JP2006233918A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組付け公差によるパルスプレートの偏芯が発生していても、エンジン回転数変動の誤認識を抑止する。
【解決手段】エンジンを所定回転数のモータリングで運転している状態のときに、Ｎｅセンサから出力されるＮｅパルスの間隔を計測し（ステップＳ１）、そのＮｅパルス間隔の計測値が所定の判定値以上でＮｅパルス間隔に大きな不整があるときに（ステップＳ２）、そのＮｅパルス間隔の不整を縮小するための補正係数を求めて記憶する（ステップＳ３〜Ｓ４）。そして、このようにして算出・記憶した補正係数を用いてＮｅセンサの出力Ｎｅパルスを補正し、エンジンの運転を制御することにより、エンジン回転数変動の誤認識を抑止することが可能となり、アイドル運転時においてアイドル振動が悪化することを防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、さらに詳しくは、パルスプレートとセンサを用いて内燃機関の回転数を検出し、その検出した回転数に基づいて内燃機関の運転を制御する制御装置に関する。

車両等に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）の各種制御を実行する際に用いられる信号として、エンジン回転数、クランクシャフトの回転角度（以下、クランク角ＣＡという）及び各気筒のＴＤＣ（上死点）等がある。これらクランク角ＣＡ、エンジン回転数及び各気筒のＴＤＣを検出する方法としては、例えば、円周方向に複数の歯が設けられたパルスプレートをエンジンのクランクシャフトに設けるとともに、そのパルスプレートの歯を検出してパルスを出力するＮｅセンサ（例えば電磁ピックアップ）をパルスプレートの近傍に配置し、このＮｅセンサの出力パルスをＥＣＵ（電子制御ユニット）等で計数・認識するという方法が採られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特開平１１−０６２６８１号公報 特開平１１−０１３５２８号公報

ところで、エンジン回転数の検出に用いるパルスプレートは、加工の容易化をはかるために、エンジンのクランクシャフトとは個別に製作しておき、図３に示すように、クランクシャフト１５のジャーナル１５１にパルスプレート４を嵌め込み、ピン６１にてパルスプレート４をクランクシャフト１５のカウンタウエイト１５２に対して位置決めした状態で、パルスプレート４をカウンタウエイト１５２にボルト６２を用いて固定する、という組付け構造が採用されている。

しかしながら、このような構造では、パルスプレート及びクランクシャフト等の各部品に公差があるため、組付け状態でクランクシャフトに対するパルスプレートの位置ずれが生じてパルスプレートが偏芯することがある。ここで、パルスプレートの偏芯が小さい場合（図５（Ｂ））は誤認識等の問題は発生しないが、偏芯が大きい場合（図５（Ａ））、Ｎｅセンサの出力パルスの振幅と間隔が大きく変化し（図６参照）、パルス間隔の不整が大きくなる。このようにパルス間隔の不整が大きくなると、ＥＣＵ等が「エンジンに回転変動が生じている」と誤認識するため、燃料噴射補正が間違って実行されてしまい、アイドル運転時においてアイドル振動が悪化するおそれがある。なお、パルスプレートが偏芯している場合、Ｎｅセンサに対しパルスプレートの歯が接近・離反することによってパルス間隔の不整が生じる。

ここで、組付け状態でのパルスプレートの偏芯を小さくするには、パルスプレート及びクランクシャフト等の各単品の加工精度を高くすればよいが、加工精度を高めるには時間とコストがかかる上、加工精度の向上には限界がある。

本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、組付け公差によるパルスプレートの偏芯が発生していても、エンジン回転数変動の誤認識を抑止することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の回転体または内燃機関に接続される回転体に取り付けられ、外周
に複数の歯が設けられたパルスプレートと、前記パルスプレートの歯を検出してパルスを出力するセンサとを備え、前記センサの出力パルスから前記内燃機関の回転数を検出し、その検出した回転数に基づいて前記内燃機関の運転を制御する内燃機関の制御装置において、前記内燃機関を所定回転数のモータリングで運転している状態のときに、前記センサから出力されるパルスの間隔を計測し、そのパルス間隔の計測値が、所定の判定値以上、または、前記判定値よりも小さい別の所定判定値以下であるときに、前記センサから出力されるパルスの間隔を補正する補正係数を求めて記憶する補正処理手段を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、パルスプレートの偏芯によって発生するパルス間隔の不整が大きいときには、そのパルス間隔の不整を縮小するための補正係数をＥＣＵ等に記憶することができるので、その補正係数を用いてセンサの出力パルスを補正し、内燃機関（以下、エンジンという）の運転を制御することにより、エンジン回転数の変動を誤認識することを抑止することができる。これによって、エンジン回転変動の誤認識による間違った燃料噴射補正を抑制することができ、アイドル振動が悪化することを防止することができる。

なお、本発明において、所定の判定値（例えば目標パルス間隔よりも大きな判定値）以上、または、別の所定判定値（例えば目標パルス間隔よりも小さな判定値）以下のいずれか一方の条件のみを、補正係数算出の要否を判定するための条件としてもよいし、それら所定の判定値（例えば目標パルス間隔よりも大きな判定値）以上、及び、別の所定判定値（例えば目標パルス間隔よりも小さな判定値）以下の双方の条件を、補正係数算出の要否を判定するための条件としてもよい。

本発明において、パルス間隔の計測値を互いに異なる複数種の判定値と比較して、その各判定値に対応してパルス間隔の補正係数を求めて記憶するようにしてもよい。このように複数種の判定値を用いて補正係数を求めることにより、パルス間隔の不整を更に縮小することができる。

本発明において、エンジンを互いに異なる複数種の回転数でモータリング運転し、その各回転数毎にパルス間隔の補正係数を求めて記憶するようにしてもよい。このように、補正係数を求める際のモータリングの回転数を複数種としておくと、エンジン回転数に応じた適正な補正係数を求めることが可能となり、パルス間隔の補正をより精度良く行うことができる。また、この場合、モータリングを行った各回転数毎のパルス間隔の補正係数に基づいて、モータリングを実施していない回転数の補正係数を補間処理等により求めて、パルス間隔補正用の補正係数マップを作成しておけば、エンジンの回転数に応じたより厳密なパルス間隔補正を行うことができる。

本発明によれば、エンジン回転数の変動を誤認識することを抑止することが可能であるので、誤認識による間違った燃料噴射補正を抑制することができ、アイドル振動が悪化することを防止することができる。さらに、パルスプレートやクランクシャフト等の各部品の加工精度を緩くすることが可能となるので、製作の時間とコストの低減をはかることができる。しかも、これらの効果を、特別な装置・部品等を付加することなく簡単な構成のもとに達成することができる。

また、本発明によれば、パルスプレート及びクランクシャフト等の部品の公差により、組付け後において、パルスプレートの偏芯が大きなエンジンや、偏芯が小さなエンジンができる等、エンジン間のばらつきがあっても、上述したパルス間隔の補正処理を行うことによって、そのようなエンジン間のばらつき（パルス間隔不整のばらつき）も縮小することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明を適用するエンジンについて説明する。

−エンジン−
本発明を適用するディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）の概略構成を図１を参照して説明する。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。

図１に示すエンジン１は、例えば４気筒エンジンであって、燃焼室１ａを形成するピストン１０及び出力軸であるクランクシャフト１５を備えている。ピストン１０はコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１０の往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。

エンジン１には、各気筒＃１〜＃４の燃焼室１ａ内に直接燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）２が設けられている。インジェクタ２にはコモンレール（蓄圧室）３が接続されており、このコモンレール３に高圧燃料ポンプ（図示せず）から燃料を供給し、各インジェクタ２を所定のタイミングで開弁することにより、エンジン１の各気筒＃１〜＃４の燃焼室１ａ内に燃料が噴射される。この噴射された燃料は燃焼室１ａ内で燃焼され排気ガスとなって排気される。また、エンジン１には、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ２２が配置されている。なお、インジェクタ２の開弁タイミング（燃料噴射タイミング）は後述するＥＣＵ５によって制御される。

エンジン１の燃焼室１ａには吸気通路１１と排気通路１２が接続されている。吸気通路１１と燃焼室１ａとの間に吸気弁１３が設けられており、この吸気弁１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ａとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ａとの間に排気弁１４が設けられており、この排気弁１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ａとが連通または遮断される。これら吸気弁１３及び排気弁１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフト（いずれも図示せず）の各回転によって行われる。

吸気通路１１には、エアフローメータ（吸気温センサ内蔵）２３が配置されている。なお、吸気通路１１には、図示はしないが、エアクリーナ、吸気温センサ、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブなどが配置されている。また、エンジン１の排気通路１２には、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）等の触媒を有する排気浄化装置などが配置されている。

そして、エンジン１のクランクシャフト１５には、図１及び図２に示すように、パルスプレート４が設けられている。パルスプレート４は、図３に示すように、クランクシャフト１５のジャーナル１５１にパルスプレート４を嵌め込み、ピン６１にてパルスプレート４をクランクシャフト１５のカウンタウエイト１５２に対して位置決めした状態で、パルスプレート４をカウンタウエイト１５２にボルト６２を用いて固定する、という組付け構造でクランクシャフト１５に取り付けられている。

パルスプレート４の外周には、多数（３５歯）の歯４１・・４１が一定のピッチ（クランク角ＣＡ１０°毎）で設けられている。また、パルスプレート４の外周の１箇所に切歯部４０が設けられている。パルスプレート４の側方近傍には、パルスプレート４の歯４１・・４１を検出してＮｅパルスを出力するＮｅセンサ（例えば電磁ピックアップ）２１が配置されている。そして、このような構造において、エンジン１のクランクシャフト１５
の回転に伴ってパルスプレート４が回転すると、Ｎｅセンサ２１からは、図５に示すように、パルスプレート４の各歯４１・・４１に対応したＮｅパルスが出力されるとともに、切歯部４０に対応した基準となる信号（この例ではゼロ信号）が出力される。このＮｅセンサ２１が出力するＮｅパルス（ゼロ信号も含む）はＥＣＵ５に入力される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ５は、図示はしないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。そして、ＥＣＵ５は、Ｎｅセンサ２１、水温センサ２２、エアフローメータ２３、図示しない、スロットルポジションセンサ、アクセルポジションセンサなどの各種センサの出力に基づいて、燃料噴射制御などのエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ５は、下記のＮｅパルス間隔の補正処理を実行する。

−Ｎｅパルス間隔の補正処理−
まず、エンジン１を所定回転数（例えば６００ｒｐｍ）のモータリングで運転する。ここで、本発明でいう「モータリング」とは、車両等の出荷前においてエンジン１を電動機の駆動力で回転駆動することである。電動機としては、エンジン回転数を一定に制御できるものが好ましい。また、「モータリング」には、スタータモータとは別の電動機を用いることが好ましいが、スタータモータを使用してもよい。

そして、モータリング運転開始後、所定のタイミング（例えばエンジン回転数が安定したタイミング）で、ＥＣＵ５は、図４に示す補正処理ルーチンを開始する。

この補正処理ルーチンのステップＳ１において、ＥＣＵ５は、Ｎｅセンサ２１が出力するＮｅパルスを読み込み、そのＮｅパルスの間隔（図６参照）を計測する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ５は、計測したＮｅパルスの間隔が所定の判定値以上であるか否かを判定し、その判定結果が肯定（ＹＥＳ）である場合つまりＮｅパルスの間隔が判定値以上である場合、Ｎｅパルス間隔の不整が大きいと判断し、ステップＳ３において、Ｎｅパルス間隔の不整を縮小するための補正係数を求める。その具体的な数値例を以下に説明する。

例えば、パルスプレート４の歯４１・・４１のピッチをクランク角ＣＡで１０°とし、モータリング時のエンジン回転数を６００ｒｐｍに設定すると、Ｎｅパルスの間隔は２．７８ｍｓとなる。このＮｅパルス間隔（目標Ｎｅパルス間隔）を考慮し、ステップＳ２での判定値を目標Ｎｅパルス間隔よりも大きい値（判定値Ｔ１）、例えば２．８ｍｓとすると、補正係数は２．７８／２．８＝０．９９２８となり、この補正係数を、Ｎｅセンサ２１が出力するＮｅパルスの全てに乗じる、或いは判定値より大きいＮｅパルスに乗じることにより、Ｎｅパルス間隔の不整を縮小することができる。

そして、ステップＳ４において、ＥＣＵ５は、以上の処理によって求めた補正係数を記憶した後、この補正処理ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ２の判定結果が否定（ＮＯ）である場合つまりＮｅパルス間隔の計測値が判定値未満である場合、ＥＣＵ５はＮｅパルス間隔の不整が許容範囲内であると判断して、補正係数を求める処理は行わずに、この補正処理ルーチンを終了する。

以上の実施形態によれば、パルスプレート４の偏芯によって発生するＮｅパルス間隔の不整が大きいときには、ＥＣＵ５がＮｅパルス間隔の不整を縮小するするための補正係数を求めて記憶しているので、その補正係数を、Ｎｅセンサ２１の出力Ｎｅパルスの全てに乗じることによりＮｅパルス間隔の不整を縮小することができる。従って、ＥＣＵ５が補正係数を用いてエンジン１の運転を制御することにより、エンジン回転数の変動を誤認識することを抑止することができ、これによって、エンジン回転変動の誤認識による間違った燃料噴射補正を抑制することができる結果、アイドル振動が悪化することを防止することができる。

なお、ＥＣＵ５に記憶した補正係数を用いて、実際のエンジン１の制御において、アイドル運転等の低回転域に加えて、中回転域及び高回転域においてもＮｅセンサ２１が出力するＮｅパルスに補正係数を乗じて補正を行うようにしてもよい。

ここで、以上の実施形態では、判定値Ｔ１を目標Ｎｅパルス間隔よりも大きな値とし、Ｎｅパルス間隔の計測値がその判定値Ｔ１以上であるときに補正係数を求めるようにしているが、本発明はこれに限られることなく、目標Ｎｅパルス間隔よりも小さい値を判定値Ｔ２とし、Ｎｅパルス間隔の計測値がその判定値Ｔ２以下であるときに補正係数を求めるようにしてもよい。さらに、Ｎｅパルス間隔の計測値が、目標Ｎｅパルス間隔よりも高い値に設定された判定値Ｔ１以上となる条件、及び、目標Ｎｅパルス間隔よりも低い値に設定された判定値Ｔ２以下となる条件の双方を補正係数算出の要否を判定する条件としてもよい。なお、目標Ｎｅパルス間隔よりも大きな判定値Ｔ１、及び、目標Ｎｅパルス間隔よりも小さな設定値Ｔ２は、例えば、Ｎｅパルス間隔の不整が許容範囲内でＮｅパルスの誤認識が発生しないような値（目標Ｎｅパルス間隔に対する上限値と下限値）を予め実験・計算等により求めておき、その結果を基に決定するようにすればよい。

以上の実施形態では、１つの判定値を用いて補正係数算出の要否を判定しているが、本発明はこれに限られることなく、互いに値が異なる複数種の補正値を用いて補正係数算出の要否を判定するようにしてもよい。例えば、上述の実施形態では、目標Ｎｅパルス間隔２．７８ｍｓに対し１つの判定値２．８ｍｓを設定しているが、これに加えて、目標Ｎｅパルス間隔２．７８ｍｓと判定値２．８ｍｓとの間に、１つもしくは複数の判定値を設定して判定値を複数種とすれば、Ｎｅパルス間隔の不整を更に縮小することが可能になる。

さらに、補正処理を行う際のモータリングの回転数についても、複数種の回転数（例えば、６００ｒｐｍ、６５０ｒｐｍ、７００ｒｐｍ等）を設定するようにしてもよく、その各回転数毎にＮｅパルス間隔の補正係数を求めて記憶するようにすれば、エンジン回転数に応じた適正な補正係数を求めることが可能となり、Ｎｅパルス間隔の補正をより精度良く行うことができる。また、この場合、モータリングを行った各回転数毎のＮｅパルス間隔の補正係数に基づいて、モータリングを実施していない回転数の補正係数を補間処理等により求めてパルス間隔補正用の補正係数マップを作成し、その補正用の補正係数マップをＥＣＵ５に記憶しておけば、エンジン１の回転数に応じたより厳密なＮｅパルス間隔の補正を行うことが可能になる。

なお、以上の例では、パルスプレート４をエンジン１のクランクシャフト１５に取り付けた例を示したが、本発明はこれに限られることなく、エンジンに接続される回転体、例えばエンジンに連結される自動変速機のタービン回転軸などの他の回転体にパルスプレートを取り付けてエンジン回転数を検出する場合にも適用可能である。

また、以上の例では、本発明をディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、ガソリンエンジンにも適用可能である。また、ガソリンエンジ
ンのほか、例えばＬＰＧ（液化石油ガス）やＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料とする他の点火方式のエンジンにも本発明を適用することは可能である。

本発明の制御装置を適用するエンジンの一例を模式的に示す概略構成図である。 図１のエンジンに用いられるパルスプレートとＮｅセンサとを抽出して示す図である。 パルスプレートのクランクシャフトへの取り付け構造を示す図である。 ＥＣＵが実行するＮｅパルス間隔の補正処理の内容を示すフローチャートである。 図１のエンジンにおいてパルスプレートの回転によりＮｅセンサが出力するパルスを示す図である。 図５に示すパルスの要部拡大図である。

符号の説明

１ エンジン
１ａ 燃焼室
１０ ピストン
１５ クランクシャフト
１５１ ジャーナル
１５２ カウンタウエイト
２ インジェクタ
３ コモンレール
４ パルスプレート
４０ 切歯部
４１ 歯
５ ＥＣＵ
２１ Ｎｅセンサ

Claims (4)

1. 内燃機関の回転体または内燃機関に接続される回転体に取り付けられ、外周に複数の歯が設けられたパルスプレートと、前記パルスプレートの歯を検出してパルスを出力するセンサとを備え、前記センサの出力パルスから前記内燃機関の回転数を検出し、その検出した回転数に基づいて前記内燃機関の運転を制御する内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関を所定回転数のモータリングで運転している状態のときに、前記センサから出力されるパルスの間隔を計測し、そのパルス間隔の計測値が、所定の判定値以上、または、前記判定値よりも小さい別の所定判定値以下であるときに、前記センサから出力されるパルスの間隔を補正する補正係数を求めて記憶する補正処理手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記パルス間隔の計測値を互いに異なる複数種の判定値と比較して、その各判定値に対応して前記パルス間隔の補正係数を求めることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関を互いに異なる複数種の回転数でモータリング運転し、その各回転数毎に前記パルス間隔の補正係数を求めて記憶することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記各回転数毎のパルス間隔の補正係数に基づいてパルス間隔補正用の補正係数マップを求めて記憶することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。

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