JP2011007144A

JP2011007144A - エンジンの制御装置、及び制御方法

Info

Publication number: JP2011007144A
Application number: JP2009153142A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Michiwa; 剛道和; Takayuki Demura; 隆行出村
Original assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号が欠歯部に相当する場合であっても、精度良く目標燃料噴射角度で燃料の噴射制御を行なえるエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号を基準に、クランク軸の回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度で噴射制御する第１噴射制御処理と、目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号が欠歯部に相当する場合に、クランク軸とトルクコンバータの出力軸が直結された状態で、目標燃料噴射角度の直前に入力されるタービンパルス信号を基準に、タービン回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度で噴射制御する第２噴射制御処理とを実行するエンジンの制御装置。
【選択図】図８

Description

本発明は、エンジンの制御装置、及び制御方法に関する。

近年、燃費低減及びＣＯ２排出量の抑制等を目的として、車両の停車中等にエンジンの運転を自動的に停止させるとともに、車両が再発進するときにエンジンを自動的に再始動させる制御（以下、「エコラン制御」と記す。）を実行するエンジン制御装置が開発されている。

エンジン制御装置は、例えば、速度センサを介して車両が停車状態であることを検知し、アクセルペダルに連動するセンサを介して運転者によるアクセルペダルの操作量が零であることを検知する等、所定のエンジン停止条件が成立すると、燃料噴射弁からの燃料の供給制御及び点火プラグによる点火制御を中止してエンジンを停止制御する。

その後、変速レバーの操作位置がドライブレンジに操作され、アクセルペダルが踏込まれたことを検知する等、所定のエンジン再始動条件が成立すると、再びエンジンを始動制御する。

エコラン制御では、圧縮行程中に気筒に燃料を直接噴射して、点火プラグの近傍に燃料を偏在させた状態で点火する成層燃焼モードでエンジンが始動される。

例えば、特許文献１には、エンジンの再始動条件の成立後、できるだけ早く且つ確実にエンジンを再始動させるために、筒内に直接的に燃料噴射を行う燃料噴射弁と、筒内の混合気への点火を行う点火プラグとを具備し、エンジン停止条件が成立したときには燃料噴射弁からの燃料噴射及び点火プラグによる点火を停止するエンジン始動装置において、エンジン停止条件が成立した後であってエンジン回転中にエンジン再始動条件が成立した場合、エンジン再始動条件成立時に膨張行程の途中にある膨張行程気筒に燃料噴射弁から燃料噴射を行うとともに点火プラグによって膨張行程気筒内の混合気への点火を行うエンジン始動装置が提案されている。

特開２００６−２９９９９７号公報

一般に成層燃焼モードでエンジンを制御する場合、エンジン制御装置は、クランク角センサから入力されるクランクパルス信号に基づいて、クランク軸の回転状態つまりクランク角とエンジン回転数を把握し、圧縮行程中の適切な時期に精度良く気筒内に燃料を直接噴射する必要がある。

図１に示すように、一般に、クランク角センサ１は、周上に複数の歯部２ａが等間隔に形成されるとともに一部に欠歯部２ｂが形成され、クランク軸２２と同期して回転する回転体２と、回転体２の歯部２ａを検出してクランクパルス信号を生成する電磁ピックアップ方式のセンサ２ｃで構成され、エンジン制御装置１００は、入力されたクランクパルス信号に基づいてクランク角度、クランク軸２２の回転数（エンジンの回転数）を算出するように構成されている。

当該欠歯部２ｂは、基準クランク角度を検知するために設けられている。尚、図１には、破線の吹き出しに、歯部２ａ及び欠歯部２ｂに対応するクランクパルス信号の波形が示されている。

図２（ａ）に示すように、エンジン制御装置は、予め気筒毎に設定される目標燃料噴射角度θＣＡ（ＣＡは、クランク角度の略称）の直前に入力されるクランクパルス信号ＰＳ（ｎ）を基準に、燃料噴射までの残り時間Δｔを算出して、目標燃料噴射角度θＣＡとなる時期に燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御している。

しかし、図２（ｂ）に示すように、噴射時期の直前に入力されるクランクパルス信号が欠歯部に相当する場合には、エンジン制御装置がクランクパルス信号ＰＳ（ｎ）のエッジを検知できず、次のクランクパルス信号の立上りエッジで噴射すると、適切な噴射時期を徒過するという問題があった。

そこで、図２（ｃ）に示すように、欠歯部の直前に入力されるクランクパルス信号ＰＳ（ｎ−１）を基準に、燃料噴射までの残り時間Δｔを算出して、目標燃料噴射角度となる時期に燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御することも考えられるが、エンジン始動時にはクランク軸の回転数が急変するため、目標燃料噴射角度で正確に燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御することが困難である。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号が欠歯部に相当する場合であっても、精度良く目標燃料噴射角度で燃料の噴射制御を行なえるエンジンの制御装置及び制御方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明によるエンジンの制御装置の特徴構成は、内燃機関を制御する制御装置であって、制御データを格納する記憶部と、周上に複数の歯部が等間隔に形成されるとともに一部に欠歯部が形成され、クランク軸と同期して回転する回転体の歯部を検出するクランク角センサから入力されるクランクパルス信号に基づいて、クランク軸の回転速度及びクランク角度を算出して記憶部に記憶するクランクパルス入力処理と、周上に複数の歯部が等間隔に形成され、トルクコンバータの出力軸と同期して回転する回転体の歯部を検出するタービン回転数センサから入力されるタービンパルス信号に基づいて、タービン回転速度を算出して記憶部に記憶するタービンパルス入力処理と、クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号を基準に、記憶部に記憶されたクランク軸の回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度で燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御する第１噴射制御処理と、クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号が欠歯部に相当する場合に、クランク軸とトルクコンバータの出力軸が直結された状態で、目標燃料噴射角度の直前に入力されるタービンパルス信号を基準に、記憶部に記憶されたタービン回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度で燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御する第２噴射制御処理と、を実行する点にある。

クランク軸とトルクコンバータの出力軸が直結された状態では、クランクパルス信号により検知されるクランク軸の回転速度とタービンパルス信号により検知されるタービンの回転速度が一致した状態となる。また、タービンパルス信号を生成する回転体には欠歯部が無いためパルスが欠落することは無い。そこで、目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号が欠歯部に相当する場合に、タービンパルス信号を基準に、タービン回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度で燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御する第２噴射制御処理を実行することにより、精度良く目標燃料噴射角度で燃料の噴射制御を行なえるようになるのである。

以上説明した通り、本発明によれば、クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号が欠歯部に相当する場合であっても、精度良く目標燃料噴射角度で燃料の噴射制御を行なえるエンジンの制御装置及び制御方法を提供することができるようになった。

クランクパルス信号を発生するクランク角センサの説明図クランクパルス信号の入力タイミングと燃料噴射時期との関係の説明図エンジン及びトルクコンバータの説明図エンジン制御装置の回路ブロック構成図エンジン制御装置により実行される成層燃焼モードでのエンジン始動手順を示すフローチャートクランクパルス信号割込みの処理手順を示すフローチャートタービンパルス信号割込みの処理手順を示すフローチャート第２噴射制御処理の説明図第１噴射制御処理の説明図

以下、本発明によるエンジンの制御装置、及び制御方法を説明する。

図３に示すように、エンジン１０は、複数の気筒、例えば四つの気筒１１を備え、各気筒１１の吸気口に吸気マニホールド１４が接続され、排気口に排気マニホールド１８が接続されている。

吸気マニホールド１４の端部が吸気管１５を介してエアクリーナ１６に接続され、吸気管１５にスロットルバルブ１７が配置されている。

排気マニホールド１８の端部が排気管１９を介して排ガス浄化触媒２０を備えた触媒コンバータ２１に接続されている。

各気筒１１は、シリンダブロックと、シリンダブロックの上部に固定されたシリンダヘッドと、シリンダブロック内で往復動するピストンを備え、シリンダヘッドに吸気バルブを備えた吸気口と、排気バルブを備えた排気口が形成され、シリンダヘッドの中央部に点火プラグ１３が設けられるとともに周辺部に燃料噴射弁１２が設けられている。

各気筒１１に備えたピストンの往復動により回転駆動されるクランク軸２２の一端がスタータモータ２３と駆動連結され、クランク軸２２の他端がトルクコンバータ３０の入力軸３１つまりポンプインペラ３２側に連結されている。

トルクコンバータ３０では、ポンプインペラ３２の回転により発生する流体の流れにより、トルクコンバータ３０の出力軸３５つまりタービンランナ３４が回転し、クランク軸２２のトルクがトルクコンバータ３０の出力軸３５に伝達される。

さらに、トルクコンバータ３０には、油圧回路４０からの圧油で作動するロックアップピストンにより、入力軸３１と出力軸３５を直結するロックアップクラッチ３３が内装されている。

トルクコンバータ３０の出力軸３５が変速機構３６の入力軸に連結され、油圧回路４０からの圧油により変速比が切り替えられるように構成されている。

油圧回路４０には、エンジンの動力により回転する機械式のオイルポンプと、バッテリの電力で回転する電動式のオイルポンプ４１の二系統のオイルポンプが設けられ、何れかにより圧油が供給されるように構成されている。

クランク軸２２にはクランク角センサ１が配置され、トルクコンバータの出力軸３５にはタービン回転数センサ３が配置され、さらに、図示していないがカム軸にはカム軸の回転位置を検知するカムセンサが配置されている。

図１に示すように、クランク角センサ１は、周上に複数の歯部２ａが等間隔に形成されるとともに一部に欠歯部２ｂが形成され、クランク軸２２と同期して回転する回転体２と、回転体２の歯部２ａを検出してクランクパルス信号を生成する電磁ピックアップ方式のセンサ２ｃにより構成されている。

本実施形態では、回転体２が、３４歯の歯部２ａと、２歯分の欠歯部２ｂで構成され、１歯に対応するパルス信号で１０°ＣＡが検知される。

タービン回転数センサ３も同様に、周上に複数の歯部が等間隔に形成され、トルクコンバータ３０の出力軸３５と同期して回転する回転体と、回転体の歯部を検出してタービンパルス信号を生成する電磁ピックアップ方式のセンサにより構成されている。

本実施形態では、回転体が、２４歯の歯部で構成され、クランク軸２２とトルクコンバータの出力軸３５が直結された状態で、１歯に対応するパルス信号で１５°ＣＡが検知される。

カムセンサも同様に、周上に一つの歯部が形成され、カム軸と同期して回転する回転体と、回転体の歯部を検出してカムパルス信号を生成する電磁ピックアップ方式のセンサにより構成されている。

図４に示すように、ＥＣＵ１００は、マイクロコンピュータ１０６と、エンジン１０や変速機構３６等に配置された各種のセンサからの信号を入力する入力インタフェース回路１０７と、センサのアナログ信号を入力するＡ／Ｄコンバータ１０８と、エンジン１０や変速機構３６等に配置された各種のアクチュエータに制御信号を出力する出力インタフェース回路１０９を備えている。

マイクロコンピュータ１０６には、ＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１で実行される制御プログラムや制御データが格納されたＲＯＭ１０２と、ＣＰＵ１０１のワーキング領域や、入出力データの記憶領域となるＲＡＭ１０３と、重要な制御データをバックアップするＥＥＰＲＯＭ１０４と、入出力ポート１０５等が組み込まれ、それらが内部バスで接続されている。本発明の制御部には、ＣＰＵ１０１とＲＯＭ１０２及びその周辺回路が含まれ、記憶部にはＲＯＭ１０２及びその周辺回路が含まれる。

入力インタフェース回路１０７には、イグニッションスイッチ、アクセル踏込み量センサ、クランク角センサ、タービン回転数センサ等の信号の他、カムセンサ等の複数のデジタル信号やパルス信号が入力され、Ａ／Ｄコンバータ１０８には、水温センサ、空燃比センサ等の複数のアナログ信号が入力されている。

出力インタフェース回路１０９から、スタータモータ、燃料噴射弁、点火プラグ、電動オイルポンプ、ロックアップソレノイド、シフトソレノイド等の各種のアクチュエータに対する制御信号が出力される。

ＥＣＵ１００は、イグニッションスイッチがオンされると、スタータモータ２３を駆動して、クランク角センサ３から入力されるパルス信号に基づいて、クランク角度、クランク軸２２の回転数を算出し、クランク角センサ３から入力されるパルス信号及びカムセンサから入力されるパルス信号に基づいて気筒を判別し、適切な時期に各気筒１１に燃料噴射制御や点火制御を実行することにより、エンジン１０を始動する。

ＥＣＵ１００は、その後、アクセルペダルに連動するアクセル踏込み量センサを介して運転者によるアクセルペダルの操作量を検知し、操作量に対応してスロットルバルブ１７の開度をアクチュエータ１７ａを介して調整するとともに、クランク角度、クランク軸２２の回転数に応じて燃料噴射制御や点火制御を実行することにより、エンジン１０から所定のトルクが出力されるように制御する。

ＥＣＵ１００は、タービン回転数センサ３から入力されるタービンパルス信号に基づいて算出したトルクコンバータ３０の出力回転数と、クランク軸２２の回転数と、車速センサから入力される車速に基づいて、最適な変速比を求め、油圧回路４０を介して変速比を切替制御する。

ＥＣＵ１００は、このようにして運転者の操作に従ってエンジンを制御し、イグニッションスイッチがオフされると、燃料噴射制御や点火制御を中止して、エンジン１０を停止させる。

尚、図示していないが、変速機構の位置を操作するシフトレバーの操作位置、つまり、パーキング、ニュートラル、リバース、ドライブ等の位置がシフト位置センサを介してＥＣＵ１００に入力され、上述した変速比の切替制御は、シフトレバーの操作位置がドライブレンジに操作されていることが条件になる。

ＥＣＵ１００は、吸気行程中に燃料を噴射してピストンとシリンダヘッドとの間に形成される燃焼室全体に亘って混合気の空燃比がほぼ均一な状態で混合気に点火する均質燃焼モードと、点火直前の圧縮行程で燃料を噴射して点火プラグ近傍のみに燃料を偏在させた状態で混合気に点火する成層燃焼モードとの二つの燃焼モードの何れかでエンジン１０を制御する。

ＥＣＵ１００は、例えばエンジンの負荷が小さく且つ回転数が低い運転領域では成層燃焼モードを選択し、エンジンの負荷が高く且つ回転数が高い運転領域では均質燃焼モードを選択する。

均質燃焼モードでは、クランク軸２２の回転に伴って、各気筒について吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が順次繰り返し行われる。具体的に、吸気行程中及びその前後で吸気弁が開弁され、吸気行程中の気筒内に空気が吸入されるとともに燃料噴射弁１２から燃料が噴射され、吸気行程中の気筒内で混合気が形成される。次に、圧縮行程で混合気が圧縮されるとともに圧縮上死点付近で点火プラグ１３によって点火され、混合気の燃焼が起こる。この燃焼による爆発力によって次の膨張行程でピストンが押し下げられ、さらに、排気行程中及びその前後において排気弁が開弁され、排気行程中の気筒内の排気ガスが排出される。

このとき、触媒コンバータ２１の上流側または下流側に設けた空燃比センサにより排ガスの状態をモニタして、理論空燃比の前後で燃料噴射量を調整するストイキ制御が実行される。

成層燃焼モードでは、燃料噴射弁１２による燃料の噴射時期が、吸気行程中ではなく、圧縮行程中に設定される。

ＥＣＵ１００は、運転者によってイグニッションスイッチがオフ操作されていない場合であっても、所定のエンジン停止条件が成立したときに、燃料噴射弁１２からの燃料噴射及び点火プラグ１３による点火を中止してエンジン１０を停止させ、その後、エンジン再始動条件が成立すると、エンジン１０始動制御することにより、燃料消費の低減及び排気エミッションの悪化の抑制を実現する。信号待ちで停止し、その後信号が変わり発進するような場合である。このような制御を「エコラン制御」という。

エンジン停止条件が成立する場合とは、エンジン負荷が零、つまりアクセル踏込み量センサで検知されるアクセル踏込み量が零で、且つクランク角センサ１によりエンジン回転数が低いと判断される場合、または上記条件に加えて車速センサにより検知される車速が零の場合をいう。

ＥＣＵ１００は、エンジン停止条件が成立すると、燃料噴射弁１２からの燃料噴射及び点火プラグ１３による点火を中止してエンジン１０を停止させるとともに、エンジン再始動条件が成立したときに、トルクコンバータ３０や変速機構３６を直ちに制御できるように電動オイルポンプを駆動する。

エンジン再始動条件が成立する場合とは、エンジン負荷が零で無く、或いはエンジン負荷が零で無くなると予測される場合をいい、具体的には運転者がアクセルペダルを踏込んだ場合、運転者によるブレーキペダルの踏込み量が少なくなった場合、停車中にクラッチペダルの踏込み操作やシフトレバーの操作位置がニュートラルまたはパーキングからドライブへ変更操作された場合をいう。

ＥＣＵ１００は、エンジン再始動条件が成立すると、スタータモータ２３を駆動して、クランク角センサ１から入力されるパルス信号に基づいて、クランク角度、クランク軸２２の回転数を算出し、クランク角センサ１から入力されるパルス信号及びカムセンサから入力されるパルス信号に基づいて気筒を判別し、成層燃焼モードで各気筒１１に燃料噴射制御や点火制御を実行することにより、エンジン１０を始動する。

成層燃焼モードでは、圧縮行程中の適切な時期に精度良く気筒内に燃料を直接噴射する必要があるため、ＥＣＵ１００は、予め気筒毎に設定される圧縮行程中に設定される目標燃料噴射角度の直前に入力されるクランクパルス信号を基準に、燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度となる時期に燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御する。

しかし、噴射時期の直前に入力されるクランクパルス信号が欠歯部に相当する場合には、エンジン制御装置がクランクパルス信号のエッジを検知できず、次のクランクパルス信号の立上りエッジで噴射すると、適切な噴射時期を徒過する虞があり、エンジンの円滑な始動が困難になる。

そこで、本発明によるＥＣＵ１００は、第１噴射制御処理と、第２噴射制御処理を実行することにより、圧縮行程中の適切な噴射時期に各気筒内に燃料を噴射できるように構成されている。

図５には、ＥＣＵ１００により実行されるエンジンの始動制御の概略手順が示されている。ＥＣＵ１００は、「エコラン制御」で、エンジン再始動条件が成立すると（ＳＡ１，Ｙ）、電動オイルポンプ４１で駆動される油圧回路４０を介してトルクコンバータ３０に組み込まれたロックアップクラッチ３３を係合して、クランク軸２２とトルクコンバータ３０の出力軸３５を直結し、変速機構３６をドライブレンジから中立位置（ニュートラル）に切り替える（ＳＡ２）。

次に、スタータモータ２３を駆動してクランキングを開始し（ＳＡ３）、クランクパルス入力処理を実行するとともに（ＳＡ４）、タービンパルス入力処理を実行して（ＳＡ５）、タービンパルス信号によりクランク角度を算出するためのタービンカウンタの初期化処理を実行する（ＳＡ６）。

タービンカウンタ初期化処理が終了すると、第１噴射制御処理と、第２噴射制御処理を含む「エコラン制御」用の始動時噴射処理を実行する（ＳＡ７）。

ステップＳＡ１で、「エコラン制御」以外でエンジンを再始動する場合には（ＳＡ１，Ｎ）、直ちにスタータモータ２３を駆動してエンジンをクランキングし（ＳＡ９）、クランクパルス入力処理を実行して（ＳＡ１０）、通常の始動時噴射処理を実行する（ＳＡ１１）。

通常の始動時噴射処理では、電動オイルポンプ４１がオフされており、クランク軸とトルクコンバータ３０の出力軸３５を直結できないこと、エンジンが長時間停止して、成層燃焼モードでは円滑に始動できない場合もあるため、均質燃焼モードが選択される。尚、水温等に基づいて、エンジンが十分に暖気されているような場合には、電動オイルポンプ４１をオンした後に、ステップＳＡ２からステップＳＡ７の手順でエンジンを始動させてもよい。

ステップＳＡ７の「エコラン制御」時の始動時噴射処理、またはステップＳＡ１１の通常の始動時噴射処理により、エンジン１０が所定回転数、例えば６００ｒｐｍ．に達すると、ロックアップクラッチを解除して、変速機構３６をドライブ位置に切り替え、均質燃焼モードに切り替えて噴射処理が継続される（ＳＡ８）。

以下、「エコラン制御」時のエンジン１０の始動について詳述する。
クランクパルス入力処理とは、クランク角センサ１から入力されるクランクパルス信号ＮＥに基づいて、クランク軸２２の回転速度及びクランク角度を算出して記憶部であるＲＡＭ１０３に記憶する処理をいい、タービンパルス入力処理とは、クランク軸２２とトルクコンバータ３０の出力軸３５が直結された状態で、タービン回転数センサ３から入力されるタービンパルス信号ＮＴに基づいて、タービン回転速度を算出して記憶部であるＲＡＭ１０３に記憶する処理をいう。

便宜上、フローチャートにはステップＳＡ４，ＳＡ５でクランクパルス入力処理及びタービンパルス入力処理が実行されるように記載しているが、実際には図６及び図７に示す割込み処理で実行される。

つまり、マイクロコンピュータの入力ポートのうちの二本の割込みポートにクランクパルス信号ＮＥ及びタービンパルス信号ＮＴが入力され、各パルス信号の立上りエッジで割込み処理が起動される。

図６に示すように、クランクパルス信号の割込み処理（以下、「ＮＥ割込み処理」と記す。）では、割込み処理の起動時にＣＰＵ１０１により、マイクロコンピュータ１０６に組み込まれているフリーランタイマの値が取り込まれてＲＡＭ１０３に格納され（ＳＢ１）、前回の割込み処理で取り込まれたタイマ値との差分、つまり直近のクランクパルス信号の周期が算出される（ＳＢ２）。

その後、クランクパルス信号ＮＥの周期として、ＲＡＭ１０３に累積記憶された過去に算出された複数の差分の平均値が算出される。当該平均値によりクランク軸２２の回転速度が算出される（ＳＢ２）。

次にクランク角度を捕捉するためのクランクカウンタの初期化及び更新処理が実行される（ＳＢ３）。この過程で、クランクパルス信号ＮＥの周期から図１の欠歯部２ｂに対応する部位が検知されると、当該欠歯部２ｂを通過して最初にクランクパルス信号ＮＥが検知された時点を基準クランク位置、例えば０°ＣＡと定め、以後、クランクパルスの立上りエッジを検知する度に１０°ＣＡを加算することにより、現時点のクランク角度を特定する。

ＣＰＵ１０１は、当該欠歯部２ｂを通過して最初にクランクパルス信号ＮＥが検知された時点でＲＡＭ１０３に設定されたクランクカウンタの記憶領域を０にリセットし、以後クランクパルス信号が検知される度にクランクカウンタの値を１０加算することにより、１０°ＣＡ刻みでクランク角度を捕捉する。ＣＰＵ１０１は、当該欠歯部２ｂを２回検知する度にクランクカウンタの値を０にリセットすることにより、０°ＣＡから７２０°ＣＡまでのクランク角度を捕捉するのである。

図１の歯部２ａを検知したクランクパルス信号ＮＥはほぼ一定の周期で検知されるが、図１の欠歯部２ｂに対応する部位でクランクパルス信号ＮＥの周期が大きく異なることから欠歯部２ｂか否かが検知できるのである。

尚、クランク軸２２の二回転で一回転するカム軸に設けたカムセンサから入力されるカムパルス信号Ｇも他の割込みポートに入力され、カムパルス信号Ｇの割込み処理で、その時点のクランク角度との関係に基づいて気筒判別が行なわれる。

カムパルス信号Ｇはクランク角度が７２０°ＣＡで一回出力されるので、例えば、特定の気筒が圧縮上死点の手前の特定のクランク角度となる時点で、カムパルス信号Ｇが出力されるように設定しておけば、カムパルス信号が検知された時点で全ての気筒及びクランク角度が判別可能となる。

図３に示す四つの気筒のうち、左端の気筒から順に第１気筒♯１、第二気筒♯２、第三気筒♯３、第四気筒♯４とすると、♯１→♯３→♯４→♯２の順に、１８０°ＣＡ間隔で吸気、圧縮、燃焼、排気の各行程が実行される。そのうちの一つの気筒が判別されると、他の気筒もその時点で判別され、以後、クランク角度に従って各気筒に対する燃料の供給制御、点火制御が行なわれるのである。

図７に示すように、タービンパルス信号ＮＴの割込み処理（以下、「ＮＴ割込み処理」と記す。）でも、同様に、割込み処理の起動時にＣＰＵ１０１により、フリーランタイマの値が取り込まれてＲＡＭ１０３に格納され（ＳＣ１）、前回の割込み処理で取り込まれたタイマ値との差分、つまり直近のタービンパルス信号ＮＴの周期が算出され、タービンパルス信号ＮＴの周期として、ＲＡＭ１０３に累積記憶された過去に算出された複数の差分の平均値が算出される。当該平均値によりトルクコンバータ３０の出力軸３５の回転速度が算出される（ＳＣ２）。

尚、何れも平均値を求めるのは、ノイズ等による誤差を吸収するためであり、母数は特に制限されるものではなく適宜設定される値であり、本実施形態では、過去３回の平均値が求められている。

タービンパルス信号ＮＴは、出力軸３５の一回転で２４パルス出力されるため、クランク軸２２とトルクコンバータ３０の出力軸３５が直結されていると、２４パルスでクランク軸２２の一回転が検知できる。そこで、ＮＴ割込み処理でも、ＮＥ割込み処理と同様に、割込み処理の度に、ＲＡＭ１０３に設定されたタービンカウンタの記憶領域の値に１５加算し、タービンカウンタの値が７２０を超えると初期値にリセットすることにより、１５°ＣＡ刻みでクランク角度が捕捉される。

図５に示したステップＳＡ６のタービンカウンタ初期化処理も、ＮＴ割込み処理で実行される（ＳＣ３）。上述したタービンカウンタの値は、クランクパルス信号の欠歯位置に対応する基準クランク位置を基準としてカウントアップされるクランクカウンタと異なり、基準クランク位置からの絶対的な角度を示すものではないため、基準クランク位置からの絶対的な角度を捕捉できるように、タービンカウンタの値を初期化する処理である。

図８に示すように、タービンカウンタ初期化処理では、先ず、タービンパルス信号ＮＴの立上りエッジのフリーランカウンタの値と、その直前にＮＥ割込み処理で取り込まれたフリーランカウンタの値の差分、つまり、タービンパルス信号ＮＴの立上りエッジとその直前のクランクパルス信号ＮＥの立上りエッジの検出時間差Ｔｄを算出する。

次に、ＮＥ割込み処理で算出されたクランクパルス信号ＮＥの周期Ｔ_ＮＥから、時間差Ｔｄに対するクランク角度を算出し、現時点のクランクカウンタの値Ａを加算することにより、現時点のクランク角度を求め、その値をタービンカウンタの値として設定するのである（ＳＣ３）。

初期化処理により設定されるタービンカウンタの値は以下の数式で示される。
Ａ＋（Ｔｄ／Ｔ_ＮＥ×１０°ＣＡ）

その後、ＮＴ割込み処理の度に、初期化されたタービンカウンタの値に１５°ＣＡを加算することによりクランク角度が捕捉され、タービンカウンタの値が７２０を超える度に７２０を減算して初期値に戻す処理が繰り返される（ＳＣ４）。

図９に示すように、図５のステップＳＡ７の始動時噴射処理で実行される第１噴射制御処理は、クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度θとなる直前に入力されるクランクパルス信号ＮＥ（ＰＳｎ）を基準に、ＲＡＭ１０３に記憶されたクランク軸の回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間Δｔを算出して、目標燃料噴射角度θで燃料噴射弁１２から燃料が噴射されるように制御する処理であり、図６に示すＮＥ割込み処理で実行される。

目標燃料噴射角度θとは、圧縮行程にある気筒に対する燃料噴射時期を示すクランク角度であり、成層燃焼モードに対応して気筒毎に予め決定されたクランク角度である。尚、当該目標燃料噴射角度θは固定値でもよいが、クランク軸の回転速度（エンジンの回転速度）に応じて可変に設定されるものでもよい。

目標燃料噴射角度θが、クランク軸の回転速度が上昇するにともなって圧縮上死点から進角するように設定することができる。この場合、目標燃料噴射角度θは、例えば、クランク軸の回転速度をパラメータとして燃料噴射角度が設定されたマップデータに基づいて求めることができる。尚、当該マップデータは予めＲＯＭ１０２に格納しておけばよい。

ＣＰＵ１０１は、ＮＥ割込み処理で更新したクランクカウンタの値が、目標燃料噴射角度θ−１０°ＣＡ以内であると判定すると（ＳＢ４）、その時点から目標燃料噴射角度θまでの残り角度、つまり差分クランク角度をクランク軸の回転速度で除することにより、燃料噴射までの残り時間Δｔを算出する（ＳＢ５）。

次に、ＣＰＵ１０１は、噴射対象となる気筒の燃料噴射弁１２に制御信号を出力するために割り付けられた出力ポートであるアウトプットコンペアポートの制御レジスタに、制御信号のオン出力タイミングを設定するレジスタにΔｔの値を書き込み、制御信号のオフ出力タイミングを設定するレジスタに燃料噴射時間をセットする（ＳＢ６）。

当該アウトプットコンペアポートからは、Δｔ経過後に制御信号がオン出力され、燃料噴射時間経過後に制御信号がオフ出力される。つまり、ＣＰＵ１０１は、目標燃料噴射角度θで燃料噴射弁１２から燃料が噴射されるように制御するのである。

図８に示すように、図５のステップＳＡ７の始動時噴射処理で実行される第２噴射制御処理は、クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度θとなる直前に入力されるクランクパルス信号ＮＥが欠歯部２ｂに相当する場合に、クランク軸２２とトルクコンバータの出力軸３５が直結された状態で、目標燃料噴射角度θの直前に入力されるタービンパルス信号ＮＴ（ＰＱｎ）を基準に、ＲＡＭ１０３に記憶されたタービン回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間Δｔを算出して、目標燃料噴射角度θで燃料噴射弁１２から燃料が噴射されるように制御する処理であり、図７に示すＮＴ割込み処理で実行される。

ＣＰＵ１０１は、ＮＥ割込み処理で更新したクランクカウンタの値が、目標燃料噴射角度θ−１５°ＣＡより小さく、次のＮＥ割込み処理が欠歯部２ｂの存在により遅延し、目標燃料噴射角度θを徒過すると判定すると（ＳＣ５）、ＮＴ割込み処理で更新したタービンカウンタの値が、目標燃料噴射角度θ−１５°ＣＡ以内であるか否かを判定する（ＳＣ６）。

クランクカウンタの値が目標燃料噴射角度θ−１５°ＣＡより小さいか否かを判定するのは、目標燃料噴射角度θに到達するまでに少なくとも１回のＮＴ割込み処理の機会を確保するためであり、クランクカウンタの値が目標燃料噴射角度θ−１０°ＣＡより小さいか否かを判定すると、目標燃料噴射角度θを超えた後に次のＮＴ割込み処理が起動される場合が生じるからである。

ＣＰＵ１０１は、タービンカウンタの値が目標燃料噴射角度θ−１５°ＣＡ以内であると判定すると（ＳＣ６）、その時点から目標燃料噴射角度θまでの残り角度、つまり差分クランク角度をトルクコンバータ３０の出力軸３４の回転速度で除することにより、燃料噴射までの残り時間Δｔを算出する（ＳＣ７）。

次に、ＣＰＵ１０１は、噴射対象となる気筒の燃料噴射弁１２に制御信号を出力するために割り付けられた出力ポートであるアウトプットコンペアポートの制御レジスタに、制御信号のオン出力タイミングを設定するレジスタにΔｔの値を書き込み、制御信号のオフ出力タイミングを設定するレジスタに燃料噴射時間をセットする（ＳＣ８）。

尚、各気筒に対する点火パルス信号の出力時期は、上述と同様に、ＮＥ割込み処理またはＮＴ割込み処理で、目標点火角度の直近に入力されるパルス信号から点火時期が判断され、燃料噴射信号と同様の点火プラグを駆動するための制御信号を出力するアウトプットコンペアポートの制御レジスタに、オン出力タイミング及びオフ出力タイミングを設定することにより実現される。

以上説明したように、本発明によるエンジン制御装置は、制御データを格納する記憶部と、記憶部に記憶された制御データに基づいてエンジンを制御する制御部を備えており、制御部は、周上に複数の歯部が等間隔に形成されるとともに一部に欠歯部が形成され、クランク軸と同期して回転する回転体の歯部を検出するクランク角センサから入力されるクランクパルス信号に基づいて、クランク軸の回転速度及びクランク角度を算出して記憶部に記憶するクランクパルス入力処理と、周上に複数の歯部が等間隔に形成され、トルクコンバータの出力軸と同期して回転する回転体の歯部を検出するタービン回転数センサから入力されるタービンパルス信号に基づいて、タービン回転速度を算出して記憶部に記憶するタービンパルス入力処理と、クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号を基準に、記憶部に記憶されたクランク軸の回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度で燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御する第１噴射制御処理と、クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号が欠歯部に相当する場合に、クランク軸とトルクコンバータの出力軸が直結された状態で、目標燃料噴射角度の直前に入力されるタービンパルス信号を基準に、記憶部に記憶されたタービン回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度で燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御する第２噴射制御処理とを実行するように構成されている。

そして、制御部は、成層燃焼モードでエンジンを始動する直前のエンジン停止時に、変速機構の作動油圧を確保する電動オイルポンプを駆動し、成層燃焼モードでエンジンを始動する場合に、トルクコンバータに組み込まれたロックアップクラッチを係合し、変速機構を中立位置に切り替えた状態で、第１噴射制御処理及び第２噴射制御処理を実行するように構成されている。

上述した実施形態では、クランク角センサ１が、３６歯の歯部が周部に等間隔に形成され、そのうち２歯が連続して欠落した回転体２を備え、タービン回転数センサが、２４歯の歯部が等間隔に形成された回転体を備えた例に基づいて本発明を説明したが、各回転体に形成される歯の数はこれらの値に限るものではなく、適宜設定される値である。

上述した実施形態では、ＮＴ割込み処理で、主にタービンカウンタの更新処理を説明したが、エンジン１０の始動時以外では、タービン回転数とエンジン回転数と車速に基づいて変速機構３６による変速比の切替制御も実行されることはいうまでもない。

尚、上述した実施形態は本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。

１：クランク角センサ
２：回転体
２ａ：歯部
２ｂ：欠歯部
２２：クランク軸
３０：トルクコンバータ
３５：出力軸
１００：エンジン制御装置（ＥＣＵ）
１０１：制御部（ＣＰＵ）
１０３：記憶部（ＲＡＭ）

Claims

内燃機関を制御する制御装置であって、
制御データを格納する記憶部と、
周上に複数の歯部が等間隔に形成されるとともに一部に欠歯部が形成され、クランク軸と同期して回転する回転体の歯部を検出するクランク角センサから入力されるクランクパルス信号に基づいて、クランク軸の回転速度及びクランク角度を算出して記憶部に記憶するクランクパルス入力処理と、
周上に複数の歯部が等間隔に形成され、トルクコンバータの出力軸と同期して回転する回転体の歯部を検出するタービン回転数センサから入力されるタービンパルス信号に基づいて、タービン回転速度を算出して記憶部に記憶するタービンパルス入力処理と、
クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号を基準に、記憶部に記憶されたクランク軸の回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度で燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御する第１噴射制御処理と、
クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号が欠歯部に相当する場合に、クランク軸とトルクコンバータの出力軸が直結された状態で、目標燃料噴射角度の直前に入力されるタービンパルス信号を基準に、記憶部に記憶されたタービン回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度で燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御する第２噴射制御処理と、
を実行する制御部と、
を備えるエンジンの制御装置。
制御部は、圧縮行程中に気筒に燃料を直接噴射して、点火プラグの近傍に燃料を偏在させた状態で点火する成層燃焼モードでエンジンを始動する場合に、トルクコンバータに組み込まれたロックアップクラッチを係合し、変速機構を中立位置に切り替えた状態で、第１噴射制御処理及び第２噴射制御処理を実行する請求項１記載のエンジンの制御装置。
制御部は、成層燃焼モードでエンジンを始動する直前のエンジン停止時に、変速機構の作動油圧を確保する電動オイルポンプを駆動する請求項２記載のエンジンの制御装置。
第１噴射制御処理は、目標燃料噴射角度の直前のクランクパルス信号の入力時に、その時点のクランク角度と目標燃料噴射角度との差分クランク角度とクランク軸の回転速度から燃料噴射までの残り時間を算出し、
第２噴射制御処理は、クランクパルス信号とタービンパルス信号の検出時間差に基づいてクランク角度を算出し、目標燃料噴射角度の直前のタービンパルス信号の入力時に、その時点のクランク角度と目標燃料噴射角度との差分クランク角度とタービン回転速度から燃料噴射までの残り時間を算出する請求項１から３の何れかに記載のエンジンの制御装置。
エンジンの制御装置により実行されるエンジンの制御方法であって、
周上に複数の歯部が等間隔に形成されるとともに一部に欠歯部が形成され、クランク軸と同期して回転する回転体の歯部を検出するクランク角センサから入力されるクランクパルス信号に基づいて、クランク軸の回転速度及びクランク角度を算出するクランクパルス入力処理と、
周上に複数の歯部が等間隔に形成され、トルクコンバータの出力軸と同期して回転する回転体の歯部を検出するタービン回転数センサから入力されるタービンパルス信号に基づいて、タービン回転速度を算出するタービンパルス入力処理と、
クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号を基準に、クランク軸の回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度で燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御する第１噴射制御処理と、
クランク角度が気筒毎に設定された目標燃料噴射角度となる直前に入力されるクランクパルス信号が欠歯部に相当する場合に、クランク軸とトルクコンバータの出力軸が直結された状態で、目標燃料噴射角度の直前に入力されるタービンパルス信号を基準に、タービン回転速度に基づいて燃料噴射までの残り時間を算出して、目標燃料噴射角度で燃料噴射弁から燃料が噴射されるように制御する第２噴射制御処理と、を実行するエンジンの制御方法。