JP2014047746A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の逆回転を信頼性高く判定するようにして、逆回転による損傷を未然に防止しつつ、不用意な内燃機関の停止制御を実行してしまうことのない、内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】燃焼室内に燃料噴射してピストンを往復させることによりクランクシャフト１１１を回転させて動力を出力する内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）１０であって、クランクシャフトの逆回転を検出するクランク角センサ１３１と、このクランク角センサがクランクシャフトの逆回転を検知する度に逆回転数をカウントアップするカウント部１４と、このカウント部のカウントアップが２回連続する場合に燃焼室内への燃料の噴射や点火を停止する燃料噴射・点火制御停止部１５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、内燃機関の逆回転検出時における内燃機関制御に関する。

車両に搭載する内燃機関が知られており、この内燃機関では、燃焼室内に直接噴射または吸気ポートに噴射した燃料を点火燃焼させてピストンを往復させてクランクシャフトを回転駆動させることで車両を走行させる駆動力を得る。
内燃機関では、何らかの原因によりクランクシャフトが逆回転する場合に、燃料の噴射や点火のタイミングに誤判定が起こって誤噴射・誤点火させてしまう場合がある。例えば、近年普及しているアイドリングストップ時には、再始動のためにピストンを最適位置にして一時停止する制御を実行する場合があり、この場合などにクランクシャフトの揺り戻しによる逆転動作が発生する場合がある。
この内燃機関では、逆回転時にも燃料の誤噴射・誤点火を実行すると、損傷させてしまう可能性があるなど、品質に悪影響が少なからずある。

このことから、この種の内燃機関には、逆回転時の誤噴射・誤点火を防止するために、気筒毎のクランク角検出結果を利用して、２種の信号から気筒毎に逆転発生の有無を判断し、その気筒毎に燃料の噴射・点火を禁止するリセット制御を実施する制御装置が提案されている（特許文献１）。
ここで、内燃機関の逆回転を検出する装置としては、クランクシャフトの回転方向から直接そのクランクシャフトの逆回転を検出して、正回転と逆回転とで異なる信号を出力するセンサも提案されている（特許文献２）。

特許４０８１２５４号公報 特開２００５−２５６８４２号公報

しかしながら、このような内燃機関の制御装置にあっては、例えば、アイドリングストップの度に、気筒毎のリセット制御を実施すると、再始動するまでに時間が掛かってしまう、という課題が発生する。
また、この検出信号にはノイズが載ってしまうことがあることから、１つのタイミングの逆転判定だけでは、正常回転しているのにも拘わらずに、燃料の噴射・点火を禁止するリセット制御を実行してしまい、内燃機関にエンジンストップ、所謂、エンストさせてしまう可能性がある。

そこで、本発明は、内燃機関の逆回転を信頼性高く判定するようにして、逆回転による損傷を未然に防止しつつ、不用意な内燃機関の停止制御を実行してしまうことのない、内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するエンジンの制御装置に係る発明の第１の態様は、燃焼室内に導入する噴射燃料を点火することによりピストンを往復させてクランクシャフトを回転させ動力を出力する内燃機関の制御装置であって、前記クランクシャフトの逆回転を検知する逆転検知部と、該逆転検知部が前記クランクシャフトの逆回転を検知する度に逆回転数をカウントアップする逆回転数カウンタと、該逆回転数カウンタのカウントアップが予め設定されている複数回以上連続する場合に前記燃焼室内への燃料噴射を停止する燃料噴射制御部と、を備えることを特徴とするものである。

上記課題を解決する内燃機関の制御装置に係る発明の第２の態様は、上記第１の態様の特定事項に加え、前記内燃機関が停止状態にあるか否か又は前記内燃機関の始動信号があるか否かの少なくとも一方を確認する内燃機関停止始動確認部と、前記燃料噴射制御部が前記逆回転数カウンタのカウントアップに基づいて前記燃焼室内への燃料噴射を停止する際に該燃料噴射の禁止を設定する噴射禁止設定部と、を備えて、前記燃料噴射制御部は、前記内燃機関停止始動確認部が前記内燃機関の停止状態を確認した場合又は前記内燃機関の始動信号を確認した場合に前記噴射禁止設定部が設定する前記燃焼室内への燃料噴射の禁止を解除することを特徴とするものである。

このように、本発明の上記の第１の態様によれば、少なくとも２回以上（設定複数回）のクランクシャフトの逆回転数がカウントされたときに、内燃機関の逆回転発生を検知して燃料噴射を停止することができる。このため、１回だけの逆回転の検知で誤判定してしまうことを回避しつつ、信頼性高く逆回転を検知し誤噴射を防止することができる。したがって、内燃機関の逆回転による損傷を未然に防止しつつ、不用意な停止をなくすことができる。

本発明の上記の第２の態様によれば、燃料噴射の禁止を設定して内燃機関を一旦停止させた後には、その内燃機関の停止を確認した場合又は内燃機関の始動信号を確認した場合に、その禁止設定を解除することができる。したがって、複数処理を経ることなく、ドライバによる始動操作を確認する処理だけで内燃機関を直ちに再始動させることができる。

ここで、前記燃料噴射制御部が燃料の噴射を停止し、また、前記噴射禁止設定部が燃料噴射の禁止を設定するのと併せて、前記燃焼室内に導入する燃料の点火も停止や禁止するようにするのが好適である。

図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置の一実施形態を車両に搭載する場合の一例を示す図であり、その全体構成を示す機能ブロック図である。 図２は、そのクランクシャフトの回転方向に応じた検出を説明する図であり、（ａ）はその正回転時を説明する信号波形図、（ｂ）はその逆回転時を説明する信号波形図である。 図３は、そのクランクシャフトの逆回転時の制御を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図３は本発明に係る内燃機関の制御装置の一実施形態を車両に搭載する場合の一例を示す図である。
図１において、制御装置（ＥＣＵ：Engine Control Unit）１０は、内燃機関と共に車両に搭載されて、その内燃機関の駆動を統括制御するようになっており、この制御装置１０は、中央処理装置（ＣＰＵ：Central Pprocessing Unit）が予めメモリ内に格納されている制御プログラムを読み出して各種センサ信号や格納パラメータ等に従う内燃機関の制御処理を実行するように構築されている。

ここで、内燃機関は、簡単に説明すると、液体燃料や気体燃料をインジェクタ１０１が燃焼室内に直接または吸気ポートを介して供給（導入）してイグナイタ１０２で点火・燃焼させピストンを往復させることによりクランクシャフト１１１を回転駆動させる、所謂、レシプロエンジンであり、そのクランクシャフト１１１の回転駆動を車両の走行に必要な動力として出力する。
この内燃機関は、クランクシャフト１１１に連動するカムシャフト１１２と一体の吸気カムと排気カムが吸気弁と排気弁をそれぞれ開閉動作させることにより、吸気ポートから燃焼空気を燃焼室内に吸気させ、また、燃焼後の排気ガスを燃焼室から排気ポートに排気するようになっている。

また、この内燃機関は、クランクシャフト１１１に信号発生用のクランク角シグナル部材（所謂、クランクロータ）１２１が設置されており、そのクランク角シグナル部材１２１の回転をクランク角センサ１３１が検出して制御装置１０にクランク角センサ信号ＣｒＳを出力するようになっている。同様に、カムシャフト１１２にも信号発生用のカム角シグナル部材１２２が設置されており、そのカム角シグナル部材１２２の回転をカム角センサ１３２が検出して制御装置１０にカム角センサ信号ＣａＳを出力するようになっている。

この制御装置１０は、受け取ったクランク角センサ信号ＣｒＳやカム角センサ信号ＣａＳに基づいてクランクシャフト１１１の回転角（ピストンの圧縮膨張タイミング）やカムシャフト１１２の回転角（吸排気弁の開閉動作タイミング）を検知してインジェクタ１０１やイグナイタ１０２の駆動タイミングを最適化するようになっている。すなわち、この制御装置１０は、クランク角センサ信号ＣｒＳやカム角センサ信号ＣａＳに従う上記制御プログラムを実行することにより、燃料噴射制御部１１や点火時期制御部１２として機能するように構築されている。

そして、クランク角シグナル部材１２１は、図２に示すように、クランクシャフト１１１の外周面の周方向に突起形状１２１ａが所定間隔で連続するように形成されており、ここでは、例えば、その突起形状１２１ａが３６か所の均等間隔になるように設置されている。
これにより、クランク角センサ１３１は、クランク角シグナル部材１２１の突起形状１２１ａを検出する度にクランク角センサ信号ＣｒＳを出力することができ、クランクシャフト１１１がクランク角１０度だけ回転したことを検知することができる。

また、クランク角センサ１３１は、クランクシャフト１１１の回転方向に応じたクランク角センサ信号ＣｒＳを出力するように作製されており（上記特許文献２参照）、クランク角１０度に対応する期間内に、正回転時には短期間のＬｏｗレベル信号αを出力し、反対に逆回転時には長期間のＬｏｗレベル信号βを出力するようになっている。すなわち、クランク角センサ１３１が逆転検知部を構成している。
ここで、制御装置１０は、このクランク角センサ１３１が出力するクランク角センサ信号ＣｒＳにクランクシャフト１１１の回転方向に応じた信号α、βが含まれるので、クランク角１０度毎にカウンタ機能を正回転時にはインクリメント（＋１）し、また、逆回転時にはデクリメント（−１）するだけでクランクシャフト１１１のクランク角を正確に把握して各種制御処理を迅速に実行することができる。なお、信号α、βは、Ｌｏｗレベル信号の出力として説明する。

このため、制御装置１０は、クランク角センサ信号ＣｒＳに含まれるＬｏｗレベル信号α、βの何れかに応じてクランクシャフト１１１の回転方向を把握することができ、インジェクタ１０１やイグナイタ１０２の駆動タイミングの最適化と共に検出したクランクシャフト１１１の回転方向に応じてインジェクタ１０１やイグナイタ１０２の駆動を禁止（停止）するようになっている。
このとき、制御装置１０は、クランクシャフト１１１の逆回転の連続検出回数を備えるカウンタ機能を利用して計数（カウント）し、例えば、連続２回の逆回転を検知したときに、燃料の噴射・点火を禁止するようになっている。すなわち、この制御装置１０は、カム角センサ信号ＣａＳからクランクシャフト１１１の逆回転の有無を判定する逆回転判定部１３、その逆回転の連続検出回数を計数するカウント部（逆回転数カウンタ）１４、および、そのカウント数に応じて燃料の噴射・点火を禁止する燃料噴射・点火時期制御停止部（燃料噴射制御部）１５として機能するように構築されている。

これにより、制御装置１０は、クランクシャフト１１１が逆回転して不適切な燃焼タイミングにインジェクタ１０１やイグナイタ１０２が機能する、所謂、バックファイアを内燃機関に発生させてしまうことを回避することができる。
また、制御装置１０では、気筒毎に気筒判定してリセットする訳ではなく、ノイズによる逆回転判定（検知）が発生するとクランク角を誤判定するようになって次回の正回転時にも不適切なタイミングに燃料噴射させ点火させてしまう可能性がある。そのため、この制御装置１０では、連続２回の逆回転検知時に内燃機関の逆転と判定（検知）して、燃料の噴射・点火を禁止する制御を実行することにより、１回のノイズによる誤検出で禁止制御を実行してしまうことを未然に防止することができる。

具体的には、制御装置１０は、イグニッションスイッチＯＮによるスタータ信号ＳｔＳを受け取った後に、図３のフローチャートに示す制御処理（方法）を含む上記制御プログラムを実行して、不適切な燃焼タイミングにおける燃料の噴射・点火を回避しつつ正常な燃焼タイミングにおける燃料の噴射・点火を確保するようになっている。

詳細には、まず、制御装置１０は、スタータ信号ＳｔＳを受け取ると、クランク角信号ＣｒＳの入力確認を繰り返し行って（ステップＳ１１）、その入力を確認すると、クランク角信号ＣｒＳにＬｏｗレベル信号βが含まれているか否かを確認する（ステップＳ２１）。
このステップＳ２１において、クランク角信号ＣｒＳにクランクシャフト１１１の逆回転を示すＬｏｗレベル信号βが含まれていない、言い換えると、内燃機関（エンジン）の正回転を示すＬｏｗレベル信号αが含まれていることが確認された場合には、正常動作中であるとしてカウント部１４をクリアする（ステップＳ２２）。これにより、先のＬｏｗレベル信号βの検出がノイズに基づくものであった場合には逆回転発生と誤判定することなくカウント部１４をリセットすることができる。
また、このステップＳ２１において、クランク角信号ＣｒＳにクランクシャフト１１１（内燃機関）の逆回転を示すＬｏｗレベル信号βが含まれていることが確認された場合には、その逆回転の検知を計数するカウント部１４が保持するカウントＣをインクリメント（Ｃ＝Ｃ＋１）する（ステップＳ２３）。

次いで、そのカウント部１４のカウントＣが「２以上」であるか否かを確認する（ステップＳ３１）。なお、本実施形態では、カウントＣの「２」を閾値として判定するが、これに限るものではなく、発生するクランクシャフト１１１の逆回転量に応じた複数回のカウントＣを設定すればよい。
このステップＳ３１において、カウント部１４のカウントＣが「１」または「０」で「２以上」でないことを確認した場合には、イグニッションスイッチＯＦＦがなされるまで、そのままステップＳ１１に戻って、同様の処理を繰り返す。
また、このステップＳ３１において、カウント部１４のカウントＣが「２以上」であることを確認した場合には、インジェクタ１０１とイグナイタ１０２による燃料の噴射・点火を禁止（禁止フラグを設定）する（ステップＳ３２）。

次いで、クランク角信号ＣｒＳの有無から内燃機関の停止又はイグニッションスイッチＯＮ（スタータ信号ＳｔＳの受取）を確認した後に（ステップＳ４１）、インジェクタ１０１とイグナイタ１０２による燃料の噴射・点火を許可（禁止フラグを解除）するとともに、カウント部１４のカウントＣをクリアする（ステップＳ４２）。内燃機関の停止を確認した場合には再度のイグニッションスイッチＯＮ（スタータ信号ＳｔＳの受取）に備える。すなわち、この制御装置１０は、噴射禁止設定部としても機能し、また、内燃機関停止始動確認部としても機能する。

したがって、制御装置１０は、クランクシャフト１１１が逆回転したことを、１回のノイズによる誤判定を排除しつつ、信頼性高く検知することができ、正回転する内燃機関を誤って停止（所謂、エンスト）させてしまうことなく、逆回転する内燃機関を信頼性高く適正に停止させることができる。また、クランクシャフト１１１の逆回転の後、再度正回転したときに、燃料の誤噴射や誤点火を発生させてしまうことを未然に回避することができる。そして、エンジン始動要求（イグニッションＯＮ）の有無の確認だけで、複雑な判定処理を必要とすることなく、復帰・再始動させることができる。

このように本実施形態においては、ノイズによる１回の逆回転検出判定で燃料噴射等を停止してしまうことを回避しつつ、連続して逆回転を検出したときに、燃料噴射等を停止・禁止する。このため、内燃機関を不必要に停止（エンスト）させてしまうことがない。また、アイドリングストップの実行時におけるクランクシャフト１１１の揺り戻しの発生時には、信頼性高く逆回転発生と判定して、誤噴射等を未然に防止することができる。
また、内燃機関が停止に至るまで、又は内燃機関の始動信号を確認しない限り燃料の噴射等を禁止することができ、誤点火の発生を未然に防止することができる。
したがって、内燃機関の不用意なエンジンストップを回避しつつ、内燃機関の逆回転時の燃料の噴射・点火による損傷を未然に防止することができる。

ここで、本実施形態では特に説明していないが、内燃機関として複数の燃焼室（気筒）を備える場合には、燃料の噴射・点火（燃焼）のタイミング制御は各気筒毎に実行することは言うまでもない。

本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１０ 制御装置
１１ 燃料噴射制御部
１２ 点火時期制御部
１３ 逆回転判定部
１４ カウント部
１０１ インジェクタ
１０２ イグナイタ
１１１ クランクシャフト
１１２ カムシャフト
１２１ クランク角シグナル部材
１２２ カム角シグナル部材
１３１ クランク角センサ
１３２ カム角センサ

Claims (2)

1. 燃焼室内に導入する噴射燃料を点火することによりピストンを往復させてクランクシャフトを回転させ動力を出力する内燃機関の制御装置であって、
   前記クランクシャフトの逆回転を検知する逆転検知部と、該逆転検知部が前記クランクシャフトの逆回転を検知する度に逆回転数をカウントアップする逆回転数カウンタと、該逆回転数カウンタのカウントアップが予め設定されている複数回以上連続する場合に前記燃焼室内への燃料噴射を停止する燃料噴射制御部と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関が停止状態にあるか否か又は前記内燃機関の始動信号があるか否かの少なくとも一方を確認する内燃機関停止始動確認部と、前記燃料噴射制御部が前記逆回転数カウンタのカウントアップに基づいて前記燃焼室内への燃料噴射を停止する際に該燃料噴射の禁止を設定する噴射禁止設定部と、を備えて、
   前記燃料噴射制御部は、前記内燃機関停止始動確認部が前記内燃機関の停止状態を確認した場合又は前記内燃機関の始動信号を確認した場合に前記噴射禁止設定部が設定する前記燃焼室内への燃料噴射の禁止を解除することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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