回転角度検出装置及び内燃機関の運転制御装置
【課題】 回転体の機械的誤差による影響を低減可能な回転角度検出装置及び内燃機関の運転制御装置を提供する。
【解決手段】 本発明の回転角度検出装置２０は、内燃機関１のクランクシャフト８に取り付けられ、かつ複数の歯部２１ａが回転方向Ｄに沿って設けられた回転体２１と、各歯部２１ａの前側エッジＥｆ及び後側エッジＥｂのそれぞれを検出可能な電磁ピックアップ２２及び波形整形器２３と、を備え、検出された前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方を基準にしてクランクシャフト８の回転角度を検出する。そして、隣接する歯部２１ａ間の角度で、前側エッジＥｆを基準とした角度θｆと、後側エッジＥｂを基準とした角度θｂとを算出し、これらの誤差Δθｆ，Δθｂを比較して、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方を回転角度の検出の基準として設定する。
【解決手段】 本発明の回転角度検出装置２０は、内燃機関１のクランクシャフト８に取り付けられ、かつ複数の歯部２１ａが回転方向Ｄに沿って設けられた回転体２１と、各歯部２１ａの前側エッジＥｆ及び後側エッジＥｂのそれぞれを検出可能な電磁ピックアップ２２及び波形整形器２３と、を備え、検出された前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方を基準にしてクランクシャフト８の回転角度を検出する。そして、隣接する歯部２１ａ間の角度で、前側エッジＥｆを基準とした角度θｆと、後側エッジＥｂを基準とした角度θｂとを算出し、これらの誤差Δθｆ，Δθｂを比較して、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方を回転角度の検出の基準として設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフト等の被検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置及び内燃機関の運転制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転角度検出装置として、凹凸を有する磁性体の回転体と、磁気強度に応じた電気信号を出力する磁電変換素子と、磁界を発生する永久磁石とを備えるとともに、回転体の凹凸の位置を矩形波の電気信号として生成し、矩形波の立上り又は立下り信号に基づいて回転体の回転角度を検出するものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０３１４５号公報
【特許文献２】特開平７−１７４７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の回転角度検出装置では、回転体の凹凸等の機械的誤差を考慮していないため、立上り信号に基づいて検出する回転角度と立下り信号に基づいて検出する回転角度との間で精度の差が生じる場合がある。しかしながら、この装置では、そのような精度の差に対する対策がなされていないため、立上り信号又は立下り信号のうち精度が悪い方を回転角度の検出の基準とした場合に、機械的誤差による影響が大きくなるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、回転体の機械的誤差による影響を低減可能な回転角度検出装置及び内燃機関の運転制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の回転角度検出装置は、被検出対象に取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、を備え、前記エッジ検出手段が検出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準にして前記被検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差と、前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差とを比較し、その比較結果に基づいて前記前側エッジ又は前記後側エッジのうちのいずれか一方を、前記被検出対象の回転角度の検出の基準として設定する基準設定手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
第１の回転角度検出装置によれば、前側エッジに基づいて算出された被検出部間の角度、及び後側エッジに基づいて算出された被検出部間の角度のそれぞれの誤差が算出され、これらの誤差を比較した結果に基づいて前側エッジ又は後側エッジのいずれか一方が被検出対象の回転角度の検出の基準として設定される。従って、前側エッジ及び後側エッジのうち、より精度の高いエッジを回転角度の検出の基準として選択することが可能となるので、被検出対象の回転角度の検出するにあたり、回転体の機械的誤差の影響を低減することが可能となる。
【０００８】
第１の回転角度検出装置においては、前側エッジ又は後側エッジのうち、回転体の機械的誤差の影響がより小さくなるエッジが選ばれるように、誤差を比較すればよい。例えばその一態様として、前記基準設定手段は、前記誤差算出手段が算出した互いに隣接する被検出部間のそれぞれの前記誤差のうち、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における最大誤差と前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における最大誤差とをそれぞれ特定し、前記前側エッジ又は前記後側エッジのうち、特定された前記最大誤差が小さい方を前記基準として設定してもよい（請求項２）。
【０００９】
また、本発明の第２の回転角度検出装置は、被検出対象に取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、を備え、前記エッジ検出手段が検出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準にして前記被検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、前記誤差算出手段が算出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方についての前記誤差が許容範囲を超える場合には、前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか他方を前記被検出対象の回転角度の検出の基準として設定する基準設定手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項３）。
【００１０】
第２の回転角度検出装置によれば、前側エッジ又は後側エッジのうちのいずれか一方を基準とした場合の誤差が許容範囲を超えたときに、いずれか他方が基準として設定される。従って、前側エッジ又は後側エッジのいずれか一方をいずれか他方のバックアップとして機能させることができる。これにより、例えば回転体の経年劣化等によって一方のエッジの精度が悪化した場合には他方のエッジに切り替えることができるので、後発的に生じた回転体の機械的誤差の影響を可能な限り少なくすることができる。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の運転制御装置は、内燃機関のクランクシャフトに取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、前記エッジ検出手段の検出結果に基づいて前記クランクシャフトの回転角度を検出し、その検出結果に応じて所定の処理を実行する処理実行手段と、を備えた内燃機関の運転制御装置であって、前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、を更に備え、前記処理実行手段は、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差と、前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差とを比較するとともに、その比較結果に基づいて前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準として前記クランクシャフトの回転角度を検出することにより、上述した課題を解決する（請求項４）。
【００１２】
この運転制御装置によれば、被検出部の前側エッジ及び後側エッジのそれぞれに関して算出された誤差を比較し、その比較結果に基づいて前側エッジ又は後側エッジのいずれか一方を基準としてクランクシャフトの回転角度が検出される。そして、その検出結果に応じて所定の処理が処理実行手段にて実行されるので、所定の処理、例えば内燃機関の失火検出処理等の精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、隣接する被検出部間の角度が前側エッジ及び後側エッジのそれぞれについて算出されるとともに、当該角度に関する誤差が前側エッジと後側エッジに関して比較されて、前側エッジ又は後側エッジのいずれか一方が回転角度の検出の基準として設定される。又は、前側エッジ又は後側エッジのいずれか一方に関する誤差が許容範囲を超えた場合に、いずれか他方のエッジが回転角度の検出の基準として設定される。このため、被検出対象の回転角度を検出する際に、回転体の機械的誤差による影響を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の回転角度検出装置及び運転制御装置を内燃機関に適用した実施形態の要部を示している。内燃機関１は、直列４気筒のレシプロ式のガソリンエンジンであり、４つ（図１では１つのみ示す。）の気筒２，．．，２を有するシリンダブロック３と、吸気ポート４ａ及び排気ポート４ｂを有するシリンダヘッド４と、クランクケース５と、を備えている。各気筒２にはピストン６が収容される。ピストン６はコネクティングロッド７を介してクランクシャフト８に連結される。吸気ポート４ａは吸気管９に、排気ポート４ｂは排気管１０にそれぞれ接続される。吸気管９には、エアフィルタ（不図示）を通過した空気の流量を調整するスロットルバルブ１１が設けられる。シリンダヘッド４には、吸気ポート４ａを開閉する吸気バルブ１２と、排気ポート４ｂを開閉する排気バルブ１３と、がそれぞれ設けられている。内燃機関１の運転状態は、各種センサの出力信号に基づいて内燃機関１の各部を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１４にて制御される。ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等の機器で構成されている。
【００１５】
内燃機関１には、被検出対象としてのクランクシャフト８の回転角度（位置）を検出するため、回転角度検出装置２０が設けられている。回転角度検出装置２０は、クランクシャフト８と同軸に取り付けられ、かつ複数の歯部（被検出部）２１ａが外周に設けられた金属製のタイミングロータ（回転体）２１と、歯部２１ａと対向するようにして配置された電磁ピックアップ２２と、電磁ピックアップ２２から出力された電気信号の波形を整形する波形整形器２３と、を有している。
【００１６】
図２は、回転角度検出装置２０の詳細を示している。タイミングロータ２１は、回転方向Ｄへクランクシャフト８と一体に回転する。複数の歯部２１ａ，．．，２１ａは、上死点（ＴＤＣ）判別用の歯欠け部２１ｂを除き、隣接する歯部２１ａ間の角度が１０°となるように設計されてタイミングロータ２１の回転方向Ｄに沿って設けられている。歯欠け部２１ｂは歯部２１ａの２個分に相当する。各歯部２１ａは、回転方向Ｄの前方の前側エッジＥｆと後方の後側エッジＥｂとを有している。電磁ピップアップ２２は、タイミングロータ２１との間に所定のエアギャップＧを形成するようにして配置されている。これにより、クランクシャフト８の回転に伴ってタイミングロータ２１が回転すると、各歯部２１ａの接近と離間とに応じてエアギャップＧの大きさが変化する。このため、電磁ピックアップ２２のコイル部（不図示）を通過する磁束が増減してコイル部に起電力が発生する。この起電力の電圧は、各歯部２１ａの接近と離間とで互いに逆向きとなるので、電磁ピップアップ２２からは交流電圧形式のピックアップ信号Ｐが出力される。波形整形器２３は、入力信号を矩形波や台形波等の所定波形に整形する波形整形回路を有している。これにより、波形整形器２３に入力されたピックアップ信号Ｐは所定波形の出力信号Ｎｅに整形されてＥＣＵ１４に入力される。ＥＣＵ１４に入力された出力信号Ｎｅは、ＥＣＵ１４に設けられたＡ／Ｄ変換器（不図示）にてデジタル信号に変換される。
【００１７】
図３は、（ａ）タイミングロータ２１の歯部２１ａの形状、（ｂ）電磁ピックアップ２２から出力されるピックアップ信号Ｐ、及び（ｃ）波形整形器２３から出力される出力信号Ｎｅをそれぞれ模式的に示した説明図である。図３（ａ）〜（ｃ）に示したように、ピックアップ信号Ｐが波形整形器２３にて整形されることにより、各歯部２１ａの前側エッジＥｆが出力信号Ｎｅの立上り部Ｎｅｕとして、後側エッジＥｂが出力信号Ｎｅの立下り部Ｎｅｄとしてそれぞれ検出される。これにより、電磁ピップアップ２２及び波形整形器２３によって本発明のエッジ検出手段が構成される。ＥＣＵ１４は、波形整形器２３の出力信号Ｎｅの立上り部Ｎｅｕ又は立下り部Ｎｅｄのいずれか一方を基準として、言い換えると、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方を基準として、クランクシャフト８の回転角度を検出できる。また、ＥＣＵ１４は、互いに隣接する歯部２１ａ間の時間、即ち、ある歯部２１ａの前側エッジＥｆから隣の歯部２１ａの前側エッジＥｆまでの回転に要した時間、又はある歯部２１ａの後側エッジＥｂから隣の歯部２１ａの後側エッジＥｂまでの回転に要した時間を出力信号Ｎｅに基づいて測定する手段を有している。当該手段にて測定された時間と互いに隣接する歯部２１ａ間の角度とからクランクシャフト８の角速度（ｒａｄ／ｓ）や内燃機関１の機関回転数（ｒｐｍ）を検出できる。
【００１８】
もっとも、タイミングロータ２１には製造誤差等の機械的誤差があるため、各歯部２１ａの間隔や大きさ等の各種寸法が設計値と正確に一致しない。そのため、歯部２１ａの前側エッジＥｆを基準として検出したクランクシャフト８の回転角度と、後側エッジＥｂを基準として検出したクランクシャフト８の回転角度との間で精度の差が生じ得る。そこで、回転角度検出装置２０では、このような機械的誤差の影響を可能な限り小さくできるように、図４に示した誤差学習ルーチンを実行し、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方を回転角度の検出の基準として設定する。
【００１９】
図４は、誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ１４のＲＯＭに格納されており、所定のタイミングで開始され、ＥＣＵ１４によって所定間隔で繰り返し実行される。図４の処理において、ＥＣＵ１４は、ステップＳ１において、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方が、クランクシャフト８の回転角度の検出の基準（基準エッジ）として、設定済みであるか否かを判定する。この判定は、後述の管理フラグを参照して行う。基準エッジが設定済みである場合には、処理をステップＳ２に進め、学習開始条件の成否を判定する。学習開始条件は、設定済みの基準エッジを見直す必要性を判断する条件であり、例えば、内燃機関１を搭載した車両の走行距離、内燃機関１の累積運転時間等の各種パラメータが所定の閾値を超えたか否かを成立要件として含むものである。学習開始条件が成立した場合には、ステップＳ３〜ステップＳ８の処理が実行され、学習開始条件が成立しない場合には、これらの処理を行わず今回のルーチンを終える。
【００２０】
ステップＳ１において否定判定、又はステップＳ２において肯定判定された場合には、ステップＳ３において、前側エッジＥｆを基準として互いに隣接する歯部２１ａ間の角度θｆを算出するとともに、後側エッジＥｂを基準として互いに隣接する歯部２１ａ間の角度θｂを算出する。角度θｆ，θｂはそれぞれタイミングロータ２１の少なくとも一周分算出される。ステップＳ３の処理を実行することにより、ＥＣＵ１４が角度検出手段として機能する。角度θｆ，θｂの算出は適宜の手法で行ってよい。例えば、クランクシャフト８の回転変動が可能な限り少ない期間、例えば内燃機関１がフューエルカット状態にあり、かつ、クランクシャフト８が等速回転とみなし得る期間を利用して、次の式（１）、（２）に基づいて算出してもよい。
【００２１】
θｆ＝θｒｅｆ×Ｔｆ／Ｔｒｅｆ （１）
θｂ＝θｒｅｆ×Ｔｂ／Ｔｒｅｆ （２）
【００２２】
ここで、θｒｅｆは隣接する歯部２１ａ間の角度の設計値であり、本実施形態では、θｒｅｆ＝１０°である。Ｔｆは、前側エッジＥｆを基準とした歯部２１ａ間の測定時間、即ち、ある歯部２１ａの前側エッジＥｆから隣の歯部２１ａの前側エッジＥｆまでの回転に要した測定時間である。Ｔｂは、Ｔｆと同様に後側エッジＥｂを基準とした歯部２１ａ間の測定時間である。
【００２３】
また、Ｔｒｅｆは、クランクシャフト８やタイミングロータ２１の製造上の誤差がなく、かつ、これらが回転する際の振動の影響を受けない、とした場合における歯部２１ａ間の回転に要する推定時間である。この推定時間は、例えば、出力信号の検出時にＥＣＵ１４が認識している機関回転数ＮＥに基づいて、次の式（３）にて算出できる。機関回転数ＮＥは１分当たりの機関回転数（ｒｐｍ）である。
【００２４】
Ｔｒｅｆ＝（６０／ＮＥ）×（θｒｅｆ／３６０） （３）
【００２５】
次に、ＥＣＵ１４は、ステップＳ３で算出した前側エッジＥｆに基づく角度θｆの設計値（所定の基準値）θｒｅｆに対する誤差Δθｆを求める（ステップＳ４）。誤差Δθｆは、Δθｆ＝｜θｒｅｆ−θｆ｜である。続いて、ステップＳ３で算出した後側エッジＥｂに基づく角度θｂの設計値θｒｅｆに対する誤差Δθｂを求める（ステップＳ５）。誤差Δθｂは、Δθｂ＝｜θｒｅｆ−θｂ｜である。図５（ａ）に、角度θｆと誤差Δθｆとの関係を、図５（ｂ）に、角度θｂと誤差Δθｂとの関係をそれぞれ示す。ステップＳ４及びステップＳ５を実行することにより、ＥＣＵ１４が誤差算出手段として機能する。
【００２６】
次に、ＥＣＵ１４は、ステップＳ６において、ステップＳ４及びステップＳ５にて算出した誤差Δθｆ、Δθｂを比較する。本実施形態では、誤差Δθｆの中から最も大きいものを最大誤差Δθｆｍａｘとして、誤差Δθｂのなかから最も大きいものを最大誤差Δθｂｍａｘとしてそれぞれ特定し、ΔθｆｍａｘとΔθｂｍａｘとを比較する。次いで、ＥＣＵ１４は、ステップＳ７において、ステップＳ６の比較結果に基づいて前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方を基準エッジとして選択し、その選択結果をＥＣＵ１４のＲＡＭの所定領域に割り当てられた管理フラグに記憶させる。この形態では、最大誤差Δθｆｍａｘ、Δθｂｍａｘのうち小さい方を基準エッジとして選択する。つまり、最大誤差Δθｆｍａｘが最大誤差Δθｂｍａｘよりも小さい場合には、基準エッジとして前側エッジＥｆを、最大誤差Δθｂｍａｘが最大誤差Δθｆｍａｘよりも小さい場合には、基準エッジとして後側エッジＥｂを選択する。
【００２７】
次に、ＥＣＵ１４はステップＳ８において、ステップＳ７で選択された基準エッジに基づいてクランクシャフト８の回転角度が検出されるように、絶対角度を設定して今回のルーチンを終了する。例えば、ステップＳ８の選択の結果、基準エッジを前側エッジＥｆから後側エッジＥｂに変更する必要がある場合には、絶対角度が歯部２１ａの歯幅分、つまり前側エッジＥｆー後側エッジＥｂ間の角度α（図３（ｃ）参照）分変更される。ステップＳ８を実行することにより、ＥＣＵ１４が基準設定手段として機能する。
【００２８】
図４の処理によれば、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのうち、最大誤差が小さい方が基準エッジとして選択されるので、クランクシャフト８の回転角度の検出における機械的誤差の影響をできる限り小さくできる。また、図４の処理のうち、ステップＳ３〜ステップＳ８については、所定の学習開始条件が成立するたびに実行され、基準エッジの見直しが行われる。従って、例えば歯欠け等により一方のエッジを基準とした回転角度の検出精度が悪化した場合でも、より精度の高いエッジが基準エッジとして設定される。
【００２９】
次に、クランクシャフト８の回転角度の検出結果に応じてＥＣＵ１４が実行する処理の一例として、失火検出処理について説明する。図６は、失火検出ルーチンの内容を示すフローチャートである。この失火検出ルーチンは、図４の誤差学習ルーチンと並行し、所定間隔で繰り返し実行される。このルーチンを実行することによりＥＣＵ１４が本発明の処理実行手段として機能する。ＥＣＵ１４は、まずステップＳ１１で、クランクシャフト８の回転角度が失火判定区間にあるか否かを判定する。失火判定区間は、各気筒２の圧縮ＴＤＣ付近の所定区間に設定される。失火判定区間でないときは、今回のルーチンを終了し、一方失火判定区間のときは、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２において、ＥＣＵ１４は、現在のクランクシャフト８の角速度ωを算出する。次に、ＥＣＵ１４は、ステップＳ１３において、ステップＳ１２で算出した角速度ωと、正常時の基準角速度ω０とを比較する。基準角速度ω０は内燃機関１の運転状態に応じて予め定められた値であり、ＥＣＵ１４のＲＯＭにマップとして保持されている。失火が発生した場合には、クランクシャフト８の回転が正常時よりも遅くなる。そのため、ＥＣＵ１４は、ステップＳ１４において、角速度ωが基準角速度ω０未満か否かを判定し、角速度ωが基準角速度ω０未満のときはステップＳ１５で失火と判定して今回のルーチンを終える。一方、基準角速度以上のときは失火と判定せずに今回のルーチンを終える。
【００３０】
図６の処理によれば、ステップＳ１１において使用されるクランクシャフト８の回転角度、及びステップＳ１２において算出される角速度ωのそれぞれに、図４の誤差学習ルーチンの学習結果が反映されるので、回転角度及び角速度の検出ないし算出の精度が高まり、その結果、失火検出処理の精度が向上する。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。この形態は、第１の実施形態と比べ誤差学習ルーチンのみ相違する。従って、以下の説明では第１の実施形態と共通する構成についての説明を省略する。図７は、第２実施形態の誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャートである。この形態は、回転角度検出装置１０の基準エッジの初期設定として、前側エッジＥｆが設定される形態に適用される。図７の処理において、ＥＣＵ１４はステップＳ２１で、学習開始条件の成否を判定する。この処理は図４のステップＳ２と同一処理である。学習開始条件が成立している場合には、ステップＳ２２に進み、一方、学習開始条件が成立していない場合には、以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
【００３２】
ステップＳ２２では、前側エッジＥｆを基準とした角度θｆ、及び後側エッジＥｂを基準とした角度θｂをそれぞれ算出する。この処理は図４のステップＳ３と同一である。次に、ＥＣＵ１４は、ステップＳ２３で誤差Δθｆを、ステップＳ２４で誤差Δθｂを、それぞれ算出し、続いて、ステップＳ２５で、最大誤差Δθｆｍａｘが最大誤差Δθｂｍａｘよりも大きいか否かを判定する。Δθｆ、Δθｂ、Δθｆｍａｘ、及びΔθｂｍａｘはそれぞれ上述したものと同一である。ステップＳ２５で肯定判定された場合には、後側エッジＥｂを基準エッジとした方がより精度の高い回転角度の検出が可能となるので、ステップＳ２６において、基準エッジの設定が前側エッジＥｆから後側エッジＥｂへ変更されるように絶対角度を設定して今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ２５で否定判定された場合には、ステップＳ２６をスキップし、基準エッジの設定を前側エッジＥｆに維持して今回のルーチンを終える。これにより、図７の処理においても、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、基準エッジの初期設定として後側エッジＥｂが設定された場合には、図７に準じた処理を実行すればよい。具体的には、図７のステップＳ２５の不等号の向きを反対にしたルーチンを用いればよい。
【００３３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。この形態は、第１の実施形態と比べ誤差学習ルーチンのみ相違する。従って、以下の説明では第１の実施形態と共通する構成についての説明を省略する。図８は、第３の実施形態の誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャートである。この形態は、第２の実施形態と同様に、回転角度検出装置１０の基準エッジの初期設定として、前側エッジＥｆが設定された場合に適用される。
【００３４】
図８の処理において、ＥＣＵ１４は、まずステップＳ３１で学習開始条件の成否を判定する。この処理は図４のステップＳ２と同一処理である。学習開始条件が成立している場合には、ステップＳ３２に進み、一方、学習開始条件が成立していない場合には、以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
【００３５】
ステップＳ３２では、前側エッジＥｆを基準とした角度θｆを算出する。角度θｆの算出は、図４のステップＳ３の場合と同様でよい。次に、ＥＣＵ１４は、ステップＳ３３で誤差Δθｆを算出し、続くステップＳ３４で誤差Δθｆが許容範囲を超えているか否かを判定する。誤差Δθｆの算出は第１の実施形態と同様でよい。許容範囲は、回転角度検出装置２０の検出結果を利用形態に応じて適宜に設定すればよい。本実施形態では、失火検出の精度が実用に支障がない程度となる限度で、許容範囲が設定される。ステップＳ３４の処理では、隣接する歯部２１ａ間のそれぞれに対して求められた全ての誤差Δθｆが許容範囲内に収まっていないときに、誤差Δθｆが許容範囲を超えたものと判定される。
【００３６】
ステップＳ３４で誤差Δθｆが許容範囲を超えていると判定した場合には、ステップＳ３５で、基準エッジの設定が前側エッジＥｆから後側エッジＥｂへ変更されるように絶対角度を設定して今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ２５で否定判定された場合には、ステップＳ２６をスキップし、基準エッジの設定を前側エッジＥｆに維持して今回のルーチンを終える。これにより、図８の処理においても、第１の実施形態の場合と同様の効果を奏することができる。更に、許容範囲を適宜に設定することにより、前側エッジＥｆ及び後側エッジＥｂのいずれか一方を、他方のバックアップとして機能させることができるので、回転角度検出装置２０の信頼性を高めることができる。なお、基準エッジの初期設定として後側エッジＥｂが設定される形態の場合には、図８に準じた処理を実行すればよい。具体的には、ステップＳ３２の角度θｆを角度θｂに、ステップＳ３３及びステップＳ３４の誤差Δθｆを誤差Δθｂに、それぞれ変更したルーチンを用いればよい。
【００３７】
本発明は、上述した各実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態で実施してもよい。被検出対象としては、内燃機関のクランクシャフトに限らず、例えばカムシャフト等の内燃機関に設けられた回転部材でもよいし、その他内燃機関以外の回転部材を検出対象としてもよい。
【００３８】
回転体及びエッジ検出手段の形態は特に限定されない。例えば、本発明の回転体を、複数のスリット（被検出部）が回転方向に沿って設けられた形態とし、かつ、エッジ検出装置を、スリットに向けて光を照射する発光手段と、回転体を挟んで発光手段の反対側に設けられ、発光手段が照射した光を受光して光強度に応じた電気信号を出力する受光手段と、が設けられた形態として実現してもよい。
【００３９】
第１及び第２の実施形態では、最大誤差Δθｆｍａｘ及びΔθｂｍａｘのそれぞれの大きさを比較したが、誤差Δθｆの平均値と誤差Δθｂの平均値とを比較してもよい。要するに、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれを基準とすれば回転角度の検出精度が向上するかという観点で、各種統計処理を用いて誤差が評価できるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の回転角度検出装置を内燃機関に適用した実施形態の要部を示した図。
【図２】図１の回転角度検出装置の詳細を示した図。
【図３】タイミングロータの歯部の形状、電磁ピックアップから出力されるピックアップ信号、及び波形整形器から出力される波形整形後の信号をそれぞれ模式的に示した説明図。
【図４】誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャート。
【図５】隣接する歯部間の角度と誤差との関係を示した説明図。
【図６】失火検出ルーチンの内容を示すフローチャート。
【図７】第２の実施形態に係る誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャート。
【図８】第３の実施形態に係る誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャート。
【符号の説明】
【００４１】
１ 内燃機関
８ クランクシャフト（被検出対象）
１４ ＥＣＵ（角度検出手段、誤差検出手段、基準設定手段、処理実行手段）
２０ 回転角度検出装置
２１ タイミングロータ（回転体）
２１ａ 歯部（被検出部）
２２ 電磁ピックアップ（エッジ検出手段）
２３ 波形整形器（エッジ検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフト等の被検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置及び内燃機関の運転制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転角度検出装置として、凹凸を有する磁性体の回転体と、磁気強度に応じた電気信号を出力する磁電変換素子と、磁界を発生する永久磁石とを備えるとともに、回転体の凹凸の位置を矩形波の電気信号として生成し、矩形波の立上り又は立下り信号に基づいて回転体の回転角度を検出するものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０３１４５号公報
【特許文献２】特開平７−１７４７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の回転角度検出装置では、回転体の凹凸等の機械的誤差を考慮していないため、立上り信号に基づいて検出する回転角度と立下り信号に基づいて検出する回転角度との間で精度の差が生じる場合がある。しかしながら、この装置では、そのような精度の差に対する対策がなされていないため、立上り信号又は立下り信号のうち精度が悪い方を回転角度の検出の基準とした場合に、機械的誤差による影響が大きくなるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、回転体の機械的誤差による影響を低減可能な回転角度検出装置及び内燃機関の運転制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の回転角度検出装置は、被検出対象に取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、を備え、前記エッジ検出手段が検出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準にして前記被検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差と、前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差とを比較し、その比較結果に基づいて前記前側エッジ又は前記後側エッジのうちのいずれか一方を、前記被検出対象の回転角度の検出の基準として設定する基準設定手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
第１の回転角度検出装置によれば、前側エッジに基づいて算出された被検出部間の角度、及び後側エッジに基づいて算出された被検出部間の角度のそれぞれの誤差が算出され、これらの誤差を比較した結果に基づいて前側エッジ又は後側エッジのいずれか一方が被検出対象の回転角度の検出の基準として設定される。従って、前側エッジ及び後側エッジのうち、より精度の高いエッジを回転角度の検出の基準として選択することが可能となるので、被検出対象の回転角度の検出するにあたり、回転体の機械的誤差の影響を低減することが可能となる。
【０００８】
第１の回転角度検出装置においては、前側エッジ又は後側エッジのうち、回転体の機械的誤差の影響がより小さくなるエッジが選ばれるように、誤差を比較すればよい。例えばその一態様として、前記基準設定手段は、前記誤差算出手段が算出した互いに隣接する被検出部間のそれぞれの前記誤差のうち、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における最大誤差と前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における最大誤差とをそれぞれ特定し、前記前側エッジ又は前記後側エッジのうち、特定された前記最大誤差が小さい方を前記基準として設定してもよい（請求項２）。
【０００９】
また、本発明の第２の回転角度検出装置は、被検出対象に取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、を備え、前記エッジ検出手段が検出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準にして前記被検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、前記誤差算出手段が算出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方についての前記誤差が許容範囲を超える場合には、前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか他方を前記被検出対象の回転角度の検出の基準として設定する基準設定手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項３）。
【００１０】
第２の回転角度検出装置によれば、前側エッジ又は後側エッジのうちのいずれか一方を基準とした場合の誤差が許容範囲を超えたときに、いずれか他方が基準として設定される。従って、前側エッジ又は後側エッジのいずれか一方をいずれか他方のバックアップとして機能させることができる。これにより、例えば回転体の経年劣化等によって一方のエッジの精度が悪化した場合には他方のエッジに切り替えることができるので、後発的に生じた回転体の機械的誤差の影響を可能な限り少なくすることができる。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の運転制御装置は、内燃機関のクランクシャフトに取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、前記エッジ検出手段の検出結果に基づいて前記クランクシャフトの回転角度を検出し、その検出結果に応じて所定の処理を実行する処理実行手段と、を備えた内燃機関の運転制御装置であって、前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、を更に備え、前記処理実行手段は、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差と、前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差とを比較するとともに、その比較結果に基づいて前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準として前記クランクシャフトの回転角度を検出することにより、上述した課題を解決する（請求項４）。
【００１２】
この運転制御装置によれば、被検出部の前側エッジ及び後側エッジのそれぞれに関して算出された誤差を比較し、その比較結果に基づいて前側エッジ又は後側エッジのいずれか一方を基準としてクランクシャフトの回転角度が検出される。そして、その検出結果に応じて所定の処理が処理実行手段にて実行されるので、所定の処理、例えば内燃機関の失火検出処理等の精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、隣接する被検出部間の角度が前側エッジ及び後側エッジのそれぞれについて算出されるとともに、当該角度に関する誤差が前側エッジと後側エッジに関して比較されて、前側エッジ又は後側エッジのいずれか一方が回転角度の検出の基準として設定される。又は、前側エッジ又は後側エッジのいずれか一方に関する誤差が許容範囲を超えた場合に、いずれか他方のエッジが回転角度の検出の基準として設定される。このため、被検出対象の回転角度を検出する際に、回転体の機械的誤差による影響を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の回転角度検出装置及び運転制御装置を内燃機関に適用した実施形態の要部を示している。内燃機関１は、直列４気筒のレシプロ式のガソリンエンジンであり、４つ（図１では１つのみ示す。）の気筒２，．．，２を有するシリンダブロック３と、吸気ポート４ａ及び排気ポート４ｂを有するシリンダヘッド４と、クランクケース５と、を備えている。各気筒２にはピストン６が収容される。ピストン６はコネクティングロッド７を介してクランクシャフト８に連結される。吸気ポート４ａは吸気管９に、排気ポート４ｂは排気管１０にそれぞれ接続される。吸気管９には、エアフィルタ（不図示）を通過した空気の流量を調整するスロットルバルブ１１が設けられる。シリンダヘッド４には、吸気ポート４ａを開閉する吸気バルブ１２と、排気ポート４ｂを開閉する排気バルブ１３と、がそれぞれ設けられている。内燃機関１の運転状態は、各種センサの出力信号に基づいて内燃機関１の各部を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１４にて制御される。ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等の機器で構成されている。
【００１５】
内燃機関１には、被検出対象としてのクランクシャフト８の回転角度（位置）を検出するため、回転角度検出装置２０が設けられている。回転角度検出装置２０は、クランクシャフト８と同軸に取り付けられ、かつ複数の歯部（被検出部）２１ａが外周に設けられた金属製のタイミングロータ（回転体）２１と、歯部２１ａと対向するようにして配置された電磁ピックアップ２２と、電磁ピックアップ２２から出力された電気信号の波形を整形する波形整形器２３と、を有している。
【００１６】
図２は、回転角度検出装置２０の詳細を示している。タイミングロータ２１は、回転方向Ｄへクランクシャフト８と一体に回転する。複数の歯部２１ａ，．．，２１ａは、上死点（ＴＤＣ）判別用の歯欠け部２１ｂを除き、隣接する歯部２１ａ間の角度が１０°となるように設計されてタイミングロータ２１の回転方向Ｄに沿って設けられている。歯欠け部２１ｂは歯部２１ａの２個分に相当する。各歯部２１ａは、回転方向Ｄの前方の前側エッジＥｆと後方の後側エッジＥｂとを有している。電磁ピップアップ２２は、タイミングロータ２１との間に所定のエアギャップＧを形成するようにして配置されている。これにより、クランクシャフト８の回転に伴ってタイミングロータ２１が回転すると、各歯部２１ａの接近と離間とに応じてエアギャップＧの大きさが変化する。このため、電磁ピックアップ２２のコイル部（不図示）を通過する磁束が増減してコイル部に起電力が発生する。この起電力の電圧は、各歯部２１ａの接近と離間とで互いに逆向きとなるので、電磁ピップアップ２２からは交流電圧形式のピックアップ信号Ｐが出力される。波形整形器２３は、入力信号を矩形波や台形波等の所定波形に整形する波形整形回路を有している。これにより、波形整形器２３に入力されたピックアップ信号Ｐは所定波形の出力信号Ｎｅに整形されてＥＣＵ１４に入力される。ＥＣＵ１４に入力された出力信号Ｎｅは、ＥＣＵ１４に設けられたＡ／Ｄ変換器（不図示）にてデジタル信号に変換される。
【００１７】
図３は、（ａ）タイミングロータ２１の歯部２１ａの形状、（ｂ）電磁ピックアップ２２から出力されるピックアップ信号Ｐ、及び（ｃ）波形整形器２３から出力される出力信号Ｎｅをそれぞれ模式的に示した説明図である。図３（ａ）〜（ｃ）に示したように、ピックアップ信号Ｐが波形整形器２３にて整形されることにより、各歯部２１ａの前側エッジＥｆが出力信号Ｎｅの立上り部Ｎｅｕとして、後側エッジＥｂが出力信号Ｎｅの立下り部Ｎｅｄとしてそれぞれ検出される。これにより、電磁ピップアップ２２及び波形整形器２３によって本発明のエッジ検出手段が構成される。ＥＣＵ１４は、波形整形器２３の出力信号Ｎｅの立上り部Ｎｅｕ又は立下り部Ｎｅｄのいずれか一方を基準として、言い換えると、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方を基準として、クランクシャフト８の回転角度を検出できる。また、ＥＣＵ１４は、互いに隣接する歯部２１ａ間の時間、即ち、ある歯部２１ａの前側エッジＥｆから隣の歯部２１ａの前側エッジＥｆまでの回転に要した時間、又はある歯部２１ａの後側エッジＥｂから隣の歯部２１ａの後側エッジＥｂまでの回転に要した時間を出力信号Ｎｅに基づいて測定する手段を有している。当該手段にて測定された時間と互いに隣接する歯部２１ａ間の角度とからクランクシャフト８の角速度（ｒａｄ／ｓ）や内燃機関１の機関回転数（ｒｐｍ）を検出できる。
【００１８】
もっとも、タイミングロータ２１には製造誤差等の機械的誤差があるため、各歯部２１ａの間隔や大きさ等の各種寸法が設計値と正確に一致しない。そのため、歯部２１ａの前側エッジＥｆを基準として検出したクランクシャフト８の回転角度と、後側エッジＥｂを基準として検出したクランクシャフト８の回転角度との間で精度の差が生じ得る。そこで、回転角度検出装置２０では、このような機械的誤差の影響を可能な限り小さくできるように、図４に示した誤差学習ルーチンを実行し、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方を回転角度の検出の基準として設定する。
【００１９】
図４は、誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ１４のＲＯＭに格納されており、所定のタイミングで開始され、ＥＣＵ１４によって所定間隔で繰り返し実行される。図４の処理において、ＥＣＵ１４は、ステップＳ１において、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方が、クランクシャフト８の回転角度の検出の基準（基準エッジ）として、設定済みであるか否かを判定する。この判定は、後述の管理フラグを参照して行う。基準エッジが設定済みである場合には、処理をステップＳ２に進め、学習開始条件の成否を判定する。学習開始条件は、設定済みの基準エッジを見直す必要性を判断する条件であり、例えば、内燃機関１を搭載した車両の走行距離、内燃機関１の累積運転時間等の各種パラメータが所定の閾値を超えたか否かを成立要件として含むものである。学習開始条件が成立した場合には、ステップＳ３〜ステップＳ８の処理が実行され、学習開始条件が成立しない場合には、これらの処理を行わず今回のルーチンを終える。
【００２０】
ステップＳ１において否定判定、又はステップＳ２において肯定判定された場合には、ステップＳ３において、前側エッジＥｆを基準として互いに隣接する歯部２１ａ間の角度θｆを算出するとともに、後側エッジＥｂを基準として互いに隣接する歯部２１ａ間の角度θｂを算出する。角度θｆ，θｂはそれぞれタイミングロータ２１の少なくとも一周分算出される。ステップＳ３の処理を実行することにより、ＥＣＵ１４が角度検出手段として機能する。角度θｆ，θｂの算出は適宜の手法で行ってよい。例えば、クランクシャフト８の回転変動が可能な限り少ない期間、例えば内燃機関１がフューエルカット状態にあり、かつ、クランクシャフト８が等速回転とみなし得る期間を利用して、次の式（１）、（２）に基づいて算出してもよい。
【００２１】
θｆ＝θｒｅｆ×Ｔｆ／Ｔｒｅｆ （１）
θｂ＝θｒｅｆ×Ｔｂ／Ｔｒｅｆ （２）
【００２２】
ここで、θｒｅｆは隣接する歯部２１ａ間の角度の設計値であり、本実施形態では、θｒｅｆ＝１０°である。Ｔｆは、前側エッジＥｆを基準とした歯部２１ａ間の測定時間、即ち、ある歯部２１ａの前側エッジＥｆから隣の歯部２１ａの前側エッジＥｆまでの回転に要した測定時間である。Ｔｂは、Ｔｆと同様に後側エッジＥｂを基準とした歯部２１ａ間の測定時間である。
【００２３】
また、Ｔｒｅｆは、クランクシャフト８やタイミングロータ２１の製造上の誤差がなく、かつ、これらが回転する際の振動の影響を受けない、とした場合における歯部２１ａ間の回転に要する推定時間である。この推定時間は、例えば、出力信号の検出時にＥＣＵ１４が認識している機関回転数ＮＥに基づいて、次の式（３）にて算出できる。機関回転数ＮＥは１分当たりの機関回転数（ｒｐｍ）である。
【００２４】
Ｔｒｅｆ＝（６０／ＮＥ）×（θｒｅｆ／３６０） （３）
【００２５】
次に、ＥＣＵ１４は、ステップＳ３で算出した前側エッジＥｆに基づく角度θｆの設計値（所定の基準値）θｒｅｆに対する誤差Δθｆを求める（ステップＳ４）。誤差Δθｆは、Δθｆ＝｜θｒｅｆ−θｆ｜である。続いて、ステップＳ３で算出した後側エッジＥｂに基づく角度θｂの設計値θｒｅｆに対する誤差Δθｂを求める（ステップＳ５）。誤差Δθｂは、Δθｂ＝｜θｒｅｆ−θｂ｜である。図５（ａ）に、角度θｆと誤差Δθｆとの関係を、図５（ｂ）に、角度θｂと誤差Δθｂとの関係をそれぞれ示す。ステップＳ４及びステップＳ５を実行することにより、ＥＣＵ１４が誤差算出手段として機能する。
【００２６】
次に、ＥＣＵ１４は、ステップＳ６において、ステップＳ４及びステップＳ５にて算出した誤差Δθｆ、Δθｂを比較する。本実施形態では、誤差Δθｆの中から最も大きいものを最大誤差Δθｆｍａｘとして、誤差Δθｂのなかから最も大きいものを最大誤差Δθｂｍａｘとしてそれぞれ特定し、ΔθｆｍａｘとΔθｂｍａｘとを比較する。次いで、ＥＣＵ１４は、ステップＳ７において、ステップＳ６の比較結果に基づいて前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれか一方を基準エッジとして選択し、その選択結果をＥＣＵ１４のＲＡＭの所定領域に割り当てられた管理フラグに記憶させる。この形態では、最大誤差Δθｆｍａｘ、Δθｂｍａｘのうち小さい方を基準エッジとして選択する。つまり、最大誤差Δθｆｍａｘが最大誤差Δθｂｍａｘよりも小さい場合には、基準エッジとして前側エッジＥｆを、最大誤差Δθｂｍａｘが最大誤差Δθｆｍａｘよりも小さい場合には、基準エッジとして後側エッジＥｂを選択する。
【００２７】
次に、ＥＣＵ１４はステップＳ８において、ステップＳ７で選択された基準エッジに基づいてクランクシャフト８の回転角度が検出されるように、絶対角度を設定して今回のルーチンを終了する。例えば、ステップＳ８の選択の結果、基準エッジを前側エッジＥｆから後側エッジＥｂに変更する必要がある場合には、絶対角度が歯部２１ａの歯幅分、つまり前側エッジＥｆー後側エッジＥｂ間の角度α（図３（ｃ）参照）分変更される。ステップＳ８を実行することにより、ＥＣＵ１４が基準設定手段として機能する。
【００２８】
図４の処理によれば、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのうち、最大誤差が小さい方が基準エッジとして選択されるので、クランクシャフト８の回転角度の検出における機械的誤差の影響をできる限り小さくできる。また、図４の処理のうち、ステップＳ３〜ステップＳ８については、所定の学習開始条件が成立するたびに実行され、基準エッジの見直しが行われる。従って、例えば歯欠け等により一方のエッジを基準とした回転角度の検出精度が悪化した場合でも、より精度の高いエッジが基準エッジとして設定される。
【００２９】
次に、クランクシャフト８の回転角度の検出結果に応じてＥＣＵ１４が実行する処理の一例として、失火検出処理について説明する。図６は、失火検出ルーチンの内容を示すフローチャートである。この失火検出ルーチンは、図４の誤差学習ルーチンと並行し、所定間隔で繰り返し実行される。このルーチンを実行することによりＥＣＵ１４が本発明の処理実行手段として機能する。ＥＣＵ１４は、まずステップＳ１１で、クランクシャフト８の回転角度が失火判定区間にあるか否かを判定する。失火判定区間は、各気筒２の圧縮ＴＤＣ付近の所定区間に設定される。失火判定区間でないときは、今回のルーチンを終了し、一方失火判定区間のときは、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２において、ＥＣＵ１４は、現在のクランクシャフト８の角速度ωを算出する。次に、ＥＣＵ１４は、ステップＳ１３において、ステップＳ１２で算出した角速度ωと、正常時の基準角速度ω０とを比較する。基準角速度ω０は内燃機関１の運転状態に応じて予め定められた値であり、ＥＣＵ１４のＲＯＭにマップとして保持されている。失火が発生した場合には、クランクシャフト８の回転が正常時よりも遅くなる。そのため、ＥＣＵ１４は、ステップＳ１４において、角速度ωが基準角速度ω０未満か否かを判定し、角速度ωが基準角速度ω０未満のときはステップＳ１５で失火と判定して今回のルーチンを終える。一方、基準角速度以上のときは失火と判定せずに今回のルーチンを終える。
【００３０】
図６の処理によれば、ステップＳ１１において使用されるクランクシャフト８の回転角度、及びステップＳ１２において算出される角速度ωのそれぞれに、図４の誤差学習ルーチンの学習結果が反映されるので、回転角度及び角速度の検出ないし算出の精度が高まり、その結果、失火検出処理の精度が向上する。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。この形態は、第１の実施形態と比べ誤差学習ルーチンのみ相違する。従って、以下の説明では第１の実施形態と共通する構成についての説明を省略する。図７は、第２実施形態の誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャートである。この形態は、回転角度検出装置１０の基準エッジの初期設定として、前側エッジＥｆが設定される形態に適用される。図７の処理において、ＥＣＵ１４はステップＳ２１で、学習開始条件の成否を判定する。この処理は図４のステップＳ２と同一処理である。学習開始条件が成立している場合には、ステップＳ２２に進み、一方、学習開始条件が成立していない場合には、以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
【００３２】
ステップＳ２２では、前側エッジＥｆを基準とした角度θｆ、及び後側エッジＥｂを基準とした角度θｂをそれぞれ算出する。この処理は図４のステップＳ３と同一である。次に、ＥＣＵ１４は、ステップＳ２３で誤差Δθｆを、ステップＳ２４で誤差Δθｂを、それぞれ算出し、続いて、ステップＳ２５で、最大誤差Δθｆｍａｘが最大誤差Δθｂｍａｘよりも大きいか否かを判定する。Δθｆ、Δθｂ、Δθｆｍａｘ、及びΔθｂｍａｘはそれぞれ上述したものと同一である。ステップＳ２５で肯定判定された場合には、後側エッジＥｂを基準エッジとした方がより精度の高い回転角度の検出が可能となるので、ステップＳ２６において、基準エッジの設定が前側エッジＥｆから後側エッジＥｂへ変更されるように絶対角度を設定して今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ２５で否定判定された場合には、ステップＳ２６をスキップし、基準エッジの設定を前側エッジＥｆに維持して今回のルーチンを終える。これにより、図７の処理においても、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、基準エッジの初期設定として後側エッジＥｂが設定された場合には、図７に準じた処理を実行すればよい。具体的には、図７のステップＳ２５の不等号の向きを反対にしたルーチンを用いればよい。
【００３３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。この形態は、第１の実施形態と比べ誤差学習ルーチンのみ相違する。従って、以下の説明では第１の実施形態と共通する構成についての説明を省略する。図８は、第３の実施形態の誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャートである。この形態は、第２の実施形態と同様に、回転角度検出装置１０の基準エッジの初期設定として、前側エッジＥｆが設定された場合に適用される。
【００３４】
図８の処理において、ＥＣＵ１４は、まずステップＳ３１で学習開始条件の成否を判定する。この処理は図４のステップＳ２と同一処理である。学習開始条件が成立している場合には、ステップＳ３２に進み、一方、学習開始条件が成立していない場合には、以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
【００３５】
ステップＳ３２では、前側エッジＥｆを基準とした角度θｆを算出する。角度θｆの算出は、図４のステップＳ３の場合と同様でよい。次に、ＥＣＵ１４は、ステップＳ３３で誤差Δθｆを算出し、続くステップＳ３４で誤差Δθｆが許容範囲を超えているか否かを判定する。誤差Δθｆの算出は第１の実施形態と同様でよい。許容範囲は、回転角度検出装置２０の検出結果を利用形態に応じて適宜に設定すればよい。本実施形態では、失火検出の精度が実用に支障がない程度となる限度で、許容範囲が設定される。ステップＳ３４の処理では、隣接する歯部２１ａ間のそれぞれに対して求められた全ての誤差Δθｆが許容範囲内に収まっていないときに、誤差Δθｆが許容範囲を超えたものと判定される。
【００３６】
ステップＳ３４で誤差Δθｆが許容範囲を超えていると判定した場合には、ステップＳ３５で、基準エッジの設定が前側エッジＥｆから後側エッジＥｂへ変更されるように絶対角度を設定して今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ２５で否定判定された場合には、ステップＳ２６をスキップし、基準エッジの設定を前側エッジＥｆに維持して今回のルーチンを終える。これにより、図８の処理においても、第１の実施形態の場合と同様の効果を奏することができる。更に、許容範囲を適宜に設定することにより、前側エッジＥｆ及び後側エッジＥｂのいずれか一方を、他方のバックアップとして機能させることができるので、回転角度検出装置２０の信頼性を高めることができる。なお、基準エッジの初期設定として後側エッジＥｂが設定される形態の場合には、図８に準じた処理を実行すればよい。具体的には、ステップＳ３２の角度θｆを角度θｂに、ステップＳ３３及びステップＳ３４の誤差Δθｆを誤差Δθｂに、それぞれ変更したルーチンを用いればよい。
【００３７】
本発明は、上述した各実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態で実施してもよい。被検出対象としては、内燃機関のクランクシャフトに限らず、例えばカムシャフト等の内燃機関に設けられた回転部材でもよいし、その他内燃機関以外の回転部材を検出対象としてもよい。
【００３８】
回転体及びエッジ検出手段の形態は特に限定されない。例えば、本発明の回転体を、複数のスリット（被検出部）が回転方向に沿って設けられた形態とし、かつ、エッジ検出装置を、スリットに向けて光を照射する発光手段と、回転体を挟んで発光手段の反対側に設けられ、発光手段が照射した光を受光して光強度に応じた電気信号を出力する受光手段と、が設けられた形態として実現してもよい。
【００３９】
第１及び第２の実施形態では、最大誤差Δθｆｍａｘ及びΔθｂｍａｘのそれぞれの大きさを比較したが、誤差Δθｆの平均値と誤差Δθｂの平均値とを比較してもよい。要するに、前側エッジＥｆ又は後側エッジＥｂのいずれを基準とすれば回転角度の検出精度が向上するかという観点で、各種統計処理を用いて誤差が評価できるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の回転角度検出装置を内燃機関に適用した実施形態の要部を示した図。
【図２】図１の回転角度検出装置の詳細を示した図。
【図３】タイミングロータの歯部の形状、電磁ピックアップから出力されるピックアップ信号、及び波形整形器から出力される波形整形後の信号をそれぞれ模式的に示した説明図。
【図４】誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャート。
【図５】隣接する歯部間の角度と誤差との関係を示した説明図。
【図６】失火検出ルーチンの内容を示すフローチャート。
【図７】第２の実施形態に係る誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャート。
【図８】第３の実施形態に係る誤差学習ルーチンの内容を示したフローチャート。
【符号の説明】
【００４１】
１ 内燃機関
８ クランクシャフト（被検出対象）
１４ ＥＣＵ（角度検出手段、誤差検出手段、基準設定手段、処理実行手段）
２０ 回転角度検出装置
２１ タイミングロータ（回転体）
２１ａ 歯部（被検出部）
２２ 電磁ピックアップ（エッジ検出手段）
２３ 波形整形器（エッジ検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出対象に取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、を備え、前記エッジ検出手段が検出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準にして前記被検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差と、前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差とを比較し、その比較結果に基づいて前記前側エッジ又は前記後側エッジのうちのいずれか一方を、前記被検出対象の回転角度の検出の基準として設定する基準設定手段と、を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記基準設定手段は、前記誤差算出手段が算出した互いに隣接する被検出部間のそれぞれの前記誤差のうち、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における最大誤差と前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における最大誤差とをそれぞれ特定し、前記前側エッジ又は前記後側エッジのうち、特定された前記最大誤差が小さい方を前記基準として設定することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
被検出対象に取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、を備え、前記エッジ検出手段が検出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準にして前記被検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、前記誤差算出手段が算出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方についての前記誤差が許容範囲を超える場合には、前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか他方を前記被検出対象の回転角度の検出の基準として設定する基準設定手段と、を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項４】
内燃機関のクランクシャフトに取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、前記エッジ検出手段の検出結果に基づいて前記クランクシャフトの回転角度を検出し、その検出結果に応じて所定の処理を実行する処理実行手段と、を備えた内燃機関の運転制御装置であって、
前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、を更に備え、
前記処理実行手段は、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差と、前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差とを比較するとともに、その比較結果に基づいて前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準として前記クランクシャフトの回転角度を検出する、ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項１】
被検出対象に取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、を備え、前記エッジ検出手段が検出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準にして前記被検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差と、前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差とを比較し、その比較結果に基づいて前記前側エッジ又は前記後側エッジのうちのいずれか一方を、前記被検出対象の回転角度の検出の基準として設定する基準設定手段と、を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記基準設定手段は、前記誤差算出手段が算出した互いに隣接する被検出部間のそれぞれの前記誤差のうち、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における最大誤差と前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における最大誤差とをそれぞれ特定し、前記前側エッジ又は前記後側エッジのうち、特定された前記最大誤差が小さい方を前記基準として設定することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
被検出対象に取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、を備え、前記エッジ検出手段が検出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準にして前記被検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、前記誤差算出手段が算出した前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方についての前記誤差が許容範囲を超える場合には、前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか他方を前記被検出対象の回転角度の検出の基準として設定する基準設定手段と、を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項４】
内燃機関のクランクシャフトに取り付けられ、かつ複数の被検出部が回転方向に沿って設けられた回転体と、各被検出部の前記回転体の回転方向前方の前側エッジ及び回転方向後方の後側エッジのそれぞれを検出可能なエッジ検出手段と、前記エッジ検出手段の検出結果に基づいて前記クランクシャフトの回転角度を検出し、その検出結果に応じて所定の処理を実行する処理実行手段と、を備えた内燃機関の運転制御装置であって、
前記複数の被検出部のうち、互いに隣接する被検出部間の角度を、前記前側エッジ及び前記後側エッジのそれぞれに基づいて算出可能な角度算出手段と、前記角度算出手段が算出した前記角度の所定の基準値に対する誤差を算出する誤差算出手段と、を更に備え、
前記処理実行手段は、前記前側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差と、前記後側エッジに基づいて算出された前記角度における前記誤差とを比較するとともに、その比較結果に基づいて前記前側エッジ又は前記後側エッジのいずれか一方を基準として前記クランクシャフトの回転角度を検出する、ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２７５５１４（Ｐ２００６−２７５５１４Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９０１５３（Ｐ２００５−９０１５３）
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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