクシャフトパルス列とカム
    シャフトパルス列のいずれを用いるかを定め、ディジタ
    ルロジック回路に選択信号を送るマイクロプロセッサと
    を備え、 該ディジタルロジック回路が、選択されたパルス列に等
    しい周波数を有するクロック信号を生成し、 更に、クランクシャフトパルス列及びカムシャフトパル
    ス列とクロック信号を受け取り、クロック信号により与
    えられるサンプリング速度で各パルス列の各パルスをサ
    ンプリングし、各パルスの周期を示す測定された周期信
    号を生成するプログラマブルタイマ回路を備えることを
    特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 マイクロプロセッサが、プログラマブル
    タイマ回路からクランクシャフトパルス列及びカムシャ
    フトパルス列の各パルスの測定された周期を受け取り、
    受け取った各パルスをカウントし、クランクシャフトセ
    ンサホイール及びカムシャフトセンサホイールの回転位
    置を求め、噴射要求信号をプログラマブルタイマ回路に
    送り、 プログラマブルタイマ回路が、燃料噴射をそれぞれのシ
    リンダ内で開始するために、噴射信号を適切な噴射器に
    送ることを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 クランクシャフトセンサホイール及びカ
    ムシャフトセンサホイールの各々が、３６個の等しく離
    間した歯を有し、カムシャフトセンサホイールの歯と歯
    の間隔が２０エンジン度で、クランクシャフトセンサホ
    イールの歯と歯の間隔が１０エンジン度であって、 カムシャフトセンサホイールが、３６個の歯の回りに所
    定のパターンの３つの基準歯を付加的に備え、クランク
    シャフトセンサホイールが、３６個の歯の回りの所定位
    置に３つの付加的なスロットを備えることを特徴とする
    請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 クランクシャフト、カムシャフト、及び
    各々が電子制御燃料噴射器を備えた複数のシリンダを有
    する内燃機関のタイミングを定める方法であって、 エンジンクランクシャフトの回転をモニタし、クランク
    シャフトパルス列を生成し、 エンジンカムシャフトの回転をモニタし、カムシャフト
    パルス列を生成し、 クランクシャフトパルス列とカムシャフトパルス列を受
    け取り、それに応答して各パルスの周期を求め、クラン
    クシャフトとカムシャフトの回転位置を求め、燃料噴射
    を開始するために、クランクシャフトパルス列とカムシ
    ャフトパルス列の１つに関する噴射信号を生成し燃料噴
    射器に送るステップを有する方法。
  8. 【請求項８】 クランクシャフトパルス列とカムシャフ
    トパルス列の１つに対応するエンジン速度を求め、 燃料噴射を開始する時期を定める基準としてカムシャフ
    トパルス列を選択し、 次いで、燃料噴射を開始する時期を定める基準としてク
    ランクシャフトパルス列を選択するステップを有するこ
    とを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 カムシャフトパルス列を選択するステッ
    プが、 カムシャフトパルス列が、信頼性の高い情報であるかど
    うかを判断し、 カムシャフトパルス列が信頼できないときには、クラン
    クシャフトパルス列を選択するステップを有することを
    特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 クランクシャフトパルス列を選択する
    ステップが、 クランクシャフトパルス列が、信頼性の高い情報である
    かどうかを判断し、 クランクシャフトパルス列が信頼できないときには、カ
    ムシャフトパルス列を選択するステップを有することを
    特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 エンジン始動時に、カムシャフトパル
    ス列が信頼できないことに応答して、クランクシャフト
    パルス列を選択するステップが、 どの半エンジンサイクルが、該クランクシャフトパルス
    列によって表されているかを判断するステップを有する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 どの半エンジンサイクルがクランクシ
    ャフトパルス列によって表されているかを判断するステ
    ップが、 シリンダの半分を、２サイクルモードで作動させること
    を要求し、 各噴射要求中にクランクシャフトパルス列を用いてエン
    ジン速度を求め、各噴射要求に対応するエンジン加速度
    を計算し、クランクシャフトパルス列が、どの半分のエ
    ンジンシリンダの動作を表しているかを判断し、 全てのエンジンシリンダを４サイクルモードで動作させ
    ることを要求するステップを有することを特徴とする請
    求項１１に記載の方法。
JP9090995A 1996-04-10 1997-04-09 内燃機関のタイミングを定める装置及び方法 Pending JPH1037792A (ja)

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US08/630806 1996-04-10
US08/630,806 US5860406A (en) 1996-04-10 1996-04-10 Engine timing apparatus and method of operating same

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