JP2013117206A - 車両用内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの異常発生により点火時期制御等のタイミングを最適化できないフェールセーフ制御下の運転状態であっても、負圧作動機器の作動圧を確保できる車両用内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】多気筒の内燃機関とその吸気管内負圧を用いるブレーキブースタとを備えた車両に装備される車両用内燃機関の制御装置であって、クランク角センサと、カム角センサと、両センサのうち少なくとも一方の検出信号に基づいて気筒判別処理を実行し、その結果に基づいて内燃機関の通常の運転を制御する第１の制御機構と、一方の検出信号が正常に入力されないことを条件に他方の検出信号に基づいて気筒判別処理を実行し、その結果に基づいて内燃機関の運転を特定の条件で制御する第２の制御機構と、を備え、第２の制御機構は、内燃機関の運転を特定の条件で制御するとき、その吸気管内の負圧を増大させる処理（ステップＳ１２，Ｓ１４）を実行する。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両用内燃機関の制御装置に関し、特に車両に搭載され内燃機関の異常発生時にフェールセーフ制御を実行する車両用内燃機関の制御装置に関する。

走行駆動源として内燃機関を搭載した車両においては、その内燃機関に異常が発生した場合に、内燃機関の運転を制限したり運転の条件を変更したりして車両の安全性を確保する制御、いわゆるフェールセーフ制御を実行する車両用内燃機関の制御装置が知られている。

この種の従来の車両用内燃機関の制御装置としては、例えば信号線の断線等によりクランク角センサの異常が発生したときに、２種類のカム角センサからの検出パルス発生間隔に基づいて内燃機関の各気筒の燃焼サイクルに対応する疑似基準タイミング信号を生成して、その疑似基準タイミング信号を用いて気筒判別することにより、内燃機関に対する燃料噴射期間および点火時期の制御を継続実行できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この装置では、クランク角センサの異常発生時に、機関回転速度を基にフェールセーフ用のスロットル開度制限値を設定してスロットル開度をその制限値以下に制限したり、機関回転速度が所定値を超えていると燃料カット処理を実行したりすることで、内燃機関の機関回転速度とスロットル開度とのうち少なくとも一方を安全側に制御することで、車両の安全性を確保しつつ退避走行できるようにしている。

他の車両用内燃機関の制御装置として、例えば負圧ポンプの異常発生時に、アイドル制御要求中にアイドル制御手段の調整弁開度が所定開度よりも大きくなることを禁止して、内燃機関の吸気通路から負圧作動機器に供給する負圧を確保するとともに、内燃機関のクランクシャフトに加わる補機負荷を低減させる処理を実施することでエンストの発生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２参照）。

また、スロットルバルブの開故障時に、ブレーキブースタの必要負圧を得るために要する必要エンジン回転数を算出して、その必要エンジン回転数を上回るようダウンシフト等によってエンジンの回転数を上昇させることで、ブレーキブースタの負圧作動を保証するようにしたものも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−３４２８８８号公報 特開２００７−１０７４２２号公報 特開２００７−３２０３６８号公報

しかしながら、点火時期制御等の基準となるクランク角検出系（クランク角センサや信号線等）の異常発生時にカム角センサ情報を基に気筒判別して点火時期等の制御を継続する従来の車両用内燃機関の制御装置にあっては、その異常発生時に点火時期等が実質的に固定値に制限されるような制御がなされるものとなっていた。そのため、エンジンストールを防止するために暖機運転時の吸入空気量を増加させるアイドルアップ制御が必要になり、内燃機関の吸気管内の負圧が弱まることで、負圧作動式のブレーキブースタのような負圧作動機器の作動圧が低下する場合があった。その場合、センサ異常により退避走行を行うような状態にあって、ブレーキ性能が通常より低下してしまうことが懸念される。

また、他の従来の車両用内燃機関の制御装置も、負圧ポンプの異常発生時やスロットルバルブの開故障時における負圧作動機器の作動負圧確保は可能であっても、点火時期制御等の基準となるクランク角検出系の異常発生時に実行されるフェールセーフ制御下では負圧を十分に確保できず、上述のような問題を解消できなかった。

そこで、本発明は、センサの異常発生によって点火時期制御等のタイミングを最適化できないフェールセーフ制御下の運転状態であっても、負圧作動機器の作動圧を確保することができる車両用内燃機関の制御装置を提供するものである。

本発明に係る車両用内燃機関の制御装置は、上記目的達成のため、（１）多気筒の内燃機関と該内燃機関の吸気管内負圧を用いて作動する負圧作動機器とを備えた車両に装備される車両用内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関のクランクシャフトの回転角度位置を検出可能なクランク角センサと、前記内燃機関のカムシャフトの回転角度位置を検出可能なカム角センサと、前記クランク角センサおよび前記カム角センサのうち少なくとも一方の検出信号に基づいて前記内燃機関の気筒判別処理を実行し、該気筒判別処理の結果に基づいて前記内燃機関の運転を制御する第１の制御機構と、前記一方の検出信号が正常に入力されないことを条件に、前記クランク角センサおよび前記カム角センサのうち他方の検出信号に基づいて前記気筒判別処理を実行し、該気筒判別処理の結果に基づいて前記内燃機関の運転を特定の条件で制御する第２の制御機構と、を備え、前記第２の制御機構は、前記内燃機関の運転を特定の条件で制御するとき、前記内燃機関の吸気管内の負圧を増大させる処理を実行することを特徴とする。

この構成により、クランク角センサおよびカム角センサのうち通常の気筒判別等のための基準タイミング設定に要する一方の検出信号、例えばクランク角センサの検出信号が正常に検出されない異常発生状態で、内燃機関が特定の条件で運転制御されるとき、内燃機関の吸気管内負圧を増大させる処理が実行されることになる。したがって、一方の検出信号が正常に検出されない状態で実行されるフェールセーフ制御下の運転状態であっても、負圧作動機器の作動圧を十分に確保することができる。

本発明の車両用内燃機関の制御装置においては、（２）前記特定の条件は、少なくとも前記内燃機関のアイドルアップ制御を実行することであることが望ましい。これにより、点火時期等が最適でなくともアイドルアップ制御によってエンジンストールに陥らないようにでき、しかも、そのアイドルアップ制御のためのスロットル開度の増加によって吸気管内負圧が低下することを、第２の制御機構による吸気管内負圧を増大させる処理によって確実に防止できることになる。

本発明の車両用内燃機関の制御装置においては、好ましくは、（３）前記第２の制御機構は、前記内燃機関の運転を前記特定の条件で制御するとき、前記内燃機関の機関回転速度を上昇させるものである。この場合、スロットル開度が顕著に増大しなければ、機関回転速度が上昇するほど吸気管内の負圧が強まることになり、負圧作動機器の作動圧を確保できることになる。

本発明の車両用内燃機関の制御装置においては、（４）前記第２の制御機構は、前記内燃機関の運転を前記特定の条件で制御するとき、前記内燃機関によって駆動される負荷を低減させることが好ましい。この場合、駆動負荷の低減によって内燃機関の回転速度が上昇することになり、負圧作動機器の作動圧を確保できることになる。

本発明の車両用内燃機関の制御装置においては、（５）前記車両に、前記内燃機関から出力される回転動力を変速して駆動輪側に出力する変速機と、該変速機を制御する変速機制御装置と、が装備され、前記第２の制御機構は、前記内燃機関の運転を前記特定の条件で制御するとき、前記変速機を低速側に変速させるためのダウンシフト要求を前記変速機制御装置に出力することが好ましい。この場合、同一出力に対し変速機のダウンシフトが発生することで、内燃機関の機関回転速度が上昇することになり、負圧作動機器の作動圧が確保されることになる。

本発明の車両用内燃機関の制御装置においては、（６）前記負圧作動機器が、負圧作動式のブレーキブースタを含み、前記第２の制御機構は、前記内燃機関の運転を前記特定の条件で制御するとき、前記ブレーキブースタの予め設定された作動圧を確保するように、前記内燃機関の吸気管内の負圧を増大させる処理を実行することが好ましい。この構成により、一方のセンサに異常が発生しフェールセーフ制御が実行される状態下であっても、ブレーキブースタの作動圧が確保され、所要のブレーキ性能が維持できることになる。

この場合、さらに、（７）前記第２の制御機構は、前記内燃機関の吸気管内の負圧を増大させる第１の負圧増大処理を実行した後に前記ブレーキブースタが作動したことを条件に、前記内燃機関によって駆動される補機負荷を低減させる第２の負圧増大処理を実行するのがより好ましい。これにより、次の制動操作がなされるときに負圧作動式のブレーキブースタの作動圧が不足することを確実に防止することができる。なお、ここにいう補機負荷は、オン・オフ切替えの制御が容易なものであるのが好ましい。

本発明によれば、センサ異常発生状態で内燃機関が特定の条件で運転されるとき、内燃機関の吸気管内の負圧を増大させる処理を伴う運転制御が実行されるようにしているので、点火時期制御等のタイミングを最適化できないフェールセーフ制御下の運転状態であっても、ブレーキブースタ等の負圧作動機器の作動圧を十分に確保することができる車両用内燃機関の制御装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る車両用内燃機関の制御装置の概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る車両用内燃機関の制御装置における回転検出および基準信号生成に係る要部の構成図である。 本発明の第１実施形態に係る車両用内燃機関の制御装置におけるクランク角検出部およびカム角検出部の説明図であり、図３（ａ）はクランク角検出部の構成図、図３（ｂ）はカム角検出部の構成図、図３（ｃ）は両検出部からの検出信号の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態に係る車両用内燃機関の制御装置における気筒判別原理を説明するタイミングチャートであり、図４（ａ）は第１気筒が圧縮行程にあると判定して点火時期制御を開始する場合を示し、図４（ｂ）は第２気筒が圧縮行程にあると判定して点火時期制御を開始する場合を示している。 本発明の第１実施形態に係る車両用内燃機関の制御装置で実行されるフェールセーフ制御時の吸気管負圧増大処理の概略の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る車両用内燃機関の制御装置における回転検出および基準信号生成に係る要部の構成図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
図１ないし図５は、本発明の第１実施形態に係る車両用内燃機関の制御装置を示している。なお、本実施形態は、本発明の車両用内燃機関の制御装置を自動車に搭載される内燃機関（以下、エンジンという）および自動変速機からなる走行駆動ユニットと、エンジンによって直接または間接的に駆動される各種補機類とを制御可能な車両駆動系の制御装置として構成されたものである。

まず、構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態は、車両の走行駆動源としてのエンジン１０の運転と、エンジン１０から出力される回転動力を変速して図外の駆動輪側に出力する自動変速機８０の動作とを、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００によって制御するものである。エンジン１０は、火花点火式の直列４気筒エンジンで、例えばポート噴射により燃料と空気の予混合がなされるものである。自動変速機８０は、例えば多段変速機で構成されているが、無段変速機（ＣＶＴ）でもよい。

エンジン１０は、複数の気筒１１を形成する機関本体１２と、複数の気筒１１内に摺動可能に設けられるとともに燃焼室１３を形成する複数のピストン１４と、これら複数のピストン１４がコネクティングロッド１５を介して連結されたクランクシャフト１６とを備えている。また、エンジン１０は、燃焼室１３の上部側に開閉動作可能に配置された吸気弁１７および排気弁１８と、燃焼室１３内の圧縮された混合ガスに火花を放つよう点火時期が制御される点火プラグ１９と、吸気弁１７および排気弁１８をクランクシャフト１６の回転に伴うピストン１４のストローク位置に応じて開閉動作させる動弁機構２０と、を有している。

動弁機構２０は、例えば、クランクシャフト１６の回転速度［ｒｐｍ］の１／２の回転速度で回転するようクランクシャフト１６に図示しないチェーン等の無端伝動要素を介して連結された吸気側のカムシャフト２１および排気側のカムシャフト２２と、ラッシュアジャスタ等により支点位置を調整可能で吸気側のカムシャフト２１および排気側のカムシャフト２２の回転角度位置に応じて吸気弁１７および排気弁１８のステム部（符号無し）を開弁駆動可能なロッカーアーム（符号無し）と、吸気弁１７および排気弁１８を閉弁方向に付勢する図示しないバルブスプリング等を含んで構成されている。

エンジン１０の機関本体１２には、吸気弁１７の開弁時に燃焼室１３内に空気および燃料の混合ガスを吸入（吸気）させることができる吸気通路３１ｐを形成する吸気管３１と、排気弁１８の開弁時に燃焼室１３から排気ガスを排出させることができる排気通路４１ｐを形成する排気管４１と、が装着されている。

吸気管３１の上流端側には、エアクリーナ３２が装着されており、吸気管３１の中間部には、吸気の脈動や干渉を抑えるサージタンク３３が設けられている。吸気管３１のサージタンク３３より上流側には、エアーフローメータ３４と、電子制御式のスロットルバルブ３５と、スロットルバルブ３５の開度を検出するスロットル開度センサ３６とが装着されている。吸気管３１のサージタンク３３より下流側には、インジェクタ３７（燃料噴射弁）が装着されており、インジェクタ３７から吸気管３１内に燃料が噴射されるとき、その燃料が吸入空気と混合されるようになっている。

また、吸気管３１のサージタンク３３には、吸気管３１内の負圧（吸気負圧）を用いて作動する負圧作動機器、例えば負圧作動式のブレーキブースタ５１が、チェック弁５２ａを有する配管５２によって配管接続されており、吸気管３１内の吸気負圧が配管５２を介してブレーキブースタ５１内に導入されるようになっている。なお、ここにいう負圧作動機器は、ブレーキブースタ５１以外に、負圧を用いて作動する図示しないアクチュエータやバルブ等を含む。

ブレーキブースタ５１は、詳細な構造を図示しないが、例えばブレーキマスタシリンダ５３に一体的に結合されたパワーシリンダ５４と、そのパワーシリンダ５４内を負圧導入室５５ａと大気導入室５５ｂに区画するようパワーシリンダ５４内に軸方向摺動可能に設けられたダイヤフラム付きのパワーピストン５６と、を有している。

ブレーキマスタシリンダ５３は、車両に装備されたブレーキペダル５９に運転者からの踏力が加えられるとき、図示しないブレーキ液圧回路内のブレーキ油圧を加圧することができる公知のものであり、パワーピストン５６のプッシュロッド部５６ａによって液圧加圧方向に操作されるようになっている。

また、ブレーキブースタ５１は、ブレーキペダル５９に加わる踏力に応じた操作力を受けてパワーピストン５６と同一軸方向に変位する操作ロッド５７と、この操作ロッド５７の軸方向変位に応じて大気導入室５５ｂに大気圧か配管５２から吸気負圧のうちいずれか一方を導入させるよう大気導入室５５ｂの図示しない圧力導入口の開閉を切り替えることができる公知のバルブ５８と、パワーピストン５６を液圧方向とは反対の復帰方向に付勢する図示しない復帰ばねとを有している。

排気管４１には、例えば三元触媒を内蔵する上流側の第１の触媒コンバータ４２および下流側の第２の触媒コンバータ４３と、第１の触媒コンバータ４２の上流側に位置する第１空燃比センサ４４と、第１の触媒コンバータ４２の下流側に位置する第２空燃比センサ４５とが、それぞれ装着されている。

一方、エンジン１０の機関本体１２には、クランクシャフト１６の回転角度位置を検出可能なクランク角センサ６１と、吸気側のカムシャフト２１および排気側のカムシャフト２２のうちいずれか一方、例えば吸気側のカムシャフト２１（以下、単にカムシャフト２１という）の回転角度位置を検出可能なカム角センサ６２と、が装着されている。また、エンジン１０の機関本体１２には、各気筒１１の近傍の壁部内を通る冷却水通路１２ｗが形成されるとともに、その冷却水通路１２ｗ内の冷却水の温度を検出する水温センサ６３が装着されている。

図２および図３（ａ）に示すように、クランク角センサ６１は、クランクシャフト１６に一体回転可能に設けられたクランク角検出用ロータ６６と、その近傍に配設された電磁ピックアップ６７とによって構成されている。

クランク角検出用ロータ６６は、例えば強磁性体によって構成されており、その外周には、複数の歯６６ｔが所定の角度ピッチで形成されている。また、クランク角検出用ロータ６６の外周の特定箇所には、歯６６ｔが所定の角度ピッチで形成されていない複数歯分（例えば３０°ＣＡ分）の欠歯部６６ｄが設けられている。この欠歯部６６ｄの形成範囲以外の角度範囲では、各歯６６ｔはクランク角１０度毎（１０°ＣＡ毎）に形成されている。

一方、電磁ピックアップ６７は、クランクシャフト１６の回転に伴うクランク角検出用ロータ６６の回転によりクランク角検出用ロータ６６の歯６６ｔの先端が近傍を通過すると、電圧パルスを発生する。したがって、電磁ピックアップ６７の近傍を欠歯部６６ｄが通過するときには、電圧パルスの発生間隔が長くなるが、それ以外のときには１０°ＣＡ毎に電圧パルスが発生する。これにより、クランクシャフト１６の回転位相（回転角度位置）を検出することができる。

図３（ｃ）は、このクランク角センサ６１の検出信号の出力例を、カム角センサ６２の後述する検出信号の出力例と共に示している。

ところで、４サイクル機関では、ピストンの昇降に応じて回転するクランクシャフトの２回転（７２０°ＣＡ）が機関サイクルの１周期となり、各気筒１１のピストン１４は、機関サイクルの１周期毎に２度上死点に達するため、クランク角センサ６１の検出信号だけでは、正確な気筒判別を行うことはできない。そこで、本実施形態では、クランク角センサ６１に加えて、カム角センサ６２の検出信号を用いることで正確な気筒判別を行っている。

図２および図３（ｂ）に示すように、カム角センサ６２は、カム角検出用ロータ６８と電磁ピックアップ６９とによって構成されている。

カム角検出用ロータ６８は、クランクシャフト１６が２回転する毎に１回転されるカムシャフト２１に一体回転可能に固定されている。このカム角検出用ロータ６８は、回転軸心回りの９０°区間毎に歯形が異なるとともにその１区間において欠歯しており、３枚の異なる歯６８ｔａ，６８ｔｂ，６８ｔｃおよび欠歯部６８ｄを有している。

また、カム角検出用ロータ６８の近傍に配設された電磁ピックアップ６９は、カムシャフト２１の回転に応じてカム角検出用ロータ６８の各歯６８ｔａ，６８ｔｂ，６８ｔｃが近傍を通過する（歯の近接状態が切り替わる）毎に電磁誘導作用により電圧が正負に変化するカム角検出信号を発生する。

カム角検出用ロータ６８の３つの歯６８ｔａ，６８ｔｂ，６８ｔｃは、それぞれの回転方向における角度範囲が互いに異なっており、３つの歯６８ｔａ，６８ｔｂ，６８ｔｃのうち隣り合う各一対の間の間隔についても、その回転角度位置によって相違するように設定されている。すなわち、カム角検出用ロータ６８の回転方向において、第１気筒の圧縮上死点に対応する角度位置Ａから、回転方向前方側に角度６０°の歯６８ｔｂが形成され、その歯６８ｔｂの先端から回転方向前方側に６０°の間隔をおいて、角度３０°の歯６８ｔａが形成されている。また、その歯６８ｔｂの後端の角度位置Ａから回転方向後方側に３０°の間隔をおいて角度９０°の歯６８ｔｃが形成されており、その歯６８ｔｃと歯６８ｔａの間に、角度９０°の欠歯部６８ｄが形成されている。

このカム角検出用ロータ６８を有するカム角センサ６２からは、図３（ｃ）に示すように、６０°ＣＡ、４２０°ＣＡ、及び６００°ＣＡに負の電圧パルスが出力され、０°ＣＡ（角度位置Ａ）、２４０°ＣＡ、及び４８０°ＣＡに正の電圧パルスが出力されることになる。

上述のクランク角センサ６１およびカム角センサ６２の検出信号は、それぞれＥＣＵ１００に取り込まれるようになっている。

ＥＣＵ１００は、エアーフローメータ３４、スロットル開度センサ３６、空燃比センサ４４，４５、クランク角センサ６１、カム角センサ６２、水温センサ６３、アクセル開度センサ１２５、車速センサ１２６、ブレーキスイッチ１２７等の各種センサ情報に基づいて、エンジン１０および自動変速機８０を電子制御する機能を有している。

このＥＣＵ１００は、具体的なハードウェア構成を図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および不揮発メモリ等のバックアップ用メモリを含み、さらに、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路と、ドライバやリレースイッチを含む出力インターフェース回路と、他の車載ＥＣＵとの通信インターフェース等を含んで構成されている。ここで、ＥＣＵ１００の入力インターフェース回路には、図２に示すように、クランク角センサ６１およびカム角センサ６２の検出信号を取込んでそれらの信号波形を整形する波形整形回路１０３が含まれている。また、ＥＣＵ１００の出力インターフェース回路には、インジェクタ３７を噴射する噴射駆動回路１０４や点火プラグ１９を駆動する点火駆動回路１０５が含まれている。

本実施形態では、ＥＣＵ１００は、エンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ１０１と、自動変速機８０を制御するトランスミッションＥＣＵ１０２（変速機制御装置）とを一体に構成したものとなっている。ただし、エンジンＥＣＵ１０１と、トランスミッションＥＣＵ１０２とは、互いに別体に構成され得る。

ＥＣＵ１００のエンジンＥＣＵ１０１は、ＲＯＭやバックアップメモリ（以下、ＲＯＭ等という）に格納された制御プログラムに従って、例えばいわゆるマルチタスク処理を実行しながら、エンジン１０における機関回転速度ＮＥ、充填効率ＫＬ（各気筒１１内に吸入された空気量／各気筒１１内に吸入可能な空気量）、点火時期、空燃比Ａ／Ｆおよびトルクの相互の関係を前提として、エンジン１０の各種の機能に対する要求、例えば目標トルクおよび目標回転数を実現するよう、エンジン１０のスロットル開度（スロットルバルブ３５の開度）、点火時期、燃料噴射時間（噴射時期および燃料噴射量）等をそれぞれに制御して、エンジン１０の運転を制御するようになっている。

ＥＣＵ１００のトランスミッションＥＣＵ１０２は、例えばアクセル開度センサ１２５および車速センサ１２６の検出情報に基づいて、公知の変速制御用のマップを参照し、車速とアクセル開度に応じた変速ギヤ段を要求変速段として決定するようになっており、その要求変速段への自動変速がなされるように、自動変速機８０内の複数の摩擦係合要素（湿式多板のブレーキやクラッチ等）を切換え制御するようになっている。

ＥＣＵ１００は、また、ＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、クランク角センサ６１の検出信号の変化からクランク角検出用ロータ６６の欠歯部６６ｄに対応する欠歯位置を確認して（このときのクランク角検出信号を、以下、欠歯信号という）、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すようなパルス状のＴＤＣ信号を生成するようになっている。ここで、ＴＤＣ信号は、例えば機関サイクル中で第１気筒のピストン１４が圧縮上死点に達するときのクランク角である０°ＣＡと、第１気筒のピストン１４が排気上死点に達するときのクランク角である３６０°ＣＡとにおいて、それぞれ出力される。

ＥＣＵ１００は、また、カム角センサ６２の検出信号の正負（電圧パルス）の変化に応じてオン、オフが切り替わるカム信号（図３（ｃ）、図４（ａ）および図４（ｂ）参照）を生成するようになっている。

したがって、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、クランク角センサ６１からの最初の欠歯信号の入力が確認された時点ｔ４０またはｔ５０においてカム信号がオンとなっていれば、ＴＤＣ信号の出力時に第１気筒が圧縮上死点にあり（図４（ａ）の状態）、その時点ｔ４０またはｔ５０においてカム信号がオフとなっていれば、ＴＤＣ信号の出力時に第１気筒は排気上死点にある（図４（ｂ）の状態）として、気筒判別を行う処理が可能となる。なお、このような通常の気筒判別処理は、例えば特開２００４−２３９１８０号公報に記載されるものと同様である。

ところで、このような気筒判別処理に関し、ＥＣＵ１００は、例えばクランク角センサ６１の検出信号が正常に入力されるか否かに応じて、次に述べる第１の制御機構および第２の制御機構のうち任意の一方の機能を発揮できるようになっている。

すなわち、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ６１およびカム角センサ６２のうち少なくとも点火時期や燃料噴射時期の基準となる信号（以下、基準タイミング信号という）を生成するための一方の検出信号、本実施形態ではクランク角センサ６１の検出信号が正常に入力されることを条件に、第１の制御機構としての機能を発揮する。このとき、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ６１およびカム角センサ６２の検出信号に基づいて上述のような気筒判別処理を実行し、その気筒判別処理の結果に基づいてエンジン１０のスロットル開度、点火時期および燃料噴射量をそれぞれ制御して、エンジン１０の通常の運転制御を実行する。

また、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ６１およびカム角センサ６２のうち少なくとも一方の検出信号、例えばクランク角センサ６１の検出信号が正常に入力されない異常発生時であることを条件に、第２の制御機構としてのフェールセーフ制御機能を発揮するようになっている。このとき、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ６１およびカム角センサ６２のうち少なくとも他方の検出信号、例えばカム角センサ６２の検出信号にのみ基づいて気筒判別処理を実行し、その気筒判別処理の結果に基づいてエンジン１０の運転を特定の条件で制御するようになっている。

具体的には、クランク角センサ６１の検出信号が正常に入力されない異常発生時には、ＥＣＵ１００は、カム角センサ６２の検出信号に基づいて概略の気筒判別処理を実行し、その気筒判別処理の結果に基づいてエンジン１０の運転を特定の条件で制御する。

ここにいう概略の気筒判別とは、例えばカム角検出用ロータ６８の歯６８ｔａ，６８ｔｂ，６８ｔｃの角度や相互の間隔が回転方向の９０°区間毎に異なり、その９０°区間毎にオン時間およびオフ時間が異なるカム信号（立上りおよび立下りのタイミングが異なる検出信号）が得られるので、そのカム信号を基に、点火時期や燃料噴射時期の基準タイミング信号ほどの正確さや精度はないものの、その基準タイミング信号に代わり得る擬似基準タイミング信号を生成して、気筒判別を実行する処理である。

また、特定の条件とは、エンジン１０のスロットル開度や機関回転速度を通常よりも低速・低回転側に制限するよう、スロットル開度、点火時期および燃料噴射時間（燃料噴射時期および燃料噴射量）等を通常運転時より狭い制御範囲に制限するものであり、具体的には、アイドルアップ制御を実行し、例えばアイドル回転数を上回るが１０００ｒｐｍ程度の低い機関回転速度としつつ、点火時期や燃料噴射時期を実質的に固定値に制限して車両の退避走行を可能にする場合のような制御条件である。なお、このような退避走行の技術自体は、例えば前述の特許文献１（特開２００１−３４２８８８号公報）に記載されるものと同様であってもよい。

一方、ＥＣＵ１００は、第２の制御機構としてエンジン１０の運転を前記特定の条件で制御するフェールセーフ制御機能を発揮するとき、エンジン１０の吸気管３１内の負圧を増大させる処理（以下、負圧増大処理という）を実行するようになっている。

具体的には、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ６１の検出信号が正常に入力されない異常発生時であって、フェールセーフ制御下での点火時期制御が実行されるとともに、エンジンストールを防止するためのアイドルアップ制御が実行されていることを条件に、ブレーキブースタ５１の正常な倍力作用を得るために予め設定された作動圧を確保するように、吸気管３１内の負圧を増大させる負圧増大処理を実行する。なお、ここでの正常な倍力作用とは、車両制動時にブレーキペダル５９に加えられる通常の踏力をパワーピストン５６の前後差圧に応じたアシスト力により倍力してマスターシリンダ５３に所要レベルの液圧加圧操作力を伝える作用である。そして、ブレーキブースタ５１の予め設定された作動圧とは、正常な倍力作用を得るのに要求される負圧である。

ＥＣＵ１００による負圧増大処理は、例えば特定開度以下に制限されたスロットル開度の下でエンジン１０の機関回転速度ＮＥを上昇させる処理であり、または、エンジン１０によって駆動される補機負荷、例えば発電機であるオルタネータ７１やエアーコンディショナ用のコンプレッサ７２、その他の補機７３の駆動負荷を低減させる処理である。ここでの補機負荷を低減させる処理は、負荷の駆動のためのエンジン１０の負荷（吸入吸気量）を低減させることに相当し、その負荷の変化分だけスロットルバルブ３５の開度を狭めることにもなる。

この負圧増大処理は、あるいは、自動変速機８０を低速側に変速させるためのダウンシフト要求を第２の制御機構としてのＥＣＵ１００からトランスミッションＥＣＵ１０２に出力して自動変速機８０を低速段側に変速させるダウンシフト処理である。

より具体的には、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ制御下での点火時期制御が実行されるとともに、エンジンストールを防止するためのアイドルアップ制御が実行されていることを条件に、自動変速機８０を低速段側に変速させるダウンシフト処理を実行し、吸気管３１内の負圧を十分に増大させる第１の負圧増大処理を実行する。

ＥＣＵ１００は、また、第１の負圧増大処理を実行した後のフェールセーフ制御下で、ブレーキスイッチ１２７がＯＮ（ブレーキペダル５９が踏み込まれた状態）からＯＦＦ（ブレーキペダル５９が踏み込まれていない状態）に切り替わったことを条件に、補機類の駆動負荷を低減させる第２の負圧増大処理を実行するようになっている。

この第２の負圧増大処理は、第１の負圧増大処理を実行した後にブレーキブースタ５１が作動して、その作動圧（負圧）が十分でなくなることが懸念される状態になったときに、次の制動操作に備えて、吸気管３１内の負圧を所定値以上に増加させることによってブレーキブースタ５１の作動圧を回復させるための処理である。

これらの負圧増大処理、特に第１の負圧増大処理は、勿論、他の何らかの方法で、吸気管３１内の負圧を増大させることができるような処理であってもよい。例えば、エンジン１０の始動時に点火時期を遅角側として第１、第２の触媒コンバータ４２，４３を暖機する触媒暖機制御を実行する際に、エンジン１０の点火時期を通常（第１の制御機構としてエンジン１０の触媒暖機制御を実行するとき）より進角側に変更して燃焼を安定させ、負圧を増加させるといったことも考えられる。また、他の負圧源を搭載する車両である場合に、その負圧源からの負圧を吸気管内に導入するようなことも考えられる。

次に、作用について説明する。

図５は、車両の運転時、特にクランク角センサ６１の検出信号がＥＣＵ１００に正常に取込まれなくなると、ＥＣＵ１００によってカム角センサ６２の検出信号（電圧パルス）の発生ごとに繰り返し実行される負圧増大制御用の制御プログラムの概略の流れを示している。

この負圧増大制御用の制御プログラムにおいては、まず、クランク角センサ６１の検出信号が正常に入力されない異常発生時であって、フェールセーフ制御下での点火時期制御が実行されるとともに、エンジンストールを防止するためのアイドルアップ制御が実行されている状態であるか否かが判別される（ステップＳ１１）。

このとき、そのようなフェールセーフ制御下でのアイドルアップ制御実行中でなければ、今回の処理は、終了する（ステップＳ１１でＮＯの場合）。

上述のように、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ６１の検出信号が予め設定された信号検出期間内に正常に入力されないと、クランク角センサ６１の検出信号が正常に取込まれない異常発生時であると判断し、カム角センサ６２の検出信号に基づいて概略の気筒判別処理を実行し、その気筒判別処理の結果に基づいてエンジン１０の運転を特定の条件で制御する。

そして、そのようなフェールセーフ制御下での点火時期制御や燃料噴射時間の制御が実行されるとともに、エンジンストールを防止するためのアイドルアップ制御が実行されているときには、ステップＳ１１での判別結果がＹＥＳとなる。

この場合（ステップＳ１１のＹＥＳの場合）、次いで、自動変速機８０を低速側に変速させるためのダウンシフト要求が、第２の制御機構としてのＥＣＵ１００（フェールセーフ制御機能部）からトランスミッションＥＣＵ１０２に出力されることで、トランスミッションＥＣＵ１０２により自動変速機８０が低速側の変速段に切り換えられる（ステップＳ１２）。

このとき、エンジン１０の同一の要求出力に対して要求トルクが低く、機関回転速度が上昇する低速側の変速ギヤ段に移行するので、エンジン１０のスロットル開度が特定開度以下に制限された状態でエンジン１０の機関回転速度が上昇し、吸気管３１内の負圧が増大する。したがって、このとき、吸気管３１内の負圧は、ブレーキブースタ５１の正常な倍力作用を得るために予め設定された作動圧を確保できる程度に増大することになる。

次いで、ブレーキスイッチ１２７がＯＮからＯＦＦに切り替わったことが検出されているか否かが判別される（ステップＳ１３）。

そして、このとき、ブレーキペダル５９が踏み込まれていれば、ブレーキスイッチ１２７はＯＮであるから、今回の処理は終了する（ステップＳ１３でＮＯの場合）。

一方、このとき、ブレーキペダル５９が踏み込まれていなければ、ブレーキスイッチ１２７はＯＦＦであるから（ステップＳ１３でＹＥＳの場合）、次いで、負荷低減処理が実行され、エアーコンディショナ用のコンプレッサ７２が所定時間だけ停止されるとともに、オルタネータ７１による発電が所定時間停止される。あるいは、更にその他の補機７３のうちいずれかの負荷を低減させる負荷低減処理が実行される。このとき、ブレーキブースタ５１の正常な倍力作用が得られるように、オルタネータ７１やエアーコンディショナ用のコンプレッサ７２、その他の補機７３のうち、その時点での負荷が大きい停止可能な負荷を特定して、その特定された補機だけを制動期間中に停止させるようにしてもよい。あるいは、複数の補機のうち、この負荷低減処理に際して停止させる順序を予め設定しておき、ブレーキブースタ５１の正常な倍力作用を得るのに必要な負荷が低減できるように、その設定された停止順に複数の補機を停止させることもできる。なお、停止することがあまり好ましくない一部の補機については、負荷低減処理の対象としないか、その負荷を非制動状態下で一定の低下率で一時的に低下させるといったことができる。

このような負圧増大処理が実行される本実施形態においては、負圧作動装置の作動圧が不足しがちになるフェールセーフ制御下でのアイドルアップ制御実行中に、エンジン１０のスロットル開度が特定開度以下に制限された状態でエンジン１０の機関回転速度が上昇するようにダウンシフト処理（第１の負圧増大処理）が実行され、ブレーキブースタ５１の正常な倍力作用を得るために予め設定された作動圧が十分に確保できるように、吸気管３１内の負圧が増大される。

したがって、ブレーキペダル５９が踏み込まれたときにブレーキブースタ５１の作動負圧の不足によってブレーキ性能が低下するということが確実に防止される。また、ダウンシフト処理後にブレーキペダル５９が踏み込まれてブレーキブースタ５１が作動し、ブレーキブースタ５１の内部に蓄圧されていた負圧が消費されたとしても、ブレーキスイッチ１２７がＯＮからＯＦＦに切り替わったことを条件に、さらに補機負荷の低減処理が実行されることで、吸気管３１内の負圧が確実に増大され、ブレーキブースタ５１の負圧蓄圧状態が回復されることになる。したがって、次回のブレーキ使用時に、ブレーキブースタ５１の所要の作動圧が確保され、その倍力作用による確実なブレーキ性能が発揮される。

このように、本実施形態においては、クランク角センサ６１の検出信号が正常に検出されない異常発生状態でエンジン１０が少なくともアイドルアップ制御を実行する特定の条件で運転制御されるとき、エンジン１０の吸気管３１内の負圧を増大させる第１の負圧増大処理が実行されるので、クランク角センサ６１の検出信号が正常に検出されない状態で実行されるフェールセーフ制御下の運転状態であっても、エンジン１０のエンジンストールを防止しつつブレーキブースタ５１の所要の作動圧を確保することができる。さらに、第１の負圧増大処理の実行後にブレーキブースタ５１が作動したことを条件に、補機負荷を低減させる第２の負圧増大処理が実行されるので、次回の制動操作時にブレーキブースタ５１の作動圧が不足することをも確実に防止することができる。

また、本実施形態では、クランク角センサ６１の検出信号が正常に得られない異常発生状態でエンジン１０が特定の条件で運転制御されるとき、エンジン１０の機関回転速度を上昇させるので、スロットル開度が大きく変化しなければ、機関回転速度が上昇するほど吸気管３１内の負圧が強まることになる。

しかも、本実施形態では、クランク角センサ６１の検出信号が正常に得られない異常発生状態でエンジン１０が特定の条件で運転制御されるとき、エンジン１０によって駆動される補機負荷を低減させる第２の負圧増大処理がスロットル開度を絞ることとなるので、吸気管３１内の負圧が迅速かつ的確に増大することになる。

加えて、本実施形態では、第１の負圧増大処理において自動変速機８０のダウンシフトが実行されるので、同一出力に対してエンジン１０の機関回転速度が上昇することになり、アイドルアップ制御中でも負圧が十分に増大される。したがって、ブレーキブースタ５１のような負圧作動機器の作動圧不足が未然に確実に防止されることになる。

このように、本実施形態においては、クランク角センサ６１によるクランク角および点火時期制御の基準タイミング信号の取り込みが正常にできない異常が発生し、エンジン１０が特定の条件で運転されるフェールセーフ制御が実行される状態下であっても、エンジンストールを防止しつつブレーキブースタ５１の作動圧が確保され、所要のブレーキ性能が確保される。すなわち、クランク角検出系の異常発生時に実行されるフェールセーフ制御下の運転状態であっても、負圧作動機器の作動圧を確保することができる車両用内燃機関の制御装置を提供することができる。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る車両用内燃機関の制御装置における回転検出および基準信号生成に係る要部の構成図である。なお、本実施形態は、エンジンのタイプによって異なる検出系の一例を示すものである。上述の第１実施形態では、エンジン１０を直列４気筒のエンジンとして説明したが、本実施形態では、Ｖ型６気筒エンジンとなっており、その２つのバンクにカム角センサ６２Ａ，６２Ｂが装着されている。説明の便宜上、本実施形態のＶ型６気筒エンジンを、以下、エンジン１０といい、第１実施形態と同一または類似する構成についても、図１〜図４に示した符号を用いて説明する。

図６に示すように、本実施形態では、カム角センサ６２Ａ，６２Ｂは、それぞれのカム角検出用ロータ６８Ａ，６８Ｂと、それぞれの電磁ピックアップ６９Ａ，６９Ｂとによって構成されている。

カム角検出用ロータ６８Ａ，６８Ｂは、それぞれクランクシャフト１６が２回転する毎に１回転される各バンクのカムシャフト２１に一体回転可能に固定されている。これらカム角検出用ロータ６８Ａ，６８Ｂには、回転方向の９０°区間毎にその区間内におけるカム角検出用の歯の角度位置が変化するとともにその１区間において欠歯しており、３つ以上、例えば４つの歯を有している（図中では３歯である）。４つの歯を有する場合、カム角検出用ロータ６８Ａ，６８Ｂは、例えば特許文献１に記載のように、それぞれの２つの歯が同一のカム角位置で検出され、他の２つの歯が互いに異なるタイミング（逆位相）で検出されるように配置されている。

そして、クランク角センサ６１の検出信号が正常に取り込まれず、ＥＣＵ１００が第２の制御機構としてのフェールセーフ制御機能を発揮するとき、ＥＣＵ１００は、エンジン１０を前記特定の条件で運転制御するための点火時期制御および燃料噴射時期制御を実行するために、両カム角検出用ロータ６８Ａ，６８Ｂの検出信号に基づいて、通常の点火時期や燃料噴射時期制御の基準タイミング信号ほどの正確さや精度はないものの、その基準タイミング信号に代わり得る擬似基準タイミング信号を生成して、気筒判別を実行するようになっている。

したがって、本実施形態においても、クランク角センサ６１によるクランク角および点火時期制御の基準タイミング信号の取り込みが正常にできない異常が発生し、エンジン１０が特定の条件で運転されるフェールセーフ制御が実行される状態下であっても、負圧作動機器の作動圧を確保することができる車両用内燃機関の制御装置を提供することができる。

なお、上述の各実施形態では、クランク角センサ６１およびカム角センサ６２のうち点火時期制御の基準タイミング信号の生成を可能にする一方の検出信号をクランク角センサとしたが、点火時期制御の基準タイミングを生成するためのセンサがクランク角センサに限定されるものではなく、カム角センサであってもよいし、特定の気筒のピストンが圧縮上死点に達するタイミングを特定可能な他のセンサであってもよい。また、その一方のセンサの検出信号が断線やノイズ、センサ故障等によって正常に得られない場合に、退避走行を可能にする程度の特定の条件は、点火時期や燃料噴射時期を必ずしも固定にするものでなくともよく、通常より基準のタイミングが不正確なために制御範囲が通常より狭い得の範囲に制限される条件であればよい。

また、負圧作動機器は、負圧作動式のブレーキブースタとしたが、他の負圧作動アクチュエータや負圧作動式のバルブその他の機器であってもよい。

以上のように、本発明に係る車両用内燃機関の制御装置は、クランク角信号が正常に検出されない異常発生状態で内燃機関が特定の条件で運転されるとき、内燃機関の吸気管内の負圧を増大させる処理を伴う運転制御を実行する。したがって、点火時期制御等の基準となるクランク角検出系の異常発生時に実行されるフェールセーフ制御下の運転状態であっても、負圧作動機器の作動圧を確保することができるという作用効果を奏する。このような本発明の車両用内燃機関の制御装置は、車両に搭載され内燃機関の異常発生時にフェールセーフ制御を実行する車両用内燃機関の制御装置全般に有用である。

１０ エンジン（内燃機関）
１１ 気筒
１２ 機関本体
１３ 燃焼室
１４ ピストン
１６ クランクシャフト
１９ 点火プラグ
２１ カムシャフト
３１ 吸気管
３１ｐ 吸気通路
３５ スロットルバルブ
３６ スロットル開度センサ
３７ インジェクタ（燃料噴射弁）
５１ ブレーキブースタ（負圧作動機器）
５９ ブレーキペダル
６１ クランク角センサ
６２；６２Ａ，６２Ｂ カム角センサ
６６ クランク角検出用ロータ
６６ｄ，６８ｄ 欠歯部
６６ｔ，６８ｔａ，６８ｔｂ，６８ｔｃ 歯
６７ 電磁ピックアップ
６８；６８Ａ，６８Ｂ カム角検出用ロータ
６９；６９Ａ，６９Ｂ 電磁ピックアップ
７１ オルタネータ（補機）
７２ コンプレッサ（補機）
７３ その他の補機
８０ 自動変速機
１００ ＥＣＵ（電子制御ユニット、第１の制御機構、第２の制御機構）
１２５ アクセル開度センサ
１２６ 車速センサ
１２７ ブレーキスイッチ

Claims (7)

1. 多気筒の内燃機関と該内燃機関の吸気管内負圧を用いて作動する負圧作動機器とを備えた車両に装備される車両用内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関のクランクシャフトの回転角度位置を検出可能なクランク角センサと、
   前記内燃機関のカムシャフトの回転角度位置を検出可能なカム角センサと、
   前記クランク角センサおよび前記カム角センサのうち少なくとも一方の検出信号に基づいて前記内燃機関の気筒判別処理を実行し、該気筒判別処理の結果に基づいて前記内燃機関の運転を制御する第１の制御機構と、
   前記一方の検出信号が正常に入力されないことを条件に、前記クランク角センサおよび前記カム角センサのうち他方の検出信号に基づいて前記気筒判別処理を実行し、該気筒判別処理の結果に基づいて前記内燃機関の運転を特定の条件で制御する第２の制御機構と、を備え、
   前記第２の制御機構は、前記内燃機関の運転を特定の条件で制御するとき、前記内燃機関の吸気管内の負圧を増大させる処理を実行することを特徴とする車両用内燃機関の制御装置。
2. 前記特定の条件は、少なくとも前記内燃機関のアイドルアップ制御を実行することであることを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関の制御装置。
3. 前記第２の制御機構は、前記内燃機関の運転を前記特定の条件で制御するとき、前記内燃機関の機関回転速度を上昇させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用内燃機関の制御装置。
4. 前記第２の制御機構は、前記内燃機関の運転を前記特定の条件で制御するとき、前記内燃機関によって駆動される負荷を低減させ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の請求項に記載の車両用内燃機関の制御装置。
5. 前記車両に、前記内燃機関から出力される回転動力を変速して駆動輪側に出力する変速機と、該変速機を制御する変速機制御装置と、が装備され、
   前記第２の制御機構は、前記内燃機関の運転を前記特定の条件で制御するとき、前記変速機を低速側に変速させるためのダウンシフト要求を前記変速機制御装置に出力することを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１の請求項に記載の車両用内燃機関の制御装置。
6. 前記負圧作動機器が、負圧作動式のブレーキブースタを含み、
   前記第２の制御機構は、前記内燃機関の運転を前記特定の条件で制御するとき、前記ブレーキブースタの予め設定された作動圧を確保するように、前記内燃機関の吸気管内の負圧を増大させる処理を実行することを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１の請求項に記載の車両用内燃機関の制御装置。
7. 前記第２の制御機構は、前記内燃機関の吸気管内の負圧を増大させる第１の負圧増大処理を実行した後に前記ブレーキブースタが作動したことを条件に、前記内燃機関によって駆動される補機負荷を低減させる第２の負圧増大処理を実行することを特徴とすることを特徴とする請求項６に記載の車両用内燃機関の制御装置。

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