JP2013167223A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、点火プラグの点火タイミングやインジェクタの燃料噴射タイミングを制御する内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine that controls ignition timing of a spark plug and fuel injection timing of an injector.
一般に、内燃機関であるエンジンは、出力軸としてのクランクシャフトと、このクランクシャフトに同軸回転するクランクスプロケットに巻回されたタイミングベルトと、タイミングベルトを介して駆動されるカムシャフトと、カムシャフトによって駆動されるカム機構と、カム機構によって開閉される吸排気バルブと、を備えている。これらタイミングベルトおよびカム機構などにより、ピストンの上下動と吸排気バルブの開閉を適切なタイミングで連続運転できるように構成されている。クランクシャフトの近傍に配設されたクランク角センサはクランクシャフトの回転角を検出してクランク角信号を出力する。このようなエンジンを搭載した車両は、エンジンの制御装置を備えている。この制御装置は、入力したクランク角信号に基づいて点火プラグの点火タイミングやインジェクタの燃料噴射タイミング等の制御タイミングを最適に制御している。 In general, an internal combustion engine includes a crankshaft as an output shaft, a timing belt wound around a crank sprocket that rotates coaxially with the crankshaft, a camshaft driven via the timing belt, and a camshaft. A cam mechanism that is driven and an intake / exhaust valve that is opened and closed by the cam mechanism are provided. The timing belt and the cam mechanism are configured so that the vertical movement of the piston and the opening / closing of the intake / exhaust valve can be continuously operated at appropriate timing. A crank angle sensor disposed in the vicinity of the crankshaft detects the rotation angle of the crankshaft and outputs a crank angle signal. A vehicle equipped with such an engine includes an engine control device. This control device optimally controls the control timing such as the ignition timing of the spark plug and the fuel injection timing of the injector based on the input crank angle signal.
このような内燃機関の制御装置として、クランク角センサの故障等によりクランク角信号が正常に得られなくなった場合にも、エンジンストール等の事態を回避するためのフェールセーフ機能を有するものが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。 As such a control device for an internal combustion engine, one having a fail-safe function for avoiding a situation such as an engine stall even when a crank angle signal cannot be normally obtained due to a failure of a crank angle sensor or the like is known. (For example, see Patent Documents 1 and 2).
この特許文献1に開示された内燃機関の制御装置においては、クランク角センサの異常時にカム角信号の出力タイミングで疑似起動タイミングを生成している。この制御装置は、カム角信号が出力されてから次のカム角信号が出力される直前までの期間において、既に出力されたカム角信号の出力タイミングの時間間隔を複数に等分した時間間隔を疑似起動タイミングとして設定している。 In the control apparatus for an internal combustion engine disclosed in Patent Document 1, the pseudo start timing is generated at the output timing of the cam angle signal when the crank angle sensor is abnormal. In this control device, a time interval obtained by equally dividing the time interval of the output timing of the cam angle signal that has already been output into a plurality of portions in the period from when the cam angle signal is output to immediately before the next cam angle signal is output It is set as a pseudo start timing.
また、特許文献2に記載の従来の制御装置においては、所定数のクランク角信号が出力されるのに要する時間を所定クランク角時間として計測し、前回のクランク角時間と比較して今回の所定クランク時間が所定以上変動したか否かに応じてクランク角センサの異常の有無を判定することにより、クランク角センサの異常を速やかに検出している。 Moreover, in the conventional control device described in Patent Document 2, the time required for outputting a predetermined number of crank angle signals is measured as a predetermined crank angle time, and compared with the previous crank angle time, The abnormality of the crank angle sensor is quickly detected by determining whether or not the crank angle sensor is abnormal depending on whether or not the crank time fluctuates more than a predetermined value.
しかしながら、上述のような特許文献1に記載の従来の制御装置にあっては、クランク角とカム角の相対位置関係に角度差が生じることを想定した制御を実行するようなものではないため、クランク角センサの異常時に対応するためのフェールセーフの効果が不確実であった。すなわち、この角度差が生じている状態においてクランク角センサの故障等によりクランク角信号が正常に得られなくなった場合に、プレイグニッションやノッキングを生じるなど、内燃機関内の燃焼状態が所望の状態とならず、エンジンストールに至る可能性があった。そのため、当該内燃機関を搭載した車両において、クランク角センサに異常が発生した場合、その車両を修理工場まで自力走行させられない可能性や、排気ガスを無害化処理する触媒を高熱の排気ガスによって傷める可能性があった。 However, in the conventional control device described in Patent Document 1 as described above, control that assumes that an angular difference occurs in the relative positional relationship between the crank angle and the cam angle is not executed. The fail-safe effect to cope with the abnormal crank angle sensor was uncertain. That is, when the crank angle signal cannot be obtained normally due to a failure of the crank angle sensor or the like in a state where this angle difference is occurring, the combustion state in the internal combustion engine becomes a desired state such as pre-ignition or knocking. There was a possibility of engine stall. For this reason, in a vehicle equipped with the internal combustion engine, if an abnormality occurs in the crank angle sensor, the vehicle may not be able to travel to a repair shop on its own, and the catalyst for detoxifying exhaust gas may be caused by high-temperature exhaust gas. There was a possibility of hurting.
また、特許文献2に記載の従来の制御装置にあっても、前記フェールセーフの効果が不確実であった。すなわち、特許文献1に記載のものと同様、クランク角センサが故障した場合に、クランク角とカム角の相対位置関係に角度差が生じていることを想定した制御を実行しないため、エンジンストールに至る可能性があった。 Moreover, even in the conventional control device described in Patent Document 2, the fail-safe effect is uncertain. That is, similar to the one described in Patent Document 1, when the crank angle sensor fails, control that assumes that there is an angle difference in the relative positional relationship between the crank angle and the cam angle is not executed. There was a possibility.
さらに、クランク角とカム角の相対位置関係は製造バラツキが原因で製造時に避けられないことがあるほか、経年変化でずれる虞もある。このズレによる角度差が原因となり、制御装置が、カム角センサから出力されるカム角信号に基づいて疑似クランク角信号を生成した場合に、タイミングに誤差を生じることがあった。このように、クランク角とカム角の相対位置関係に角度差がある場合、クランク角センサの故障等によりクランク角信号が正常に得られなくなった場合に、エンジンストールの発生など燃焼状態が所望の状態にならない可能性があった。 Furthermore, the relative positional relationship between the crank angle and the cam angle may be unavoidable during manufacturing due to manufacturing variations, and may be shifted due to aging. Due to the angle difference due to the deviation, an error may occur in the timing when the control device generates the pseudo crank angle signal based on the cam angle signal output from the cam angle sensor. As described above, when there is an angle difference in the relative positional relationship between the crank angle and the cam angle, when the crank angle signal cannot be normally obtained due to a failure of the crank angle sensor or the like, the combustion state such as occurrence of engine stall is desired. There was a possibility that it was not in a state.
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、クランク角信号のフェール時におけるフェールセーフをより確実にし、クランク角検出手段の出力が正常でない場合においても、プレイグニッションやノッキングの発生を回避し、内燃機関内の燃焼状態を安定させ、正常な運転を可能にすることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and more reliably provides fail-safe when the crank angle signal fails. Even when the output of the crank angle detecting means is not normal, pre-ignition and knocking are prevented. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can avoid occurrence, stabilize the combustion state in the internal combustion engine, and enable normal operation.
本発明に係る車両の制御装置は、上記目的達成のため、(1)内燃機関のクランク軸のクランク角を表すクランク角信号を検出するクランク角検出手段と、前記内燃機関のカム軸のカム角を表すカム角信号を出力するカム角検出手段と、前記クランク角信号および前記カム角信号に基づいて前記内燃機関の出力を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記クランク角検出手段の検出結果が正常か否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果が正常である場合に、前記クランク角と前記カム角の角度差を、前記クランク角信号および前記カム角信号に基づいて算出する角度差算出手段と、前記角度差算出手段の算出した角度差を学習値として記憶する記憶手段と、前記カム角信号と前記記憶手段に記憶された学習値とに基づいて疑似クランク角信号を生成する疑似クランク角信号生成手段と、を備え、前記制御手段は、前記判定手段の判定結果が正常である場合に、前記記憶手段に前記学習値を記憶させ、前記判定結果が正常でない場合に、前記疑似クランク角信号に基づいて、前記内燃機関を制御することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a vehicle control apparatus according to the present invention includes (1) a crank angle detection means for detecting a crank angle signal representing a crank angle of a crankshaft of an internal combustion engine, and a cam angle of a camshaft of the internal combustion engine. In the control apparatus for an internal combustion engine, comprising: a cam angle detection means for outputting a cam angle signal representing the control signal; and a control means for controlling an output of the internal combustion engine based on the crank angle signal and the cam angle signal. A determination means for determining whether or not the detection result of the angle detection means is normal; and when the determination result of the determination means is normal, the angle difference between the crank angle and the cam angle is determined as the crank angle signal and the cam Angle difference calculating means for calculating based on an angle signal, storage means for storing the angle difference calculated by the angle difference calculating means as a learning value, cam angle signal, and learning stored in the storage means Pseudo crank angle signal generating means for generating a pseudo crank angle signal based on the value, and when the determination result of the determination means is normal, the control means stores the learning value in the storage means When the determination result is not normal, the internal combustion engine is controlled based on the pseudo crank angle signal.
この構成により、判定手段が、クランク角検出手段の出力するクランク角信号に基づいて正常な運転と判定した場合には、制御手段がクランク角とカム角の角度差を学習値として記憶手段に記憶しておくとともに、クランク角信号が正常でない場合は、制御手段がカム角検出手段の出力するカム角信号と記憶手段に記憶された学習値に基づいて疑似クランク角信号を生成することができる。したがって、クランク角信号が正常でない場合にも、クランク角信号が正常に出力されている場合と同様に内燃機関を制御することが可能である。結果として、クランク角検出手段の出力が正常でない場合においても、クランク角とカム角の角度差を学習値としてフェールセーフ制御に反映し、内燃機関内の燃焼状態を安定させ正常な運転を可能にすることができる。 With this configuration, when the determination unit determines that the operation is normal based on the crank angle signal output from the crank angle detection unit, the control unit stores the difference between the crank angle and the cam angle as a learning value in the storage unit. In addition, if the crank angle signal is not normal, the control means can generate the pseudo crank angle signal based on the cam angle signal output from the cam angle detection means and the learning value stored in the storage means. Therefore, even when the crank angle signal is not normal, the internal combustion engine can be controlled in the same manner as when the crank angle signal is normally output. As a result, even when the output of the crank angle detection means is not normal, the angle difference between the crank angle and the cam angle is reflected in the fail safe control as a learning value, so that the combustion state in the internal combustion engine is stabilized and normal operation is possible. can do.
また、上記(1)に記載の内燃機関の制御装置において、(2)前記疑似クランク角信号生成手段は、前記カム角信号の所定の出力タイミングの時間間隔を等分して得られるタイミングに基づいて前記疑似クランク角信号を生成することを特徴とする。 Further, in the control device for an internal combustion engine according to (1), (2) the pseudo crank angle signal generating means is based on a timing obtained by equally dividing a time interval of a predetermined output timing of the cam angle signal. Generating the pseudo crank angle signal.
この構成により、疑似クランク角信号生成手段の生成するクランク角信号のパルス数が、カムシャフトの回転に伴って発生するカム角信号の周波数に対して整数倍に高められている。このように高められた周波数に対応して、回転角度に対する制御の精度が高められる。 With this configuration, the number of pulses of the crank angle signal generated by the pseudo crank angle signal generating means is increased to an integral multiple of the frequency of the cam angle signal generated as the camshaft rotates. Corresponding to the increased frequency, the control accuracy with respect to the rotation angle is increased.
また、上記(1)または(2)に記載の内燃機関の制御装置において、(3)前記判定手段は、前記クランク角信号の波形に基づいて前記クランク角検出手段の検出結果が正常か否かを判定することを特徴とする。 In the control device for an internal combustion engine according to (1) or (2), (3) the determination means determines whether the detection result of the crank angle detection means is normal based on the waveform of the crank angle signal. It is characterized by determining.
この構成により、判定手段が、クランク角信号の波形に基づいてクランク角検出手段の検出結果が正常か否かを正確に判定できるので判定精度を向上できる。 With this configuration, the determination unit can accurately determine whether or not the detection result of the crank angle detection unit is normal based on the waveform of the crank angle signal, so that the determination accuracy can be improved.
本発明によれば、クランク角信号のフェール時におけるフェールセーフをより確実にし、クランク角検出手段の出力が正常でない場合においても、プレイグニッションやノッキングの発生を回避し、内燃機関内の燃焼状態を安定させ、正常な運転を可能にすることができる内燃機関の制御装置を提供することができる。 According to the present invention, fail safe at the time of failure of the crank angle signal is ensured, and even when the output of the crank angle detection means is not normal, the occurrence of pre-ignition and knocking is avoided, and the combustion state in the internal combustion engine is reduced. It is possible to provide a control device for an internal combustion engine that can be stabilized and can be operated normally.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、本実施の形態における車両10は、動力源としてのエンジン20と、エンジン20において発生した動力を伝達するとともに車両10の走行状態等に応じて変速比を変化させるトランスミッション30と、トランスミッション30から伝達された動力をドライブシャフト51L、51Rに分配するディファレンシャル機構40と、ドライブシャフト51L、51Rから伝達された動力により回転させられ、車両10を駆動させる駆動輪52L、52Rと、車両10の各部を統括的に制御するECU(Electronic Control Unit)100と、を備えている。なお、本実施形態に係るECU100は、本発明に係る制御手段を構成している。
As shown in FIG. 1, a
図2に示すように、エンジン20は、内燃機関によって構成されており、シリンダブロック210と、シリンダブロック210の上部に固定されたシリンダヘッド220と、オイルを収納するオイルパン230とを備え、シリンダブロック210と、シリンダヘッド220とによって各気筒が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
なお、本実施の形態において、エンジン20は、直列4気筒のガソリンエンジンによって構成されているものとして説明するが、本発明においては、直列6気筒エンジン、V型6気筒エンジン、V型12気筒エンジンまたは水平対向6気筒エンジンなどの種々の型式のエンジンによって構成されていてもよい。ここで、図2に示すエンジン20は、直列に配置された4つの気筒のうちの1つ気筒21が図示されている。
In the present embodiment, the
各気筒21には、ピストン211が往復動可能に収納され、シリンダブロック210、シリンダヘッド220およびピストン211によって、各気筒21の燃焼室201が形成されている。
A
なお、本実施の形態において、エンジン20は、ピストン211が2往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の4行程を行う、4サイクルのガソリンエンジンによって構成されているものとして説明する。
In the present embodiment, the
また、エンジン20は、クランクシャフト213を備え、クランクシャフト213は、各気筒21に収納されたピストン211とコネクティングロッド212を介して連結されている。コネクティングロッド212は、ピストン211の往復動をクランクシャフト213の回転運動に変換するようになっている。
The
従って、エンジン20は、燃焼室201で燃料と空気との混合気を燃焼させることによりピストン211を往復動させ、コネクティングロッド212を介してクランクシャフト213を回転させることにより、トランスミッション30に動力を伝達するようになっている。なお、エンジン20に用いられる燃料は、ガソリンもしくは軽油等の炭化水素系の燃料またはエタノール等のアルコールとガソリンとを混合したアルコール燃料であってもよい。
Accordingly, the
エンジン20には、車外から流入した空気を清浄するエアクリーナ312と、清浄された空気を燃焼室201に導入するためにシリンダヘッド220に連結されている吸気管311と、燃焼室201に導入される空気の流量を調整するためのスロットルバルブ313と、スロットルバルブ313の開度を検出するスロットルセンサ135と、燃焼室201のなかで混合気の燃焼によって発生した排気ガスを車外に排出するためにシリンダヘッド220に連結されている排気管321と、排気ガス中の有害物質を酸化還元浄化するために排気管321に設けられた触媒コンバータ322と、が設けられている。
The
エアクリーナ312は、例えば、内部に収容した紙または合成繊維の不織布のフィルターにより、吸入空気中の異物を除去するようになっている。
The
スロットルバルブ313は、薄い円板状の弁体によって構成され、この弁体の中央にシャフトを備えている。スロットルバルブ313には、ECU100の制御に応じてシャフトを回動させることによって弁体を回動させ、吸気管311における空気の流量を変更するスロットルバルブアクチュエータ314が設けられている。
The
触媒コンバータ322は、一般に、排気ガスに含まれる未燃炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)および窒素酸化物(NOx)といった有害物質を効率的に除去することができる三元触媒を備えている。この三元触媒は、好ましくはNOx含有率の高い排気ガスからでも、NOxを効率的に除去する機能を有するものが用いられる。
The
シリンダヘッド220には、吸気管311と燃焼室201とを連通させる吸気ポート221と、燃焼室201と排気管321とを連通させる排気ポート222とが形成されている。
The
また、シリンダヘッド220には、吸気管311から燃焼室201への燃焼用空気の導入を制御するための吸気バルブ223と、燃焼室201から排気管321への排気ガスの排出を制御するための排気バルブ224と、燃焼室201内に燃料を噴射するためのインジェクタ225と、燃焼室201内の混合気に点火するための点火プラグ226と、が取り付けられている。
The
インジェクタ225は、ECU100によって制御されるソレノイドコイルおよびニードルバルブを有している。インジェクタ225には、所定の圧力で燃料が供給されている。インジェクタ225は、ECU100によってソレノイドコイルが通電されると、ニードルバルブを開いて、燃焼室201に燃料を噴射するようになっている。
The
点火プラグ226は、プラチナやイリジウム合金製の電極を有する公知の点火プラグによって構成されている。点火プラグ226は、ECU100によって電極が通電されることにより放電し、燃焼室201内の混合気に点火するようになっている。
The
図3に示すように、エンジン20には、シリンダヘッド220の上部に、吸気カムシャフト241および排気カムシャフト242が、回転可能に設けられている。
As shown in FIG. 3, the
吸気カムシャフト241には、吸気バルブ223の上端に当接する吸気カム243が設けられている。吸気カムシャフト241が回転すると、吸気カム243が吸気バルブ223を開閉駆動し、吸気ポート221と燃焼室201との間が開閉されるようになっている。
The
排気カムシャフト242には、排気バルブ224の上端に当接する排気カム244が設けられている。排気カムシャフト242が回転すると、排気カム244が排気バルブ224を開閉駆動し、燃焼室201と排気ポート222との間が開閉されるようになっている。
The
吸気カムシャフト241の一端部には、吸気カムスプロケット245と、吸気カムシャフト241を吸気カムスプロケット245に対して回転させる吸気側回転位相コントローラ247と、が設けられている。
An
吸気側回転位相コントローラ247は、ECU100に制御されることにより、吸気カムシャフト241を吸気カムスプロケット245に対して回転させ、進角制御および遅角制御を行うことができるようになっている。
The intake side
排気カムシャフト242の一端部には、排気カムスプロケット246と、排気カムシャフト242を排気カムスプロケット246に対して回転させる排気側回転位相コントローラ248と、が設けられている。
An
排気側回転位相コントローラ248は、ECU100に制御されることにより、排気カムシャフト242を排気カムスプロケット246に対して回転させ、進角制御および遅角制御を行うことができるようになっている。
The exhaust-side
なお、後述するように、クランク角に対するカム角の相対位置のズレが、製造時のバラツキおよび経年劣化等により生じることがある。この相対位置のズレとは、設計中央からのズレであり、本発明に係る角度差を意味する。この角度差が各種の弊害をもたらす原因となる。したがって、ECU100は、前記角度差を相殺するように前記進角制御または遅角制御し、設計中央のタイミング設定を維持してエンジン20本来の性能を発揮させる。
As will be described later, a deviation in the relative position of the cam angle with respect to the crank angle may occur due to variations in manufacturing, deterioration over time, and the like. The deviation of the relative position is a deviation from the design center and means an angle difference according to the present invention. This angle difference causes various harmful effects. Therefore, the
クランクシャフト213の一端部には、クランクスプロケット249が設けられている。吸気カムスプロケット245、排気カムスプロケット246およびクランクスプロケット249には、タイミングベルト250が巻き掛けられている。タイミングベルト250は、クランクスプロケット249の回転を吸気カムスプロケット245および排気カムスプロケット246に伝達するようになっている。
A
従って、タイミングベルト250によって、クランクシャフト213の回転が、吸気カムシャフト241および排気カムシャフト242に伝達されることにより、吸気カムシャフト241および排気カムシャフト242に駆動される吸気バルブ223および排気バルブ224が、クランクシャフト213に同期して吸気ポート221および排気ポート222を開閉する。
Accordingly, the rotation of the
また、エンジン20には、タイミングベルト250の経路を規制するテンショナ251が設けられている。テンショナ251は、吸気カムスプロケット245、排気カムスプロケット246およびクランクスプロケット249からタイミングベルト250が外れることを防止するために、タイミングベルト250に適度なテンションを与えるようになっている。
The
クランクシャフト213には、クランクシャフト213とともに回転するクランクロータ254が設けられている。車両10は、クランクロータ254の回転角を検出するためのクランク角センサ131を備えている。なお、本実施形態に係るクランク角センサ131は、本発明に係るクランク角検出手段を形成する。
The
図4に示すように、クランクロータ254は、外周に10°ごとに信号歯が設けられ、上死点検出用に2歯欠歯した部分が1箇所あり、全周で34歯の信号歯が設けられている。
As shown in FIG. 4, the
クランク角センサ131は、磁気抵抗素子(MRE:Magnetic Resistance Element)を有するMREセンサによって構成されている。クランクシャフト213が回転すると、クランクロータ254に設けられた歯の山と谷により、クランク角センサ131にかかる磁界の方向、すなわち、磁気ベクトルが変化し、内部抵抗値が変化する。
The
クランク角センサ131は、図5に示すように、この抵抗値変化を電圧に変換した上で出力される波形と、閾値とを比較することにより、交互にHigh状態とLow状態になる矩形波に整形したクランク角信号を生成し、生成したクランク角信号をECU100に出力するようになっている。
As shown in FIG. 5, the
また、クランク角センサ131は、クランクロータ254により、クランクシャフト213の回転角を10°ごとに検出させるとともに、クランクロータ254の欠歯した箇所で、クランクシャフト213の回転位置を検出させることができるようになっている。なお、前記欠歯した箇所は図9の実線62で示すクランク角信号Low状態の位置に該当する。
In addition, the
図3において、クランクシャフト213の他端には、クランクシャフト213とともに回転するフライホイール258が設けられている。車両10は、エンジン20の始動時にフライホイール258を回転させるための図示しないスタータを備えている。
In FIG. 3, a
フライホイール258は、リングギアによって構成されている。スタータは、バッテリを電源として駆動するモータと、モータによって回転されるピニオンギアとを有している。スタータは、エンジン20の始動時にフライホイール258にピニオンギアを歯合させてモータを駆動させることにより、クランクシャフト213を回転させる一方で、エンジン20が始動した後には、フライホイール258からピニオンギアを離隔し、モータを停止するようになっている。
The
吸気カムシャフト241および排気カムシャフト242は、クランクシャフト213が2周する間に1周するようになっている。従って、クランクシャフト213の回転角を基準にし、吸気カムシャフト241および排気カムシャフト242の回転角をクランクシャフト213の回転角を示す「CA」を用いて以下に説明する。なお、以下の説明において、吸気カムシャフト241と排気カムシャフト242とを区別する必要がない場合には、カムシャフト232として説明する。
The
吸気カムシャフト241には、吸気カムシャフト241とともに回転する吸気カムロータ255が設けられている。また、排気カムシャフト242には、排気カムシャフト242とともに回転する排気カムロータ256が設けられている。車両10は、吸気カムロータ255および排気カムロータ256の回転角をそれぞれ検出するための吸気カム角センサ139および排気カム角センサ140を備えている。なお、本実施形態に係る吸気カム角センサ139および排気カム角センサ140は本発明に係るカム角検出手段を構成している。なお、以下の説明において、吸気カム角センサ139と排気カム角センサ140とを区別する必要がない場合には、カム角センサ130として説明する。
The
ここで、ECU100がクランク角センサ131とカム角センサ130の両方からそれぞれクランク角信号とカム角信号を得る必要性について説明する。前述したように4サイクルエンジンではクランクシャフト213が2回転する間にカムシャフト232は1回転する。クランク角信号だけでは、例えばピストンが上昇している時に、それがどの気筒の圧縮行程なのか排気行程なのかがわからないので、カム角信号でそれを判別する必要がある。これを気筒判別という。
Here, the necessity of obtaining the crank angle signal and the cam angle signal from both the
また、カム角よりもクランク角のほうが分解能が高く、カム角信号はタイミングベルト250の影響を受けるため、時期を制御するのはクランク角信号の方がより高精度である。このため、ECU100は、クランク角センサ131とカム角センサ130の両方から、それぞれ性質の異なるクランク角信号とカム角信号の情報を得て、点火時期、燃料噴射時期、噴射量を算出している。
Also, the crank angle has a higher resolution than the cam angle, and the cam angle signal is affected by the
図6に示すように、吸気カムロータ255は、外周に山と谷が形成されている。本実施の形態における吸気カムロータ255は、順に60°CAの谷、180°CAの山、180°CAの谷、60°CAの山、120°CAの谷、120°CAの山が形成されている。
As shown in FIG. 6, the
吸気カム角センサ139は、クランク角センサ131と同様に構成され、図7に示すように、吸気カムシャフト241が回転すると、吸気カムロータ255に形成された山と谷に対応する矩形波を吸気カムシャフト241のカム角信号として生成し、生成したカム角信号をECU100に出力するようになっている。
The intake
排気カムロータ256は、吸気カム角センサ139と同様に構成され、吸気カムロータ255と比較して60°CAずれた状態で、排気カムシャフト242に設けられている。
The
排気カム角センサ140は、吸気カム角センサ139と同様に構成され、排気カムシャフト242が回転すると、排気カムロータ256に形成された山と谷に対応する矩形波を排気カムシャフト242のカム角信号として生成し、生成したカム角信号をECU100に出力するようになっている。
The exhaust
図8に示すように、ECU100の入力側には、クランク角センサ131、吸気カム角センサ139、排気カム角センサ140およびスロットルセンサ135に加え、スタータを駆動するためのスタートスイッチ134と、その他各種センサとが接続されている。
As shown in FIG. 8, on the input side of the
一方、ECU100の出力側には、インジェクタ225、点火プラグ226、スロットルバルブアクチュエータ314等の制御対象とするデバイスが接続されている。
On the other hand, devices to be controlled such as an
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)100a、ROM(Read Only Memory)100b、RAM(Random Access Memory)100c、バックアップメモリ100dおよび入出力インターフェース回路を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。このCPU100aがRAM100cの一時記憶機能を利用しつつ予めROM100bに記憶されたプログラムに従って演算処理の動作をすることにより、ECU100は、車両10の各部を統括的に制御するようになっている。また、本実施形態に係るECU100は、本発明に係る記憶手段を構成する。
The
ここで、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するECU100の構成について説明する。
Here, the configuration of
ECU100はクランクシャフト213とカムシャフト232それぞれの回転に応じたパルス信号、すなわちクランク角信号とカム角信号に基づいて気筒判別するとともに、点火時期、燃料噴射時期、噴射量を算出している。
The
ECU100は、クランク角センサ131からクランク角信号が正常に得られない場合に、カム角信号に基づいてエンジン20を制御するようになっている。
The
ECU100は、クランク角信号が正常に得られている正常状態と、クランク角信号が正常に得られていないフェールセーフ状態との何れか一方の状態であることを判別して、それぞれの状態に応じた制御を実行するようになっている。ECU100は、クランク角センサ131から出力されるクランク角信号が正常に得られているか否かを判断するダイアグアプリケーションを常に実行するようになっている。
The
例えば、ダイアグアプリケーションは、カム角信号やカム角信号の各エッジ間に検出されるクランク角信号のエッジが予め定められた数より少ないとき、クランク角信号の信号レベルが予め定められた範囲から外れたときなど、すなわち既定のパルス波形と異なる場合に、クランク角信号が正常に得られていないと判断するようになっている。 For example, in a diagnosis application, when the cam angle signal or the number of crank angle signals detected between each edge of the cam angle signal is less than a predetermined number, the signal level of the crank angle signal is out of the predetermined range. It is determined that the crank angle signal is not obtained normally, for example, when it is different from the predetermined pulse waveform.
ECU100は、ダイアグアプリケーションによってクランク角信号が正常に得られていると判断された場合には、正常状態であることを認識し、ダイアグアプリケーションによってクランク角信号が正常に得られていないと判断された場合には、フェールセーフ状態であることを認識し、フェールセーフ状態に応じた制御を実行するようになっている。なお、本実施形態に係るダイアグアプリケーションおよびECU100は、本発明に係る判定手段を構成する。
When it is determined that the crank angle signal is normally obtained by the diagnosis application, the
次に、ECU100の構成について正常状態と、フェールセーフ状態とに分けて説明する。
Next, the configuration of the
(正常状態)
正常状態において、ECU100は、図9に示すように、クランクカウンタ72を生成するようになっている。つまり、クランク角センサ131によって出力されたクランクシャフト213の10°ごとのクランク角信号の3歯分、すなわち、クランクシャフト213が30°回転したときに1カウントして階段状に電圧上昇する。そして、1周期720°ごとに電圧をLow状態にリセットするようになっている。なお、図9において、クランク角信号Low状態のタイミング62は、クランクロータ254の欠歯をクランク角センサ131が検出したタイミングに対応する。
(Normal state)
In the normal state, the
このクランクカウンタ72は、特定の気筒、例えば、タイミングベルト250に最も近い側の不図示の気筒におけるピストン211の上死点から次の上死点までを、カウントするようになっている。
The crank counter 72 counts from the top dead center of the
ECU100は、クランクカウンタ72のカウント周期に基づいてエンジン回転速度を算出するようになっている。また、ECU100は、クランクカウンタ72のカウント値に基づいて、点火プラグ226の点火タイミングやインジェクタ225の燃料噴射タイミング等の制御タイミングを気筒ごとに規定する。
The
また、ECU100は、カムシャフト232の回転角を検出するカム角センサ130から出力されるカム角信号の立ち上がりエッジD1および立ち下がりエッジD2のうち、クランク角信号61における欠歯62に相当するLow状態が終わった直後の最初に発生する1パルスの立ち下がりエッジD2に対応するD2エッジを検出するようになっている。以下、立ち下がりエッジD2を所定タイミングD2ともいう。
Further, the
また、ECU100は、フェールセーフ状態となったときに備えて、カム角信号のエッジをカウントするカム角カウンタを生成するようになっている。また、カム角カウンタは、正常状態において、カム角信号のみならずクランク角信号、すなわちクランクカウンタ72のカウント値に同期して、カウント値を繰り返し計数している。
In addition, the
(フェールセーフ状態)
フェールセーフ状態において、ECU100は、正常状態にあるときと同様に、カム角信号のエッジを検出するとともに、フェールセーフ制御を実行することにより、エンジン20を制御するために最適な状態、すなわちカム角信号が設計中央である場合と等しい状態を維持するようになっている。
(Fail safe state)
In the fail-safe state, the
例えば、ECU100は、図9に示す設計中央のカム角信号63の立ち上がりエッジD1と所定タイミングD2に基づいてカムシャフト232の回転速度を算出し、60°CA信号を生成する。この60°CA信号のタイミングは、図9に示す学習値ゼロのタイミングである。また、カム角信号が図9に示す遅角ズレあるいは進角ズレを起こしている場合には、ECU100は、後述する演算処理を実行し、カム角信号のタイミングに対し学習値を用いてタイミングを補正することにより疑似クランク角信号を生成するようになっている。
For example, the
ここで、学習値とは、ECU100が制御することによって補正すべき角度差のことである。また、角度差は、前述したように、製造時のバラツキおよび経年劣化等で、所定クランク角に対する所定カム角の相対位置が設計中央から外れて生じる。この角度差が各種制御の精度の低下をもたらす原因となる。したがって、ECU100は、正常状態において所定の条件が成立している場合に、この角度差を学習値として記憶しておき、フェールセーフ状態に移行した場合に、この学習値により表される角度差を用いてクランクカウンタのタイミングを補正するようになっている。なお、カム角信号に対するタイミングの補正量は、学習値によって表される角度差を、カムシャフト232の回転速度で割ることにより得られる。
Here, the learning value is an angle difference that should be corrected by the control of the
図9において、実線70は設計中央のカム角信号63に対する遅角ズレを伴うカム角信号である。実線69は設計中央のカム角信号63に対する進角ズレを伴うカム角信号である。立ち下がりエッジD3は所定タイミングD2に対する遅角ズレのタイミングであり、遅角ズレのタイミングD3ともいう。逆に、立ち下がりエッジD4は所定タイミングD2に対する進角ズレのタイミングであり、進角ズレタイミングD4ともいう。
In FIG. 9, a
クランクカウンタ71は、ECU100が進角ズレ角度を学習して、その学習値に応じた補正をしない場合に生成されるクランクカウンタ値である。すなわち、ECU100が学習値をフェールセーフ制御に反映させる前のクランクカウンタ値である。学習値による補正が行われない場合、ECU100は、立ち上がりエッジD5を検出することによりクランクカウンタの1歯目を形成するため、クランクカウンタ71はクランクカウンタ72に対して、所定タイミングD2と進角ズレタイミングD4との差に相当する進角ズレが生じている。なお、本実施形態に係るズレは、本発明に係る角度差に対応した値を表している。
The
一方、学習値に応じた補正が行われる場合には、ECU100は、立ち上がりエッジD5を検出しても、この検出から学習値分だけ遅らせたタイミングでクランクカウンタの1歯目を形成するようになっている。このように生成されたクランクカウンタ72は、遅角ズレや進角ズレがない場合の立ち上がりエッジD1の時点から階段状に電圧が上昇する波形と一致する。
On the other hand, when correction according to the learning value is performed, even if the rising edge D5 is detected, the
なお、クランクカウンタ72の階段1つ分の時間は、立ち上がりエッジD1から所定タイミングD2までの信号High状態の時間、すなわち60°CAの回転にかかる時間に対し1/2の時間に設定されている。そのため、クランクカウンタ72は、立ち上がりエッジD1のタイミングでリセットされた後、先述した正常状態と同様に30°CA刻みで24段を階段状に電圧上昇して720°CA/2回転するごとにリセットされる。
Note that the time for one step of the
したがって、ECU100は、学習値が反映されたクランクカウンタ72に基づいた疑似クランク角信号を用いることで、角度差の発生による影響を抑制した状態でエンジン20の制御を実行することができる。したがって、より正確なタイミングでエンジン20をフェールセーフ制御することが可能となる。これにより、製造時のバラツキおよび経年劣化等で、所定クランク角に対する所定カム角の相対位置が設計中央から外れて生じた角度差がもたらす各種制御の精度の低下を解消することができる。
Therefore, the
次に、本実施の形態におけるエンジン20の制御処理の動作について、図10および図11に示すフローチャートを参照して説明する。図10は正常運転時にクランク角とカム角の相対位置関係(タイミング)のズレを学習する制御処理の動作を示すフローチャートである。図11はクランク角センサ131が正常でない場合に疑似クランク角信号を生成する制御処理の動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the control process of the
なお、図10に示すフローチャートは、ECU100によって、RAM100cを作業領域として実行されるエンジン20の制御処理のプログラムの実行内容を表す。このエンジン20の制御処理のプログラムは、ECU100のROM100bに記憶されている。また、このエンジン20の制御処理は、ECU100によって、イグニッションのオンからオフまでの間に、予め定められた時間間隔で実行されるようになっている。例えば、イグニッションオンの状態で1時間に1回、あるいはカレンダーに連動して前回実行した時から、約1か月程度の間隔をあけた日など、予め設定された時間間隔で実行される。
The flowchart shown in FIG. 10 represents the execution contents of the program for the control process of the
図10に示すように、まず、ECU100は、クランク角センサ131に異常が発生しているか否かの判定を行う(ステップS1)。具体的には、ECU100は、クランク角センサ131の信号波形が上述したような異常な波形となっているか否かを判定する。
As shown in FIG. 10, first, the
ECU100は、クランク角センサ131が異常でない、すなわち、クランク角センサ131が正常動作であると判定した場合には(ステップS1でYES)、安定したアイドル運転が実行されているか否かを判定する(ステップS2)。このステップにおいて、ECU100は、例えば、ステップS1で得られた波形に基づき、エンジン回転数の変動が所定の範囲内に収まっているか否か、また、図示しないアクセルペダルが踏み込まれていないか否かを判定する。ECU100は、エンジン回転数の変動が所定の範囲内に収まっており、アクセルペダルが踏み込まれておらず、安定したアイドル運転であると判定した場合には(ステップS2でYESと判定)、クランク角センサ131に対するフェールセーフを実行することなく、下記式(1)に示すように角度差を学習値として記憶する。すなわち、所定のカム角と所定クランク角との角度差を学習値として記憶する(ステップS3)。
学習値 = 所定カム角 − 所定クランク角 (1)
When it is determined that the
Learning value = Predetermined cam angle-Predetermined crank angle (1)
具体的には、ECU100が、吸気カム角センサ139および排気カム角センサ140の出力するカム角信号と、クランク角センサ131の出力するクランク角信号に基づいて演算処理し、角度差を学習値としてRAM100cに記憶する。
Specifically,
なお、ECU100は、クランク角センサが正常でないと判定したり(ステップS1でNO)、安定したアイドル運転ではないと判定した場合には(ステップS2でNO)、学習値を更新することなくリターンに移行する。
Note that if the
一方、ECU100は、フェールセーフを実行する必要があるか否かを判定するため、図11に示すように、クランク角センサ131が異常であるか否かの判定を行う(ステップS11)。具体的には、ECU100は、クランク角センサ131の信号波形が上述した異常を表す波形となっているか否かを判定する。
On the other hand, the
ECU100は、クランク角センサ131が異常である、すなわち、クランク角センサ131が正常に動作していないと判定した場合には(ステップS11でYES)、クランク角センサ131に対するフェールセーフを実行するために、疑似クランク角信号を生成し、エンジン20の制御処理を実行する(ステップS12)。
When
具体的には、ECU100は、RAM100cに記憶されている学習値に基づいて生成した疑似クランク角信号に基づいてエンジン20を制御する。すなわち、ECU100は、下記式(2)のように演算処理する。
推定クランク位置
= カム角信号により仮設定したクランク角 + 学習値 (2)
Specifically, the
Estimated crank position = Crank angle temporarily set by cam angle signal + Learning value (2)
なお、本実施の形態においては、クランク角は60°CAに仮設定されている。図9に沿って説明したとおり、ECU100が、進角ズレを含むカム角信号(実線69)の立ち上がりエッジD5と立ち下がりエッジD4に基づいて回転速度を算出し、60°CA信号を生成する。ECU100は、この60°CA信号に基づいて、図示しない電子回路等を用いてクランクカウンタを生成する。この際、ECU100は、立ち上がりエッジD5に、上記演算処理により得られた学習値およびカムシャフト232の回転速度から求まるタイミング誤差を反映させるとともに、立ち上がりエッジD5と立ち下がりエッジD4との時間間隔を2等分したタイミングを用いることにより、30°CAごとに電圧上昇するクランクカウンタ72が生成される。
In the present embodiment, the crank angle is provisionally set to 60 ° CA. As described with reference to FIG. 9, the
このようにして、クランク角信号のフェール時、すなわちクランク角センサ131の出力が正常でない場合においても、ECU100が、カム角センサ130の出力から疑似クランク角信号を生成し、従来のクランク角信号のフェール時と比較してエンジン20に対するより正確な制御を可能にした。
In this way, even when the crank angle signal fails, that is, when the output of the
一方、ECU100は、クランク角センサ131が異常でない、すなわち、クランク角センサ131が正常に動作していると判定した場合には(ステップS11でNO)、クランク角センサ131に対するフェールセーフを実行することなく、本制御処理を終了する。
On the other hand, when the
したがって、クランク角信号のフェール時、すなわちクランク角センサ131の出力が正常でない場合においても、ECU100が、カム角センサ130の出力から疑似クランク角信号を生成し、エンジン20に対するより正確な制御を可能にした。このように、フェール時においても、エンジン20内の燃焼状態を安定させ、エンジンストールの事態を回避することが可能である。例えば、当該エンジン20を搭載した車両に、クランク角センサ131の異常が発生した時、その車両を修理するための修理工場まで自力走行させられない不具合、プレイグニッションやノッキングの発生、さらに排気管321の経路に延設された触媒コンバータ322内の触媒を排気の高熱で傷めるような不具合を回避し、正常な運転を可能にすることができる。
Therefore, even when the crank angle signal fails, that is, even when the output of the
以上のように、本発明の実施の形態に係るECU100は、クランク角センサ131の出力するクランク角信号に基づいて正常な運転と判定した場合には、ECU100がクランク角とカム角の角度差を学習値として記憶しておくとともに、クランク角信号が正常でない場合は、ECU100がカム角センサ130の出力するカム角信号と記憶した学習値に基づいて疑似クランク角信号を生成することができる。したがって、クランク角信号が正常でない場合にも、クランク角信号が正常に出力されている場合と同様にエンジン20を制御することが可能である。結果として、クランク角センサ131の出力が正常でない場合においても、クランク角とカム角の角度差を学習値としてフェールセーフ制御に反映し、エンジン20内の燃焼状態を安定させ正常な運転を可能にすることができる。
As described above, when
なお、上述した実施の形態においては、1つのECUを有するものとして説明したが、これに限らず、複数のECUによって構成されるものであってもよい。例えば、エンジン20の燃焼制御を実行するE−ECU、トランスミッション30の変速制御を実行するT−ECU等の複数のECUによって、本実施の形態のECU100が構成されるものであってもよい。
In addition, in embodiment mentioned above, although demonstrated as what has one ECU, it is not restricted to this, You may be comprised by several ECU. For example, the
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、クランク角信号のフェール時におけるフェールセーフをより確実にし、クランク角検出手段の出力が正常でない場合においても、プレイグニッションやノッキングの発生を回避し、内燃機関内の燃焼状態を安定させ、正常な運転を可能にすることができるという効果を奏するものであり、点火プラグの点火タイミングやインジェクタの燃料噴射タイミングを制御する内燃機関の制御装置として有用である。 As described above, the control device for an internal combustion engine according to the present invention further ensures fail-safe at the time of failure of the crank angle signal, and even when the output of the crank angle detection means is not normal, occurrence of pre-ignition or knocking The control of the internal combustion engine that controls the ignition timing of the spark plug and the fuel injection timing of the injector has the effect of stabilizing the combustion state in the internal combustion engine and enabling normal operation Useful as a device.
10 車両
20 エンジン
21 気筒
61 クランク角信号
63 カム角信号
69 カム角信号
72 クランクカウンタ
100 ECU(制御装置、制御手段、判定手段、記憶手段、角度差算出手段、疑似クランク角信号生成手段)
130 カム角センサ(カム角検出手段)
131 クランク角センサ(クランク角検出手段)
134 スタートスイッチ
135 スロットルセンサ
139 吸気カム角センサ(カム角検出手段)
140 排気カム角センサ(カム角検出手段)
211 ピストン
213 クランクシャフト
223 吸気バルブ
224 排気バルブ
225 インジェクタ
226 点火プラグ
232 カムシャフト
241 吸気カムシャフト
242 排気カムシャフト
243 吸気カム
244 排気カム
247 吸気側回転位相コントローラ
248 排気側回転位相コントローラ
249 クランクスプロケット
DESCRIPTION OF
130 Cam angle sensor (cam angle detection means)
131 Crank angle sensor (crank angle detection means)
134
140 Exhaust cam angle sensor (cam angle detection means)
211
Claims (3)
前記クランク角検出手段の検出結果が正常か否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果が正常である場合に、前記クランク角と前記カム角の角度差を、前記クランク角信号および前記カム角信号に基づいて算出する角度差算出手段と、
前記角度差算出手段の算出した角度差を学習値として記憶する記憶手段と、
前記カム角信号と前記記憶手段に記憶された学習値とに基づいて疑似クランク角信号を生成する疑似クランク角信号生成手段と、を備え、
前記制御手段は、前記判定手段の判定結果が正常である場合に、前記記憶手段に前記学習値を記憶させ、前記判定結果が正常でない場合に、前記疑似クランク角信号に基づいて、前記内燃機関を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 Crank angle detection means for detecting a crank angle signal representing the crank angle of the crankshaft of the internal combustion engine, cam angle detection means for outputting a cam angle signal representing the cam angle of the camshaft of the internal combustion engine, the crank angle signal and A control unit for controlling the output of the internal combustion engine based on the cam angle signal;
Determination means for determining whether the detection result of the crank angle detection means is normal;
An angle difference calculating means for calculating an angle difference between the crank angle and the cam angle based on the crank angle signal and the cam angle signal when the determination result of the determining means is normal;
Storage means for storing the angle difference calculated by the angle difference calculation means as a learning value;
Pseudo crank angle signal generating means for generating a pseudo crank angle signal based on the cam angle signal and the learning value stored in the storage means,
The control means stores the learning value in the storage means when the determination result of the determination means is normal, and based on the pseudo crank angle signal when the determination result is not normal, the internal combustion engine A control apparatus for an internal combustion engine characterized by controlling the engine.
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