JP2016196866A - エンジン制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】クランクセンサの異常発生時にカム位相に基づいて燃料噴射時期の到来を精度良く判断する。
【解決手段】エンジン制御システムは、クランクセンサ４０と、カムセンサ４１と、クランクセンサおよびカムセンサからそれぞれ発生されるパルス信号に基づき、クランク位相に対するカム位相の位相ずれ量を検出するずれ量検出部と、クランクセンサの異常の有無を診断する診断部と、所定の燃料噴射時期が到来したか否かを判断する噴射時期判定部とを備える。噴射時期判定部は、クランクセンサの異常が検出されたとき、カムセンサで検出されたカム位相を、ずれ量検出部で検出された位相ずれ量だけ補正し、補正後のカム位相に基づいて燃料噴射時期が到来したか否かを判断する。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジン制御システムに係り、特に、クランクセンサの異常発生時においても燃料噴射時期の到来を正確に判断できるようにしたエンジン制御システムに関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関（エンジン）において、クランクセンサで検出されたクランク位相に基づいて燃料噴射時期の到来を判断することが知られている。また、クランクセンサに異常が発生した場合、代替的に、カムセンサで検出されたカム位相に基づいて燃料噴射時期の到来を判断することも知られている。

特開２００２−２５６９４２号公報

ところで、カムセンサで検出されるカム位相は、クランクセンサで検出されるクランク位相に比べ、ばらつきが生じ易い。その理由は、例えば、カムセンサに対向される歯付リングの取付精度が十分に高くないこと、歯付リングの歯数が少なく分解能が粗いこと、歯付リングの回転速度が遅いこと等が挙げられる。

よって、カムセンサで検出されたカム位相に基づいて燃料噴射時期の到来を判断しても、その判断された燃料噴射時期と真の燃料噴射時期との間に誤差が生じ易い。

そこで本発明は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、クランクセンサの異常発生時にカムセンサで検出されたカム位相に基づいて燃料噴射時期の到来を精度良く判断できるようにしたエンジン制御システムを提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
エンジンのクランク位相を検出するクランクセンサと、
前記エンジンのカム位相を検出するカムセンサと、
前記クランクセンサおよび前記カムセンサからそれぞれ発生されるパルス信号に基づき、前記クランク位相に対する前記カム位相の位相ずれ量を検出するずれ量検出部と、
前記クランクセンサの異常の有無を診断する診断部と、
所定の燃料噴射時期が到来したか否かを判断する噴射時期判定部と、
を備え、
前記噴射時期判定部は、前記診断部で前記クランクセンサの異常が検出されたとき、前記カムセンサで検出されたカム位相を、前記ずれ量検出部で検出された位相ずれ量だけ補正し、補正後のカム位相に基づいて、前記燃料噴射時期が到来したか否かを判断する
ことを特徴とするエンジン制御システムが提供される。

好ましくは、前記エンジンが、コモンレールと、前記コモンレールに燃料を圧送するサプライポンプとを有するディーゼルエンジンであり、
前記カムセンサが、前記サプライポンプのカムシャフトのカム位相を検出するものである。

本発明によれば、クランクセンサの異常発生時にカムセンサで検出されたカム位相に基づいて燃料噴射時期の到来を精度良く判断できるという、優れた効果が発揮される。

本発明の実施形態に係るエンジン制御システムの構成を示す概略図である。 クランクパルス信号およびカムパルス信号を示す図である。 本実施形態の特徴を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態のエンジン制御システムの構成を示す概略図である。エンジン（内燃機関）１は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関、すなわちディーゼルエンジンである。本実施形態のエンジン１は直列６気筒ディーゼルエンジンであるが、エンジン１の種類、形式、気筒数等は任意である。

エンジン１は、燃料噴射装置５を備える。燃料噴射装置５は、コモンレール式燃料噴射装置からなり、各気筒に設けられた燃料噴射弁すなわちインジェクタ７と、インジェクタ７に接続されたコモンレール８とを備える。インジェクタ７は、シリンダ内に燃料を直接噴射する。コモンレール８は、インジェクタ７から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。また燃料噴射装置５は、燃料タンク５０内の燃料を吸引し吐出するフィードポンプ５１と、フィードポンプ５１から吐出された燃料を高圧にまで加圧してコモンレール８に供給する高圧ポンプもしくはサプライポンプ５２とを備える。サプライポンプ５２は、周知のように、エンジン１のクランクシャフト２と連動するカムシャフト５３の回転に伴いプランジャが往復移動することで加圧室に吸入した燃料を加圧し、圧送する。サプライポンプ５２には、プランジャの吸入行程で加圧室に吸入される燃料量、すなわちサプライポンプ５２からコモンレール８に圧送される燃料量を調節するための調量弁が設けられる。

サプライポンプ５２のカムシャフト５３は、図示しない動力伝達機構（ギヤ機構、ベルト機構等）を介してクランクシャフト２により回転駆動される。そしてカムシャフト５３は、クランクシャフト２の１／２の回転速度で同期回転される。

また本実施形態において、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称す）１００が設けられる。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。

センサ類に関して、エンジン１のクランクシャフト２のクランク角もしくはクランク位相を検出するためのクランクセンサ４０と、エンジン１のカム角もしくはカム位相を検出するためのカムセンサ４１と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ４２とが設けられる。これらセンサの出力はＥＣＵ１００に送られる。ＥＣＵ１００は、クランクセンサ４０の出力に基づきエンジン回転速度（ｒｐｍ）およびクランクシャフト角速度ω（°ＣＡ／ｓ）を検出する（但しエンジン回転速度とクランクシャフト角速度は同義）。

サプライポンプ５２のカムシャフト５３は、エンジン１の吸排気バルブを駆動する動弁系カムシャフト（図示せず）と同一位相かつ同一速度で回転する。本実施形態ではカムセンサ４１が、サプライポンプ５２のカムシャフト５３のカム位相を検出することにより、動弁系カムシャフトのカム位相を間接的に検出するようになっている。しかしながら、動弁系カムシャフトのカム位相を直接検出するようにしても構わない。

クランクシャフト２には比較的大径の歯付リング３が同軸に取り付けられている。そしてこの歯付リング３の外周面に対向してクランクセンサ４０がエンジン１に取り付けられている。歯付リング３の外周部には複数の歯４が設けられる。歯４はクランクシャフト２の回転方向（矢示）に等間隔、本実施形態ではα＝６°ＣＡ毎に等間隔で設けられる。これだけだと歯４は計６０（＝３６０／６）個となるが、そのうち４個の歯が除かれて欠歯部９が形成され、結局５６個の歯４が歯付リング３に設けられることとなる。クランクセンサ４０は非接触式センサ（磁気センサ等）からなり、歯４の通過毎に、ＥＣＵ１００にパルス信号すなわちクランクパルス信号を発生させる。

サプライポンプ５２のカムシャフト５３には比較的小径の歯付リング５４が同軸に取り付けられている。そしてこの歯付リング５４の外周面に対向してカムセンサ４１がサプライポンプ５２に取り付けられている。歯付リング５４の外周部には複数の歯５５が設けられる。歯５５はカムシャフト５３の回転方向（矢示）に等間隔、本実施形態ではβ＝６０°（＝１２０°ＣＡ）毎に等間隔で計６個設けられる。この歯５５の数は気筒数に等しい。そしてこれら歯５５に加え、１個の余分歯５６が歯付リング５４に設けられる。カムセンサ４１も非接触式センサ（磁気センサ等）からなり、歯５５，５６の通過毎に、ＥＣＵ１００にパルス信号すなわちカムパルス信号を発生させる。

なお、歯付リング３，５４等の構成は図では誇張して描かれており、必ずしも正確な縮尺で描かれていない点に留意されたい。

図２には、クランクセンサ４０およびカムセンサ４１の正常時にＥＣＵ１００で発生されるクランクパルス信号ＣＲおよびカムパルス信号ＣＭを示す。

クランクパルス信号ＣＲに関して、５６個の歯４に対応して、図中に番号が示される１〜５６番のクランクパルス信号ＣＲが発生される。なお５６番のクランクパルス信号ＣＲは欠歯部９に対応する信号（欠歯部信号ＣＲＹ）である。本実施形態では矢印で示すようにクランクパルス信号ＣＲの立ち上がり部でパルス信号発生とし、クランク位相を検出するが、立ち下がり部で発生、検出としてもよい。図では、クランクシャフト２の約１回転（＝３６０°ＣＡ）分の信号を示す。これは左右両端部に欠歯部信号ＣＲＹがあることから明らかであろう。

カムパルス信号ＣＭについては、カムシャフト５３の約１／２回転（＝１８０°＝３６０°ＣＡ）分の信号を示す。６個の歯５５（図には４個分のみ表示）に対応して、図中に番号が示される１〜６番（図には１〜４番のみ表示）のカムパルス信号ＣＭが発生される。なおＸ番のカムパルス信号ＣＭは余分歯５６に対応する信号（余分歯信号ＣＭＸ）である。本実施形態では矢印で示すようにカムパルス信号ＣＲの立ち下がり部でパルス信号発生とし、カム位相を検出するが、立ち上がり部で発生、検出としてもよい。

クランクセンサ４０およびカムセンサ４１の正常時、ＥＣＵ１００は、次の方法でクランクセンサ４０とカムセンサ４１の同期を取り、かつエンジンの位相判別を行う。すなわち、何等かのカムパルス信号ＣＭが発生し、その後３つ目のクランクパルス信号ＣＲが欠歯部信号ＣＲＹであることを認識し（つまりこのクランクパルス信号ＣＲが５６番クランクパルス信号ＣＲであることを認識し）、かつ５６番クランクパルス信号ＣＲの発生から１番クランクパルス信号ＣＲの発生までの間（３０°ＣＡの間）に何等かのカムパルス信号ＣＭが発生したとき、ＥＣＵ１００は、先のカムパルス信号ＣＭを余分歯信号ＣＭＸ（Ｘ番カムパルス信号ＣＭ）、後のカムパルス信号ＣＭを１番カムパルス信号ＣＭと確定し、両センサの同期を取る。そして次に１３番クランクパルス信号ＣＲが発生したタイミングを＃１気筒圧縮上死点（＃１ＴＤＣ）のタイミングと確定する。本実施形態のエンジンの燃焼順序は、＃１，＃５，＃３，＃６，＃２，＃４である。よって、その後３３番クランクパルス信号ＣＲが発生したタイミングを＃５気筒圧縮上死点（＃５ＴＤＣ）のタイミングと確定し、その後５３番クランクパルス信号ＣＲが発生したタイミングを＃３気筒圧縮上死点（＃３ＴＤＣ）のタイミングと確定する（以下同様）。こうしてエンジンの位相判別が完了する。こうした同期と位相判別を終了するには、通常、エンジンのクランキング時にクランクシャフト２が２回転する必要がある。同期と位相判別の終了前は燃料噴射が行われない。

同期と位相判別の終了後、ＥＣＵ１００は、検出されたクランク位相に基づき、ある特定気筒の圧縮上死点近傍の燃料噴射時期（°ＣＡ）が到来したと判断した時に、その特定気筒のインジェクタ７に燃料噴射を開始させ、エンジンを始動、運転させる。燃料噴射時期は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度とアクセル開度）に基づいて、燃料噴射間隔に同期（＝１２０°ＣＡ毎）もしくは一定の時間間隔毎に、ＥＣＵ１００が設定する。

なおクランク位相＝０°ＣＡとなる基準クランク位相は、任意に設定できるが、本実施形態では便宜上、＃１ＴＤＣのクランク位相を基準クランク位相に設定する。またカム位相の単位は便宜上、クランク位相と同じ°ＣＡとする。

他方、クランクセンサ４０およびカムセンサ４１の正常時でかつエンジン運転中、ＥＣＵ１００は、クランクパルス信号ＣＲおよびカムパルス信号ＣＭに基づき、クランク位相に対するカム位相の位相ずれ量を検出する。すなわちＥＣＵ１００は、１番カムパルス信号ＣＭの発生時点から１番クランクパルス信号ＣＲの発生時点までの時間Δｔ１１を検出する。またＥＣＵ１００は、クランクパルス信号ＣＲに基づいてクランクシャフト角速度ω（°ＣＡ／ｓ）を検出する。そしてＥＣＵ１００は、クランクシャフト角速度ωに前記時間Δｔ１１を乗じて実際のクランク位相差Ａを算出する。この実際のクランク位相差Ａから基準クランク位相差Ａｓを減じて実際の位相ずれ量ΔＣＲを算出ないし検出する。基準クランク位相差Ａｓは、クランク位相に対するカム位相の位相ずれ量がゼロであるときの（基準状態における）クランク位相差Ａｓである。

カムシャフト５３に取り付けられる歯付リング５４自体は十分な寸法精度を有するものの、カムセンサ４１で検出されるカム位相は、クランクセンサ４０で検出されるクランク位相に比べ、ばらつきが生じ易い。その理由は次の通りである。（１）歯付リング５４のカムシャフト５３への取付位置が回転方向にずれることがある。（２）カムセンサ側歯付リング５４の歯数は６個、分解能は１２０°ＣＡであり、歯数が５６個、分解能が６°ＣＡであるクランクセンサ側歯付リング３に比べ分解能が粗い。（３）カムセンサ側歯付リング５４はクランクセンサ側歯付リング３に比べ、半分の回転速度でセンサを通過し、かつ小径でもあるため、カムパルス信号の発生ばらつきが生じ易い。

このため本実施形態では、クランク位相に対するカム位相の位相ずれ量ΔＣＲを検出し、これを実機に固有の個体情報としてＥＣＵ１００に記憶している。位相ずれ量ΔＣＲの検出および記憶は、一般的には新品エンジンの使用開始直後に行われるが、これに限らず、クランクセンサ４０の異常が検出される前の任意のタイミングで行うことができる。例えば、異常が検出されるドライビングサイクル（エンジンの始動から停止までの期間）の１つ前の、クランクセンサ４０が正常であるドライビングサイクルで行ってもよい。

また、本実施形態においてＥＣＵ１００は、クランクセンサ４０の異常の有無を診断する。例えばクランクセンサ４０に断線やショートが生じると、エンジン運転中にカムパルス信号ＣＭは次々と発生するのに、クランクパルス信号ＣＲは全く発生しなくなるか、または１つのみが継続的に発生し続ける。よってＥＣＵ１００はそのようなカムパルス信号ＣＭとクランクパルス信号ＣＲの挙動を検出したとき、クランクセンサ４０の異常を検出する。また例えば、２つのカムパルス信号ＣＭの間に入っているクランクパルス信号ＣＲの数が正常時と合わないとき（過剰または不足のとき）にもクランクセンサ４０の異常を検出する。なおＥＣＵ１００は、クランクセンサ４０の異常を検出した場合、車室内の警告灯を点灯させ、運転者に点検修理を促す。

さて、本実施形態においてＥＣＵ１００は、クランクセンサ４０の異常を検出したとき、カムセンサ４１で検出されたカム位相を、検出された位相ずれ量ΔＣＲだけ補正し、補正後のカム位相に基づいて燃料噴射時期が到来したか否かを判断する。以下この特徴について説明する。

図３において、（Ａ）と（Ｂ）はそれぞれ、位相ずれ量ΔＣＲがゼロ、すなわちクランク位相差Ａが基準クランク位相差Ａｓであるときの１番カムパルス信号ＣＭおよび１番クランクパルス信号ＣＲを示す。クランクセンサ４０の異常が検出された場合、（Ｂ）に示すようなクランクパルス信号ＣＲは、実際には発生しないか、または発生したとしても著しく信頼性が低いものである。このため、クランクパルス信号ＣＲは使用せず、カムパルス信号ＣＭを使用して燃料噴射時期の到来が判断される。

ここでは、１番カムパルス信号ＣＭに基づいて＃１気筒の燃料噴射時期θ＃１が到来したか否かを判断する例を示す。１番カムパルス信号ＣＭが発生した時点ｔ０（現時点とする）で、ＥＣＵ１００は現時点ｔ０のクランク位相θ０を把握する。こうした把握は、既にクランクセンサ４０とカムセンサ４１の同期が取れているので、可能である。そして現時点ｔ０から、予め設定された燃料噴射時期θ＃１までの時間、すなわち噴射待ち時間Δｔ（ｓ）を計算する。噴射待ち時間Δｔ（ｓ）は、現時点ｔ０のクランク位相θ０から燃料噴射時期θ＃１のクランク位相までのクランク位相差（°ＣＡ）を、クランクシャフト角速度ω（°ＣＡ／ｓ）で除することにより計算される。そしてＥＣＵ１００は、現時点ｔ０からの経過時間をカウントし、経過時間が噴射待ち時間Δｔに等しくなった時点ｔ１で、燃料噴射時期θ＃１が到来したと判断し、＃１気筒のインジェクタ７に燃料噴射を開始させる。

他方、図３（Ｃ）は、カム位相がクランク位相に対し進角側にΔＣＲだけずれている場合の１番カムパルス信号ＣＭを示す。この場合、１番カムパルス信号ＣＭが発生した時点ｔ０’（現時点とする）で、ＥＣＵ１００は、位相ずれがない１番カムパルス信号ＣＭ（（Ａ）に示す）に対応するクランク位相θ０を、位相ずれ量ΔＣＲだけ進角側に補正し、位相ずれのある１番カムパルス信号ＣＭ（（Ｃ）に示す）に対応するクランク位相θ０’を把握する。これにより実質的にカム位相が補正されることとなる。次に、現時点ｔ０’から、予め設定された燃料噴射時期θ＃１までの時間、すなわち噴射待ち時間Δｔ’を計算する。噴射待ち時間Δｔ’（ｓ）は、現時点ｔ０’のクランク位相θ０’から燃料噴射時期θ＃１のクランク位相までのクランク位相差（°ＣＡ）を、クランクシャフト角速度ω（°ＣＡ／ｓ）で除することにより計算される。そしてＥＣＵ１００は、現時点ｔ０’からの経過時間をカウントし、経過時間が噴射待ち時間Δｔ’に等しくなった時点ｔ１で、燃料噴射時期θ＃１が到来したと判断し、＃１気筒のインジェクタ７に燃料噴射を開始させる。これにより実質的に、補正後のカム位相に基づいて燃料噴射時期θ＃１が到来したか否かが判断されることとなる。

上記の例は、カム位相がクランク位相に対し進角側にずれている場合の例であるが、カム位相がクランク位相に対し遅角側にずれている場合も、同様の方法で同様の判断を行えることが理解されるであろう。また上記の例は、＃１気筒の燃料噴射時期θ＃１の到来を判断する例であるが、同様の方法で他の気筒についても同様の判断を行えることが理解されるであろう。

上記の例のように、ある特定気筒（例えば＃１気筒）の燃料噴射時期の到来を判断するには、その燃料噴射時期の直前に発生するカムパルス信号ＣＭ（例えば１番カムパルス信号ＣＭ）、ひいてはこれに対応するカム位相に基づいて、判断を行うのが好ましい。直前のカムパルス信号ＣＭを用いる方が、それより前のカムパルス信号ＣＭを用いるよりも、エンジン回転速度の変動の影響を少なくし、判断を正確に行えるからである。

なお、エンジン回転速度（ｒｐｍ）およびクランクシャフト角速度ω（°ＣＡ／ｓ）は、クランクセンサ４０の正常時にはクランクセンサ４０の出力に基づき計算されるが、クランクセンサ４０の異常が検出されたときにはカムセンサ４１の出力に基づき計算される。特に、ある特定気筒（例えば＃１気筒）の燃料噴射時期の到来を判断する際、その燃料噴射時期直前に発生するカムパルス信号ＣＭ（例えば１番カムパルス信号ＣＭ）と、その１つ前に発生するカムパルス信号ＣＭ（例えば４番カムパルス信号ＣＭ）とに基づき、クランクシャフト角速度ωを計算するのが好ましい。できるだけ時期的に近いカムパルス信号ＣＭを用いる方がエンジン回転速度の変動の影響を少なくできるからである。

このように本実施形態によれば、クランク位相に対するカム位相の位相ずれ量を検出し、クランクセンサの異常が検出されたとき、カム位相を位相ずれ量だけ補正し、補正後のカム位相に基づいて燃料噴射時期の到来を判断するので、燃料噴射時期の到来を精度良く判断できる。そして結果的に、クランクセンサの異常発生時においても、実際の燃料噴射時期を精度良く制御することができる。これにより、実際の燃料噴射時期のずれに起因した筒内圧過大や失火をも確実に抑制し、点検修理までの退避走行を円滑に行わせることができる。

上述の説明から理解されるように、本実施形態のＥＣＵ１００は、特許請求の範囲に規定されるようなずれ量検出部、診断部および噴射時期判定部を含む。言い換えれば、これらずれ量検出部、診断部および噴射時期判定部はＥＣＵ１００により構成される。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ エンジン
８ コモンレール
４０ クランクセンサ
４１ カムセンサ
５２ サプライポンプ
５３ カムシャフト

Claims (2)

1. エンジンのクランク位相を検出するクランクセンサと、
   前記エンジンのカム位相を検出するカムセンサと、
   前記クランクセンサおよび前記カムセンサからそれぞれ発生されるパルス信号に基づき、前記クランク位相に対する前記カム位相の位相ずれ量を検出するずれ量検出部と、
   前記クランクセンサの異常の有無を診断する診断部と、
   所定の燃料噴射時期が到来したか否かを判断する噴射時期判定部と、
   を備え、
   前記噴射時期判定部は、前記診断部で前記クランクセンサの異常が検出されたとき、前記カムセンサで検出されたカム位相を、前記ずれ量検出部で検出された位相ずれ量だけ補正し、補正後のカム位相に基づいて、前記燃料噴射時期が到来したか否かを判断する
   ことを特徴とするエンジン制御システム。
2. 前記エンジンが、コモンレールと、前記コモンレールに燃料を圧送するサプライポンプとを有するディーゼルエンジンであり、
   前記カムセンサが、前記サプライポンプのカムシャフトのカム位相を検出するものである
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御システム。