JP2013130092A

JP2013130092A - 内燃機関の始動時気筒判別方法

Info

Publication number: JP2013130092A
Application number: JP2011279147A
Authority: JP
Inventors: Koji Fujii; 孝治藤井
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】始動時での誤差の少ない点火時期並びに燃料噴射の制御を行う。
【解決手段】電子制御装置には、クランキング時にクランク角センサによるクランク角信号ｂが検知できない場合、バッテリ電圧検知器から入力されたバッテリ電圧ｉの極値、すなわちバッテリ電圧ｉのうち極小値ｐを示すタイミングを何れかの気筒が圧縮上死点となるタイミングとみなし、当該極小値ｐ、クランク角基準位置信号ｃ１及び気筒判別信号ｃ２を基に気筒の行程を判別する。
【選択図】図２

Description

本発明は、４ストローク方式の内燃機関の始動時気筒判別方法に関するものである。

従来、点火時期の制御をＥＣＵ制御によって行っている４ストローク方式の内燃機関は、気筒におけるピストンが上死点にあるタイミングで出力されるクランク角センサ信号をベースとし、クランク角回転を１／２に減速させて駆動される吸気弁と排気弁との少なくとも一方を駆動するカム軸の回転を基に気筒における圧縮上死点のタイミングで出力されるカム角センサ信号のタイミングを基に、前記クランク角センサ信号が圧縮上死点にあたるのか排気上死点にあたるのかを判断することで気筒の工程の判別、すなわち気筒判別を行うものとなっている。換言すれば、出力されたクランク角センサ信号が、カム角センサ信号が「存在すべきタイミング」である圧縮上死点であるのか「存在してはならないタイミング」である排気上死点であるのかを判断することによって、気筒判別を行っている。

そして現状では、内燃機関の始動に伴うクランキング時に前記カム角センサ信号が正しく検出されない場合であっても、正確に気筒の判別を行うことができる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

他方、始動に伴うクランキング時にクランク角センサ信号が検知されない場合でも、正確に気筒の工程を判別しようとする技術はこれまでにも開示されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、クランク角センサからの信号が無い場合、詳細なクランク角度が得られなくなる状況となってしまう。ここで上記特許文献の如くカム角センサからの圧縮上死点のタイミングから計算するのみでは、始動時ではクランクシャフトが一回転する間でも回転速度が大きく変動するために計算によって割り出された点火時期と実際の点火タイミングとが大きくずれてしまうことから適正な点火時期の制御が行えない。その結果、始動自体が行えないという事態も招来し得る。

特開２０１０−２１６３２２号公報実用新案登録第３１３１２９２号公報

本発明は、始動に伴うクランキング時にクランク角センサ信号が検知されない場合であっても正確に気筒の工程を判別することを所期の目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る内燃機関の始動時気筒判別方法は、気筒におけるピストンが圧縮上死点にあるタイミングに応じて出力される第一の信号を検知する第一の信号検知手段と、前記第一の信号により検知された圧縮上死点にある気筒を特定するための第二の信号を検知する第二の信号検知手段と、クランク角の角度位相に応じて出力される第三の信号を検知する第三の信号検知手段と、クランキング時にクランク軸を回転させるバッテリの電圧を検知するバッテリ電圧検知手段とを備え、前記第一の信号、第二の信号及び第三の信号により気筒の行程の判別を行う４ストローク方式の内燃機関において、クランキング時に前記第三の信号が検知できない場合、前記バッテリ電圧検知手段によって検知される電圧が極値をとるタイミング、前記第一の信号及び第二の信号から気筒の行程を判別する。

このようなものであれば、クランク角センサから出力される信号が異常を来たしたような場合であっても、第一の信号、第二の信号及びバッテリの電圧の極値からクランク角センサからの信号に基づいて正確に気筒を判別することができる。これにより、始動時での誤差の少ない点火時期並びに燃料噴射制御が可能となる。

本発明によれば、始動時での誤差の少ない点火時期並びに燃料噴射の制御を行うことができる。

本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。同実施形態の作用説明図。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に概略的に示したエンジン１００は、自動車用の火花点火式４サイクル３気筒のものである。エンジン１００の吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、その燃料噴射弁５を、電子制御装置６により制御するようにしている。この実施形態のエンジン１００は、燃料噴射弁５が吸気ポート３４近傍に燃料を噴射するように構成されている。

燃焼室３０を形成するシリンダヘッド３１には、吸気弁３２及び排気弁３３が配設されるとともに、火花を発生するスパークプラグ１８が取り付けてある。また排気系２０には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ₂センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された触媒装置である三元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。

このエンジン１００は、３気筒においてそれぞれの圧縮上死点が時間的に等間隔に出現するように設定してあり、クランク軸の回転を１／２に減衰させてカム軸を駆動し、カム軸の回転により吸気弁３２と排気弁３３との少なくとも一方を駆動するものである。又、吸気弁３２と排気弁３３との両方を駆動するものであってもよい。あるいは、吸気弁３２用のカム軸と排気弁３３用のカム軸とを備えるものであってもよい。

このような構成において、吸気弁３２のバルブタイミングは、電子制御装置６から出力される開閉タイミング信号により可変バルブタイミング機構４０が作動して変更されるものである。すなわち、可変バルブタイミング機構４０は、開閉タイミング信号を受けると、ハウジングに流出入する作動油の方向及び量をオイルコントロールバルブにより制御する。これにより、ロータに対するハウジングの相対角度が変化し、吸気カムシャフトと排気カムシャフトとの間に所望の回転位相差を生じさせて、バルブタイミングを可変制御するものである。つまり、クランクシャフトの回転に対して、排気弁３３を常に一定のタイミングで開閉させつつ、吸気弁３２の開閉タイミングを変化させることにより、吸気弁３７の開閉タイミングと排気弁３３の開閉タイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができる。

可変バルブタイミング機構４０は、例えば作動油により作動する機械式のもので、電子制御装置６により制御されて、排気弁３３と吸気弁３２との内の吸気弁３２の開閉タイミング（バルブタイミング）を制御できるものである。すなわち、電子制御装置６が出力する信号により、作動油が制御されて作動するものである可変バルブタイミング機構４０は、吸気弁３２を全開にする作動中心を、ピストン３９が最上位置となる排気上死点に対して進角及び遅角する。可変バルブタイミング機構４０は、排気弁３３と吸気弁３２との開弁期間が重なり合うバルブオーバーラップを、吸気弁３２のバルブタイミングを制御することにより達成する。

なお、図１にあっては、エンジン１００の１気筒の構成を代表して図示している。また、車両すなわち自動車の構成については、この分野でよく知られたものを適用できるので、図示しない。

電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１と、Ａ／Ｄコンバータ１０とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力すなわち吸気管圧力を検出するための吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、ピストン３９の上死点をはじめクランク軸の角度を認識するためのクランク角センサ１４から出力される第三の信号たるクランク角信号ｂ、各気筒の圧縮上死点のタイミングを検出するため及び気筒を区別するためのカム角センサ１５から出力される第一の信号たるクランク角度基準位置信号ｃ１及び気筒判別信号ｃ２、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６から出力されるＩＤＬ信号ｄ、エンジン１００の冷却水温を検出するための水温センサ１７から出力される水温信号ｅ、上記したＯ₂センサ２１から出力される電流信号ｈ、図示しないバッテリに接続されたバッテリ電圧検出器１９から出力されるバッテリ電圧ｉ等が入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またスパークプラグ１８に対してイグニションパルスｇが出力されるようになっている。すなわち本実施形態では当該電子制御装置６が、第三の信号たるクランク角信号ｂを検知する本発明の第三の信号検知手段、第一の信号たるクランク角度基準位置信号ｃ１を検知する本発明の第一の信号検知手段、第二の信号たる気筒判別信号ｃ２を検知する本発明の第二の信号検知手段、バッテリ電圧ｉを検知する本発明のバッテリ電圧検知手段に該当する。

クランク角センサ１４は、例えば１０°ＣＡ間隔でクランク角信号ｂを出力するもので、１７番目、１８番目、２０番目、２１番目、３５番目及び３６番目のタイミングにおいて、無信号出力となるように構成されている。

また、カム角センサ１５は、２４０°ＣＡ（クランク角度基準）の間隔をあけてクランク角基準位置信号ｃ１を出力する。具体的には、カム角センサ１５は、カム軸に同期して回転するように構成される回転体と、その信号部の通過を検知して信号を出力するセンサ部を備える構成である。回転体は、２４０°ＣＡ毎に等間隔に配置される信号部を備えている。そしてカム角センサ１５は、センサ部の近傍を信号部が通過することにより、センサ部が各気筒において圧縮上死点の点火タイミングにｘ°ＣＡだけ先んじるタイミングでクランク角度基準位置信号ｃ１を時間的に等間隔に出力する構成である。ｘ°ＣＡとは、予め設定された所定の値であり、本実施形態では例えば０°ＣＡ〜１００°ＣＡまでの所定の値である。

加えてカム角センサ１５は、例えば第２気筒に係るクランク角基準位置信号ｃ１が出力される近傍のタイミングで、７２０°ＣＡ中一度のみ同様の構成にて気筒判別信号ｃ２を出力する。これにより、クランク角基準位置信号ｃ１が何れの気筒に係るものかを正確に判別し得る。

電子制御装置６には、吸気圧とエンジン回転数とに基づいて基本噴射時間（基本噴射量）を設定し、その基本噴射時間をエンジン１００の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Ｔを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。本実施形態では、電子制御装置６には、クランキング時にクランク角センサ１４によるクランク角信号ｂが検知できない場合、バッテリ電圧検知器１９から入力されたバッテリ電圧ｉの極値、すなわちバッテリ電圧ｉのうち極小値ｐを示すタイミングを何れかの気筒が圧縮上死点となるタイミングとみなし、当該極小値ｐ、クランク角基準位置信号ｃ１及び気筒判別信号ｃ２を基に気筒の行程を判別する始動時気筒判別プログラムが格納してある。

この始動時気筒判別プログラムは、イグニッションスイッチをオンした後、スタータを起動させる場合に実行されるものである。

ここで、図２を交えて、本実施形態に係る始動時気筒判別プログラムの作動を説明すべく、エンジン１００におけるクランキング時の作動を説明する。

図２は、ピストンが上死点であることを示すクランク角信号ｂが出力されるタイミング、第１、第２、第３気筒の工程、クランキング時に給電するバッテリ電圧ｉの挙動、そしてクランキング時においてカム角センサ１５から出力される信号、すなわちクランク角基準位置信号ｃ１及び気筒判別信号ｃ２が出力されるタイミングをそれぞれ模式的に示している。同図中、吸気、圧縮、膨張及び排気の表記はそれぞれ、その期間が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程であることを示している。中実の矢印であるクランク角信号ｂは、上述の通り、３つの気筒のクランク角センサ１４から１０°ＣＡ間隔で出力それぞれ出力されるものであるが、当該クランク角信号ｂとして矢印を図示した箇所は、それぞれのピストンが上死点にあるタイミングのみを示すものとする。また説明の便宜上、同図は第１気筒における吸気行程後の圧縮行程から示すものとする。

図２の通り、図示左端においてクランク角信号ｂが出力されているタイミングでは、第１気筒が圧縮行程の終期にあり点火されるタイミングとなっている。この時、第２気筒は吸気弁３２を開作動させるとともに吸気行程中にある。またこの時第３気筒は排気弁３３を開作動させるとともに排気行程中となっている。すなわちこの時は３つの気筒ともにメカニカルロスが大きいタイミングを同時に迎えることとなる。そしてそれに伴いスタータモータに掛かる負荷が最も大きくなることによって、当該スタータモータに給電しているバッテリ電圧ｉは極小値ｐをとることとなる。そしてしかる後は負荷が小さくなってバッテリ電圧ｉは一旦上昇するとともに第３気筒が排気上死点となるタイミングとなり、それに応じてクランク角信号ｂが出力される。そして次にクランク角信号ｂが出力されるタイミングでは、第２気筒が圧縮行程の終端にあり点火されるタイミングとなっている。この時、第３気筒は吸気弁３２を開作動させる吸気行程中であるとともに第１気筒は排気弁３３を開作動させる排気行程中となっており、３つの気筒ともにメカニカルロスが大きいタイミングを同時に迎えていることとなる。すなわち上記同様にバッテリ電圧ｉは再び極小値をとる。つまり、何れかの気筒が圧縮上死点となるタイミングでは、クランキング時のバッテリ電圧ｉは同図の通り常に極小値ｐを示すものとなっている。

しかして本実施形態では、クランキング時にクランク角センサ１５によるクランク角信号ｂが検知できない場合、バッテリ電圧検知器１９から入力された、図２に示されるようなバッテリ電圧ｉの挙動から電圧の極値である極小値ｐを示すタイミングを何れかの気筒の圧縮上死点とみなし、クランク角基準位置信号ｃ１、気筒判別信号ｃ２が出力されるタイミングと合わせて気筒の行程を判別するものとしている。

具体的には、気筒判別信号ｃ２が出力されるタイミングと極小値ｐとなるタイミングから、何れの気筒が圧縮上死点となっているのかを正確に判別することができる。特に本実施形態では、クランク角基準位置信号ｃ１がｘ°ＣＡだけ異なるタイミングで出力される。つまり、極小値ｐが出力されるタイミングとクランク角基準位置信号ｃ１が出力されるタイミングとを勘案し、点火時期等を特定することができる。

このように本実施形態によれば、クランク角センサ１４の異常によりクランク角信号ｂを活用できない状態になった場合において、バッテリ電圧ｉの相対的な極小値ｐ何れかの気筒の圧縮上死点として認識することによって、気筒判別信号ｃ２とともに点火すべきタイミングを正確に把握することができる。したがって、クランク角信号ｂが出力されない場合であっても好適にエンジン１００を始動することができる。

特に本実施形態では予め点火時期を把握するためのクランク角基準位置信号ｃ１を実際の圧縮上死点からｘ°ＣＡだけ異なるタイミングに設定しているので、これらタイミングの違いも勘案することにより、回転速度が安定しない始動時であってもより正確に点火時期を制御することが可能となっている。

また本実施形態では極小値ｐは、バッテリ電圧ｉの絶対値ではなくて、相対的な極値であるので、例えばバッテリの経年劣化や寒冷地での始動といった他の要因によりバッテリ出力の変化があったとしても、当該変化の影響を受けずに圧縮上死点を検出し得るものとなっている。

加えて本実施形態では、３気筒のエンジン１００を採用しているため、何れかの気筒が圧縮行程の後半である圧縮上死点付近にあるタイミングは、他の気筒はそれぞれカムによる吸気弁３１の動作並びに排気弁３２の動作が重なるタイミングであるという、メカニカルロス等のフリクションが最も増大するタイミングとなる。その結果、このタイミングではバッテリ電圧ｉの低下がより顕著に現れるものとなっている。すなわち、本実施形態のような３気筒エンジン１００では、クランキング時のバッテリ電圧ｉの変動がより顕著に現れるため、図２に示すようなバッテリ電圧ｉの極小値ｐを容易に検出することができるので、点火時期の特定をより正確に行い得るものとなっている。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では三気筒のエンジンに対して本発明を適用したが勿論、４気筒のものや他の多気筒エンジンに対しても適用することが可能である。また例えば、バッテリ電圧の極小値を基に気筒判別を行うものであったが、勿論、バッテリ電圧の極大値を基に気筒判別を行う態様であっても良い。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は４ストローク方式の内燃機関の始動時気筒判別方法として利用することができる。

１００…内燃機関（エンジン）
６…電子制御装置
３９…ピストン
ｂ…第一の信号（クランク角信号）
ｃ１…第二の信号（クランク角基準位置信号）
ｃ２…第三の信号（気筒判別信号）
ｐ…電圧の極値（極小値）

Claims

気筒におけるピストンが圧縮上死点にあるタイミングに応じて出力される第一の信号を検知する第一の信号検知手段と、
前記第一の信号により検知された圧縮上死点にある気筒を特定するための第二の信号を検知する第二の信号検知手段と、
クランク角の角度位相に応じて出力される第三の信号を検知する第三の信号検知手段と、
クランキング時にクランク軸を回転させるバッテリの電圧を検知するバッテリ電圧検知手段とを備え、前記第一の信号、第二の信号及び第三の信号により気筒の行程の判別を行う４ストローク方式の内燃機関において、
クランキング時に前記第三の信号が検知できない場合、前記バッテリ電圧検知手段によって検知される電圧が極値をとるタイミング、前記第一の信号及び第二の信号から気筒の行程を判別する内燃機関の始動時気筒判別方法。