JP2006152953A - ４サイクルエンジンの行程判別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気圧をパラメータとして行程判別および気筒判別を行う装置において、正確な判別を可能にした４サイクルエンジンの行程判別装置を提供する。
【解決手段】ECU５は、クランクパルスに基づいてクランクシャフト１の位相を検知する位相検知部５０１と、エンジンの１周期をクランクパルスの出力タイミングで２２分割し、各位相（ステージ）に仮ステージ番号を割り当てる仮ステージ割当部５０２と、PBセンサ４により検知された吸気圧（PB値）の変動パターンを記録するPBパターン記録部５０３と、歯抜け位置およびその近傍でのPB値の変動パターンに基づいて各気筒の吸入開始ステージを識別する吸入開始ステージ識別部５０４と、前記仮ステージの割当結果と前記吸入開始ステージの識別結果とに基づいて、前記各ステージに仮ステージ番号に代えて本ステージ番号を割り当てる本ステージ割当部５０５とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、４サイクルエンジンの行程判別装置に係り、特に、多気筒で点火タイミングが不等間隔なV型エンジンの行程判別に好適な４サイクルエンジンの行程判別装置に関する。

電子燃料噴射装置を採用した４サイクルエンジンでは、その行程判別をエンジンのカムシャフトの位相およびクランクシャフトの位相の双方に基づいて検知していた。これに対して、特許文献１には、カムシャフトの位相を検知することなく、クランクシャフトの特定の位相において検知された今回の吸気圧と一周期前に検知された吸気圧とを比較し、両者の大小関係に応じて行程判別および気筒判別を行う程判別装置が提案されている。これにより、エンジンのシリンダヘッド内にカムシャフトの位相を検知するセンサを設置する必要がなくなるので、エンジンの小型・軽量化が可能になる。
特開平１０−２２７２５２号公報

上記した従来技術では、吸気圧の微妙な大小関係に基づいて行程判別および気筒判別が行われるが、吸気圧はエンジンの行程のみならず、加速状態であるか否か、あるいは減速状態であるか否かといった走行状態にも依存する。したがって、走行状態にかかわらず吸気圧のみに基づいて行程判別や気筒判別を行おうとすれば、多数の実機テストによる確認作業を余儀なくされるので開発工数が増大するという技術課題があった。

さらに、実機テストにより得られた多くのデータに基づいて、吸気圧の実測値を標準状態の値に補償しようとすれば、ECUの演算負荷が大きくなってしまうという技術課題もあった。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、吸気圧をパラメータとして行程判別および気筒判別を行う装置において、正確な判別を可能にした４サイクルエンジンの行程判別装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明は、点火タイミングが不等間隔の多気筒４サイクルエンジンの行程を判別する装置において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
(1)吸気圧の変動パターンを記録する手段と、前記吸気圧の変動パターンに基づいて、各気筒の吸入開始タイミングを判別する手段と、前記各気筒の吸入開始タイミングとクランクシャフトの位相との対応関係に基づいて行程を判別する手段とを含むことを特徴とする。
(2)変動パターンを記録する手段は、クランクシャフトの所定の位相期間における吸気圧の変動パターンのみを記録することを特徴とする。
(3)変動パターンには吸気圧の増減が時系列で記録されていることを特徴とする。
(4)吸入開始タイミングを判別する手段は、変動パターンにおいて吸気圧が増加から減少に転じたタイミングを吸入開始タイミングと判別することを特徴とする。
(5)エンジンがV型の２気筒エンジンであることを特徴とする。
(6)行程を判別する手段は、各吸入開始タイミングの進角量を比較する手段と、この比較結果に基づいて一方の吸入開始タイミングを所定の行程と対応付ける手段と、前記一方の吸入開始タイミングと所定の行程との対応関係に基づいて、クランクシャフトの２周期分の各位相とエンジンの各行程とを対応付ける手段とを含むことを特徴とする。

本発明によれば以下のような効果が達成される。
(1)請求項１の発明によれば、クランクシャフトの位相のみならず、吸気圧に基づいて正確かつ簡単に求められる各気筒の吸入開始タイミングをもパラメータとして行程判別が行われるので、開発工数を減じながら、かつECUの演算負荷を増すことなく、点火タイミングが不等間隔の多気筒４サイクルエンジンの行程を正確に判別できるようになる。
(2)請求項２の発明によれば、行程判別に必要な吸気圧のみが記録され、行程判別に不要な吸気圧は記録されないので、ECUの演算負荷やメモリの消費量を削減できる。
(3)請求項３の発明によれば、吸気圧の増減のみが時系列で記録されるので、変動パターンの記録に必要なメモリの消費量を削減できる。
(4)請求項４の発明によれば、吸入開始タイミングを吸気圧の変動パターンの極値として検知できるので、吸気圧に基づいて吸入開始タイミングを正確に判別できるようになる。
(5)請求項５の発明によれば、１つの吸気圧検知手段のみで２気筒エンジンの各気筒の吸入開始タイミングを正確に検知できるようになる。
(6)請求項６の発明によれば、１つの吸気圧検知手段のみで２気筒エンジンの行程を正確に判別できるようになる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る行程判別装置の一実施形態のブロック図であり、ここでは、点火タイミングが等間隔とならないバンク角が５２°のV型２気筒エンジンに適用される行程判別装置を例にして説明する。

クランクシャフト１には、その１回転ごとに歯抜けを含む１１個のクランクパルスを出力する一対のクランクパルサーロータ２およびパルス発生器３が設けられている。エンジンの各気筒に連通する吸気管（図示せず）には、その内圧を検知する吸気圧センサ４（以下、PBセンサと表現する）が設けられている。前記クランクパルスおよびPBセンサ４の出力信号は、他のセンサ信号やプロセス信号と共にECU５へ入力される。

ECU５は、前記クランクパルスに基づいてクランクシャフト１の位相を検知する位相検知部５０１と、エンジンの１周期（すなわち、クランクシャフトの２回転）を前記クランクパルスの出力タイミングで２２分割し、各位相（ステージ）に「０＃」〜「２１＃」の仮ステージ番号を割り当てる仮ステージ割当部５０２と、前記PBセンサ４により検知された吸気圧（以下、PB値と表現する）の変動パターンを記録するPBパターン記録部５０３と、前記歯抜け位置およびその近傍でのPB値の変動パターンに基づいて各気筒の吸入開始ステージを識別する吸入開始ステージ識別部５０４と、前記仮ステージの割当結果と前記吸入開始ステージの識別結果とに基づいて、前記各ステージに仮ステージ番号に代えて本ステージ番号を割り当てる本ステージ割当部５０５とを含む。ECU５は、前記クランクパルスの出力タイミングおよび本ステージの割当結果に基づいてインジェクション６および点火装置７を制御する。

次いで、前記ECU５により実施される行程判別処理を、図２のフローチャートおよび図３のタイミングチャートを参照して説明する。この行程判別処理では、クランクパルスの出力タイミングで２２分割された各ステージに、最終的に「０＃」〜「２１＃」の本ステージ番号が割り当てられる。

ECU５によりクランクパルサーロータ２のパルス数のカウントが開始されると、図２のフローチャートに示した『ステージ判断処理』（メインフロー）が起動される。ステップＳ１においてクランクパルスが検知されると、ステップＳ２では、前記位相検知部５０１により、前回のパルス検知タイミングから今回のパルス検知タイミングまでの経過時間Δtに基づいてクランクシャフト１の今回の１ステージ分の周期MEが算出される。ステップＳ３では、ステージカウンタのカウント値（Ｎ＃）がインクリメントされる。このステージカウンタは、０〜２１の範囲でステージ番号を繰り返しカウントする。ステップＳ４では、今回の周期MEが現在のカウント値と対応付けて記憶される。

ステップＳ５では、本ステージが確定しているか否かが判定される。ここでは未だ本ステージが確定していないので、本ステージの確定に先立って各ステージに仮ステージを割り当てるためにステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、今回のステージカウンタのカウント値が「１２＃」以上であるか否かが判定される。最初はカウント値が「１２＃」未満と判定されて今回のステージ判別処理が終了する。

その後、クランクパルスが検知されるごとに上記したステップＳ１からＳ６の処理が繰り返され、ステップＳ６において、カウント値が「１２＃」以上と判定されるとステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、前記仮ステージ割当部５０２により歯抜け位置が検出される。歯抜け位置は、周期MEn／MEn-1を隣接ステージごとに算出し、その値が最大値を示すMEnと対応付けられたステージとして求められる。本実施形態では、図３に一例を示したように、カウント値が「５＃」のステージ（位相）が歯抜け位置と判定される。

ステップＳ８では、前記歯抜け位置のカウント値「５＃」に基づいて仮ステージ番号が決定される。すなわち、図３に示したように、カウント値が「５＃」の歯抜けステージに本ステージ上での２つの歯抜けステージ番号「８＃」、「１９＃」のいずれか一方（本実施形態では「８＃」）が暫定的に割り当てられる。そして、カウント値が「６＃」のステージには仮ステージ番号「９＃」が割り当てられ、カウント値が「７＃」のステージには仮ステージ番号「１０＃」が割り当てられる。但し、ここでは歯抜けステージが真に本ステージの「８＃」に相当するのか、あるいは本ステージの「１９＃」に相当するのかは不確定である。

ステップＳ９では、カウント値と周期MEとの対応関係が仮ステージ番号と周期MEとの対応関係に改められる。すなわち、カウント値が「６＃」の周期MEは仮ステージ番号が「９＃」の周期MEとして再登録され、カウント値が「７＃」の周期MEは仮ステージ番号が「１０＃」の周期MEとして再登録される。

以上のようにして仮ステージの割り当てが完了すると、ステップＳ１０では、現在のステージに割り当てられている仮ステージ番号が、「５＃」〜「９＃」の範囲あるいは「１６＃」〜「２０＃」の範囲のいずれかに属するか否かが判定される。現在のステージがいずれの仮ステージ範囲にも属していなければ今回の処理を終了する。現在のステージがいずれかの仮ステージ範囲に属していればステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、PB値の増減に関する変動パターンを記録する『PBパターン記録処理』が、前記PBパターン記録部５０３において実行される。

図４は、「PBパターン記録処理」の手順を示したフローチャートであり、ステップＳ３１では、これまでに記録されたPBパターンが読み出される。このPBパターンは、PBの変動履歴を時系列に記録したデータ列であり、図５に一例を示したように、PB値の増加が検知されたステージには識別子「U」が登録され、PB値の減少が検知されたステージには識別子「D」が登録されている。ステップＳ３２では、前記読み出されたPBパターンが、図６に示したように１ステージ分だけ上位側へシフトされる。ステップＳ３３では、今回のPB値と前回のPB値とが比較される。今回のPB値＞前回のPB値であればステップＳ３４へ進み、図７に示したように、前記PBパターンに「増加」を代表する識別子「U」が登録される。今回のPB値≦前回のPB値であればステップＳ３５へ進み、図８に示したように、前記PBパターンに「減少」を代表する識別子「D」が登録される。ステップＳ３６では、前記PBパターンが記録される。

図２へ戻り、ステップＳ１２では、現在の仮ステージ番号が「９＃」または「２０＃」のいずれかであるか否かが判定される。仮ステージ番号が「９＃」、「２０＃」のいずれでもなければ今回の処理を終了する。仮ステージ番号が「９＃」、「２０＃」のいずれかであればステップＳ１３へ進み、PBパターンと仮ステージ番号との関係に基づいて、各ステージに本ステージ番号を割り当てる「行程判別処理」が実行される。

図９は、前記「行程判別処理」の手順を示したフローチャートであり、ステップＳ４１では、１サイクル分のPBパターンが既に取得されているか否かが判定される。本実施形態では、前記図２のステップＳ１０において、仮ステージ番号が「５＃」〜「９＃」の範囲および「１６＃」〜「２０＃」の範囲においてPBパターンが記録されるように設定されており、いずれの範囲においてもPBパターンの登録が完了していれば、１サイクル分のPBパターンが取得済と判定されてステップＳ４２へ進む。ステップＳ４２では、PBパターンが参照され、PB値が増加「U」から減少「D」へ転じるステージが各気筒の吸入開始ステージと判定される。

図１０は、仮ステージ番号とPB値とPBパターンとの関係を示した図であり、本実施形態では、仮ステージ番号が「１９＃」および「７＃」の各ステージでPB値が増加「U」から減少「D」へ転じているので、この２つの仮ステージが各気筒の吸入開始ステージと識別される。

ステップＳ４３では、前記２つの吸入開始ステージ「１９＃」、「７＃」のうち、進角側の仮ステージ「７＃」が第１気筒の吸入開始ステージと判定され、他方の仮ステージ「１９＃」が第２気筒の吸入開始ステージと判定される。ステップＳ４４では、第１気筒の吸入開始ステージが本ステージ「７＃」となり、第２気筒の吸入開始ステージが本ステージ「１９＃」となるように、各ステージに前記仮ステージ番号に代えて本ステージ番号が割り当てられる。

すなわち、図３にケース１として示したように、上記したように仮ステージ「７＃」が仮ステージ「１９＃」よりも進角していれば仮ステージ「７＃」が本ステージ「７＃」となるので、仮ステージがそのまま本ステージとなる。

これに対して、図３にケース２として示したように、仮ステージ番号が「８＃」および「１８＃」の各ステージが各気筒の吸入開始ステージと識別され、仮ステージ「１８＃」が仮ステージ「８＃」よりも進角していれば仮ステージ「１８＃」が本ステージ「７＃」となるように本ステージが割り当てられる。

図２へ戻り、以上のようにして本ステージが確定すると、それ以後の当該処理はステップＳ５からステップＳ１４へ移行する。ステップＳ１４では、本ステージを見失ったか否かが判別され、本ステージが見失われない限り、当該処理はステップＳ１…Ｓ５、Ｓ１４、Ｓ１の各処理を繰り返す。

その後、何らかの原因で本ステージを見失うと、ステップＳ１５においてステージが不確定である旨のフラグ等が登録されるので、次のステップＳ５ではステージ不確定と判定されてステップＳ６以降へ進み、上記した各処理が繰り返される。

なお、上記した実施形態では、仮ステージ番号が「５＃」〜「９＃」の範囲および「１６＃」〜「２０＃」の範囲でPBパターンが記録されるものとして説明したが、吸気圧が増加から減少に転じるタイミングに応じて、当該タイミングがPBパターンの記録期間内に含まれるように、記録するステージ範囲を前後にずらしたり、あるは記録するステージ数を増減させるなどの種々の変形が可能である。

本発明に係る４サイクルエンジンの行程判別装置の一実施形態のブロック図である。 行程判別の手順を示したフローチャートである。 行程判別の手順を示したタイミングチャートである。 「PBパターン記録処理」の手順を示したフローチャートである。 PBパターンの一例を模式的に示した図である。 PBパターンのシフト方法を模式的に示した図である。 PBパターンの一例を模式的に示した図である。 PBパターンの一例を模式的に示した図である。 「行程判別」の手順を示したフローチャートである。 仮ステージ番号とPB値とPBパターンとの関係を示した図である。

符号の説明

１…クランクシャフト，２…クランクパルサーロータ，３…パルス発生器，４…吸気圧センサ，５…ECU，６…インジェクション，７…点火装置，５０１…位相検知部，５０２…仮ステージ割当部，５０３…PBパターン記録部，５０４…吸入開始ステージ識別部，５０５…本ステージ割当部

Claims (6)

1. クランクシャフトの位相を検知する手段および吸気圧を検知する手段を備え、前記クランクシャフトの位相および吸気圧に基づいて、点火タイミングが不等間隔の多気筒４サイクルエンジンの行程を判別する装置において、
   吸気圧の変動パターンを記録する手段と、
   前記吸気圧の変動パターンに基づいて、各気筒の吸入開始タイミングを判別する手段と、
   前記各気筒の吸入開始タイミングとクランクシャフトの位相との対応関係に基づいて行程を判別する手段とを含むことを特徴とする４サイクルエンジンの行程判別装置。
2. 前記変動パターンを記録する手段は、クランクシャフトの所定の位相期間における吸気圧の変動パターンのみを記録することを特徴とする請求項１に記載の４サイクルエンジンの行程判別装置。
3. 前記変動パターンには、吸気圧の増減が時系列で記録されていることを特徴とする請求項１または２に記載の４サイクルエンジンの行程判別装置。
4. 前記吸入開始タイミングを判別する手段は、前記変動パターンにおいて吸気圧が増加から減少に転じたタイミングを吸入開始タイミングと判別することを特徴とする請求項３に記載の４サイクルエンジンの行程判別装置。
5. 前記エンジンがV型の２気筒エンジンであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の４サイクルエンジンの行程判別装置。
6. 前記行程を判別する手段は、
   各吸入開始タイミングの進角量を比較する手段と、
   前記比較結果に基づいて、一方の吸入開始タイミングを所定の行程と対応付ける手段と、
   前記一方の吸入開始タイミングと所定の行程との対応関係に基づいて、クランクシャフトの２周期分の各位相とエンジンの各行程とを対応付ける手段とを含むことを特徴とする請求項５に記載の４サイクルエンジンの行程判別装置。

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