JP2005264812A - 内燃機関の回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造上の公差が原因の回転角の誤差を補正すること。
【解決手段】クランク角センサ１５の出力信号に基づいて内燃機関１のクランクシャフト８の回転角度を検出する回転角検出手段１８Ａと、この回転角検出手段１８Ａにより検出される回転角度の誤差を補正する回転角補正手段１８Ｂとを備え、この回転角補正手段１８Ｂに、内燃機関１がフューエルカット状態のときにスロットルバルブ１２を開かせるスロットル開度調節機能１８Ｂ₁と、フューエルカット状態で且つスロットルバルブ１２が開いているときに取得したクランク角センサ１５の出力信号に基づいて回転角度の誤差を所定のタイミングで補正する回転角度誤差補正機能１８Ｂ₂とを設けること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クランクシャフトの回転角度やクランク角度位置を検出する内燃機関の回転角検出装置に関する。

内燃機関には、クランク角センサのクランク角度位置信号パルスに基づいて、クランクシャフトの回転角度やクランク角度位置を検出する回転角検出装置が設けられている。

ここで、内燃機関においては、その回転角検出装置により検出された回転角度やクランク角度位置の情報を用いて燃焼制御を行っている。例えば、その回転角度は機関回転数Ｎｅを算出する際に用いられ、そのクランク角度位置は燃料の噴射時期に用いられる。

更に、その回転角度を用いて算出された機関回転数Ｎｅは、ピストン−シリンダ間やジャーナル−軸受け間等で発生する摩擦トルクを求める際に利用される。即ち、その機関回転数Ｎｅや検出された水温に基づいて、水温と機関回転数をパラメータとする摩擦トルクマップから摩擦トルクが求められる。また、その機関回転数Ｎｅは回転変動量の算出にも用いられ、この回転変動量に基づいて失火の検出等が行われる。

このように、クランクシャフトの回転角度やクランク角度位置の情報は、内燃機関を制御する上で重要な情報である。

特開２００３−１７２１６１号公報 特開平６−１０２２８３号公報 特開平１０−３３１７０７号公報 特開２００２−８９３４５号公報

しかしながら、クランク角センサから送られてくるクランクシャフトの回転角度やクランク角度位置の情報には、クランクシャフトやクランク角センサ等の製造上の公差による誤差、これらが回転する際の振動の影響による誤差がある。

そのような誤差は、例えば算出される機関回転数Ｎｅの精度を悪化させ、後工程の失火検出精度等にも悪影響を与えてしまう等、一度でもクランクシャフトの回転角度やクランク角度位置の情報を利用する制御や演算の精度を悪化させるので好ましくない。

ここで、製造上の公差を原因とする回転角の誤差の検出は、クランクシャフトを等速回転させて行うことが好ましく、一般に、回転振動の影響が小さいフューエルカット状態で実施している。しかしながら、かかるフューエルカット状態においては、ポンピングロス等によるうねりが発生してクランクシャフトは等速回転にならない。また、クランクシャフトと駆動輪側との間にトルクコンバータが介在している自動変速機を搭載する車輌においては、慣性による駆動輪側からのトルクが直接クランクシャフトに伝達されず、これによっても等速回転にならない。これが為、製造上の公差による回転角の誤差よりも回転変動の方が大きくなってしまうので、その誤差の検出ができず、その誤差の補正を行うことができない。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、製造上の公差を原因とする回転角の誤差を補正し得る内燃機関の回転角検出装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、クランク角センサの出力信号に基づいて内燃機関のクランクシャフトの回転角度を検出する回転角検出手段と、この回転角検出手段により検出される回転角度の誤差を補正する回転角補正手段とを備えており、この回転角補正手段に、内燃機関がフューエルカット状態のときにスロットルバルブを開かせるスロットル開度調節機能と、フューエルカット状態で且つスロットルバルブが開いているときに取得したクランク角センサの出力信号に基づいて回転角度の誤差を所定のタイミングで補正する回転角度誤差補正機能とを設けている。

この請求項１記載の発明によれば、フューエルカット中にスロットルバルブが開かれるので、ポンピングロスが減少し、クランクシャフトの回転を安定させることができる。そして、これにより回転角度の誤差の検出が可能になり、その補正を行うことができる。

また、上記目的を達成する為、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の内燃機関の回転角検出装置において、前記回転角補正手段のスロットル開度調節機能を、内燃機関が車輌減速時のフューエルカット状態のときに、アクセル開度に拘らずスロットルバルブを開かせるよう設定している。

この請求項２記載の発明によれば、クランクシャフトの回転をより安定させることができる。

また、上記目的を達成する為、請求項３記載の発明では、上記請求項１又は２に記載の内燃機関の回転角検出装置において、前記回転角補正手段のスロットル開度調節機能を、スロットル開度をＷＯＴにするよう設定している。

この請求項３記載の発明によれば、より確実にポンピングロスを減少させることができるので、クランクシャフトの回転をより確実に安定させることができる。

本発明に係る内燃機関の回転角検出装置は、クランクシャフトの回転が安定している状態において、回転変動の影響を受けずに製造上の公差による微小な誤差の補正を行うことができる。

以下に、本発明に係る回転角検出装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係る回転角検出装置の実施例を図１から図１１に基づいて説明する。

図１の符号１は、本発明に係る回転角検出装置による回転角検出対象の内燃機関を示す。この内燃機関１は、大別すると、シリンダヘッド２と、このシリンダヘッド２の下部にヘッドガスケット３を介してボルト等で締結されるシリンダブロック４と、このシリンダブロック４の下部にボルト等で締結されるクランクケースカバー５とで構成される。

ここで、この内燃機関１においては、上記シリンダブロック４内にピストン６やコネクティングロッド７が収納され、また、そのシリンダブロック４の下部とクランクケースカバー５とから形成されるクランクケース内にクランクシャフト８が収納されている。

また、シリンダヘッド２の下面とシリンダブロック４の内壁面とピストン６の頂面とにより囲まれた空間で燃焼室が構成され、この燃焼室には、シリンダヘッド２に形成された少なくとも二つの吸気ポート２ａと少なくとも一つの排気ポート２ｂとが開口している（図１においては便宜上夫々一つのみを図示している）。

これら吸気ポート２ａ及び排気ポート２ｂには、夫々にその開口を開閉し得る吸気弁９及び排気弁１０が設けられており、更に、その吸気ポート２ａには、外部からの吸入空気を導く吸気流路１１が連通して設けられている。また、この吸気流路１１には、その吸入空気の燃焼室内への吸込量を調節するスロットルバルブ１２が設けられている。

このスロットルバルブ１２は、吸入空気の燃焼室内への吸込量を調節するバルブ主体１２ａと、このバルブ主体１２ａを駆動する（即ちバルブ開度を調節する）例えば電動モータ等のバルブ駆動手段１２ｂを具備している。

更に、シリンダヘッド２には、図示しない少なくとも１本の点火プラグや燃料噴射装置が設けられている。尚、その燃料噴射装置は、吸気ポート２ａに燃料を噴霧するものであってもよく、燃焼室内に直接噴霧するものであってもよい。

また、この内燃機関１には、図１に示す如く、エアクリーナ（図示略）通過後の吸入空気量信号を出力するエアフローメータ１３，スロットルバルブ１２のスロットル開度信号を出力するスロットル開度センサ１４，クランクシャフト８のクランク角度位置信号パルスを出力するクランク角センサ（クランク角検出手段）１５，冷却水温度信号を出力する水温センサ１６，及び潤滑油温度信号を出力する油温センサ１７等の各種センサが設けられている。

ここで、上記各種センサ１３〜１７は、夫々の信号を制御部たる図１に示すＥＣＵ（電子制御ユニット）１８に出力する。このＥＣＵ１８は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置），所定の制御プログラム等を予め記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），ＣＰＵの演算結果を一時記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），予め用意された情報等を記憶するバックアップＲＡＭ等で構成されている。本実施例のＥＣＵ１８は、燃料噴射装置の噴射量等、内燃機関１を制御する為の機関制御機能を有すると共に、本発明に係る回転角検出装置としても機能する。

以下、本実施例の回転角検出装置について詳述する。

ＥＣＵ（回転角検出装置）１８は、図１に示す回転角検出手段１８Ａと回転角補正手段１８Ｂとを備えている。

ここで、回転角検出手段１８Ａとは、クランク角センサ１５から送られてきたクランク角度位置信号パルスに基づいて、クランクシャフト８の回転角度やクランク角度位置を検出するものである。ＥＣＵ１８は、例えば、そのクランク角度位置に基づいて燃料噴射装置に燃料を噴射させたり、その回転角度を用いて機関回転数Ｎｅの算出を行う。

また、回転角補正手段１８Ｂとは、クランクシャフト８やクランク角センサ１５等の製造上の公差により生じるクランクシャフト８の回転角度の誤差を補正するものであり、その補正値（後述する補正角度θｍｅａ）をＥＣＵ１８のバックアップＲＡＭに格納して学習させるものである。上記回転角検出手段１８Ａは、その補正値に基づいて正確なクランクシャフト８の回転角度を算出し、内燃機関１の燃焼制御等に利用させる。

上記回転角補正手段１８Ｂには、先ず、スロットルバルブ１２を開かせるスロットル開度調節機能１８Ｂ₁が設けられている。このスロットル開度調節機能１８Ｂ₁は、バルブ駆動手段１２ｂを制御することによりスロットルバルブ１２を開かせる。

また、この回転角補正手段１８Ｂには、クランクシャフト８等の製造上の公差により生じるクランク角度位置間における回転角度の誤差を補正する回転角度誤差補正機能１８Ｂ₂が設けられている。

この回転角度誤差補正機能１８Ｂ₂は、クランク角センサ１５から送られてきたクランク角度位置信号パルスに基づいてそのクランク角度位置間の補正角度θｍｅａを算出し、ＥＣＵ１８のバックアップＲＡＭに格納する。

ここで、本実施例のクランク角センサ１５は、ｘ°ＣＡ毎にクランク角度位置信号パルスの出力を行うものとする。これが為、この回転角度誤差補正機能１８Ｂ₂は、３６０°／ｘ°箇所の補正角度θｍｅａを算出する。

また、その補正角度θｍｅａは、ＥＣＵ１８のＲＯＭに格納されている制御プログラム（下記の式１）に基づいて算出される。

θｍｅａ＝θｒｅｆ＊Ｔｍｅａ／Ｔｒｅｆ … （１）

この式１におけるθｒｅｆは、クランク角度位置間の基準角度である。ここでは、クランク角センサ１５がｘ°ＣＡ毎にクランク角度位置信号パルスを出力するものであるので、その基準角度θｒｅｆは、ｘ°である。

また、Ｔｍｅａは、クランク角度位置間の回転に要した実際の時間（実測所要時間）である。この実測所要時間Ｔｍｅａは、クランク角度位置信号パルスの間隔時間を計測することによって取得する。

また、Ｔｒｅｆは、クランクシャフト８やクランク角センサ１５等の製造上の公差が無く、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クランク角度位置間の回転に要する時間（推定所要時間）である。この推定所要時間Ｔｒｅｆは、例えば、クランク角度位置信号パルス検出時にＥＣＵ１８が認識している機関回転数Ｎｅに基づいて、ＥＣＵ１８のＲＯＭに格納されている制御プログラム内の下記の式２により算出したものを用いる。

Ｔｒｅｆ＝（６０／Ｎｅ）＊（ｘ°／３６０°） … （２）

次に、上述した回転角検出装置の動作説明を図２のフローチャートに基づいて行う。

この回転角検出装置（ＥＣＵ１８）の回転角補正手段１８Ｂは、例えばイグニッションが「ＯＮ」にされた後「ＯＦＦ」にされるまでの間に常時又は少なくとも一回又は所定期間毎に以下の学習処理を行う。

先ず、回転角補正手段１８Ｂは、内燃機関１がフューエルカット状態にあるか否かを判断する（ステップＳＴ１）。かかる判断は、例えばＥＣＵ１８が燃料噴射装置にフューエルカット指令を送信しているか否か等により行う。

ここで、内燃機関１においては、例えば機関回転数Ｎｅがレッドゾーンに至る場合にフェイルセーフティーの為にフューエルカットを行うことがあるが、かかる場合の高回転領域では後述する如くクランクシャフト８の回転が安定しない。これが為、上記ステップＳＴ１の判断時には、そのようなフェイルセーフティーの為のフューエルカットではなく、通常走行中における車輌減速時，即ち慣性走行時のフューエルカットであるか否かを判断する。

この回転角補正手段１８Ｂは、上記ステップＳＴ１にて、フューエルカット状態でなければ本処理を終了し、フューエルカット状態であれば機関回転数Ｎｅが所定の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳＴ２）。

ここで、内燃機関１においては、フューエルカット中の機関回転数Ｎｅが低い（Ｎｅ≦約１８００ｒｐｍ）と、ポンピングロスの影響により機関回転数Ｎｅにうねりが発生してクランクシャフト８が等速回転しない。また、フューエルカット中の機関回転数Ｎｅが高い（Ｎｅ≧約２２００ｒｐｍ）と、振動が発生してクランクシャフト８が等速回転にならない。

このようなクランクシャフト８の回転が不安定な状況下においては、クランクシャフト８等の製造上の公差による回転角度の微小な誤差を検出することができず、その誤差の補正を行い得ない。

その一方で、機関回転数Ｎｅが１８００ｒｐｍ＜Ｎｅ＜２２００ｒｐｍの範囲内にあれば、クランクシャフト８は等速回転を行う。

そこで、本実施例の回転角補正手段１８Ｂは、上記ステップＳＴ２にて機関回転数Ｎｅが１８００ｒｐｍ＜Ｎｅ＜２２００ｒｐｍの範囲内にあるか否かを判定し、機関回転数Ｎｅがその範囲外であれば、本処理を終了してクランクシャフト８の回転が不安定な状態での回転角度誤差の補正処理を行わせない。

ところで、上記ステップＳＴ２にて機関回転数Ｎｅがその範囲内にあっても、フューエルカット中にスロットルバルブ１２が閉じられていると、ポンピングロスが大きくなり、クランクシャフト８が等速回転にならない。

これが為、この回転角補正手段１８Ｂは、上記ステップＳＴ２にて機関回転数Ｎｅが上記の範囲内にあると判定した場合に、スロットル開度調節機能１８Ｂ₁によりアクセル開度に拘らずスロットルバルブ１２を開かせる（ステップＳＴ３）。

これにより、吸気流路１１内の負圧が小さくなってポンピングロスが減少し、回転変動が抑制されるので、クランクシャフト８の回転が安定している状態で回転角度の誤差を補正することができる。

ここで、スロットルバルブ１２を僅かでも開けば吸気流路１１内の負圧を小さくすることができるが、好ましくは、スロットル開度を所定開度，具体的にはＷＯＴ（Ｗｉｄｅ Ｏｐｅｎ Ｔｈｒｏｔｔｌｅ＝スロットル全開）になるまで開けた方が良い。ここでの所定開度，即ちＷＯＴとは、吸気流路１１内の負圧が略一定になる開度のことをいい、それ以上開けても大きな負圧の変化が起こらない開度のことである。このようなことから、この回転角補正手段１８Ｂのスロットル開度調節機能１８Ｂ₁は、スロットル開度をＷＯＴにするよう設定されていることが好ましい。

尚、スロットル開度の調節は、ＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）バルブ等の他の機構により行ってもよい。

続いて、この回転角補正手段１８Ｂは、クランクシャフト８の回転が安定している状態でのクランク角センサ１５からのクランク角度位置信号パルスに基づいて、回転角度誤差補正機能１８Ｂ₂によりそのクランク角度位置間の補正角度θｍｅａを算出する（ステップＳＴ４）。ここで、この回転角補正手段１８Ｂは、少なくともクランクシャフト８が１回転する間の全てのクランク角度位置間の補正角度θｍｅａの算出を行うものとする。

このステップＳＴ４において、回転角補正手段１８Ｂは、先ず、検出されたクランクシャフト１回転当りのクランク角度位置信号パルスの間隔時間を各々計測し、夫々のクランク角度位置間における実測所要時間Ｔｍｅａを求める。そして、ＥＣＵ１８のバックアップＲＡＭから基準角度θｒｅｆを読み出し、この基準角度θｒｅｆとクランク角度位置信号検出時にＥＣＵ１８が認識している機関回転数Ｎｅとを前述した式２に代入して推定所要時間Ｔｒｅｆを算出する。しかる後、この回転角補正手段１８Ｂは、夫々のクランク角度位置間毎に各パラメータを前述した式１に代入し、クランク角度位置間毎の補正角度θｍｅａを算出する。

例えば、クランクシャフト１回転当りにおける夫々のクランク角度位置間の実測所要時間Ｔｍｅａが図３に示す如く求められたとする。ここで、クランク角センサ１５が１°ＣＡ毎にクランク角度位置信号パルスを出力するものであれば基準角度θｒｅｆ＝１°となり、クランク角度位置信号パルス検出時にＥＣＵ１８が認識している機関回転数Ｎｅが２０００ｒｐｍの場合には、式２より推定所要時間Ｔｒｅｆ≒８３．３０μｓとなる。

回転角補正手段１８Ｂは、例えばクランク角度位置０°ＣＡ−１°ＣＡ間の実測所要時間Ｔｍｅａ＝８３．９５μｓ，基準角度θｒｅｆ＝１°及び推定所要時間Ｔｒｅｆ≒８３．３０μｓを式１に代入する。これにより、クランク角度位置０°ＣＡ−１°ＣＡ間の補正角度θｍｅａ≒１．０００７８°が求められる。回転角補正手段１８Ｂは、このような演算を夫々のクランク角度位置間毎に行う。

そのようにして算出された夫々のクランク角度位置間における補正角度θｍｅａは、ＥＣＵ１８のバックアップＲＡＭへと格納される。

以上示した如く本実施例の回転角検出装置によれば、フューエルカット状態で且つ機関回転数Ｎｅが所定の回転数のときにスロットルバルブ１２を開かせているので、クランクシャフト８の回転を安定させることができ、製造上の公差による微小な誤差を補正したクランク角度位置間の補正角度θｍｅａを求めることができる。

尚、上述した回転角度の誤差の補正処理は、所定のタイミングで行われる。即ち、フューエルカット状態で且つ機関回転数Ｎｅが所定の回転数のときに、常に行うものであってもよく、また、ワントリップに１回行うものであってもよい。更にまた、上述した回転角度の誤差の補正方法は、必ずしも本実施例の態様に限定するものではない。

〔失火検出装置への適用例１〕
以下に、上述した回転角検出装置による学習結果の具体的な適用例について示す。ここでは、その学習結果を内燃機関１の失火検出装置に適用した場合を例示する。

最初に、この失火検出装置の構成について説明する。この失火検出装置は、本発明に係る回転角検出装置と同様にＥＣＵ１８の一機能として設けられている。尚、ここで用いるクランク角センサ１５は、１°ＣＡ周期でクランク角度位置信号パルスをＥＣＵ１８へと出力するものとする。

内燃機関１の摩擦トルクＴｆは、潤滑油の劣化や粘度等によってその特性が変化する。そして、この摩擦トルクＴｆは、例えば図４に示す摩擦トルクＴｆのマップの如く、冷却水温度（又は潤滑油温度）によって摩擦トルクカーブのオフセット量が変化していくという特徴を持っている。これが為、任意の条件（ここでは任意の機関回転数Ｎｅ及び水温）における後述する図５に示す摩擦トルクＴｆ₂が推定できれば、そのオフセット量を勘案した上で略全域の摩擦トルクＴｆを推定することができる。

そこで、この失火検出装置（ＥＣＵ１８）には、潤滑油の劣化等により摩擦トルクＴｆが変化した場合でも精度の高い失火検出が行えるように、その摩擦トルクＴｆ₂を推定する為の図６に示す摩擦トルク推定手段１８Ｃが設けられている。

この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、内燃機関１の負荷が安定している場合に所定気筒のフューエルカットを行い、その際に推定した摩擦トルクＴｆ₂と現在の摩擦トルクマップ上の摩擦トルクＴｆ₁とから略全域の摩擦トルクＴｆを推定して摩擦トルクマップの書き換えを行うものである。即ち、この摩擦トルク推定手段１８Ｃには、大別すると、ある条件における一点の摩擦トルクＴｆを推定する為の摩擦トルク推定機能１８Ｃ₁と、この摩擦トルクＴｆから略全域の摩擦トルクＴｆを推定して摩擦トルクマップの書き換えを行う為の摩擦トルクマップ推定／書換機能１８Ｃ₂とが設けられている。

また、上記摩擦トルク推定機能１８Ｃ₁とは上述したが如く内燃機関１の負荷の状態を把握した上で摩擦トルクＴｆの推定を行うものであるので、この摩擦トルク推定手段１８Ｃには、内燃機関１の負荷が安定している（内燃機関１が無負荷）か否かを判定する為の図６に示す負荷状態判定機能１８Ｃ₃が設けられている。更に、この摩擦トルク推定手段１８Ｃには、負荷が安定している場合に所定気筒のフューエルカットを行う図６に示すフューエルカット機能１８Ｃ₄も設けられている。

このように、この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、負荷が安定している状態で摩擦トルクＴｆを推定するので、その推定値の精度が向上し、後述する如く推定される略全域の摩擦トルクＴｆの推定精度をも向上させることが可能となる。また、フューエルカットを行うことで燃焼による負荷変動がなくなり、更に精度の高い摩擦トルクＴｆの推定を行うことができる。

ここで、内燃機関１の負荷が安定している場合とは、例えば（１）車輪へ駆動力を伝達するクラッチが切られている状態である場合，（２）内燃機関１の機関回転数Ｎｅが安定している場合，（３）内燃機関１がフューエルカット状態である場合，又は（４）内燃機関１の始動中（即ちクランキング中）である場合のことをいい、上記負荷状態判定機能１８Ｃ₃は、その（１）〜（４）の全て又はその少なくとも一つに基づいて内燃機関１の負荷状態を判定する。

上記（１）のクラッチ切断状況によって負荷の安定状態を判定する場合、この負荷状態判定機能１８Ｃ₃は、例えば手動変速機の車輌であれば運転者がクラッチペダルを踏み込んだ際にＥＣＵ１８に出力されるクラッチ切断状態である旨を示す信号を利用する。このようなクラッチ切断状態においては車輪の回転変動等による路面側からの負荷が入力されないので、より安定した負荷状態になり、上記摩擦トルク推定機能１８Ｃ₁は、より精度の高い摩擦トルクＴｆの推定を行うことができる。

また、上記（２）の機関回転数Ｎｅが安定しているか否かで負荷の安定状態を判定する場合、この負荷状態判定機能１８Ｃ₃は、例えばＥＣＵ１８に入力されるクランク角センサ１５の出力信号を利用する。例えば、その機関回転数Ｎｅの安定状態としては、アイドリング状態の場合がある。一般に、アイドリング状態である場合とは車輌が停止している場合が殆どであり、これが為、上記（１）と同様に路面等からの負荷が入力されないので、より安定した負荷状態になり、上記摩擦トルク推定機能１８Ｃ₁は、より精度の高い摩擦トルクＴｆの推定を行うことができる。更に、このような車輌の停止状態で後述する如くフューエルカットを行うので、運転に影響（例えば運転者や同乗者が不快な減速Ｇを感じる等）を与えないで済む。尚、ここでのアイドリング状態とは、短い時間でも一定のアイドリング回転数を保っている状態のことをいう。

また、上記（３）のフューエルカット状態は、例えばＥＣＵ１８が燃料噴射装置にフューエルカット指令を送信しているか否かで判断する。このようなフューエルカット状態においては燃焼による負荷変動がないので、より安定した負荷状態になり、より精度の高い摩擦トルクＴｆの推定を行うことができる。尚、このフューエルカット状態を契機として摩擦トルクＴｆの推定を行う場合には、既にフューエルカットされている状態であるので、後述する推定前のフューエルカットは行わない。

また、上記（４）のクランキング中か否かで負荷の安定状態を判定する場合、この負荷状態判定機能１８Ｃ₃は、例えばＥＣＵ１８に入力されるスタータスイッチ（図示略）のＯＮ信号を利用する。このようなクランキング中においては電動モータのみで回転させることから機関回転数Ｎｅが安定しているので、より安定した負荷状態になり、より精度の高い摩擦トルクＴｆの推定を行うことができる。

このように、負荷状態判定機能１８Ｃ₃によって負荷が安定していると判定された場合、上記摩擦トルク推定機能１８Ｃ₁は、ＥＣＵ１８のＲＯＭに格納されている制御プログラム内の下記の式４に基づいて摩擦トルクＴｆを推定する。以下に、その摩擦トルクＴｆを得る為の演算式（式４）について詳述する。

先ず、下記の式３に、内燃機関１のトルクとクランクシャフト８の角加速度との関係を示す。

ここで、Ｊは慣性モーメント，ｄω／ｄｔは角加速度，Ｔｆは摩擦トルク，Ｔｌは負荷トルク，Ｔｉは図示トルクを示す。

前述したが如く、ここでは無負荷時に摩擦トルクＴｆの測定を行うので、負荷トルクＴｌ＝０となる。これが為、上記式３の内燃機関１のトルクとクランクシャフト８の角加速度との関係式については、下記の式４の関係が成り立つ。

この式４によれば、摩擦トルクＴｆは、慣性トルクＪ×（ｄω／ｄｔ）と図示トルクＴｉが明らかになれば得られることが解る。これが為、この摩擦トルク推定手段１８Ｃには、図６に示す如く、慣性トルク推定機能１８Ｃ₅と図示トルク推定機能１８Ｃ₆が設けられている。

ここで、上記慣性モーメントＪは、内燃機関１を構成するコネクティングロッド７やクランクシャフト８等の各部品のメカニカルパラメータによって予め設計値として決められているものであって、ＥＣＵ１８のバックアップＲＡＭに記憶されている。

また、角加速度ｄω／ｄｔは、クランク角センサ１５から送られてきたクランク角度位置信号パルスの間隔時間と、前述した回転角補正手段１８Ｂが求めた補正角度θｍｅａとに基づいてＥＣＵ１８が算出する。例えば、ＥＣＵ１８がクランク角度位置０°ＣＡ−１°ＣＡ間の間隔時間を計測した場合には、そのＥＣＵ１８は、クランク角度位置０°ＣＡ−１°ＣＡ間の補正角度θｍｅａをバックアップＲＡＭから読み込んで角加速度ｄω／ｄｔを求める。このように補正角度θｍｅａを用いることによって、精度の高い角加速度ｄω／ｄｔを得ることができる。

このようなことから、上記慣性トルク推定機能１８Ｃ₅は、クランク角センサ１５から取得したクランク角度位置信号パルスとバックアップＲＡＭに記憶されている情報とを用いて慣性トルクＪ×（ｄω／ｄｔ）を推定することができる。

続いて、上記図示トルクＴｉは、筒内圧によるトルクと往復慣性質量によるトルクを合計したものである。

ここで、摩擦トルクＴｆを推定する際には所定気筒のフューエルカットを行うので、クランク角度位置信号パルス等を検出する際の気筒内においては燃焼が行われていない。これが為、かかる場合の筒内圧によるトルクは、機関回転数Ｎｅと負荷率（気筒内にどれだけ空気が入ってきているか）から精度良く推測することができる。尚、一般に、この筒内圧トルクは、内燃機関１の制御で用いられているので既にＥＣＵ１８のバックアップＲＡＭに記憶されている。これが為、ここでは、そのバックアップＲＡＭに記憶されている筒内圧トルクを使用する。

また、往復慣性質量によるトルクは、ピストン６の設計値の質量から予め決められているものであって、ＥＣＵ１８のバックアップＲＡＭに記憶されている。

これが為、上記図示トルク推定機能１８Ｃ₆は、バックアップＲＡＭに既に記憶されている情報から図示トルクＴｉを推定することができる。

以上のことから、摩擦トルク推定機能１８Ｃ₁は、推定した慣性トルクＪ×（ｄω／ｄｔ）と図示トルクＴｉを上記式４に代入して摩擦トルクＴｆを求めることができる。

次に、上記摩擦トルクマップ推定／書換機能１８Ｃ₂について説明する。この摩擦トルクマップ推定／書換機能１８Ｃ₂には、上記摩擦トルク推定機能１８Ｃ₁による摩擦トルク推定時の機関回転数Ｎｅ及び冷却水温度に該当する図５に示す摩擦トルクマップ上の摩擦トルク（既存摩擦トルク）Ｔｆ₁と、上記摩擦トルク推定機能１８Ｃ₁により求められた摩擦トルク（現摩擦トルク）Ｔｆ₂との差を求める機能が設けられている。

ここで、この摩擦トルクマップ推定／書換機能１８Ｃ₂は、その差分だけ摩擦トルクマップ上の現状の摩擦トルクカーブを縦軸（摩擦トルク軸）方向にオフセット移動させたカーブ上の各点を新たな摩擦トルクＴｆと推定する。これが為、この摩擦トルクマップ推定／書換機能１８Ｃ₂には、その差分だけ摩擦トルクマップ上の各水温における現状の摩擦トルクカーブを夫々オフセット移動させる機能が設けられており、これにより摩擦トルクマップの書き換えが行われる。

次に、この失火検出装置には、内燃機関１の回転変動量ΔＮを求め、この回転変動量ΔＮが失火判定基準値Ｎｂ以上であるか否かで失火の有無を判定する公知の失火判定手段１８Ｄが設けられている。

具体的に、この失火判定手段１８Ｄには、例えば機関回転数Ｎｅを一点火毎に読み込み、前回点火時の機関回転数Ｎｅと今回点火時の機関回転数Ｎｅとの差分から回転変動量ΔＮを算出する機能と、内燃機関１の冷却水温度等の運転状態に応じて所定の失火判定マップをバックアップＲＡＭから読み込む機能と、この失火判定マップから今回点火時の機関回転数Ｎｅと負荷とに対応する失火判定基準値Ｎｂを読み込み、上記回転変動量ΔＮとの比較により失火の有無を判定する機能とが設けられている。

このように、この失火判定手段１８Ｄは、ＥＣＵ１８により求められた機関回転数Ｎｅに基づいて回転変動量ΔＮを算出する。ここで、ＥＣＵ１８は、その機関回転数Ｎｅを求める際にも前述した回転角補正手段１８Ｂが求めた補正角度θｍｅａを使用する。即ち、クランク角センサ１５から送られてきたクランク角度位置信号パルスの間隔時間（実測所要時間Ｔｍｅａ）と、そのクランク角度位置間に相当するバックアップＲＡＭ内の補正角度θｍｅａとを、ＥＣＵ１８のＲＯＭに格納されている制御プログラム内の下記の式５に代入して機関回転数Ｎｅを求める。

Ｎｅ＝（６０／Ｔｍｅａ）＊（θｍｅａ／３６０°） … （５）

このように、補正角度θｍｅａを用いることによって精度良く機関回転数Ｎｅを求めることができるので、失火判定手段１８Ｄは、クランクシャフト８等の製造上の公差を考慮した正確な回転変動量ΔＮを算出することができる。

また、上記失火判定基準値Ｎｂは、機関回転数Ｎｅと負荷（負荷トルクＴｌ）という運転状態をパラメータとした失火判定マップとして予め定められている。ここで、その失火判定マップは、車輌開発時の設計値や実験値に基づいて機関回転数Ｎｅと負荷と失火判定基準値Ｎｂとの対応関係が所定のものとして予め定められる。これが為、潤滑油の劣化等により摩擦トルクＴｆが変化している場合、従来は、失火判定マップにその変化量が加味されないので、的確な精度の高い失火判定ができない。

そこで、この失火判定手段１８Ｄには、上記摩擦トルク推定手段により書き換えられた最新の摩擦トルクマップで回転変動量ΔＮを補正する機能が設けられており、この補正後の回転変動量ΔＮと上記失火判定基準値Ｎｂとを比較して失火判定を行う。これにより、潤滑油の劣化等で摩擦トルクＴｆが変動したとしても、その変動した摩擦トルクＴｆを加味した精度の高い失火検出を行うことができる。

尚、ここでは上述したものを失火判定手段１８Ｄの一例として説明するが、その失火検出方法は回転変動量に基づいたものであれば何れのものであってもよい。

次に、この失火検出装置の動作説明を図７のフローチャートに基づいて行う。

最初に、この失火検出装置の摩擦トルク推定手段１８Ｃの動作説明を行う。

この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、例えばイグニッションを「ＯＮ」にしてから「ＯＦＦ」にするまでの間に少なくとも一回又は所定期間毎に、摩擦トルクマップの学習／変更を行う。先ず、この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、図７に示す如く、内燃機関１の負荷が安定状態にあるか否かを判定している（ステップＳＴ１１）。ここで、この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、負荷が安定状態に無ければ処理を終了し、安定状態にあれば所定気筒（例えばここでは１番気筒）のフューエルカットの指令を燃料噴射装置に対して行う。

これによりその所定気筒のフューエルカットが行われ（ステップＳＴ１２）、このフューエルカット状態において、この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、摩擦トルクＴｆの推定を行う（ステップＳＴ１３）。

このステップＳＴ１３においては、摩擦トルク推定手段１８Ｃは、前述したが如く補正角度θｍｅａを用いて角加速度ｄω／ｄｔの算出を行い、この角加速度ｄω／ｄｔとバックアップＲＡＭに記憶されている慣性モーメントＪとを乗算して慣性トルクＪ×（ｄω／ｄｔ）を求める。また、バックアップＲＡＭに記憶されている筒内圧トルクと往復慣性質量トルクとを加算して図示トルクＴｉを求める。そして、この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、前述した式４に基づき図示トルクＴｉからその慣性トルクＪ×（ｄω／ｄｔ）を除算して摩擦トルクＴｆを算出する。このように、補正角度θｍｅａを用いることによって精度良く角加速度ｄω／ｄｔを求めることができるので、算出される摩擦トルクＴｆについての精度向上も可能となる。

尚、かかる摩擦トルク推定時には、ＥＣＵ１８により機関回転数Ｎｅが算出される。その算出においては前述したが如く補正角度θｍｅａが用いられるので、精度の良い機関回転数Ｎｅを得ることができる。また、その摩擦トルク推定時には、ＥＣＵ１８に入力された水温センサ１６の冷却水温度信号から摩擦トルク測定時の冷却水の温度が検出される。

次に、この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、バックアップＲＡＭから図４に示す摩擦トルクマップを読み出す（ステップＳＴ１４）。そして、上記摩擦トルク測定時の機関回転数Ｎｅ及び冷却水温度に該当する摩擦トルクマップ上の摩擦トルク（既存摩擦トルク）Ｔｆ₁と、上記ステップＳＴ１３で求めた摩擦トルク（現摩擦トルク）Ｔｆ₂とを比較して、これらの値に違いがあるか否かを判定する（ステップＳＴ１５）。

ここで、この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、既存摩擦トルクＴｆ₁と現摩擦トルクＴｆ₂とが同一の値であれば、潤滑油の劣化等による摩擦トルクＴｆの変化がないものとして処理を終了する。また、その双方の摩擦トルクＴｆ₁，Ｔｆ₂の値が異なっていれば、その差分を演算し、この差分を摩擦トルクカーブのオフセット移動量Ｏｆとして定める（ステップＳＴ１６）。例えば、図５は、機関回転数Ｎｅ（例えば２０００ｒｐｍ）における水温６０℃の現摩擦トルクＴｆ₂と既存摩擦トルクＴｆ₁とを示したものであり、そのオフセット移動量分だけ移動させた摩擦トルクカーブの各点を現在の内燃機関１の摩擦トルクＴｆと推定する。

そして、この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、図８示す如く摩擦トルクマップ上の各水温の摩擦トルクカーブをそのオフセット移動量Ｏｆの分だけ移動させ、この摩擦トルクマップの書き換えを行う（ステップＳＴ１７）。尚、この摩擦トルクマップは、バックアップＲＡＭへと格納される。

尚、この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、負荷が安定している場合の任意の条件，即ち負荷が安定している場合の任意の機関回転数Ｎｅと冷却水温度における現摩擦トルクＴｆ₂を推定し、これに基づき略全域の摩擦トルクＴｆを推定しているが、必ずしもかかる態様に限定するものではない。例えば、負荷が安定し、且つ所定の機関回転数Ｎｅ若しくは冷却水温度（潤滑油温度）になったとき，又は所定の機関回転数Ｎｅ及び冷却水温度（潤滑油温度）になったときにフューエルカットを行って現摩擦トルクＴｆ₂を推定してもよい。そして、これによれば更なる推定精度の向上を図ることができる。

次に、この失火検出装置の失火判定手段１８Ｄの動作説明を図９のフローチャートに基づいて行う。

先ず、この失火判定手段１８Ｄは、ＥＣＵ１８により補正角度θｍｅａを用いて算出された機関回転数Ｎｅを一点火毎に読み込み、前回点火時の機関回転数Ｎｅと今回点火時の機関回転数Ｎｅとの差分から回転変動量ΔＮを算出する（ステップＳＴ２１）。そして、今回点火時の機関回転数Ｎｅと冷却水温度に基づいて、バックアップＲＡＭの摩擦トルクマップから該当する摩擦トルクＴｆを読み込み（ステップＳＴ２２）、この摩擦トルクＴｆを用いて回転変動量ΔＮの補正を行う（ステップＳＴ２３）。

続いて、この失火判定手段１８Ｄは、上記運転状態に応じた失火判定マップをバックアップＲＡＭから読み出し（ステップＳＴ２４）、この失火判定マップから今回点火時の機関回転数Ｎｅと負荷とに対応する失火判定基準値Ｎｂを読み込む（ステップＳＴ２５）。

しかる後、この失火判定手段１８Ｄは、その失火判定基準値Ｎｂよりも上記補正後の回転変動量ΔＮが大きいか否かを判断する（ステップＳＴ２６）。

ここで、この失火判定手段１８Ｄは、補正後の回転変動量ΔＮが失火判定基準値Ｎｂ以下であれば、正常であると判定して本処理を終了し、補正後の回転変動量ΔＮが失火判定基準値Ｎｂよりも大きければ失火と判定する（ステップＳＴ２７）。

以上示した如く、この失火検出装置によれば、負荷が安定している状態で摩擦トルクＴｆを推定するので正確な摩擦トルクＴｆを得ることができる。また、補正角度θｍｅａを用いることによって製造上の公差に影響されない正確な機関回転数Ｎｅを算出することができる。これらのことから、この失火検出装置は、正確な回転変動量（運動量）ΔＮを求めることができるので、失火検出の精度向上が可能になる。

更に、この失火検出装置は、摩擦トルクＴｆを推定する為に新たなセンサ等の部品を用意する必要も無く、また、既に内燃機関１の制御で使用しているバックアップＲＡＭの情報も利用するので、大幅なコスト増加を招かずに精度の高い失火検出を行うことができる。

〔失火検出装置への適用例２〕
次に、回転角検出装置による学習結果が他の失火検出装置に適用された場合について例示する。

この適用例２の失火検出装置は、前述した適用例１の失火検出装置と比して、その失火検出方法（失火判定手段１８Ｄ）が異なる。

この適用例２の失火判定手段１８Ｄには、失火判定の際に読み込んだ失火判定基準値Ｎｂを、上記摩擦トルク推定手段により書き換えられた最新の摩擦トルクマップで補正する機能が設けられている。これが為、この失火判定手段１８Ｄは、その補正後の失火判定基準値Ｎｂを用いて上記回転変動量ΔＮとの比較を行うので、潤滑油の劣化等で摩擦トルクＴｆが変動したとしても、その変動した摩擦トルクＴｆを加味した精度の高い失火検出を行うことができる。

尚、この適用例２の失火判定手段１８Ｄは、回転変動量ΔＮの算出機能，所定の失火判定マップの読込機能，この失火判定マップから失火判定基準値Ｎｂを読み込む機能，及び失火判定基準値Ｎｂと回転変動量ΔＮとの比較による失火判定機能を有する点では適用例１の失火判定手段１８Ｄと同様である。

かかる場合における失火判定手段１８Ｄは、図１０のフローチャートに示す如く動作する。

先ず、この失火判定手段１８Ｄは、ＥＣＵ１８により補正角度θｍｅａを用いて算出された機関回転数Ｎｅを一点火毎に読み込み、前回点火時の機関回転数Ｎｅと今回点火時の機関回転数Ｎｅとの差分から回転変動量ΔＮを算出する（ステップＳＴ３１）。そして、バックアップＲＡＭから失火判定マップを読み出し（ステップＳＴ３２）、更にこの失火判定マップから今回点火時の機関回転数Ｎｅと負荷とに対応する失火判定基準値Ｎｂを読み込む（ステップＳＴ３３）。

しかる後、この失火判定手段１８Ｄは、その失火判定基準値Ｎｂの機関回転数Ｎｅと今回点火時の冷却水温度に基づいて、バックアップＲＡＭの摩擦トルクマップから該当する摩擦トルクＴｆを読み込む（ステップＳＴ３４）。そして、この摩擦トルクＴｆを用いて失火判定基準値Ｎｂの補正を行い（ステップＳＴ３５）、この補正後の失火判定基準値Ｎｂよりも上記回転変動量ΔＮが大きいか否かを判断する（ステップＳＴ３６）。

ここで、この失火判定手段１８Ｄは、回転変動量ΔＮが補正後の失火判定基準値Ｎｂ以下であれば、正常であると判定して本処理を終了し、回転変動量ΔＮが補正後の失火判定基準値Ｎｂよりも大きければ失火と判定する（ステップＳＴ３７）。

以上示した如く、この適用例２の失火検出装置によれば、補正角度θｍｅａを用いることによって製造上の公差に影響されない正確な機関回転数Ｎｅを算出することができるので、正確な回転変動量（運動量）ΔＮを求めることができる。また、負荷が安定している状態で摩擦トルクＴｆを推定するので正確な摩擦トルクＴｆを得ることができ、その摩擦トルクＴｆを用いて失火判定基準値Ｎｂの補正を行うことで失火検出の精度の向上が図れる。

〔失火検出装置への適用例３〕
次に、回転角検出装置による学習結果が更に他の失火検出装置に適用された場合について例示する。

この適用例３の失火検出装置は、前述した適用例１，２の失火検出装置と比して、その摩擦トルクＴｆの推定方法（摩擦トルク推定手段１８Ｃ）が異なる。

適用例１，２においては前述した式４を用いて摩擦トルクＴｆの推定を行ったが、この適用例３の摩擦トルク推定手段１８Ｃは、内燃機関１を始動させる為の電動モータ（図示略）から摩擦トルクＴｆの推定を行う。

具体的に、この摩擦トルク推定手段１８Ｃの摩擦トルク推定機能１８Ｃ₁には、内燃機関１の着火前の空転時に電動モータの消費電力を求め、この消費電力から内燃機関１の摩擦トルクＴｆに相当するモータトルクを求めるモータトルク推定機能が設けられている。

ここで、この適用例３の摩擦トルク推定手段１８Ｃは、適用例１，２と同様の摩擦トルク推定／書換機能１８Ｃ₂及び負荷状態判定機能１８Ｃ₃を有している。尚、この負荷状態判定機能１８Ｃ₃は、適用例１で説明したクランキング中か否かで負荷の安定状態を判定するものを用いる。

また、この適用例３にあっては、内燃機関１の着火前の空転時に電動モータの消費電力を求めるので、負荷が安定している場合の所定気筒のフューエルカット機能１８Ｃ₄は設けていないが、必要とあらば設けてもよい。

かかる場合における摩擦トルク推定手段１８Ｃは、図１１のフローチャートに示す如く動作する。

この摩擦トルク推定手段１８Ｃは、電動モータが駆動された際に内燃機関１の負荷が安定状態にあると判断して（ステップＳＴ４１）、内燃機関１が着火する前の空転時に電動モータの消費電力を求める（ステップＳＴ４２）。そして、この消費電力から内燃機関１の摩擦トルクＴｆに相当するモータトルクを推定する（ステップＳＴ４３）。

即ち、内燃機関１の始動時で且つ着火前であれば、電動モータは、内燃機関１の摩擦トルクＴｆに打ち勝つようにＥＣＵ１８によって電流の制御が為される。これが為、摩擦トルクＴｆが大きければ電動モータの消費電力は大きくなるので、この特性を利用して消費電力から摩擦トルクＴｆの推定を行うことができる。

尚、かかる摩擦トルク推定時には、前述した適用例１，２と同様に、ＥＣＵ１８による機関回転数Ｎｅの算出と冷却水温度の検出が行われる。ここでも機関回転数Ｎｅを算出する際には補正角度θｍｅａが用いられるので、精度の良い機関回転数Ｎｅを得ることができる。

以降、ステップＳＴ４４〜ＳＴ４７までの摩擦トルクマップの書き換え処理は、適用例１，２のステップＳＴ１４〜ＳＴ１７までの処理と同じであるので、ここでの説明は省略する。

以上示した如く、この適用例３の失火検出装置によっても、負荷が安定している状態で摩擦トルクＴｆを推定するので正確な摩擦トルクＴｆを得ることができ、失火検出の精度を向上させることができる。特に、電動モータの消費電力からの摩擦トルクＴｆの推定は、簡便であり、また、制御プログラム等の構成を簡潔なものとすることができるので有用である。

以上のように、本発明に係る内燃機関の回転角検出装置は、クランクシャフトの回転角度の誤差を補正する技術として有用であり、特に、クランクシャフト等の製造上の公差による微小な誤差を補正するのに適している。

本発明に係る回転角検出装置についての構成の一例を示すブロック図である。 本発明に係る回転角検出装置についての動作説明を示すフローチャートである。 クランク角度位置とクランク角度位置間の回転に要する所要時間との関係を示す図であって、実測所要時間と公差０における推定所要時間とを示すグラフである。 本発明に係る回転角検出装置の学習結果を適用する失火検出装置における摩擦トルクマップの一例を示す図である。 その失火検出装置の摩擦トルク推定手段で検出した現摩擦トルクと既存摩擦トルクとの関係を図４に示す摩擦トルクマップ上に表した説明図である。 その失火検出装置の構成の一例を示すブロック図である。 その失火検出装置における摩擦トルク推定手段の動作説明を示すフローチャートである。 その失火検出装置の摩擦トルク推定手段により書き換えられた摩擦トルクマップの一例を示す図である。 その失火検出装置における失火判定手段の動作説明を示すフローチャートである。 本発明に係る回転角検出装置の学習結果を適用する他の失火検出装置における失火判定手段の動作説明を示すフローチャートである。 本発明に係る回転角検出装置の学習結果を適用する他の失火検出装置における摩擦トルク推定手段の動作説明を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
８ クランクシャフト
１２ スロットルバルブ
１２ａ バルブ主体
１２ｂ バルブ駆動手段
１４ スロットル開度センサ
１５ クランク角センサ
１８ ＥＣＵ
１８Ｂ 回転角補正手段
１８Ｂ₁ スロットル開度調節機能
１８Ｂ₂ 回転角度誤差補正機能

Claims (3)

1. クランク角センサの出力信号に基づいて内燃機関のクランクシャフトの回転角度を検出する回転角検出手段と、該回転角検出手段により検出される回転角度の誤差を補正する回転角補正手段とを備え、
   この回転角補正手段に、前記内燃機関がフューエルカット状態のときにスロットルバルブを開かせるスロットル開度調節機能と、該フューエルカット状態で且つスロットルバルブが開いているときに取得した前記クランク角センサの出力信号に基づいて前記回転角度の誤差を所定のタイミングで補正する回転角度誤差補正機能とを設けたことを特徴とする内燃機関の回転角検出装置。
2. 前記回転角補正手段のスロットル開度調節機能は、前記内燃機関が車輌減速時のフューエルカット状態のときに、アクセル開度に拘らずスロットルバルブを開かせる機能であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の回転角検出装置。
3. 前記回転角補正手段のスロットル開度調節機能は、スロットル開度をＷＯＴにするよう設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の回転角検出装置。

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