JP2015214952A - 内燃機関制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】カムセンサ信号に基づいて内燃機関の各気筒を識別すると共に、カムセンサ信号に基づいてクランクカウンタを正確に算出する。【解決手段】クランクセンサ1からの検出信号に基づいて気筒を識別すると共にクランクカウンタを生成し、クランクセンサ1が異常の場合に、カムセンサ4からの検出信号に基づいて気筒を識別すると共にクランクカウンタを生成する内燃機関制御装置において、カム軸3が1回転する毎に前記カムセンサ4からの検出信号に基づいて前記クランクカウンタのカウント値を補正する補正手段を備えた。【選択図】図1
Description
本発明は、クランクセンサが異常となった場合に、カムセンサからの信号を用いてバックアップ制御を実行するように構成された内燃機関制御装置に関する。
内燃機関制御装置の一例として、特許文献1に記載された装置が知られており、この装置においては、クランクセンサが異常となった場合に、カムセンサ信号のパルス幅の比率に基づいて内燃機関の各気筒を識別している。
ところで、クランクセンサが正常である場合には、内燃機関の噴射、点火制御は、クランクセンサからの信号に基づいて生成されたクランクカウンタに従って実行される。しかし、上記特許文献1に記載された装置では、カムセンサ信号のパルス幅の比率から各気筒を識別しているだけであり、クランクカウンタを生成していなかった。
クランクカウンタを生成する構成として、カムセンサ信号のパルス幅を所定回逓倍することにより、クランクカウンタを算出する構成が知られている。この構成の場合、一度、気筒識別を実行すると、それ以降は気筒識別を実行していないため、カムセンサ信号にノイズが発生したような場合、クランクカウンタのカウント値がずれてしまうという問題があった。
そこで、本発明の目的は、カムセンサ信号に基づいて内燃機関の各気筒を識別すると共に、カムセンサ信号に基づいてクランクカウンタを正確に算出することができる内燃機関制御装置を提供することにある。
請求項1の発明においては、クランクセンサからの検出信号に基づいて気筒を識別すると共にクランクカウンタを生成し、クランクセンサが異常の場合に、カムセンサからの検出信号に基づいて気筒を識別すると共にクランクカウンタを生成する内燃機関制御装置において、カム軸が1回転する毎に前記カムセンサからの検出信号に基づいて前記クランクカウンタのカウント値を補正する補正手段を備えたところに特徴を有する。
以下、本発明の第1実施形態について、図1ないし図6を参照して説明する。まず、図1は、本実施形態の内燃機関制御装置の概略構成を示すブロック図である。この図1に示すように、クランクセンサ1は、内燃機関のクランク軸2の回転に関連する第1の信号Saを出力する。クランクセンサ1は、クランク軸2に一体に設けられた回転円板(図示しない)と、回転円板の外周部に所定角度毎に設けられた複数の突起(図示しない)と、電磁ピックアップ式、ホール式または磁気抵抗式等の検出器(図示しない)とから構成される。
カム軸3は、クランク軸2に対して1/2の減速比を有し、ベルト駆動等によりクランク軸2と同期して回転する。カムセンサ4は、カム軸3の回転に関連する第2の信号Sb(カムセンサ信号)を出力する。尚、内燃機関には、カムセンサ4として、吸気弁のカムセンサ4と排気弁のカムセンサ4とが設けられており、吸気弁のカムセンサ4は第2の信号Sb(IN)を出力し、排気弁のカムセンサ4は第2の信号Sb(EX)を出力する。本実施形態では、吸気弁のカムセンサ4から出力される第2の信号Sb(IN)を、第2の信号Sb(カム信号)として用いる。
吸気弁のカムセンサ4と排気弁のカムセンサ4は、同じ構成であるから、以下、吸気弁のカムセンサ4の構成について説明する。カムセンサ4は、図2に示すように、カム軸3に一体に設けられた回転円板(カムロータ)5と、回転円板5の外周部に沿って設けられた例えば3個の凸部5a、5b、5cと、電磁ピックアップ式、ホール式または磁気抵抗式等の検出器6とから構成される。
上記回転円板5の第1の凸部5aは、カム軸3の回転角120°CA(Crank Angle)に相当する扇形の凸部であり、第2の凸部5bは、カム軸3の回転角180°CAに相当する扇形の凸部であり、第3の凸部5cは、カム軸3の回転角60°CAに相当する扇形の凸部である。
そして、回転円板5の外周部における第1の凸部5aと第2の凸部5bとの間には、カム軸3の回転角60°CAに相当する第1の凹部5dが設けられている。回転円板5の外周部における第2の凸部5bと第3の凸部5cとの間には、カム軸3の回転角180°CAに相当する第2の凹部5eが設けられている。回転円板5の外周部における第3の凸部5cと第1の凸部5aとの間には、カム軸3の回転角120°CAに相当する第3の凹部5fが設けられている。
さて、クランクセンサ1からの第1の信号Sa及びカムセンサ4からの第2の信号Sbは、マイクロコンピュータ7に与えられる。マイクロコンピュータ7は、内燃機関のパラメータを制御するための制御手段を構成している。マイクロコンピュータ7は、気筒判別手段8と、クランクカウンタ生成手段9と、演算手段10と、異常時気筒判別手段11と、異常時クランクカウンタ生成手段12と、クランクカウンタ修正手段13と、整合性判定手段14とを備えている。この構成の場合、異常時クランクカウンタ生成手段12、クランクカウンタ修正手段13及び整合性判定手段14が補正手段を構成している。
気筒判別手段8は、クランクセンサ1からの第1の信号Saに基づいて内燃機関の気筒を識別(判別)し、気筒識別結果を演算手段10へ出力する。クランクカウンタ生成手段9は、クランクセンサ1からの第1の信号Saに基づいてクランクカウンタを算出し、算出結果(カウント値)を演算手段10へ出力する。演算手段10は、クランクセンサ1の正常時には、気筒判別手段8からの気筒識別結果とクランクカウンタ生成手段9からの算出結果(カウント値)とに基づいて、内燃機関の制御用のパラメータ(点火時期及び燃料噴射量等の各種のパラメータ)を生成し、生成したパラメータを内燃機関の各気筒に供給する。尚、演算手段10のクランクセンサ1の正常時の機能、気筒判別手段8の機能、クランクカウンタ生成手段9の機能は、周知構成の内燃機関制御装置の各機能と同じであり、同様にして構成すれば良い。
さて、異常時気筒判別手段11は、カムセンサ4からの第2の信号Sbに基づいて内燃機関の気筒を識別(判別)し、気筒識別結果を演算手段10へ出力する。この場合、カムセンサ4からの第2の信号Sbは、図3に示すように、信号レベルが変化する。
即ち、例えば角度位置p0で第2の信号SbがHIGHレベルになると、この後、回転円板5の凸部5aに対応して120°CAだけ回転円板5が回転した角度位置p1で、LOWレベルに切り替わる。そして、この後、回転円板5の凹部5dに対応して60°CAが経過した角度位置p2で、HIGHレベルに切り替わると、更にこの後、回転円板5の凸部5bに対応して180°CAだけ回転円板5が回転した角度位置p3で、LOWレベルに切り替わる。この後は、回転円板5の凹部5eに対応して180°CAだけ回転円板5が回転した角度位置p4で、HIGHレベルに切り替わると、更にこの後、回転円板5の凸部5cに対応して60°CAだけ回転円板5が回転した角度位置p5で、LOWレベルに切り替わる。そして、この後は、回転円板5の凹部5fに対応して120°CAだけ回転円板5が回転した角度位置p0(最初に説明した位置)に戻り、HIGHレベルに切り替わる。
異常時気筒判別手段11は、カムセンサ4からの第2の信号Sbが上記したように変化するときに、角度位置p2において、120°CAのHIGHレベル部分(1)と、60°CAのLOWレベル部分(2)と境界(角度位置p2)を検出することに基づいて、内燃機関の気筒を識別(判別)することができる。尚、この気筒識別処理は、内燃機関の運転開始時に1回実行すれば良い。また、内燃機関の運転開始時に、上記気筒識別処理を数回実行しても良いし、回転円板5が1回転する毎に1回実行するように構成してもよい。
そして、異常時気筒判別手段11は、上記気筒識別(判別)が成立したときには、クランクカウンタ15のカウント値を60°CA、即ち、カウント値の具体値としては「2」を設定する(図3参照)。この場合、クランクカウンタ15のカウント値の最小単位(LSB)は、30°CAとなっている。また、上記気筒識別位置、即ち、角度位置p2は、クランクカウンタ15のカウント値が「2」の位置である。
次に、異常時クランクカウンタ生成手段12は、カムセンサ4からの第2の信号Sbに基づいてクランクカウンタ15を算出し、算出結果(カウント値)を演算手段10へ出力する。この場合、図4に示すように、カムセンサ4からの第2の信号Sbにおける180°CAに相当する部分(3)(即ち、角度位置p0から角度位置p2までの間の角度)だけ回転円板5が回転するのに要する時間、即ち、180°CA角度時間Tを計測し、この計測した180°CA角度時間Tを6逓倍することにより、30°CA角度部分(4)に相当する時間、即ち、30°CA角度時間tを算出し、この算出した30°CA角度時間tが経過する毎に、クランクカウンタ15のカウント値をカウントアップするようにしている。これにより、クランクカウンタ15のカウント値が「0」から「23」まで(即ち、0°CAから720°CAまで)カウントアップされるクランクカウンタ15が算出(生成)される。尚、回転円板5が180°CA回転する毎に、180°CA角度時間Tを計測し、30°CA角度時間tを算出している。そして、回転円板5が180°CA回転する毎に、上記新たに算出した30°CA角度時間tに基づいて、クランクカウンタ15をカウントアップするようにしている。
また、整合性判定手段14は、回転円板5(カム軸3)が1回転したことを判定する機能を有しており、回転円板5が1回転したことを判定したときに、その判定信号をクランクカウンタ修正手段13へ出力する。クランクカウンタ修正手段13は、整合性判定手段14から判定信号を入力したときに(カム軸3が1回転する毎に)、クランクカウンタ15のカウント値を修正する。クランクカウンタ修正手段13及び整合性判定手段14の具体的機能について、図5を参照して説明する。
まず、整合性判定手段14において、回転円板5が1回転したか否かの判定は、図5に示すように、例えば、クランクカウンタ15のカウント値が「2」(即ち60°CA)のときに行なう。このとき、120°CAのHIGHレベル部分(1)と、60°CAのLOWレベル部分(2)との比が設定値(2)であるか否かで判定する。即ち、カムセンサ4からの第2の信号SbのHIGHレベル部分(凸部部分)の角度時間(即ち、HIGHレベル部分の角度だけ回転円板5が回転するのに要する時間)と、LOWレベル部分(凹部部分)の角度時間との比が所定値(2)であれば、角度位置p2であると判定することができ、判定信号がクランクカウンタ修正手段13へ送られる。
クランクカウンタ修正手段13は、上記判定信号を入力すると、クランクカウンタ15のカウント値を修正し、例えば「2」に設定する。そして、このようなクランクカウンタ15の修正処理が、前記角度位置p2が判定される毎に(即ち、回転円板5が1回転する毎に)実行されるようになっている。
ここで、マイクロコンピュータのクランクカウンタ修正手段13及び整合性判定手段14の機能に相当する制御の一例を、図6のフローチャートに示す。この図6に示す制御は、カムセンサ4からの第2の信号Sbの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが入力される毎に実行される。
まず、図6のステップS10では、カムセンサ4からの第2の信号Sbを入力する処理を行なう。続いて、ステップS20へ進み、第2の信号Sbの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの各入力時刻を記憶する。次いで、ステップS30へ進み、第2の信号Sbの立ち上がりエッジが入力したか否かを判断する。ここで、立ち上がりエッジが入力しなかった場合には、「NO」へ進み、処理を終了する。
一方、上記ステップS30において、立ち上がりエッジが入力した場合には、「YES」へ進み、ステップS40へ進む。このステップS40では、第2の信号SbのHIGHレベル部分(凸部部分)の角度時間と、LOWレベル部分(凹部部分)の角度時間との比を算出し、この算出した比が所定値(2)以上であるか否かを判断する。ここで、算出した比が所定値(2)以上でないときは、角度位置p2でないから、「NO」へ進み、処理を終了する。
また、上記ステップS40において、算出した比が所定値(2)以上であるときは、角度位置p2であるから、「YES」へ進み、ステップS50へ進み、クランクカウンタ15のカウント値を上述したように「2」に設定(修正)する。
さて、前記演算手段10は、クランクセンサ1の異常時(例えばクランクセンサ1とマイクロコンピュータとを接続する信号線等が断線したようなとき)には、異常時気筒判別手段11からの気筒識別結果と、異常時クランクカウンタ生成手段12からの算出結果(カウント値)とに基づいて、内燃機関の制御用のパラメータ(点火時期及び燃料噴射量等のパラメータ)を生成し、生成したパラメータを内燃機関の各気筒に供給するようになっている。
上記した構成の本実施形態によれば、カムセンサ4からの第2の信号Sb(カムセンサ信号)に基づいて内燃機関の各気筒を識別すると共に、カムの回転円板5が1回転する毎にカムセンサ4からの第2の信号Sb(カムセンサ信号)に基づいてクランクカウンタ15のカウント値を補正するように構成したので、第2の信号Sbに基づいてクランクカウンタ15を正確に算出(生成)することができる。
(第2実施形態)
図7ないし図10は、本発明の第2実施形態を示すものである。尚、第1実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第2実施形態では、吸気弁のカムセンサ4からの第2の信号Sb(IN)と、排気弁のカムセンサ4からの第2の信号Sb(EX)とを用いて、クランクカウンタ15の異常をより早く検出するように、即ち、第2の信号Sb(IN)の180°CA毎にクランクカウンタ15の正常・異常判定(即ち、整合性成立・不成立判定)を実行するように構成した。
図7ないし図10は、本発明の第2実施形態を示すものである。尚、第1実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第2実施形態では、吸気弁のカムセンサ4からの第2の信号Sb(IN)と、排気弁のカムセンサ4からの第2の信号Sb(EX)とを用いて、クランクカウンタ15の異常をより早く検出するように、即ち、第2の信号Sb(IN)の180°CA毎にクランクカウンタ15の正常・異常判定(即ち、整合性成立・不成立判定)を実行するように構成した。
具体的には、図7に示すように、第2の信号Sb(IN)の角度位置p2、p3、p4、・・・(180°CA)の各エッジが、第2の信号Sb(EX)の角度位置p2とp3の間(180°CA区間)、p3とp4の間、・・・にそれぞれ位置しているときに、整合性成立(正常)と判定し、位置していないときに、整合性不成立(異常)と判定する。
この判定を行なうに際しては、第2の信号Sb(IN)及び第2の信号Sb(EX)の入力タイミングが180°CAのときに、カウントアップすると共に、カウント値が「0」から「3」の間でカウントアップするカムカウンタ(IN)及びカムカウンタ(EX)を設けた。そして、第2の信号Sb(IN)の角度位置p2、p3、p4、・・・(180°CA)の各エッジで、2つのカムカウンタ(IN)及びカムカウンタ(EX)のカウント値が一致するか否かで、整合性が成立するか不成立であるかを判断するように構成した。
図7においては、第2の信号Sb(IN)の角度位置p2、p3の各エッジでは、2つのカムカウンタ(IN)及びカムカウンタ(EX)のカウント値がそれぞれ一致するので、整合性が成立する。従って、クランクカウンタ15はカウンタ値がずれておらず、修正は実行しない。
この後、時刻t1で、第2の信号Sb(IN)にノイズNが発生したとすると、第2の信号Sb(IN)の角度位置p4のエッジにおいては、2つのカムカウンタ(IN)及びカムカウンタ(EX)のカウント値が一致しないので、整合性が成立しない。従って、クランクカウンタ15はカウンタ値がずれていると判断できることから、カウンタ値の修正を実行する。この場合、図7に示すように、例えば、第1実施形態の異常時気筒識別手段11と同様にして、第2の信号Sb(IN)の120°CAのHIGHレベル部分(1)と、60°CAのLOWレベル部分(2)と境界(角度位置p2)を検出することに基づいて、内燃機関の気筒を識別(判別)し、この気筒識別(判別)が成立したときに、角度位置p2において、クランクカウンタ15のカウント値を60°CA、即ち、カウント値の具体値としては「2」を設定する。
そして、第1実施形態の異常時クランクカウンタ生成手段12と同様にして、第2の信号Sb(IN)に基づいてクランクカウンタ15を算出し、算出結果(カウント値)を演算手段10へ出力する。この場合、第2の信号Sb(IN)における180°CAに相当する部分(3)(即ち、角度位置p2から角度位置p3までの間の角度)だけ回転円板5が回転するのに要する時間(180°CA角度時間)Tを計測し、この計測した180°CA角度時間Tを6逓倍することにより、30°CA角度部分(4)に相当する時間(30°CA角度時間)tを算出し、この算出した30°CA角度時間tが経過する毎に、クランクカウンタ15のカウント値をカウントアップする。
また、本実施形態においては、整合性の不成立を判定した時点から気筒識別が成立するまでの間は、クランクカウンタ15のカウント値を初期化、即ち、初期値(例えば「−1」)に設定している。尚、カウント値を初期化する代わりに、例えば、図8に示すように、整合性の不成立を判定した時点から気筒識別が成立するまでの間は、クランクカウンタ15のカウント動作をそれまで同様に継続して実行するように構成しても良い。
次に、第2実施形態のマイクロコンピュータのクランクカウンタ修正手段13及び整合性判定手段14の機能に相当する制御の一例を、図9、図10のフローチャートに示す。図9に示す制御は、カムセンサ4からの第2の信号Sb(IN)の180°CAの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが入力される毎に実行される。図10に示す制御は、カムセンサ4からの第2の信号Sb(EX)の180°CAの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが入力される毎に実行される。図9の制御と図10の制御は、パラレル(同時平行的に)に実行される。
まず、図9のステップS110では、カムセンサ4からの第2の信号Sb(IN)を入力する処理を行なう。続いて、ステップS120へ進み、第2の信号Sb(IN)の180°CAの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが入力したか否か(180°CAタイミングであるか否か)を判断する。ここで、第2の信号Sbの180°CAの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが入力しなかった場合には、「NO」へ進み、処理を終了する。
一方、上記ステップS120において、第2の信号Sbの180°CAの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが入力した場合には、「YES」へ進み、ステップS130へ進む。このステップS130では、カムカウンタ(IN)をカウントアップする。続いて、ステップS140へ進み、カムカウンタ(IN)のカウント値とカムカウンタ(EX)のカウント値とが等しいか否かを判断する。ここで、カムカウンタ(IN)のカウント値とカムカウンタ(EX)のカウント値とが等しかった場合には、「YES」へ進み、処理を終了する。
また、上記ステップS140において、カムカウンタ(IN)のカウント値とカムカウンタ(EX)のカウント値とが等しくなかった場合には、「NO」へ進み、ステップS150へ進む。このステップS150では、クランクカウンタ15を初期化し、その後、クランクカウンタ15のカウント値を修正する。この場合、例えば、第2の信号SbのHIGHレベル部分(凸部部分)の角度時間と、LOWレベル部分(凹部部分)の角度時間との比を算出し、算出した比が所定値(2)以上であったとき(気筒識別が成立したとき)に、クランクカウンタ15のカウント値を「2」に修正設定する。尚、ステップS150において、クランクカウンタ15を初期化する代わりに、クランクカウンタ15のカウント動作を継続するように構成しても良い。
次に、図10の制御について説明する。まず、図10のステップS210では、カムセンサ4からの第2の信号Sb(EX)を入力する処理を行なう。続いて、ステップS220へ進み、第2の信号Sb(EX)の180°CAの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが入力したか否か(180°CAタイミングであるか否か)を判断する。ここで、第2の信号Sbの180°CAの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが入力しなかった場合には、「NO」へ進み、処理を終了する。
一方、上記ステップS220において、第2の信号Sbの180°CAの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが入力した場合には、「YES」へ進み、ステップS230へ進む。このステップS230では、カムカウンタ(EX)をカウントアップする。続いて、ステップS240へ進み、カムカウンタ(EX)のカウント値をマイクロコンピュータのメモリ内に記憶する。この記憶したカウント値は、図9のステップS140の判断処理(カムカウンタ(IN)のカウント値とカムカウンタ(EX)のカウント値とが等しいか否かを判断する処理)において用いられる。
尚、上述した以外の第2実施形態の構成は、第1実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第2実施形態においても、第1実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第2実施形態によれば、第2の信号Sb(IN)の180°CA毎に、クランクカウンタ15の正常・異常判定(整合性成立・不成立判定)を行ない、異常判定がなされたときには、クランクカウンタ15のカウント値を修正するように構成したので、第1実施形態に比べて、クランクカウンタ15の異常を早く判断することができ、クランクカウンタ15のカウント値を早く修正することができる。
図面中、1はクランクセンサ、2はクランク軸、3はカム軸、4はカムセンサ、5は回転円板、6は検出器、7はマイクロコンピュータ、8は気筒識別手段、9はクランクカウンタ生成手段、10は演算手段、11は異常時気筒識別手段、12は異常時クランクカウンタ生成手段、13はクランクカウンタ修正手段、14は整合性判定手段である。
Claims (7)
- クランクセンサ(1)からの検出信号に基づいて気筒を識別すると共にクランクカウンタ(15)を生成し、クランクセンサ(1)が異常の場合に、カムセンサ(4)からの検出信号に基づいて気筒を識別すると共にクランクカウンタ(15)を生成する内燃機関制御装置において、
カム軸(3)が1回転する毎に前記カムセンサ(4)からの検出信号に基づいて前記クランクカウンタ(15)のカウント値を補正する補正手段を備えたことを特徴とする内燃機関制御装置。 - 前記補正手段は、前記カムセンサ(4)からの検出信号の凸部分の時間幅と凹部分の時間幅との比に基づいて、前記クランクカウンタ(15)のカウント値を補正することを特徴とする請求項1記載の内燃機関制御装置。
- 前記補正手段は、前記クランクカウンタ(15)の所定基準位置の前後に対応する前記カムセンサ(4)からの検出信号の凸部分の時間幅と凹部分の時間幅との比に基づいて、前記クランクカウンタ(15)のカウント値を補正することを特徴とする請求項1記載の内燃機関制御装置。
- 前記補正手段は、前記カムセンサ(4)からの検出信号の凸部分の時間幅と凹部分の時間幅との比の数値が設定値以上であると判断されたときに、前記判断成立時において期待される前記クランクカウンタ(15)のカウント値を、前記クランクカウンタ(15)のカウント値として設定することを特徴とする請求項1記載の内燃機関制御装置。
- 前記補正手段は、前記カム軸(3)が1回転する間に複数回、2個のカムセンサ(4)からの各検出信号に基づいて前記クランクカウンタ(15)のカウント値の異常を検出することを特徴とする請求項1記載の内燃機関制御装置。
- 前記補正手段は、前記クランクカウンタ(15)のカウント値の異常を検出したときに、前記クランクカウンタ(15)のカウント値を初期化することを特徴とする請求項5記載の内燃機関制御装置。
- 前記補正手段は、前記クランクカウンタ(15)のカウント値の異常を検出したときであっても、前記クランクカウンタ(15)のカウント動作を継続することを特徴とする請求項5記載の内燃機関制御装置。
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