JP2013151926A - Internal combustion engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls an internal combustion engine.
複数の気筒を備える4ストローク内燃機関では、各気筒が現在どの行程にあるのかを知得して、燃料噴射制御及び点火制御を実施する必要がある。 In a four-stroke internal combustion engine having a plurality of cylinders, it is necessary to know which stroke each cylinder is currently in and to perform fuel injection control and ignition control.
内燃機関のクランクシャフトには、その回転角度及びエンジン回転数を検出するためのクランク角センサが付設されている。クランク角センサは、クランクシャフトに固定されたロータの回転をセンシングするものである。ロータの外周には、10°CA(クランク角度)毎に歯が形成されている。クランク角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度パルス信号(クランク角信号)を出力する。なお、通常、クランクシャフトのロータの歯は一部欠けており、その欠歯部分に起因したクランク角信号パルスの欠損を基にして、クランクシャフトの絶対的な角度を知る事が可能となっている。 The crankshaft of the internal combustion engine is provided with a crank angle sensor for detecting the rotation angle and the engine speed. The crank angle sensor senses the rotation of the rotor fixed to the crankshaft. Teeth are formed on the outer periphery of the rotor every 10 ° CA (crank angle). The crank angle sensor faces the outer periphery of the rotor, detects that each tooth passes near the sensor, and outputs a pulse signal (crank angle signal) each time. Normally, the crankshaft rotor teeth are partially missing, and it is possible to know the absolute angle of the crankshaft based on the missing crank angle signal pulses due to the missing teeth. Yes.
各気筒の吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトにも、カム角センサが付設されている。カム角センサもまた、カムシャフトに固定されたロータの回転をセンシングするものである。このロータには、一回転を気筒数で割った角度、三気筒エンジンであれば120°(クランク角度に換算すれば、240°CA)毎に歯または突起が形成されており、その歯または突起がカム角センサの近傍を通過する都度、カム角センサがパルス信号(カム角信号)を出力する。 Cam angle sensors are also attached to camshafts that open and close the intake valves or exhaust valves of each cylinder. The cam angle sensor also senses the rotation of the rotor fixed to the camshaft. In this rotor, teeth or protrusions are formed at an angle obtained by dividing one rotation by the number of cylinders, or 120 ° (240 ° CA in terms of crank angle) in the case of a three-cylinder engine. Each time passes through the vicinity of the cam angle sensor, the cam angle sensor outputs a pulse signal (cam angle signal).
カム角信号は、複数の気筒のうちの何れかが所定の行程に至ったことを表す信号である。クランク角信号を参照すれば、各気筒のピストンが上死点や下死点に到達するタイミングを知得することはできる。しかしながら、その上死点が圧縮上死点であるのか排気上死点であるのか、またはその下死点が吸気下死点であるのか膨張下死点であるのかを知ることはできない。カム角信号は、それら上死点または下死点の種類を判別するために役立つ。 The cam angle signal is a signal indicating that any of the plurality of cylinders has reached a predetermined stroke. By referring to the crank angle signal, it is possible to know the timing at which the piston of each cylinder reaches the top dead center or the bottom dead center. However, it is impossible to know whether the top dead center is a compression top dead center or an exhaust top dead center, or whether the bottom dead center is an intake bottom dead center or an expansion bottom dead center. The cam angle signal is useful for determining the type of the top dead center or the bottom dead center.
また、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトに可変バルブタイミング機構が付随している場合、カム角信号は可変バルブタイミング機構が具現しているバルブタイミングを示す信号にもなる。この場合のカム角信号のクランク角信号に対する位相は、可変バルブタイミング機構の操作によって進角または遅角する。 Further, when the variable valve timing mechanism is attached to the intake camshaft or the exhaust camshaft, the cam angle signal is also a signal indicating the valve timing implemented by the variable valve timing mechanism. In this case, the phase of the cam angle signal relative to the crank angle signal is advanced or retarded by operation of the variable valve timing mechanism.
内燃機関の制御装置であるECU(Electronic Control Unit)は、クランク角信号及びカム角信号を受信し、両信号を参照して各気筒の行程を把握、気筒における燃料噴射タイミングや点火タイミングを決定して内燃機関の運転を制御する(以上、下記特許文献を参照)。各気筒の現在の行程を知得して燃料噴射及び点火を行わなければならないのは、内燃機関の始動時も同じである。 An ECU (Electronic Control Unit), which is a control device for an internal combustion engine, receives a crank angle signal and a cam angle signal, refers to both signals to grasp the stroke of each cylinder, and determines the fuel injection timing and ignition timing in the cylinder. To control the operation of the internal combustion engine (see the following patent document). It is the same when starting the internal combustion engine that the current stroke of each cylinder must be known to perform fuel injection and ignition.
ところで、極めて稀ではあるが、クランク角センサ及び/またはカム角センサとECUとの間の伝送路が断線し、あるいはセンサ自体が故障して、ECUがクランク角信号及び/またはカム角信号を受信できなくなることがある。何れかの信号を受信不能であると、スタータモータ(セルモータ)により機関を回転駆動するクランキング中に、各気筒が現在どの行程にあるのかを知得することが困難となる。それ故、各気筒において適正なタイミングで燃料を噴射することができず、始動不良に陥るおそれがあった。 By the way, although extremely rare, the transmission path between the crank angle sensor and / or the cam angle sensor and the ECU is broken, or the sensor itself breaks down, and the ECU receives the crank angle signal and / or the cam angle signal. It may not be possible. If any of the signals cannot be received, it becomes difficult to know which stroke each cylinder is currently in during cranking in which the engine is rotationally driven by a starter motor (cell motor). Therefore, fuel cannot be injected at an appropriate timing in each cylinder, and there is a risk of starting failure.
本発明は、内燃機関の始動時にクランク角信号またはカム角信号を受信できなかったとしても、内燃機関を始動できるようにすることを所期の目的としている。 An object of the present invention is to enable an internal combustion engine to be started even if a crank angle signal or a cam angle signal cannot be received when the internal combustion engine is started.
本発明では、クランクシャフトの回転角を所定角度単位で検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号と、カムシャフトが一回転する間に少なくとも一回カム角センサから出力されるカム角信号とを参照し、内燃機関を制御する制御装置において、内燃機関の始動時にクランク角信号とカム角信号とのうち少なくとも一方を受信できない場合、クランキングを行うスタータモータに電力を供給するバッテリの電圧値がある特定の値をとるタイミングで全気筒について点火を行い、これによる放電が終了するまでの時間が最も短い気筒を圧縮行程にあると判別するか、または、これによる放電が終了するまでの時間が最も長い気筒を吸気行程にあると判別することとした。 In the present invention, a crank angle signal output from a crank angle sensor that detects a rotation angle of the crankshaft in a predetermined angle unit, and a cam angle signal output from the cam angle sensor at least once during one rotation of the camshaft. In the control device for controlling the internal combustion engine, if at least one of the crank angle signal and the cam angle signal cannot be received when starting the internal combustion engine, the voltage value of the battery that supplies power to the starter motor that performs cranking When all the cylinders are ignited at the timing when a certain value is taken, it is determined that the cylinder with the shortest time until the end of the discharge is in the compression stroke, or the time until the end of the discharge due to this Is determined to be in the intake stroke.
気筒の燃焼室内に火花放電を発生させるために要求される電圧は、燃焼室内の圧力(圧縮圧)、換言すれば気筒に充填された気体の密度が大きいほど高くなる。点火プラグの電極に高電圧を印可するべく点火コイルが蓄えている電気的エネルギは有限であり、気筒に充填された気体の密度が大きいほど、絶縁破壊のために点火コイルのエネルギが早く消費されることから、放電の期間が短くなる。 The voltage required to generate spark discharge in the combustion chamber of the cylinder increases as the pressure (compression pressure) in the combustion chamber, in other words, the density of the gas charged in the cylinder increases. The electrical energy stored in the ignition coil to apply a high voltage to the spark plug electrode is finite. The higher the density of the gas charged in the cylinder, the faster the ignition coil energy is consumed due to dielectric breakdown. Therefore, the discharge period is shortened.
本発明は、上記の点に初めて着目してなされたものであり、全気筒にて同時に火花放電を発生させ、その放電が終了するまでの時間が最も短い気筒を圧縮行程にあると判別し、または放電が終了するまでの時間が最も長い気筒を吸気行程にあると判別することで、各気筒の現在の行程を知得する。その上で、次に吸気行程ないし圧縮行程を迎えると判断される気筒に燃料を噴射するようにしたのである。 The present invention has been made by paying attention to the above points for the first time, spark discharge is simultaneously generated in all the cylinders, and it is determined that the cylinder having the shortest time until the discharge is in the compression stroke, Alternatively, the current stroke of each cylinder is known by determining that the cylinder having the longest time until the discharge ends is in the intake stroke. Then, the fuel is injected into the cylinder which is judged to be in the intake stroke or the compression stroke.
各気筒間での、点火から放電の終了までの時間の差は、気筒に充填される吸気の量が多いほど大きくなると考えられる。そこで、内燃機関の始動時にクランク角信号またはカム角信号のうち少なくとも一方を受信できない場合には、そうでない場合と比較して吸気量を増量補正することが好ましいと言える。 The difference in time from ignition to the end of discharge between the cylinders is considered to increase as the amount of intake air charged in the cylinders increases. Therefore, when at least one of the crank angle signal and the cam angle signal cannot be received at the time of starting the internal combustion engine, it can be said that it is preferable to correct the intake air amount as compared with the case where it is not.
各気筒における点火による放電が終了するまでの時間は、各気筒での燃焼の際に点火プラグの電極を流れるイオン電流を検出する回路を利用して計測することが簡便である。 It is convenient to measure the time until the discharge due to ignition in each cylinder is completed using a circuit that detects an ionic current flowing through the electrode of the spark plug during combustion in each cylinder.
本発明によれば、内燃機関の始動時にクランク角信号またはカム角信号を受信できなかったとしても、内燃機関を始動することが可能となる。 According to the present invention, the internal combustion engine can be started even if the crank angle signal or the cam angle signal cannot be received when the internal combustion engine is started.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の4ストロークエンジンである。図示例の内燃機関は、筒内直接噴射式のもので、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)と、各気筒1内に燃料を噴射するインジェクタ10と、各気筒1に吸気を供給するための吸気通路3と、各気筒1から排気を排出するための排気通路4と、吸気通路3を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機5と、排気通路4から吸気通路3に向けてEGRガスを還流させる外部EGR装置2とを具備している。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition type four-stroke engine. The internal combustion engine of the illustrated example is of an in-cylinder direct injection type, and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1), an
気筒1の燃焼室の天井部には、点火プラグ13を取り付けてある。図2に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ13は、点火コイル12にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル12は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ11とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
A
内燃機関の制御装置たるECU0からの点火信号iをイグナイタ11が受けると、まずイグナイタ11が点弧して点火コイル12の一次側に電流が流れ、その直後の点火タイミングでイグナイタ11が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグ13の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。
When the
ECU0は、平常の運転時において、燃料の爆発燃焼の際に気筒1の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流を参照して、圧縮行程の後期から膨張行程の後期に至る期間の燃焼室内の燃焼圧力(筒内圧)を推測する。
During normal operation, the
図2に示しているように、火花点火用の電気回路には、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部14と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部15とを付設してある。バイアス電源部14は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ141と、キャパシタ141の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード142と、電流阻止用のダイオード143、144と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗145とを含む。増幅部15は、オペアンプに代表される電圧増幅器151を含む。
As shown in FIG. 2, the electrical circuit for spark ignition has a bias
点火プラグ13の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ141が充電され、その後キャパシタ141に充電された電荷による高いバイアス電圧が点火プラグ13の中心電極に印可される。このバイアス電圧により、負荷抵抗145にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることに起因して生じる抵抗145の両端間の電圧は、増幅部15により増幅されてイオン電流信号hとしてECU0に受信される。
During arc discharge between the center electrode of the
オーバーリーン等の不良燃焼時には、正常燃焼時に比べて燃焼が過度に緩慢となる。さすれば、イオン電流のピークが低くなり、またイオン電流の流れている時間が長くなる。イオン電流の推移を計測し、その最大値が判定閾値を上回るか否か、またはイオン電流が判定閾値(この閾値は、前記閾値とは異なる)を超えている時間が短いか長いかを判断することで、当該気筒1での燃焼が正常であるか否かの判定を下すことが可能である。イオン電流を検出できない場合には、当該気筒1にて失火が起こっている。 At the time of poor combustion such as over lean, the combustion becomes excessively slow compared with that at the time of normal combustion. Then, the peak of the ionic current becomes low, and the time during which the ionic current flows is long. The transition of the ionic current is measured, and it is determined whether the maximum value exceeds the determination threshold or whether the time during which the ionic current exceeds the determination threshold (this threshold is different from the threshold) is short or long. Thus, it is possible to determine whether or not the combustion in the cylinder 1 is normal. If the ion current cannot be detected, a misfire has occurred in the cylinder 1.
吸気バルブ16には、その開閉タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング機構161が付随している。可変バルブタイミング機構161は、例えば、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させることを通じて、吸気バルブ16の開閉タイミングを進角させたり遅角させたりするものである。
The
吸気通路3は、外部から空気を取り入れて気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、過給機5のコンプレッサ51、インタクーラ32、電子スロットルバルブ33、サージタンク34、吸気マニホルド35を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 takes in air from the outside and guides it to the intake port of the cylinder 1. On the intake passage 3, an
排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させることで発生した排気を気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42、過給機5の駆動タービン52及び三元触媒41を配置している。加えて、タービン52を迂回する排気バイパス通路43、及びこのバイパス通路43の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ44を設けてある。ウェイストゲートバルブ44は、アクチュエータに制御信号lを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてDCサーボモータを用いている。
The exhaust passage 4 guides the exhaust generated by burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of the cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42, a
排気ターボ過給機5は、駆動タービン52とコンプレッサ51とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン52を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ51にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒1に送り込む。
The exhaust turbocharger 5 is configured such that the
外部EGR装置2は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものである。外部EGR通路の入口は、排気通路4におけるタービン52の上流の所定箇所に接続している。外部EGR通路の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ33の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク34に接続している。外部EGR通路上にも、EGRクーラ21及びEGRバルブ22を設けてある。
The external EGR device 2 realizes a so-called high-pressure loop EGR. The inlet of the external EGR passage is connected to a predetermined location upstream of the
本実施形態の内燃機関の制御装置たるECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
The
ECU0の入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号(N信号)b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ33の開度をアクセル開度(いわば、要求負荷)として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号c、吸気通路3(特に、サージタンク34)内の吸気温及び吸気圧(または、過給圧)を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号d、車載バッテリの電圧を検出するセンサから出力されるバッテリ電圧信号e、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号(G信号)g、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号h等が入力される。
The input interface of the
ECU0の出力インタフェースからは、イグナイタに対して点火信号i、可変バルブタイミング機構161に対して開閉タイミング制御(位相角)信号j、スロットルバルブ33に対して開度操作信号k、ウェイストゲートバルブ44に対して開度操作信号l、EGRバルブ22に対して開度操作信号m、インジェクタ10に対して燃料噴射信号n、スタータモータに対してこれを駆動制御する制御信号o等を出力する。スタータモータは、車載バッテリから電力の供給を受けて回転する。
From the output interface of the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、吸気圧及びエンジン回転数を知得するとともに、気筒1に充填される吸気量を推算し、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング、吸気バルブ16の開閉タイミング、EGR量(または、EGR率)及びEGRバルブ22の開度といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、m、nを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
また、ECU0は、内燃機関の始動(冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある)時において、スタータモータに制御信号oを入力し、スタータモータのピニオンギアをフライホイール(MT車)またはドライブプレート(AT車)外周のリングギアに噛合させて機関を回転させるクランキングを行う。クランキングは、初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が冷却水温等に応じて定まる閾値を超えたときに(完爆したものと見なして)終了する。
Further, the
クランク角信号b及びカム角信号gに関して補足する。クランク角センサは、クランクシャフトに固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。このロータには所定角度、例えば10°CA毎に歯が形成されている。クランク角センサは、ロータ7の個々の歯が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度クランク角信号bとしてパルス信号を発信する。 It supplements regarding the crank angle signal b and the cam angle signal g. The crank angle sensor senses the rotation angle of a rotor that is fixed to the crankshaft and rotates integrally with the crankshaft. The rotor is formed with teeth at a predetermined angle, for example, every 10 ° CA. The crank angle sensor detects that each tooth of the rotor 7 passes in the vicinity of the sensor, and transmits a pulse signal as the crank angle signal b each time.
但し、クランクシャフトのロータの歯は一部欠けており、その欠歯部分に起因して、図3に示すようにクランク角信号パルスもまた一部が欠損する。図3に示している例では、十七番目、十八番目、二十番目、二十一番目、三十五番目及び三十六番目に該当するパルスが欠損している。この欠損を基にして、クランクシャフトの絶対的な角度を知ることが可能である。欠損した三十六番目のパルスの次の一番目のパルスのタイミングを0°CAとおくと、欠損した十八番目のパルスに続く十九番目のパルスのタイミングが180°CAということになる。 However, the teeth of the rotor of the crankshaft are partially missing, and due to the missing teeth, the crank angle signal pulse is also partially missing as shown in FIG. In the example shown in FIG. 3, pulses corresponding to the 17th, 18th, 20th, 21st, 35th, and 36th pulses are missing. Based on this defect, it is possible to know the absolute angle of the crankshaft. If the timing of the first pulse after the missing thirty-sixth pulse is 0 ° CA, the timing of the nineteenth pulse following the missing eighteenth pulse is 180 ° CA.
他方、カム角センサは、カムシャフトに固定されカムシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。このロータには、カムシャフトの一回転を気筒数で割った角度毎に、歯または突起が形成されている。三気筒エンジンであれば、歯または突起が120°(クランク角度に換算すれば、240°CA)毎に配置される。カム角センサは、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度カム角信号gとしてパルス信号を発信する。 On the other hand, the cam angle sensor senses the rotation angle of a rotor that is fixed to the camshaft and rotates integrally with the camshaft. The rotor is formed with teeth or protrusions for each angle obtained by dividing one rotation of the camshaft by the number of cylinders. In the case of a three-cylinder engine, teeth or protrusions are arranged every 120 ° (240 ° CA in terms of crank angle). The cam angle sensor detects that individual teeth or protrusions pass in the vicinity of the sensor, and transmits a pulse signal as the cam angle signal g each time.
カム角信号gは、何れかの気筒1が所定の行程に至ったことを表す信号である。本実施形態では、吸気カムシャフトにカム角センサが付随しており、図3に示しているように、カム角信号は各気筒1における吸気行程の開始を示唆している。のみならず、カム角信号gは、可変バルブタイミング機構161により調節される吸気バルブ16の開弁タイミングをも表している。
The cam angle signal g is a signal indicating that any one of the cylinders 1 has reached a predetermined stroke. In this embodiment, a cam angle sensor is attached to the intake camshaft, and the cam angle signal suggests the start of the intake stroke in each cylinder 1 as shown in FIG. In addition, the cam angle signal g represents the opening timing of the
カム角信号gの位相は、可変バルブタイミング機構161による吸気バルブ16の開閉タイミングの進角/遅角操作により変化する。本実施形態では、吸気バルブ16の開弁タイミングが最も遅角化している状態、即ちエンジン回転数が低い運転領域(アイドリングを含む)や機関の始動時を基準位相としている。図3で示しているカム角信号gは、基準位相におけるものである。エンジン回転数が上昇し、吸気バルブ16の開弁タイミングが進角すると、カム角信号gの出力タイミングは早まる。このとき、カム角信号gの位相が、図3上で左方に変位する。
The phase of the cam angle signal g is changed by the advance / retard operation of the opening / closing timing of the
内燃機関の始動時において、通常であれば、ECU0がクランク角信号b及びカム角信号gの双方を参照し、クランキング中における各気筒1の現在の行程を知得することができる。よって、各気筒1での適切な燃料噴射タイミング及び点火タイミングを設定することは容易である。
When the internal combustion engine is started, the
しかしながら、ECU0がクランク角信号bとカム角信号gとのうち少なくとも一方を受信できなくなった場合には、両信号b、gに依拠しない手法で各気筒1の現在の行程を知得し、燃料噴射タイミング及び点火タイミングを決定しなければならなくなる。
However, when the
そこで、本実施形態では、クランキングを行うスタータモータに電力を供給するバッテリ電圧eの値がある特定の値をとるタイミングで、全ての気筒1のイグナイタ11に点火信号iを入力し、全気筒1の点火プラグ13における火花放電を惹起する。その上で、各気筒1での火花放電が終了するまでの時間を計測し、その時間が最も短い気筒1を、現在圧縮行程にある気筒1であると判別するようにしている。
Therefore, in this embodiment, the ignition signal i is input to the
図3に示しているように、スタータモータによるクランキング中、このスタータモータに電力を供給するバッテリの電圧eは周期的に増減変動する。バッテリ電圧eは、何れかの気筒1が圧縮上死点近傍にある時期に最も低下する。特に、内燃機関が三気筒エンジンであれば、ある気筒1が圧縮上死点にあるとき、他の二つの気筒1がそれぞれ吸気行程の後半、排気行程の前半にあることから、クランキング中のスタータモータに対する機械的負荷が最も大きくなり、故にバッテリ電圧eが降下して極小値をとる。 As shown in FIG. 3, during cranking by the starter motor, the voltage e of the battery that supplies power to the starter motor periodically fluctuates. The battery voltage e decreases most when any cylinder 1 is near the compression top dead center. In particular, if the internal combustion engine is a three-cylinder engine, when one cylinder 1 is at compression top dead center, the other two cylinders 1 are in the second half of the intake stroke and the first half of the exhaust stroke, respectively. The mechanical load on the starter motor becomes the largest, so the battery voltage e drops and takes a minimum value.
要するに、バッテリ電圧eが極小値をとるタイミングと、何れかの気筒1が圧縮上死点を迎えるタイミングとが合致している。このことは、気筒数の異なる内燃機関、例えば四気筒エンジン等においても同様である。 In short, the timing at which the battery voltage e takes the minimum value coincides with the timing at which one of the cylinders 1 reaches the compression top dead center. The same applies to internal combustion engines with different numbers of cylinders, such as a four-cylinder engine.
内燃機関の始動時における点火タイミングは、圧縮上死点の近傍とすることが通例である。従って、バッテリ電圧eが極小値となった、極小値に近い所定の値まで減少した、または極小値が訪れた後に極小値に近い所定の値まで増加したタイミングで、ECU0から全気筒1のイグナイタ11に同時に点火信号iを入力し、全気筒1の点火プラグ13による点火を行う。さすれば、何れかの気筒1において適正なタイミングで混合気に点火することができる。
The ignition timing at the start of the internal combustion engine is usually near the compression top dead center. Accordingly, when the battery voltage e becomes a minimum value, decreases to a predetermined value close to the minimum value, or increases to a predetermined value close to the minimum value after the minimum value arrives, the igniter of all cylinders 1 from the
図4に、点火プラグ13の中心電極と接地電極との間に発生する火花放電の電圧の推移を例示している。気筒1の燃焼室内の圧力、換言すれば気筒1に充填された気体の密度が高いと、点火プラグ13の電極間に絶縁破壊を引き起こすために必要な電圧が大きくなる。よって、図4上で実線で示しているように、火花放電の最初期の容量放電における電圧が大きくなる。並びに、絶縁破壊を引き起こすために点火コイル12に蓄えていたエネルギが早く消費される。よって、図4上で実線で示しているように、容量放電に続く誘導放電に伴う電圧変動の期間が短くなる。
FIG. 4 illustrates the transition of the voltage of the spark discharge generated between the center electrode and the ground electrode of the
逆に、気筒1に充填された気体の密度が低いと、点火プラグ13の電極間に絶縁破壊を引き起こすために必要な電圧が小さくなり、点火コイル12に蓄えていたエネルギもゆっくり消費されるようになる。よって、図4上で破線で示しているように、容量放電における電圧が小さくなり、かつ誘導放電に伴う電圧変動の期間が長くなる。
On the contrary, if the density of the gas filled in the cylinder 1 is low, the voltage necessary for causing dielectric breakdown between the electrodes of the
つまり、全気筒1の点火コイル12に同等のエネルギを与え、全気筒1の点火プラグ13で火花放電を発生させ、容量放電の開始から誘導放電の終了までの時間が最も短い気筒1を選出することで、現在圧縮行程にある気筒1を判別することができるのである。 That is, the same energy is applied to the ignition coils 12 of all the cylinders 1, spark discharge is generated by the spark plugs 13 of all the cylinders 1, and the cylinder 1 having the shortest time from the start of capacitive discharge to the end of induction discharge is selected. Thus, it is possible to determine the cylinder 1 that is currently in the compression stroke.
ECU0は、図2に示しているイオン電流を計測するための回路を介して、各気筒1の点火プラグの電極から発される、容量放電及び誘導放電に対応した電圧信号hを受信する。そして、各気筒1毎に放電時間Tn[n=1,2,……,x(xは気筒1の総数)]を計測し、計測したTnを基に、T1/T2、……、Tx-1/Tx、Tx/T1をそれぞれ演算する。
The
三気筒エンジンであれば、T1/T2、T2/T3、T3/T1の三つの値を算出する。算出した値のうち、最も大きな値における分母に対応した気筒1が、圧縮行程にある気筒1である。例えば、T2/T3が最も大きいならば、第三気筒1が圧縮行程にあると判定される。しかして、図3に示しているように、第三気筒1が現在圧縮行程、特に圧縮上死点近傍にあるのであれば、第一気筒1は現在吸気行程の後半にあり、第二気筒1は現在排気行程の前半にある、ということが明らかとなる。 In the case of a three-cylinder engine, three values of T 1 / T 2 , T 2 / T 3 , and T 3 / T 1 are calculated. Of the calculated values, the cylinder 1 corresponding to the denominator at the largest value is the cylinder 1 in the compression stroke. For example, if T 2 / T 3 is the largest, it is determined that the third cylinder 1 is in the compression stroke. Thus, as shown in FIG. 3, if the third cylinder 1 is in the current compression stroke, particularly near the compression top dead center, the first cylinder 1 is in the latter half of the current intake stroke, and the second cylinder 1 It is clear that is currently in the first half of the exhaust stroke.
ECU0は、各気筒1の現在の行程を知得した後、次に吸気行程ないし圧縮行程を迎えると判断される気筒1に燃料を噴射するべく、当該気筒1に付帯するインジェクタ10に燃料噴射信号nを入力する。例えば、三気筒エンジンにおいて、クランキング中に第三気筒1が圧縮上死点近傍にあると判定された暁には、第一気筒1が吸気行程を迎えているので、当該第一気筒1の圧縮上死点以前の適宜のタイミングにて、当該第一気筒1に燃料を噴射する。
The
しかる後、バッテリ電圧eを参照して知得される次回の点火タイミング(既に述べた通り、バッテリ電圧eが極小値となった、極小値に近い所定の値まで減少した、または極小値が訪れた後に極小値に近い所定の値まで増加したタイミング)にて、第一気筒1のイグナイタ11に点火信号iを入力し、点火を行う。この結果、第一気筒1に充填された混合気中の燃料に適切に着火させることができる。
Thereafter, the next ignition timing obtained by referring to the battery voltage e (as described above, the battery voltage e has become a minimum value, has decreased to a predetermined value close to the minimum value, or has reached a minimum value. After that, the ignition signal i is input to the
さらに、現在吸気行程を迎えている第二気筒1に燃料を噴射して、バッテリ電圧eを参照して知得される点火タイミングにて第二気筒1に点火する、というように、各気筒1について順次燃料噴射及び点火を実行するのである。 Further, the fuel is injected into the second cylinder 1 that is currently in the intake stroke, and the second cylinder 1 is ignited at an ignition timing that is known with reference to the battery voltage e. The fuel injection and the ignition are executed sequentially.
因みに、ECU0がクランク角信号b及び/またはカム角信号gを受信できない場合における内燃機関の始動時には、そうでない場合と比較して、気筒1に充填される吸気の量を増量する補正制御を実施することが好ましい。吸気量の増量補正は、クランキング中の電子スロットルバルブ33の開度をより大きく拡げる(そのような開度操作信号kを、スロットルバルブ33に入力する)ことにより実現することができる。
Incidentally, when the internal combustion engine is started when the
吸気量を増量補正するのは、圧縮行程にある気筒1の燃焼室内の気体の密度をより高め、圧縮行程にある気筒1における火花放電の時間と、それ以外の気筒1における火花放電の時間との差を拡大させるためである。 The increase correction of the intake air amount is performed by increasing the gas density in the combustion chamber of the cylinder 1 in the compression stroke, the spark discharge time in the cylinder 1 in the compression stroke, and the spark discharge time in the other cylinders 1 This is to widen the difference.
本実施形態では、クランクシャフトの回転角を所定角度単位で検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号bと、カムシャフトの回転角を当該カムシャフトの一回転を気筒数で割った角度単位で検出するカム角センサから出力されるカム角信号gとを参照し、内燃機関を制御する制御装置0において、内燃機関の始動時にクランク角信号bとカム角信号gとのうち少なくとも一方を受信できない場合、クランキングを行うスタータモータに電力を供給するバッテリの電圧値eがある特定の値をとるタイミングで全気筒1について点火を行い、これによる放電が終了するまでの時間が最も短い気筒1を圧縮行程にあると判別することとした。
In this embodiment, the crank angle signal b output from the crank angle sensor that detects the rotation angle of the crankshaft in units of a predetermined angle, and the angle unit obtained by dividing the rotation angle of the camshaft by one rotation of the camshaft by the number of cylinders. The
本実施形態によれば、クランク角信号bまたはカム角信号gが失われたとしても、各気筒1の現在の行程を把握でき、内燃機関を始動することができるという、フェイルセーフが実現される。 According to the present embodiment, even if the crank angle signal b or the cam angle signal g is lost, a fail safe is realized in which the current stroke of each cylinder 1 can be grasped and the internal combustion engine can be started. .
加えて、内燃機関の始動時にクランク角信号bまたはカム角信号gのうち少なくとも一方を受信できない場合には、そうでない場合と比較して吸気量を増量補正するようにしているので、現在圧縮行程にある気筒1とそうではない気筒1との間で火花放電が終了するまでの時間差がより大きくなり、圧縮行程にある気筒1を確実に判別することが可能となる。 In addition, when at least one of the crank angle signal b and the cam angle signal g cannot be received when the internal combustion engine is started, the intake air amount is corrected to be increased as compared with the case where the crank angle signal b or the cam angle signal g is not received. The time difference until the end of the spark discharge between the cylinder 1 in the cylinder 1 and the cylinder 1 that is not is larger, and it is possible to reliably determine the cylinder 1 in the compression stroke.
また、各気筒1における点火による放電が終了するまでの時間を、各気筒1での燃焼の際に点火プラグ13の電極を流れるイオン電流を検出する回路を利用して計測するため、別途回路やセンサ類を追加する必要がなく、コスト増を招かない。
Further, since the time until the discharge due to ignition in each cylinder 1 is completed is measured using a circuit that detects the ionic current flowing through the electrode of the
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、ECU0がバッテリ電圧eを参照し、これが特定の値(即ち、極小値または極小値に近い所定値)となったときに全気筒1で点火を行うものとしていた。これに対し、ECU0がクランク角信号bまたはカム角信号gのどちらかを依然として受信可能であり、受信可能な信号b、gを参照して何れかの気筒1の圧縮上死点またはその近傍のタイミングを検知できる(例えば、上記実施形態と異なり、カム角信号gのパルスが何れかの気筒1の圧縮上死点近傍で発せられ、これが何れかの気筒1の膨張行程の開始を表している場合等)のであれば、受信可能な信号b、gに基づいて検知される当該タイミングにて点火を行っても構わない。この場合にも、バッテリ電圧eが特定の値をとるタイミングで全気筒1に点火している点に変わりはない。
The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. In the above-described embodiment, the
上記実施形態では、クランキング中の吸気量の増減補正のために電子スロットルバルブ33の開度を操作していたが、アイドルスピードコントロールバルブを実装している内燃機関においては、このアイドルスピードコントロールバルブの開度を操作して吸気量の増量補正を行うこととしてもよい。周知の通り、アイドルスピードコントロールバルブは、吸気通路におけるスロットルバルブの上流側と下流側とを連通するバイパス通路を開閉する流量制御弁である。
In the above embodiment, the opening degree of the
上記実施形態では、吸気カムシャフト側にカム角センサが付設されていたが、排気カムシャフト側にカム角センサが付設されている態様を妨げない。特に、排気バルブ17に可変バルブタイミング機構が付随しているものでは、排気カムシャフトの回転位相ひいては排気バルブ17のバルブタイミングを検出するためのカム角センサが必須となる。この場合のカム角信号は、例えば各気筒1における排気行程の開始を示唆するとともに、排気バルブ17の開弁タイミングを表すものとなる。
In the above embodiment, the cam angle sensor is provided on the intake camshaft side, but this does not hinder the aspect in which the cam angle sensor is provided on the exhaust camshaft side. In particular, when the
上記実施形態におけるカム角センサは、カムシャフトが360°(これは、クランク角度ではない)を気筒数で割った角度分回転する都度カム角信号gを出力するものであった。だが、元来、カム角信号gは、クランク角信号bとの組み合わせで各気筒1の現在の行程を把握するために参照されるものである。故に、カム角信号gは、カムシャフトが一回転する毎に少なくとも一回発せられればよい。 The cam angle sensor in the above embodiment outputs a cam angle signal g each time the cam shaft rotates by an angle obtained by dividing 360 ° (this is not the crank angle) by the number of cylinders. However, the cam angle signal g is originally referred to in order to grasp the current stroke of each cylinder 1 in combination with the crank angle signal b. Therefore, the cam angle signal g may be generated at least once every time the camshaft rotates once.
上記実施形態では、火花放電が終了するまでの時間が最も短い気筒1を圧縮行程にあると判別していたが、これに替えて、またはこれとともに、火花放電が終了するまでの時間が最も長い気筒1を吸気行程にあると判別するようにしても構わない。放電が最も長く続く気筒1を吸気行程と判別する手法は、三気筒エンジンのみならず、四気筒エンジン等においても適用することができる。 In the above embodiment, it has been determined that the cylinder 1 having the shortest time until the spark discharge ends is in the compression stroke, but instead of this, or together with this, the time until the spark discharge ends is the longest. It may be determined that the cylinder 1 is in the intake stroke. The method of discriminating the cylinder 1 with the longest discharge as the intake stroke can be applied not only to a three-cylinder engine but also to a four-cylinder engine or the like.
言うまでもなく、内燃機関の気筒数は、三気筒には限定されない。 Needless to say, the number of cylinders of the internal combustion engine is not limited to three cylinders.
その他各部の具体的構成は、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。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される火花点火式内燃機関の始動時の制御に適用することができる。 The present invention can be applied to control at the start of a spark ignition type internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
13…点火プラグ
b…クランク角信号
e…バッテリ電圧
g…カム角信号
0 ... Control unit (ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
内燃機関の始動時にクランク角信号とカム角信号とのうち少なくとも一方を受信できない場合、クランキングを行うスタータモータに電力を供給するバッテリの電圧値がある特定の値をとるタイミングで全気筒について点火を行い、これによる放電が終了するまでの時間が最も短い気筒を圧縮行程にあると判別するか、または、これによる放電が終了するまでの時間が最も長い気筒を吸気行程にあると判別する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 With reference to a crank angle signal output from a crank angle sensor that detects a rotation angle of the crankshaft in a predetermined angle unit, and a cam angle signal output from the cam angle sensor at least once during one rotation of the camshaft, In a control device for controlling an internal combustion engine,
When at least one of the crank angle signal and the cam angle signal cannot be received when starting the internal combustion engine, ignition is performed for all cylinders at a timing when the voltage value of the battery that supplies power to the starter motor that performs cranking takes a certain value. And determine that the cylinder with the shortest time until the discharge is completed is in the compression stroke, or determine that the cylinder with the longest time until the discharge is in the intake stroke A control device for an internal combustion engine.
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JP2015048728A (en) * | 2013-08-30 | 2015-03-16 | ダイハツ工業株式会社 | Control device of internal combustion engine |
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