JP2009121407A - 内燃機関の回転速度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気筒毎の燃焼によるばらつきを排してクランク軸のねじれ量を正確に検出し、各気筒でのクランク回転速度を正確に把握できる内燃機関の回転速度検出装置を提供する。
【解決手段】タイミングロータ１４の回転に応じクランク軸１１の単位角度の回転毎にパルス信号を生成する信号生成手段１４、１９、３２と、時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングに基づいて単位角度回転時間を算出する１０°ＣＡ時間算出部３３とを備えた内燃機関の回転速度検出装置において、無噴射回転状態で１回転期間を隔てて算出された複数の単位角度回転時間を比較する比較部３４と、その比較結果を機関回転数毎に記憶する比較結果記憶部３５と、時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、比較結果記憶部３５内の比較結果とに基づき、無噴射回転状態におけるクランク軸１１のねじれによる誤差時間を減少させるよう単位角度回転時間を補正する補正手段３６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の回転速度検出装置、特に信号歯等を有しクランク軸に装着されたタイミングロータの回転変位を検知して検出角度単位のパルス信号を生成し、前後のパルス信号のエッジ検出タイミングから内燃機関の回転速度を検出する内燃機関の回転速度検出装置に関する。

クランク軸に装着されたタイミングロータの回転変位を検知して検出角度単位のパルス信号を生成する内燃機関の回転速度検出装置は、例えば電子制御される車両用内燃機関に装備されている。そして、その検出情報である回転速度、すなわち機関回転数は、燃料噴射時期や点火時期、エンジン出力トルクの推定等、多くの制御に使用される。例えば、燃料噴射時期を決定する場合、機関回転数を表わす信号からピストン位置が判断される。また、燃料噴射量を補正するために機関回転数を基にエンジン出力トルクを推定することがある。

従来のこの種の内燃機関の回転速度検出装置としては、例えばクランク角パルス信号の間隔に基づいて機関回転数を算出するとともに、基準位置センサからの基準パルス入力後のクランク角パルス信号の数から現在のクランク軸の回転位置を算出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。この装置には、さらにエンジン出力系のねじり（捩り）振動を表す状態量を検出可能なねじり振動センサが付設されている。

また、クランク角センサ出力に基づいて機関回転数の変化率Δｎｅの変動成分を平滑化した値を検出した変化率Δｎｅから差し引くことにより、ねじり振動成分を抽出し、ねじり振動成分を抑制するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この場合、変動成分を抑制した変化率Δｎｅに基づいて燃料噴射量を補正するので、加速による回転数変化までが抑制されてしまうことがなく、ねじり振動抑制のために加速性能が悪化することが防止される。

また、機関回転数の変化量である回転変動量に基づいて燃料噴射量を増減補正し、ねじり振動を抑制するトルク制御を、始動時でなく回転数や回転変動量がしきい値を超えない範囲においてトランスミッションのシフト位置に応じて実行するようにし、駆動系の振動をクランク軸のねじり振動と誤検出してしまうのを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献３、４参照）。
特開平１１−１８２２９０号公報 特開２０００−６４８８０号公報 特開平１１−１３２０６９号公報 特開平１０−２２７２４３号公報

しかしながら、上述のような従来の内燃機関の回転速度検出装置にあっては、例えば直列４気筒の場合に、専らクランク軸の一端側に装着されているタイミングロータに近い第１気筒が燃焼による膨張行程となった次にそこから離れた第３気筒が燃焼による膨張行程となり、クランク軸のねじり振動の影響が膨張行程の前後する２つの気筒間で大きく異なってしまうことに加えて、噴射制御等を要する気筒毎のインジェクタのばらつきや燃焼状態のばらつき等の外乱の影響が大きく、検出処理が複雑であるにもかかわらずタイミングロータの回転角から気筒毎のクランク回転速度（クランク角速度）を正確に把握することは困難であった。そのため、気筒毎の噴射時期がずれたり正確な噴射量の補正ができず、燃焼の不安定や排気の悪化を招来したりしてしまうという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、気筒毎の燃焼によるばらつきの影響を排してクランク軸のねじれ量を正確に検出し、制御を要する各気筒でのクランク回転速度とクランク角度位置を正確に把握することができる内燃機関の回転速度検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の回転速度検出装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関のクランク軸に装着されたタイミングロータを有し、該タイミングロータの回転に応じて前記クランク軸の予め定められた単位角度の回転毎にパルス信号を生成する信号生成手段と、前記パルス信号のパルスエッジを検出し、時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングに基づいて、前記クランク軸の前記単位角度の回転に要する単位角度回転時間を算出する単位角度回転時間算出手段と、を備えた内燃機関の回転速度検出装置において、前記内燃機関の無噴射回転状態で予め定められた期間を隔てて算出された複数の前記単位角度回転時間を比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果を機関回転数毎に記憶する記憶手段と、前記時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、前記記憶手段に記憶された前記機関回転数毎の比較結果とに基づいて、前記無噴射回転状態における前記クランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように前記単位角度回転時間を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、比較手段により、無噴射回転状態、すなわち、機関回転中の無噴射状態で、タイミングロータの予め定められた期間を隔てて検出される複数の単位角度回転時間が比較されて機関回転数毎に記憶手段に格納され、単位角度回転時間算出手段により、時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、記憶手段に格納された機関回転数毎の比較結果とに基づいて、クランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように単位角度回転時間が補正される。したがって、気筒毎の燃焼のばらつきによる影響を排してクランク軸のねじれ量を正確に検出し、制御を要する各気筒でのクランク回転速度およびクランク角度位置を正確に把握することができることとなる。

上記（１）記載の構成を有する内燃機関の回転速度検出装置においては、（２）前記予め定められた期間が、前記タイミングロータが現在の角度位置から３６０度回転した角度位置に達するまでの期間（以下、１回転期間という）であるのが好ましい。

この場合、クランク角が３６０度前後する、あるいは、その整数倍の角度だけ前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングが比較されることから、タイミングロータの信号生成部分(例えば信号歯やそれに代わる磁気パターン、スリット等)の角度間隔がばらついていたとしても、その信号生成部分が同じとなる別気筒間でのクランク軸のねじれ振動成分を正確に把握可能であり、そのねじれ振動成分を考慮した回転速度検出処理によって、制御を要する各気筒でのクランク回転速度をより正確に把握することができることとなる。

上記（１）、（２）記載の内燃機関の回転速度検出装置においては、（３）前記補正手段が、前記時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、前記記憶手段に記憶された前記機関回転数毎の比較結果と、前記燃料の噴射量とに基づいて、前記燃料の噴射状態における前記クランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように前記単位角度回転時間を補正するのが好ましい。

この構成により、気筒毎の燃焼のばらつきによる影響を排してクランク軸のねじれ量を正確に検出した結果を利用し、膨張時の発生トルクに影響を与える燃料噴射量に応じて単位角度回転時間を補正することで、燃料噴射状態における気筒毎のクランク回転速度およびクランク角度位置を外乱の影響を排しつつ算出することができる。

また、上記（１）〜（３）記載の内燃機関の回転速度検出装置においては、（４）前記補正手段が、前記記憶手段に記憶された前記機関回転数毎の比較結果に基づいて、前記無噴射回転状態における前記クランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように前記単位角度回転時間を補正するための基本補正係数を算出する基本補正係数算出部と、該基本補正係数算出部により算出された基本補正係数を前記機関回転数に対応付けて記憶する基本補正係数記憶部と、を有するのが好ましい。

この構成により、無噴射回転状態でタイミングロータの１回転期間を隔てて検出される複数の単位角度回転時間が機関回転数毎に比較された結果に基づき、クランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように基本補正係数算出部により基本補正係数が算出され、その基本補正係数が機関回転数毎に基本補正係数記憶部に記憶格納される学習処理がなされて、その学習効果が単位角度回転時間の補正係数に反映される。この場合、内燃機関のピストン等の往復慣性によるクランク軸のねじれが機関回転数によって変化するので、学習値にそれが反映され、往復慣性によるクランク軸のねじれ振動成分を抑えたクランク回転速度検出が可能となる。

上記（４）記載の内燃機関の回転速度検出装置においては、（５）前記補正手段が、前記基本補正係数記憶部に記憶された前記機関回転数毎の前記基本補正係数と、前記燃料の噴射量とに基づいて、前記燃料の噴射状態における前記クランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように前記単位角度回転時間を補正する噴射時補正係数を算出するものであるがよい。

この構成により、学習効果が、燃料噴射状態の各運転領域の制御に反映され、複数の気筒のインジェクタの噴射特性のばらつき等の影響を排した回転速度検出が可能になる。

また、上記（５）記載の内燃機関の回転速度検出装置においては、（６）前記補正手段が、前記内燃機関の動作周期中に算出される複数の前記単位角度回転時間が前記燃料の噴射量および機関回転数に応じて変動する変動特性をマップ情報として記憶する変動特性マップ部を有し、該変動特性マップ部のマップ情報に基づいて前記噴射時補正係数を算出するのが好ましい。

この構成により、変動特性マップ部にマップ化された内燃機関の回転変動特性と、基本補正係数記憶部に記憶された機関回転数毎の基本補正係数と、燃料噴射量とに基づいて、噴射時補正係数が算出されることになる。したがって、内燃機関の回転変動特性に応じたきめ細かな補正を実行し、燃料噴射領域の運転状態であっても気筒毎の燃焼のばらつきの影響を抑えつつ、制御を要する気筒毎のクランク回転速度を精度良く算出することが可能となる。

さらに、上記（１）〜（６）記載の内燃機関の回転速度検出装置は、（７）前記内燃機関が前記クランク軸の軸方向に隣り合う３つ以上の気筒を有する多気筒内燃機関であるのが好ましい。

この場合、燃焼による膨張行程が離れた気筒へと移行し、クランク軸のねじれ量の影響が変動し、外乱の影響も多くなる多気筒内燃機関において、気筒毎の単位角度回転時間を精度良く検出することが可能となり、制御を要する気筒毎のクランク回転速度を正確に検出できる。

本発明によれば、比較手段により、無噴射回転状態で予め定められた期間を隔てて検出される複数の単位角度回転時間を比較して機関回転数毎に記憶手段に格納し、単位角度回転時間算出手段により、時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、記憶手段に格納された機関回転数毎の比較結果とに基づいて、無噴射回転状態におけるクランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように単位角度回転時間を補正するようにしているので、気筒毎の燃焼のばらつきによる影響を排してクランク軸のねじれ量を正確に検出し、制御を要する各気筒でのクランク回転速度およびクランク角度位置を正確に検出することができる内燃機関の回転速度検出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の回転速度検出装置の概略ブロック構成図である。

まず、構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態における内燃機関は、多気筒内燃機関、例えば直列４気筒のエンジン１で構成されている。なお、エンジン１は、本実施形態においてはガソリンエンジンであるとして説明するが、ディーゼルエンジンその他の任意の方式の内燃機関で構成されてもよい。

このエンジン１は、図１中にねじり剛性を示すばね形状で示すクランク軸１１と、同図中にクランク軸１１に装着された等価慣性質量の形で示された４気筒分のピストンクランク機構であるクランクスロー部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと、クランク軸１１の一端側のフランジ部１１ｆに装着された公知のトーショナルダンパ１３と、このトーショナルダンパ１３と第１気筒に対応するクランクスロー部１２ａとの間でクランク軸１１に回転方向一体に支持されたタイミングロータ１４と、クランク軸１１の他端側に装着された公知のフライホイル１５とを備えている。また、エンジン１には、その各気筒（詳細を図示しないが、図１中では各気筒位置を＃１、＃２、＃３、＃４で示す）に対応するインジェクタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが、それぞれ装着されている。

なお、図１中には、クランク軸１１とその周辺の振動系を構成する要素のみを図示しており、燃焼室周りの吸気弁、排気弁および動弁機構、点火プラグ（火花点火式の場合）、機関内部の潤滑系や冷却系その他の構成要素は図示されていない。また、同図中では、クランク軸１１やトーショナルダンパ１３のねじり剛性を模式的なばねｋ０、ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ｋ５およびｋｄの形で示し、クランクスロー部１２ａ〜１２ｄの圧縮作業抵抗および粘性抵抗を減衰器ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４で示し、トーショナルダンパ１３の粘性抵抗も減衰器ｃｄで示し、トーショナルダンパ１３の慣性質量ｍｄ、フランジ部１１ｆの慣性質量ｍｅ、フライホイル１５の慣性質量ｍｆｗをそれぞれ実線の縦長の四角形状で示している。

タイミングロータ１４は、例えば１０度（以下、１０°と記す）間隔で周方向等角度間隔に配置された複数の信号歯（詳細を図示していない）を有する外周部分の一部を、例えば２つの歯の欠歯状態となるよう部分的に平坦化して、クランク角度位置の基準位置（例えば上死点）をも検出できるように構成されたものであり、各信号歯は、例えば磁性体からなる歯車の歯のように形成されて着磁されている。

このタイミングロータ１４の外周の近傍には電磁ピックアップからなるクランク角センサ１９が設けられており、クランク角センサ１９は、クランク軸１１の回転によりタイミングロータ１４の信号歯との間のギャップ（離間距離）が変化するとき、内部のピックアップコイル部を通る磁束変化に応じた起電力を発生し、その発生電圧をクランク回転速度に対応するセンサ情報Ｓｃとして出力するようになっている。

このクランク角センサ１９の出力信号は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）３０に入力されるようになっている。

ＥＣＵ３０は、詳細なハードウェア構成を図示しないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）等のバックアップ用の不揮発メモリ、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路、および、駆動回路等を含む出力インターフェース回路を含んで構成されている。

このＥＣＵ３０の入力インターフェース回路には、クランク角センサ１９に加えて、エアフローメータ２０、スロットル開度センサ２１、車速センサ２２、カムポジションセンサ２３（気筒判別センサ）、吸気温センサ２４、水温センサ２５、酸素センサ２６等のセンサ群が接続されており、これらからのセンサ情報がそれぞれＥＣＵ３０に取り込まれるようになっている。また、ＥＣＵ３０の出力インターフェース回路には、各気筒に対応するインジェクタ１６ａ〜１６ｄの他に、図示しないディストリビュータを介して各点火プラグを駆動する図示しないイグナイタや、燃料ポンプをｏｎ／ｏｆｆさせる図示しないリレースイッチ回路等が接続されている。

ＥＣＵ３０のＣＰＵは、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭおよびバックアップメモリとの間でデータを授受しながら、入力インターフェース回路から取り込んだクランク角やカム角、予め設定された設定値情報、マップデータ等に基づいて、クランク角判定、気筒判別、エンジン回転数演算等の演算処理を実行し、その結果と運転状態情報に基づいて最適な点火時期と燃料噴射量を算出し、その算出結果に応じた出力インターフェース回路からの制御信号出力を行うことにより、エンジン１の電子制御を実行するようになっている。

具体的には、ＥＣＵ３０は、例えばエアフローメータ２０及びクランク角センサ１９のセンサ情報から得られるエンジン１の１回転当りの吸入空気量に基づいて、所定の目標空燃比となる燃料噴射量に相当するインジェクタ１６ａ〜１６ｄの基本燃料噴射時間を演算し、この基本燃料噴射時間に最適空燃比となるよう各センサ信号に基づく補正処理を加え、好適なクランク角度位置に達する噴射時期にインジェクタ１６ａ〜１６ｄから適量の燃料噴射を実行するために、複数の制御値を算出する噴射制御部３１を有している。また、ＥＣＵ３０は、図示しない他の制御部により、エンジン１の運転状態に応じて、適正な点火時期、スロットル開度の制御等を実行するための複数の制御値をそれぞれ算出する。そして、ＥＣＵ３０の出力インターフェース回路からインジェクタ１６ａ〜１６ｄを駆動し、エンジン１内での燃料噴射量を目標噴射量に制御するための燃料噴射信号や、点火プラグを目標点火時期に点火させる点火時期制御信号、あるいは燃料ポンプをｏｎ／ｏｆｆさせる前記リレースイッチの切替信号等をそれぞれ出力するようになっている。

また、ＥＣＵ３０は、タイミングロータ１４の回転に応じてクランク角センサ１９から出力される検出信号レベルが変化するとき、タイミングロータ１４の信号歯の角度間隔を刻み回転角度として、タイミングロータ１４の回転に応じたパルス信号を生成する入力回路３２を有している。この入力回路３２は、タイミングロータ１４およびクランク角センサ１９と共に信号生成手段を構成しており、タイミングロータ１４の回転に応じ、タイミングロータ１４の信号歯の角度間隔を予め定められた単位角度として、その単位角度の回転、例えば１０度の回転（以下、１０°ＣＡともいう）毎にパルス信号を生成するようになっている。ここにいうパルス信号は、クランク角センサ１９から出力される検出信号レベルが予め設定された閾値に達するときに立ち上がり、クランク角センサ１９から出力される検出信号レベルが閾値を下回るときに下がるパルスエッジを有し、それによってクランク軸１１の単位角度の回転を刻むことができる。

また、ＥＣＵ３０は、ＲＯＭ内に例えば公知のインプットキャプチャ機能を発揮する制御ロジックを有しており、この制御ロジックにより、ＥＣＵ３０は、入力回路３２からのパルス信号の立上りのパルスエッジを検出して、時間的に前後する複数のパルス信号（例えば最後に検出されたパルス信号とその直前に検出されたパルス信号）のパルスエッジの検出タイミング、すなわち検出時点の時間間隔をタイマＴＣＮＴによりカウントし、そのカウント値を順次ＲＡＭに格納しつつ、そのカウント値に対応するクランク軸１１の単位角度回転に要する単位角度回転時間である１０°ＣＡ時間を算出する１０°ＣＡ時間算出部３３（単位角度回転時間算出手段）として機能することができる。なお、インプットキャプチャ機能はパルスエッジの検出時点で割込み処理で実行され、タイマＴＣＮＴのカウントの周期は１０°ＣＡ時間より十分に短い時間である。また、タイマＴＣＮＴのオーバーフロー時にはタイマＴＣＮＴがリセットされる。

ＥＣＵ３０は、さらに、エンジン１の無噴射回転状態下で予め定められた期間（後述する）を隔てて算出された複数の１０°ＣＡ時間を比較する比較部３４（比較手段）と、比較部３４の比較結果を現時点の機関回転数［ｒｐｍ］毎に記憶する比較結果記憶部３５（記憶手段）と、時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、比較結果記憶部３５に記憶された機関回転数毎の比較部３４による比較結果とに基づいて、無噴射状態におけるクランク軸１１のねじれによる各気筒でのクランク各速度およびクランク角度位置の検出誤差時間を減少させるように１０°ＣＡ時間を補正する補正手段３６としての機能を有している。

具体的には、ＥＣＵ３０の比較部３４は、前述の予め定められた期間を、タイミングロータが現在の角度位置から３６０度回転した角度位置に達するまでの期間（１回転期間）として、その１回転期間毎に、今回算出された１０°ＣＡ時間と前回算出された１０°ＣＡ時間との差分を算出して、両者を比較する。

図２は、エンジン１の１動作周期である７２０°の回転に要する時間中の、１０°ＣＡ時間算出部３３で算出される複数の１０°ＣＡ時間の変化を、縦軸をｎｅ（機関回転数）、横軸を１０°ＣＡ刻みの回転角度として示すｎｅ波形図であり、図３は、その動作周期の前半の１回転期間と、後半の１回転期間を重ねてそれぞれのｎｅ波形を比較して示す比較説明図、図４は図３に示した２つの波形の差分で示される気筒間のクランクねじり成分の説明図である。

これらの図に示すように、比較部３４は、少なくともエンジン１の動作周期である４ストローク分のクランク回転角度、すなわち７２０°の回転に要する時間、若しくは、その整数倍の回転角度の回転に要する時間を１回の比較期間としており、その比較期間中の差分データを、現在の機関回転数（比較期間中の比較処理に用いた全ての１０°ＣＡ時間の平均値から求めたエンジン回転数、あるいは算出されている最新のエンジン回転数）と対応付けて、比較結果記憶部３５に格納する。ここでの差分は、図４に示すように、正側が回転速度が速い側、負側が回転速度が遅い側となり、図４中では、第４気筒（＃４）を基準とした第1気筒（＃１）のクランクスロー部１２ａのねじれは回転速度の速い側へのねじれ分、第２気筒（＃２）を基準とした第３気筒（＃３）のクランクスロー部１２ｃのねじれは回転速度の遅い側へのねじれ分として例示している。なお、エンジン１の動作周期とその各気筒の行程変化のタイミングは既知であるから、燃料噴射時期や点火時期の制御を要する行程にある気筒のクランク角度位置が把握できる。

また、補正手段３６は、今回算出された１０°ＣＡ時間と前回算出された１０°ＣＡ時間との間の時間間隔であるタイマＴＣＮＴのカウント値（時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミング）と、比較結果記憶部３５に記憶された機関回転数毎の比較部３４による差分算出結果（比較結果）と、噴射制御部３１で算出される燃料噴射量ｑｆｉとに基づいて、燃料の噴射状態におけるクランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように１０°ＣＡ時間を補正するようになっている。

この補正手段３６は、比較結果記憶部３５に記憶された機関回転数毎の比較部３４による比較結果に基づいて、無噴射回転状態におけるクランク軸１１のねじれによる誤差時間を減少させるように（すなわち、上述の差分を縮小する方向に）１０°ＣＡ時間を補正するための基本補正係数を算出する基本補正係数算出部３７と、その基本補正係数算出部３７により算出された基本補正係数を機関回転数に対応付けて記憶する基本補正係数マップ部３８とを有している。

さらに、補正手段３６は、基本補正係数マップ部３８に記憶された機関回転数毎の基本補正係数と、燃料の噴射量ｑｆｉとに基づいて、燃料の噴射状態におけるクランク軸１１のねじれによる誤差時間を減少させるように１０°ＣＡ時間を補正する噴射時補正係数を算出するようになっている。補正手段３６は、そのために、エンジン１の動作周期中に算出される複数の１０°ＣＡ時間、いわゆるｎｅ波形の変動特性をマップ情報として記憶する変動特性マップ部３９と、そのマップ情報に基づいて噴射時補正係数を算出する補正係数算出部４０とを含んで構成されている。

変動特性マップ部３９は、図５に示すような、燃料噴射量［ｍｍ^３／ｓｔ］および機関回転数［ｒｐｍ］の条件変化に応じて異なる波形パターンに変化するｎｅ波形の変動特性を、予めの実験等によってマップデータ化したものである。このようなｎｅ波形の変化は、クランク軸１１の回転速度の増加に伴って往復慣性力が増大したり燃料噴射量に応じて気筒内の圧力が変化したりすること等によって生じ、高回転域においては往復慣性力の影響が大きくなって低速回転域とは位相も変化するといった傾向を伴う。なお、変動特性マップ部３９において、ｎｅ波形が類似する条件については、複数の条件についてその変動特性を共通データとしてもよい。同図に示す場合、燃料噴射量ｑｉａ（例えば７ｍｍ^３／ｓｔ）で機関回転数がｎｅ２（例えば１５００ｒｐｍ）の場合と、燃料噴射量ｑｉｂ（例えば１０ｍｍ^３／ｓｔ）で機関回転数がｎｅ３（例えば２５００ｒｐｍ）の場合と、燃料噴射量ｑｉｃ（例えば２０ｍｍ^３／ｓｔ）で機関回転数がｎｅ４（例えば３０００ｒｐｍ）の場合とは、それぞれｎｅ波形が類似したものとなるが、このような条件については、無噴射時の学習効果を噴射領域の補正係数に反映する場合に、いずれかの条件についての補正値を他の条件についての補正値にも反映させることができる。なお、図５に示す一部のマップ領域中においては、燃料噴射量ｑｉａで機関回転数がｎｅ３の場合と、燃料噴射量ｑｉｂで機関回転数がｎｅ４の場合についても、ｎｅ波形が類似したものとなる。この変動特性マップ部３９のマップデータは、燃料噴射量および機関回転数の条件毎に定まる標準的な１０°ＣＡ時間と、その１０°ＣＡ時間に対する同条件下での１動作周期中の各１０°ＣＡ時間の変化を時間比で特定するようなものであってもよい。

補正手段３６は、さらに、１０°ＣＡ時間算出部３３で算出される複数の１０°ＣＡ時間を補正係数算出部４０で算出された噴射時補正係数に基づいて補正して、その補正後の１０°ＣＡ時間に対応するクランク角速度（最新の機関回転数ｎｅ）を算出する補正演算部４１と、補正係数算出部４０で算出され補正演算部４１での演算処理に使用された噴射時補正係数を燃料噴射量および機関回転数の条件に対応付けて記憶する噴射時補正係数マップ部４２（噴射時補正係数記憶部）とを有している。そして、この補正演算部４１で算出された機関回転数ｎｅの算出値は、例えば噴射制御部３１に取り込まれ、噴射制御に要する各種制御値の算出のために供される。

次に、作用を説明する。

上述のように構成された本実施形態においては、ＥＣＵ３０により、エンジン１の電子制御が実行される際に、図６に示すような学習処理が短周期で繰り返し実行される。

まず、同図中の最初のステップＳ１では、エンジン１の運転中にエンジン１が無噴射回転状態、例えば減速状態において全気筒で燃料噴射が停止される燃料カット状態になる期間、降坂中において全気筒で燃料噴射が停止される期間、停止状態でアクセル開度が一旦大きくなった後で急落し全気筒で燃料噴射が停止される期間等になっているか否かが判別される。

このとき、エンジン１が無噴射回転状態でなければ、今回の処理を終了する。

一方、ステップＳ１での判別時にエンジン１が無噴射の機関回転状態で判別結果がｙｅｓになると、次いで、３６０°ＣＡ（１回転期間）を隔てて検出され１０°ＣＡ時間算出部３３により算出された時間的に前後する２つの１０°ＣＡ時間、例えば今回算出された１０°ＣＡ時間と前回算出された１０°ＣＡ時間とが、両者の差分を算出する形で少なくともエンジン１の１動作周期について比較され、その比較結果である動作周期中の１０度毎のクランク角度位置における差分データが順次比較結果記憶部３５に格納される（ステップＳ２）。

このとき、例えば図７に黒四角および黒ひし形でそれぞれ示すように、１動作周期について、例えば膨張行程が第１気筒から第３気筒に移行する前半の１回転期間中に対して、膨張行程が第４気筒から第２気筒へと移行する後半の１回転期間中の１０°ＣＡ時間（１０°ＣＡ時間算出部３３での算出値）から求められる機関回転数ｎｅには差が生じており、１回転期間を隔ててタイミングロータ１４の同位置の信号歯で１０°ＣＡ時間が刻まれる第４気筒と第１気筒との間で大きな回転速度差が生じている。

同図中の右側の縦軸は、黒四角および黒ひし形で示された前半および後半の１回転期間差分を拡大して示すものであり、その差分データは黒三角で示されている。この差分のグラフからわかるように、タイミングロータ１４からの距離が最も小さい第１気筒と最も大きい第４気筒との間（特に９０°ＣＡ付近）に、クランク軸１１のねじれ振動による影響と見られる検出値の大きなばらつき（誤差時間）と変動が見られる。

これに対して、本実施形態では、無噴射回転状態でタイミングロータ１４の１回転期間を隔てて検出される複数の１０°ＣＡ時間が比較部３４で機関回転数毎に比較され、比較結果記憶部３５に記憶格納された比較結果に基づき、１０°ＣＡ時間算出部３３で算出された１０°ＣＡ時間中のクランク軸１１のねじれによる誤差時間を減少させるように基本補正係数算出部３７により基本補正係数が算出され、その基本補正係数が機関回転数毎に基本補正係数マップ部３８に記憶格納される（ステップＳ３）。

次いで、基本補正係数マップ部３８に記憶された機関回転数毎の基本補正係数と、燃料の噴射量ｑｆｉとに基づき、燃料の噴射状態下において１０°ＣＡ時間算出部３３で算出される１０°ＣＡ時間中のクランク軸１１のねじれによる誤差時間を減少させるよう、ｎｅ波形が燃料の噴射量および機関回転数に応じて変動する変動特性を例えば変動係数として、基本補正係数にその変動係数を乗じることで１０°ＣＡ時間を補正する噴射時補正係数が補正係数算出部４０により算出され、変動特性マップ部３９に格納される（ステップＳ４）。その際、今回の場合とｎｅ波形が類似する条件については、その変動特性を共通データとして扱い、今回算出した補正値をその条件についても反映させる。したがって、学習効果を各運転領域に早期に反映させることができる。

このような学習処理がなされる一方で、補正手段３６では、１０°ＣＡ時間算出部３３で算出される複数の１０°ＣＡ時間を補正係数算出部４０で算出された噴射時補正係数に基づいて補正し、その補正後の１０°ＣＡ時間に対応するクランク角速度（最新の機関回転数ｎｅ）を算出する。そして、この補正演算部４１で算出された機関回転数ｎｅの算出値が、例えば噴射制御部３１に取り込まれ、噴射制御に要する各種制御値の算出のために供される。

図８は、上述のように学習効果を反映させ、１０°ＣＡ時間中のクランク軸１１のねじれ振動による誤差時間を大幅に減少させた結果のｎｅ波形であり、黒四角および黒ひし形でそれぞれ示す１動作周期中の前半の１回転期間と後半の１回転期間中とのｎｅ波形間に大きな回転速度の差が見られなくなっている。また、この補正後の状態では、黒三角で示す差分値が１動作周期の全域にわたってゼロ付近の値となっている。

このように、本実施形態の内燃機関の回転速度検出装置では、時間的に前後して検出される複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、比較結果記憶部３５に格納された機関回転数毎の比較部３４による比較結果とに基づいて、無噴射回転状態におけるクランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように１０°ＣＡ時間が補正されることから、まず、気筒毎の燃焼のばらつきによる影響を排してクランク軸１１のねじれ量を正確に検出し、制御を要する各気筒でのクランク回転速度およびクランク角度位置を正確に把握することができる。

また、クランク角が３６０度前後する、あるいは、その整数倍の角度だけ前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングが比較されることから、タイミングロータ１４の信号生成部分、例えば信号歯の角度間隔がばらつき、図２、図３に示すようなｎｅ波形の部分的な乱れが存在していていたとしても、その信号生成部分が同じとなる別気筒間（例えば第１気筒（図中では＃１）と第４気筒（図中では＃４）の間）でのクランク軸１１のねじれ振動成分を正確に把握でき、そのねじれ振動成分を考慮した１０°ＣＡ時間の算出処理、すなわち回転速度検出処理によって、制御を要する各気筒でのクランク回転速度をより正確に把握することができることとなる。

さらに、気筒毎の燃焼のばらつきによる影響を排して無噴射回転状態下で正確に検出したクランク軸１１のねじれ量を利用し、膨張時の発生トルクに影響を与える燃料噴射量に応じて１０°ＣＡ時間を補正することで、燃料噴射状態における気筒毎のクランク回転速度およびクランク角度位置を外乱の影響を排しつつ算出することができる。すなわち、無噴射回転状態で時間的に前後して検出される複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、比較結果記憶部３５に記憶された機関回転数毎の比較部３４による比較結果と、噴射制御部３１で算出される燃料噴射量ｑｆｉとに基づいて、燃料噴射状態における１０°ＣＡ時間中のクランク軸１１のねじれによる誤差時間を減少させるように１０°ＣＡ時間が補正されるので、燃焼によるばらつきや外乱を排除しつつ学習したクランク軸１１のねじり振動成分をインジェクタ１６ａ〜１６ｄの噴射特性のばらつきや外乱の影響を排除しつつ、燃料噴射領域に反映させることができる。

また、エンジン１のピストン等の往復慣性によるクランク軸１１のねじれが機関回転数によって変化するところ、学習値にそれが反映され、往復慣性によるクランク軸のねじれ振動成分を抑えたクランク回転速度検出が可能となる。

加えて、変動特性マップ部３９にマップ化されたエンジン１の回転変動特性と、基本補正係数マップ部３８に記憶された機関回転数毎の基本補正係数と、燃料噴射量とに基づいて、噴射時補正係数が算出されることから、エンジン１の回転変動特性に応じたきめ細かな補正を実行し、燃料噴射領域の運転状態であっても気筒毎の燃焼のばらつきの影響を抑えつつ、制御を要する気筒毎のクランク回転速度を精度良く算出することができる。

このように、本実施形態の内燃機関の回転速度検出装置によれば、比較部３４により、無噴射回転状態で予め定められた期間を隔てて検出される複数の１０°ＣＡ時間を機関回転数毎に比較して比較結果記憶部３５に格納し、１０°ＣＡ時間算出手段により、時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、比較結果記憶部３５に格納された機関回転数毎の比較部３４による比較結果とに基づいて、無噴射回転状態におけるクランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるよう１０°ＣＡ時間を補正するので、気筒毎の燃焼のばらつきによる影響を排してクランク軸のねじれ量を正確に検出し、制御を要する各気筒でのクランク回転速度およびクランク角度位置を正確に検出することができる内燃機関の回転速度検出装置を提供することができる。

なお、上述の実施形態においては、直列４気筒エンジンとしたが、内燃機関がクランク軸の軸方向に隣り合う３つ以上の気筒を有する多気筒内燃機関であれば、本発明は好適に実施することができ、例えばＶ型６気筒エンジンであっても好ましい効果が期待できる。また、上述の実施形態においては、燃料噴射制御に用いる機関回転数信号を例に説明したが、他の各種の制御に機関回転数ｎｅを表わすクランク角センサ信号が利用されることはいうまでもない。また、上述の実施形態では、タイミングロータ１４の刻み回転角である単位角度を１０°とし、単位角度回転時間を１０°ＣＡ時間としたが、異なる単位角度であってもよいことはいうまでもない。さらに、タイミングロータ１４は基準位置（例えば上死点）判別用に信号歯の一部を欠歯状態としていたが、その判別を他の検出手段を用いて行う場合には欠歯は不要である。また、上述の説明においては、比較部による比較処理の機関を１動作周期としたが、その整数倍の長さの期間にわたって各手段の算出処理を実行し、１０°ＣＡ時間算出部３３の算出値や補正係数をその比較期間中の平均値とすることもできる。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の回転速度検出装置は、比較手段により、無噴射回転状態で予め定められた期間を隔てて検出される複数の単位角度回転時間を比較して機関回転数毎に記憶手段に格納し、単位角度回転時間算出手段により、時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、記憶手段に格納された機関回転数毎の比較結果とに基づいて、無噴射回転状態におけるクランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように単位角度回転時間を補正するので、気筒毎の燃焼のばらつきによる影響を排してクランク軸のねじれ量を正確に検出し、制御を要する各気筒でのクランク回転速度およびクランク角度位置を正確に検出することができる内燃機関の回転速度検出装置を提供することができるという効果を奏するものであり、内燃機関の回転速度検出装置、特に信号歯等を有しクランク軸に装着されたタイミングロータの回転変位を検知して検出角度単位のパルス信号を生成し、前後のパルス信号のエッジ検出タイミングから内燃機関の回転速度を検出する内燃機関の回転速度検出装置全般に有用である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の回転速度検出装置の概略ブロック構成図である。 一実施形態に係る内燃機関の回転速度検出装置において１動作周期中に１０°ＣＡ時間算出部で算出される算出時間の変化を、縦軸を１０°ＣＡ時間、横軸を１０°ＣＡ刻みの回転角度として示すｎｅ（機関回転数）波形図である。 一実施形態に係る内燃機関の回転速度検出装置における１動作周期中の前半の１回転期間と後半の１回転期間とを重ね、それぞれのｎｅ波形を比較して示す模式的な比較説明図である。 図３に示した２つの波形の差分で示される離れた気筒間のクランクねじり成分の説明図である。 一実施形態に係る内燃機関の回転速度検出装置における、ｎｅ波形が燃料の噴射量および機関回転数に応じて変動する変動特性の説明図である。 一実施形態に係る内燃機関の回転速度検出装置における学習処理の概略処理手順を示すフローチャートである。 一実施形態に係る内燃機関の回転速度検出装置における１動作周期中の前半の１回転期間と後半の１回転期間を重ね、それぞれのｎｅ波形を比較して示す比較説明図である。 一実施形態に係る内燃機関の回転速度検出装置において１回転期間を隔てて検出された２つのｎｅ波形の差分に学習効果を反映した後のｎｅ波形の説明図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
１１ クランク軸
１１ｆ フランジ部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ クランクスロー部
１３ トーショナルダンパ
１４ タイミングロータ（信号生成手段）
１５ フライホイル
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ インジェクタ
１９ クランク角センサ（信号生成手段）
２０ エアフローメータ
２１ スロットル開度センサ
２３ カムポジションセンサ（気筒判別センサ）
２４ 水温センサ
３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
３１ 噴射制御部
３２ 入力回路（信号生成手段）
３３ １０°ＣＡ時間算出部（単位角度回転時間算出手段）
３４ 比較部（比較手段）
３５ 比較結果記憶部（記憶手段）
３６ 補正手段
３７ 基本補正係数算出部
３８ 基本補正係数マップ部（基本補正係数記憶部）
３９ 変動特性マップ部
４０ 補正係数算出部
４１ 補正演算部
４２ 噴射時補正係数マップ部（噴射時補正係数記憶部）
ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４ 減衰器
ｋ０、ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ｋ５ ねじり剛性
ｍｄ、ｍｅ、ｍｆｗ 慣性質量

Claims (7)

1. 内燃機関のクランク軸に装着されたタイミングロータを有し、該タイミングロータの回転に応じて前記クランク軸の予め定められた単位角度の回転毎にパルス信号を生成する信号生成手段と、
   前記パルス信号のパルスエッジを検出し、時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングに基づいて、前記クランク軸の前記単位角度の回転に要する単位角度回転時間を算出する単位角度回転時間算出手段と、を備えた内燃機関の回転速度検出装置において、
   前記内燃機関の無噴射回転状態で予め定められた期間を隔てて算出された複数の前記単位角度回転時間を比較する比較手段と、
   前記比較手段の比較結果を機関回転数毎に記憶する記憶手段と、
   前記時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、前記記憶手段に記憶された前記機関回転数毎の比較結果とに基づいて、前記無噴射回転状態における前記クランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように前記単位角度回転時間を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の回転速度検出装置。
2. 前記予め定められた期間が、前記タイミングロータが現在の角度位置から３６０度回転した角度位置に達するまでの期間であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の回転速度検出装置。
3. 前記補正手段が、前記時間的に前後する複数のパルス信号のエッジ検出タイミングと、前記記憶手段に記憶された前記機関回転数毎の比較結果と、前記燃料の噴射量とに基づいて、前記燃料の噴射状態における前記クランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように前記単位角度回転時間を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の回転速度検出装置。
4. 前記補正手段が、前記記憶手段に記憶された前記機関回転数毎の比較結果に基づいて、前記無噴射回転状態における前記クランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように前記単位角度回転時間を補正するための基本補正係数を算出する基本補正係数算出部と、
   該基本補正係数算出部により算出された基本補正係数を前記機関回転数に対応付けて記憶する基本補正係数記憶部と、を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の回転速度検出装置。
5. 前記補正手段が、前記基本補正係数記憶部に記憶された前記機関回転数毎の前記基本補正係数と、前記燃料の噴射量とに基づいて、前記燃料の噴射状態における前記クランク軸のねじれによる誤差時間を減少させるように前記単位角度回転時間を補正する噴射時補正係数を算出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の回転速度検出装置。
6. 前記補正手段が、前記内燃機関の動作周期中に算出される複数の前記単位角度回転時間が前記燃料の噴射量および機関回転数に応じて変動する変動特性をマップ情報として記憶する変動特性マップ部を有し、該変動特性マップ部のマップ情報に基づいて前記噴射時補正係数を算出することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の回転速度検出装置。
7. 前記内燃機関が前記クランク軸の軸方向に隣り合う３つ以上の気筒を有する多気筒内燃機関であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の回転速度検出装置。

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