JP2017096203A - エンジン回転数の算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カムと欠歯区間との位置関係が設計からずれている場合に、エンジン回転数を高めに誤算出することを防止することができるエンジン回転数の算出装置を提供する。【解決手段】車両のエンジン回転数の算出装置であって、カム角センサと、クランク角センサと、エンジン始動時にカム角信号の所定の変化パターンから所定のカム角を検出し、当該カム角から最初の欠歯区間の終端までのクランク角の位相分を予測する予測部と、当該位相分を同じ変化分と予測され、最後の位相区間が欠歯区間を含むと予測される複数の位相区間に区分して、最後の位相区間に要した第１の時間と直前の位相区間に要した第２の時間とに基づいて、第１の時間が欠歯区間が欠落した時間に相当するか否かを判定する判定部と、判定部が第１の時間が欠歯区間が欠落した時間に相当すると判定した場合には第１の時間を第２の時間に等しいとする補正を行ってエンジン回転数を算出する算出部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のエンジン回転数の算出制御に関する。

エンジンの早期始動を実現するために、例えば特許文献１のように、エンジン始動時のクランク角の確定を、クランク角センサによる欠歯位置が検出されるよりも前にカム角センサによって検出されたカム角に基づいて行う技術が提案されている。

特開２０１１−１３２９３５号公報

エンジン始動時にクランク角をカム角に基づいて確定した場合に、エンジンＥＣＵは、クランク角の確定時からクランク角信号上に最初に欠歯区間の波形パターンが出現するまでに入力されると予測される所定数のクランクパルスを計数する。これにより、エンジンＥＣＵは、クランク角の確定時から欠歯区間が検出されるまでの期間の長さを算出し、当該期間の長さの逆数に基づいてエンジン回転数を算出する。

しかしながら、カムとクランクロータ上の欠歯区間との相対的な位置関係が、カムシャフト、ベルト、チェーンなどの組付け公差などに起因して、車両ごとにばらつく可能性がある。当該位置関係が設計値からずれていると、クランク角の確定時から欠歯区間が検出されるまでの時間の長さにずれが生じる。

例えば、カム位置と欠歯区間の位置との位相差が、欠歯区間が本来よりも遅れた位相で出現する方向に設計値からずれている場合に、予測されるクランク角に達しても欠歯区間が出現しないこととなる。この場合に、エンジンＥＣＵは、予測した所定数のクランクパルスを計数し終えた時点で欠歯区間が検出されたと誤判定し、欠歯区間よりも狭い最後に検出したクランクパルスパルス間隔に欠歯区間が含まれているものとして処理する。したがって、所定数のクランクパルスが入力された期間の長さを正常時よりも短い値に算出することとなる。したがって当該期間の長さの逆数に基づいて算出されるエンジン回転数が正常時よりも高い値に算出され、エンジン始動時に誤ったエンジン制御を行ってしまうという問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑み、カム位置と欠歯区間との位置関係が設計からずれている場合に、エンジン回転数を高めに誤算出することを防止することができるエンジン回転数の算出装置を提供するものである。

本発明は、車両のエンジン回転数の算出装置であって、カム角信号を出力するカム角センサと、クランク角信号を出力するクランク角センサと、エンジン始動時に、前記カム角信号が示す所定の変化パターンから所定のカム角を検出し、前記所定のカム角から、前記クランク角信号に含まれる最初の欠歯区間の終端までの、クランク角の位相分を予測する予測部と、前記位相分を、互いに同じ変化分と予測される複数の位相区間であって最後の位相区間が欠歯区間を含むと予測される複数の位相区間に区分して、クランク角が前記最後の位相区間を経るのに要した第１の時間と、クランク角が前記最後の位相区間の直前の位相区間を経るのに要した第２の時間とに基づいて、前記第１の時間が欠歯区間が欠落した時間に相当するか否かを判定する判定部と、前記第１の時間を用いてエンジン回転数を算出する算出部であって、前記判定部が前記第１の時間が前記欠歯区間が欠落した時間に相当すると判定した場合には、前記第１の時間が前記第２の時間に等しいとする補正を行う算出部とを備えている。

本発明によれば、エンジン始動時に、検出した所定のカム角から最初の欠歯区間の終端まで及ぶクランク角の位相分を予測する。そして、予測した当該位相分を互いに同じ変化分と予測される複数の位相区間に区分し、実際に、クランク角が最後の位相区間を経るのに要した第１の時間と、最後の位相区間の直前の位相区間を経るのに要した第２時間とに基づいて、第１の時間が欠歯区間が欠落した時間に相当するか否かを判定する。第１の時間が欠歯区間が欠落した時間に相当する場合に、第１の時間が第２の時間に等しいとする補正を行ってエンジン回転数を算出する。

したがって、カムと欠歯区間との位置関係が設計からずれている場合に、欠歯区間が欠落した時間に相当する第１の時間を用いてエンジン回転数を高い値に誤算出することを防ぐことができる。

本発明によれば、カムと欠歯区間との位置関係が設計からずれている場合に、エンジン回転数を高めに誤算出することを防止することができるエンジン回転数の算出装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るエンジン回転数の算出装置の構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係るクランク角信号とカム角信号との位相関係を示す図 本発明の実施形態に係るエンジン回転数の算出装置の計数動作を説明する図 本発明の実施形態に係るエンジン回転数の算出装置の動作手順を説明するフローチャート

以下、図面を参照しながら、実施の形態について詳細に説明する。
[概要]
本実施形態に係るエンジン回転数の算出装置は、エンジン始動時に、検出した所定のカム角から最初の欠歯区間の終端までに及ぶクランク角の位相分を予測する。そして、予測した当該位相分を互いに同じ変化分と予測される複数の位相区間に区分し、実際に、クランク角が最後の位相区間を経るのに要した第１の時間と、最後の位相区間の直前の位相区間を経るのに要した第２時間とに基づいて、第１の時間が欠歯区間が欠落した時間に相当するか否かを判定する。第１の時間が当該欠歯区間が欠落した時間に相当する場合に、第１の時間が第２の時間に等しいとする補正を行ってエンジン回転数を算出する。これにより、カムと欠歯区間との位置関係が設計からずれている場合に、欠歯区間が欠落した時間に相当する第１の時間を用いてエンジン回転数を高い値に誤算出することを防ぐ。

[エンジン回転数の算出装置の構成]
図１に、本実施形態に係るエンジン回転数の算出装置である算出装置１０の構成を示す。算出装置１０は、エンジンＥＣＵ１、カム角センサ２、および、クランク角センサ３を備えている。

[センサの構成]
カム角センサ２は、検出位置を通過するカムロータ２０の外周面に設けられた凹凸パターンを検出し、カムロータ２０の位相を示すカム角信号ｊを生成する。カム角信号ｊは、エンジンＥＣＵ１の後述するパターン検出部１１ａに入力される。当該凹凸パターンは、カムロータ２０の一周分に相当する７２０ＣＡを、気筒数に合せた数の交互に繰り返された凹凸領域で分割したパターンをなす。

クランク角センサ３は、検出位置を通過するクランクロータ３０の外周面に設けられた歯３０ａを検出する。歯３０ａは、欠歯区間ｒｖ以外では所定単位角度のピッチで設けられている。欠歯区間ｒｖは、クランクロータ３０の一周分に相当する３６０ＣＡにおける基準位置として１つ以上の歯３０ａが間引かれた領域である。クランク角センサ３は、歯３０ａが検出位置を通過するたびにクランクパルスを発生させることによりクランク角信号ｋを生成する。クランク角信号ｋは、エンジンＥＣＵ１の後述する計数部１１ｂに入力される。

図２に、カム角信号ｊおよびクランク角信号ｋの一例を示す。横軸は位相を示し、縦軸は信号の変化を示す。クランク角信号ｋは、例えば所定単位角度を１０ＣＡとし、欠歯区間ｒｖは連続する２つの歯３０ａが間引かれた２０ＣＡ分の領域、すなわち欠歯数が２である領域をなす。ここでは、クランク角信号ｋをクランクパルスの入力タイミングを決定する立ち上がりエッジのみを示した。カム角信号ｊはクランク角信号ｋに同期しており、例えば、順に並んで前記凹凸領域をなす、６０ＣＡ分の領域Ｘ（＋）、１２０ＣＡ分の領域Ｙ（−）、１２０ＣＡ分の領域Ｙ（＋）、６０ＣＡ分の領域Ｘ（−）、１８０ＣＡ分の領域Ｚ（＋）、および、１８０ＣＡ分の領域Ｚ（−）の各領域境界が検出位置を通過するタイミングでレベル反転する２値波形をなしている。反転タイミングは、カムロータ２０の特定の位相を示す。

[エンジンＥＣＵの構成]
エンジンＥＣＵ１は、欠歯位置予測部（予測部）１ａ、判定部１ｂ、および、回転数算出部（算出部）１ｃを備えている。また、欠歯位置予測部１ａは、パターン検出部１１ａ、欠歯区間検出部１１ｂ、および、パルス数決定部１１ｃを備えている。

欠歯位置予測部１ａにおいて、パターン検出部１１ａは、カム角センサ２から入力されるカム角信号ｊの所定の変化パターンを検出する。所定の変化パターンは、領域Ｘ（＋）から領域Ｙ（−）への変化、領域Ｙ（−）から領域Ｙ（＋）への変化といった、各反転タイミングと、当該反転タイミングの前後の領域がカム角センサ２によるカムロータ２０の検出位置を通過する期間の長さとにより特定される変化パターンである。パターン検出部１１ａは、比較基準となる所定の変化パターンのデータを予め内部に保有している。パターン検出部１１ａは、カム角信号ｊに所定の変化パターンが含まれていることを検出したことと、含まれている所定の変化パターンを特定するパターン情報Ｐを、パルス数決定部１１ｃに入力する。

また、欠歯区間検出部１１ｂは、クランク角センサ３から入力されるクランク角信号ｋに含まれるクランクパルスのパルス間隔から、欠歯区間を検出する。クランクパルスのパルス間隔は、図示しないカウンタおよびタイマの出力値に基づいて検出される。欠歯区間検出部１１ｂは、欠歯区間を検出したことを示す欠歯区間情報Ｄをパルス数決定部１１ｃに入力する。

また、パルス数決定部１１ｃは、エンジン始動時に、パターン検出部１１ａから入力されたパターン情報Ｐと、欠歯区間検出部１１ｂから入力される欠歯区間情報Ｄとに基づいて、カム角信号ｊが示す所定の変化パターンがクランク角信号ｋに含まれる欠歯区間ｒｖよりも先に出現した場合に、以下の処理を行う。なお、パルス数決定部１１ｃが、カム角信号ｊが示す所定の変化パターンと欠歯区間ｒｖとのいずれが先に出現したかの情報を、エンジンＥＣＵ１内で行うクランク角の確定処理に用いてもよい。

パルス数決定部１１ｃは、カム角信号ｊの所定の変化パターンのが先に出現した場合に、当該所定の変化パターンが示す所定のカム角から最初に出現すると予測される欠歯区間ｔｖの終端までにクランク角信号ｋに含まれるクランクパルス数Ｎを決定する。クランクパルス数Ｎのクランクパルスは、所定のカム角から最初に出現すると予測される欠歯区間ｒｖの終端までの、クランク角の位相分を占める。当該クランクパルス数Ｎは、カムと欠歯区間ｒｖとの設計上の位置関係に基づき決定される。このように、パルス数決定部１１ｃは、エンジン始動時に、所定のカム角から最初に出現する欠歯区間ｒｖの終端までの、クランク角の位相分を予測する。

クランクパルス数Ｎの予測について、図３を用いて詳細に説明する。図３は、横軸を位相とするクランク角信号ｋと、カウンタによるクランクパルスの計数値Ｍの変化とを示す。計数値Ｍの変化を、カムと欠歯区間ｒｖとの位置関係が設計値通りである場合における第１の計数値変化と、カムが欠歯区間ｒｖに対して設計値から位相差θｄだけ位相が進む方向に位置ずれしている場合における第２の計数値変化との２通りに示した。

図３において、カム角信号ｊが所定の変化パターンを示した時点、すなわち所定のカム角が検出された時点で、計数値Ｍは０にリセットされる。設計通りの場合には、例えば計数値Ｍ＝６となった状態で欠歯区間ｒｖが出現することになる。パルス数決定部１１ｃは、所定のカム角から最初に出現すると予測される欠歯区間ｒｖの終端のクランク角ｐｅまでにクランク角信号ｋに含まれるクランクパルス数Ｎが６であると決定する。パルス数決定部１１ｃは、決定したクランクパルス数Ｎ（ここでは６）の情報を判定部１ｂに入力する。

カウンタは、クランクパルス数Ｎの最後（Ｎ番目）のクランクパルスを計数してから次のクランクパルスを計数するときには、当該次のクランクパルスの数である１と、欠歯区間ｒｖの欠歯数とを加算した数だけ計数値Ｍを増加させる。例えばＮ＝６の場合には、図３に示すように、６個のクランクパルスのうちの最後のクランクパルスが計数されることにより計数値Ｍ＝６となった後に、次のクランクパルスが計数されると、計数値Ｍは、当該次のクランクパルスの計数分である１に欠歯数である２を加算した３だけ増加して９となる。

判定部１ｂは、パルス数決定部１１ｃから入力されたクランクパルス数Ｎの情報に基づき、計数値ＭがＮだけ増加した後に、次のクランクパルス（すなわち、計数値Ｍを３だけ増加させることとなる１つのクランクパルス）を計数するまでに欠歯区間ｒｖが欠落しているか否かを判定する。具体的には、クランクパルス数Ｎで表されるクランク角の位相分を、互いに同じ変化分と予測される位相区間であって、先行位相側からｉ（ｉは０≦ｉ≦Ｎ／３を満たす整数）が小さい順に連続する複数の位相区間Ｐｈ（ｉ）に区分する。図３には、Ｎ＝６であって、当該変化分を３つのクランクパルスが占める３０ＣＡとした場合の位相区間Ｐｈ（０）、Ｐｈ（１）、およびＰｈ（２）が示されている。最後の位相区間Ｐｈ（Ｎ／３）（図３では位相区間Ｐｈ（２））は、欠歯区間ｒｖを含むと予測される位相区間である。

判定部１ｂは、クランク角が位相区間Ｐｈ（Ｎ／３）を経るのに要した時間Ｔ（Ｎ／３）（第１の時間）と、クランク角が位相区間Ｐｈ（Ｎ／３）の直前の位相区間Ｐｈ（Ｎ／３−１）（図３では位相区間Ｐｈ（１））を経るのに要した時間Ｔ（Ｎ／３−１）（第２の時間）とに基づいて、次の式（１）が成立するか否かを判定する。
│３×Ｔ（Ｎ／３）−Ｔ（Ｎ／３−１）│＜κ （κは定数）・・・（１）
ここで、定数κは、エンジン回転数が一定であると仮定した場合に、クランク角が欠歯区間ｒｖ以外でのクランクパルス間隔の１つ分を経るのに要する時間の３倍が、クランク角が１つの位相区間Ｐｈ（ｉ）を経るのに要する時間に近似しているとみなせるように適宜定めた許容誤差を表す。この定数κの定義は、エンジン始動時は、一般にエンジン回転数が安定するまでの変化途上にあるが、隣接する位相区間Ｐｈ（ｉ）どうしではエンジン回転数が一定範囲内で近似しているとみなせることに基づく。

式（１）が成立することは、クランクパルス数Ｎを計数したときのＮ番目のクランクパルスの後に、欠歯区間ｒｖ以外におけるクランクパルス間隔を置いて次のクランクパルスが出現したこと、すなわち、時間Ｔ（Ｎ／３）が欠歯区間ｒｖが欠落した時間に相当することを示す。カムと欠歯区間ｒｖとの位置関係が設計通りであるならば、式（１）は成立しない。上記の位置ずれがある場合には、式（１）が成立する。エンジン回転数は、時間Ｔ（Ｎ／３）の逆数を用いて算出されるので、式（１）が成立する場合は、時間Ｔ（Ｎ／３）の逆数が設計通りの場合における値のほぼ３倍となり、エンジン回転数を高い値に誤算出することとなる。判定部１ｂは、式（１）が成立する場合に、回転数算出部１ｃに式（１）が成立したか否かを示す判定情報Ｆを入力する。

回転数算出部１ｃは、時間Ｔ（Ｎ／３）の値を用いてエンジン回転数を算出する。回転数算出部１ｃは、判定部１ｂから式（１）が成立しないことを示す判定情報Ｆが入力された場合には、クランク角が位相区間Ｐｈ（Ｎ／３）を経るのに要した時間Ｔ（Ｎ／３）の値をそのまま用いてエンジン回転数を算出する。また、回転数算出部１ｃは、判定部１ｂから式（１）が成立することの判定情報Ｆが入力されると、時間Ｔ（Ｎ／３）を時間Ｔ（Ｎ／３−１）に等しいとする補正を行って、エンジン回転数を算出する。なお、回転数算出部１ｃは、欠歯区間ｒｖがカム角信号ｊが示す所定の変化パターンよりも先に出現した場合には、別途定められた処理に従って、回転数算出部１ｃまたはエンジンＥＣＵ１のその他の算出部（不図示）によりエンジン回転数が算出される。

[エンジン回転数の算出装置の動作]
次に、図４のフローチャートを参照して、算出装置１０が備えるエンジンＥＣＵ１が行う処理の手順を説明する。当該フローは、エンジンＥＣＵ１が備えるコンピュータに含まれるプロセッサが、エンジンＥＣＵ１の内部または外部の記憶媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することにより実行される。

当該フローはスタータモータの始動により開始される。ステップＳ１０１において、欠歯位置予測部１ａのパルス数決定部１１ｃは、パターン検出部１１ａからパターン情報Ｐが入力されるタイミングと、欠歯区間検出部１１ｂから欠歯区間情報Ｄが入力されるタイミングとに基づいて、カム角信号ｊが示す所定の変化パターンが欠歯区間ｒｖよりも先に出現したか否かを判定する。ステップＳ１０１において、パルス数決定部１１ｃがカム角信号ｊが示す所定の変化パターンが欠歯区間ｒｖよりも先に出現したと判定する場合にはステップＳ１０２へ進み、パルス数決定部１１ｃがカム角信号ｊが示す所定の変化パターンが欠歯区間ｒｖよりも先に出現しなかったと判定する場合にはステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０２において、パルス数決定部１１ｃは、所定のカム角から最初に出現すると予測される欠歯区間ｒｖの終端までにクランク角信号ｋに含まれるクランクパルス数Ｎを決定する。ステップＳ１０２の次はステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３において、判定部１ｂは、クランクパルス数Ｎで表されるクランク角の位相分を複数の位相区間Ｐｈ（ｉ）（ｉは０≦ｉ≦Ｎ／３を満たす整数）に区分して、クランク角が各ｉについて位相区間Ｐｈ（ｉ）を経る時間Ｔ（ｉ）を取得し、前出の式（１）が満たされているか否かを判定する。ステップＳ１０３において、判定部１ｂが式（１）が満たされていると判定する場合にはステップＳ１０４へ進み、判定部１ｂが式（１）が満たされていないと判定する場合にはステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０４において、回転数算出部１ｃは、時間Ｔ（Ｎ／３）を時間Ｔ（Ｎ／３−１）に等しいとする補正を行う。ステップＳ１０４の次はステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５において、回転数算出部１ｃは、エンジン回転数を算出する。ステップＳ１０３から直接にステップＳ１０５に進んだ場合には、回転数算出部１ｃは、時間Ｔ（Ｎ／３）の値をそのまま用いてエンジン回転数を算出する。ステップＳ１０３からステップＳ１０４を経てステップＳ１０５に進んだ場合には、回転数算出部１ｃは、時間Ｔ（Ｎ／３）の補正値を用いて、すなわち、時間Ｔ（Ｎ／３−１）の値に置き換えられた時間Ｔ（Ｎ／３）を用いてエンジン回転数を算出する。ステップＳ１０５の処理が終了すると当該フローは終了する。

ステップＳ１０６において、エンジンＥＣＵ１は、別途定められた処理に従ってエンジン回転数を算出する。ステップＳ１０６の処理が終了すると当該フローは終了する。

なお、時間Ｔ（Ｎ／３）を補正した場合に、実際に最初の欠歯区間ｒｖが出現したときに、前述の所定のカム角から当該実際に出現した最初の欠歯区間ｒｖまでのクランク角の位相分が取得できる。したがって、当該位相分を記憶しておくことにより、その後のエンジン始動では記憶した位相分を用いて欠歯位置を正確に予測することができる。このように、カムと欠歯区間との位置ずれをエンジン始動時に学習することができる。

［実施の形態の効果等］
以上のように、本実施形態のエンジン回転数の算出装置である算出装置１０によれば、エンジン始動時に、検出した所定のカム角から最初の欠歯区間ｒｖの終端（クランク角ｐｅ）まで及ぶクランク角の位相分を予測する。そして、予測した当該位相分を互いに同じ変化分と予測される複数の位相区間Ｐｈ（ｉ）（ｉは０≦ｉ≦Ｎ／３を満たす整数）に区分し、実際に、クランク角が最後の位相区間Ｐｈ（Ｎ／３）を経るのに要した時間Ｔ（Ｎ／３）と、最後の位相区間Ｐｈ（Ｎ／３）の直前の位相区間Ｐｈ（Ｎ／３−１）を経るのに要した第２時間とに基づいて、時間Ｔ（Ｎ／３）が欠歯区間ｒｖが欠落した時間に相当するか否かを判定する。時間Ｔ（Ｎ／３）が欠歯区間が欠落した時間に相当する場合に、時間Ｔ（Ｎ／３）が時間Ｔ（Ｎ／３−１）に等しいとする補正を行ってエンジン回転数を算出する。

したがって、カムと欠歯区間ｒｖとの位置関係が設計からずれている場合に、欠歯区間ｒｖが欠落した時間に相当する時間Ｔ（Ｎ／３）を用いてエンジン回転数を高い値に誤算出することを防ぐことができる。

本発明は、エンジン搭載車両一般に適用可能である。

１ エンジンＥＣＵ
１ａ 欠歯位置予測部
１ｂ 判定部
１ｃ 回転数算出部
２ カム角センサ
３ クランク角センサ
１０ 算出装置
１１ａ パターン検出部
１１ｂ 欠歯区間検出部
１１ｃ パルス数決定部
２０ カムロータ
３０ クランクロータ
Ｐｈ（０）、Ｐｈ（１）、Ｐｈ（２） 位相区間
Ｔ（Ｎ／３）、Ｔ（Ｎ／３−１） 時間
κ 定数
θｄ 位相差
Ｄ 欠歯区間情報
Ｐ パターン情報
Ｆ 判定情報
ｊ カム角信号
ｋ クランク角信号
Ｍ 計数値
Ｎ クランクパルス数

Claims (1)

1. 車両のエンジン回転数の算出装置であって、
   カム角信号を出力するカム角センサと、
   クランク角信号を出力するクランク角センサと、
   エンジン始動時に、前記カム角信号が示す所定の変化パターンから所定のカム角を検出し、前記所定のカム角から、前記クランク角信号に含まれる最初の欠歯区間の終端までの、クランク角の位相分を予測する予測部と、
   前記位相分を、互いに同じ変化分と予測される複数の位相区間であって最後の位相区間が欠歯区間を含むと予測される複数の位相区間に区分して、クランク角が前記最後の位相区間を経るのに要した第１の時間と、クランク角が前記最後の位相区間の直前の位相区間を経るのに要した第２の時間とに基づいて、前記第１の時間が欠歯区間が欠落した時間に相当するか否かを判定する判定部と、
   前記第１の時間を用いてエンジン回転数を算出する算出部であって、前記判定部が前記第１の時間が前記欠歯区間が欠落した時間に相当すると判定した場合には、前記第１の時間を前記第２の時間に等しいとする補正を行う算出部とを備えている、エンジン回転数の算出装置。

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