JP2017150336A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】欠歯部分を有するクランクを備える車両において、正しく燃料の噴射タイミングを生成することのできる制御装置を提供する。
【解決手段】この制御装置は、クランクの歯に対応したパルス信号が出力されるパルス区間とパルス信号が出力されない欠歯区間の２つの区間を有するクランク信号に基づいて、燃料の噴射タイミングを制御する。制御装置は、次回の噴射タイミングがパルス区間であるとき、停止以後、次の内燃機関の始動時において初めての噴射タイミングより前のクランク信号の周期情報を取得する周期取得部と、次回の噴射タイミングが欠歯区間であるとき、周期情報に基づいてパルス信号の周期を推定する周期推定部と、を備える。そして、停止時において次回の噴射タイミングが欠歯区間にあるとき、次回の内燃機関の始動時において、周期推定部により推定されたパルス信号のエッジに基づいて噴射タイミングを制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両におけるエンジンの駆動を制御する制御装置に関する。

エンジンの始動性は、インジェクタによる燃料の噴射タイミングに左右される。噴射のタイミングはエンジン停止時のクランク角に基づいて決定する方法が知られている。具体的には、クランク信号のエッジの位置から噴射タイミングを算出するものである。

ところで、クランク角の検出にあたってホール素子などの回転角センサが用いられる例がある。このような例では、角度のゼロ点を決定するために欠歯区間を有するクランクが利用される。クランクに欠歯が存在するとクランク信号においてエッジが存在しない期間が現れる。この期間をゼロ点に利用するのであるが、一方で、この期間でクランクが停止すると、噴射タイミングを正しく生成できない問題がある。

これを解決するために、特許文献１には、欠歯期間中にクランクが停止しないようにオルタネータの負荷を制御し、クランクの停止位置を欠歯部分に重ならないようにしている。

特開２００８−２１５２３０号公報

しかしながら、停車動作はユーザーの操作に依存するため欠歯期間中にクランクが停止することを完全に防ぐことはできない。また、気筒数が多いものではクランクの停止位置の自由度が低下する。とくに、排ガスに含まれる粒子状物質の数を抑制する等を目的とするマルチ噴射が採用された車両においては、クランクの停止位置はさらに制限される虞がある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、欠歯部分を有するクランクを備える車両において、正しく燃料の噴射タイミングを生成することのできる制御装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関のクランクシャフトが所定角度回転する毎にパルス信号が出力されるパルス区間と、パルス信号が出力されない欠歯区間と、の２つの区間を有するクランク信号のエッジを検出するエッジ検出部（１０）と、エッジが検出されるタイミングに基づいて、燃料の噴射タイミングを制御する制御部（２０）と、を備える制御装置であって、さらに、内燃機関の停止時に、クランクシャフトの停止した位置を記憶する区間記憶部（３０）と、クランクシャフトの停止位置から算出された次回の噴射タイミングがパルス区間であるとき、停止以後、次の内燃機関の始動時において初めての噴射タイミングより前のクランク信号の周期情報を取得する周期取得部（４０）と、周期情報を記憶する周期記憶部（５０）と、次回の噴射タイミングが欠歯区間であるとき、周期情報に基づいてパルス信号の周期を推定する周期推定部（６０）と、を備え、制御部は、停止時において次回の噴射タイミングが欠歯区間にあるとき、次回の内燃機関の始動時において、周期推定部により推定されたパルス信号のエッジに基づいて噴射タイミングを制御する。

これによれば、例えば車両の停止時において、次回の噴射タイミングが欠歯区間であっても、停止以前において実際に始動した際の噴射タイミングに基づいて、欠歯区間における擬似的なパルス信号を推定することができる。このため、正しい噴射タイミングを実現することができる。

第１実施形態に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。 クランク角と燃焼の噴射タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。 噴射タイミングがパルス区間に位置する場合に取得される周期情報の概略を示すタイミングチャートである。 制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
最初に、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る制御装置の概略構成について説明する。

本実施形態における制御装置はいわゆるエンジンＥＣＵであり、内燃機関における燃料の噴射タイミングを生成し、該噴射タイミングに基づいてインジェクタに対して燃料を噴射するように指示している。

図１に示すように、エンジンＥＣＵ１００は、図示しない内燃機関のクランクシャフトに取り付けられたクランク角センサ２００に接続され、このクランク角センサ２００により検出されるクランク角に基づいた燃料の噴射タイミングを生成している。エンジンＥＣＵ１００は、生成された噴射タイミングにしたがってインジェクタ３００に対して燃料噴射の指示を出す。インジェクタ３００はエンジンＥＣＵ１００からの指示にしたがって燃料を噴射し内燃機関が駆動する。

さらに、本実施形態におけるエンジンＥＣＵ１００には、後述する環境情報を取得するためのセンサ類である環境情報取得部４００が接続されており、バッテリの電圧、内燃機関の吸気温、外気温、内燃機関の冷媒温度、燃料温度などの情報が取得可能にされている。

このエンジンＥＣＵ１００は、図１に示すように、エッジ検出部１０、制御部２０、区間記憶部３０、周期取得部４０、周期記憶部５０、周期推定部６０と、を備えている。

エッジ検出部１０は、クランク角センサ２００に接続されており、クランクの回転角（クランク角）に依存してＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとで構成されるパルス信号が周期的に繰り返されるクランク信号を取得する。そして、クランク信号がＬｏｗからＨｉｇｈ（立ち上がり）、あるいはＨｉｇｈからＬｏｗ（立ち下がり）に遷移する部分であるエッジを検出している。後述の制御部２０は、このエッジの数をカウントすることで、所定の基準角からの回転角を算出している。

図２を参照して具体的な例について説明する。図２はクランク信号および各気筒における噴射タイミングを示したタイミングチャートである。クランク信号は、例えばクランクシャフトに設けられた歯の凹凸を検出して、その凹凸をＨｉｇｈレベルおよびＬｏｗレベルに変換することで生成される。クランク信号の周期はクランクシャフトの回転数と歯の数に依存する。クランクシャフトの歯のうち、一部が意図的に除去された欠歯型のクランクシャフトを採用する場合、図２に示すように、クランク信号には欠歯区間が生じる。本実施形態では２周期分の欠歯区間がある。なお、以降の説明において、欠歯区間を除く区間をパルス区間と称する。

本実施形態における基準角は、欠歯区間の直前のクランク信号の立ち上がりによって規定される。例えば基準角をゼロ度とし、クランク信号の立ち上がりのエッジの数をカウントすれば基準角に対する回転角を知ることができる。

また、本実施形態では、６気筒の内燃機関を仮定し、図２には各気筒について噴射タイミングを示している。本実施形態におけるエンジンＥＣＵ１００は、２つの噴射モードをインジェクタ３００に指示できるようになっている。噴射モードの一つは、クランク信号の周期に換算して２周期毎に噴射する第１モードと、別の噴射モードは、クランク信号の周期に換算して４周期毎に噴射する第２モードである。図２にあっては、第１モードにおける噴射タイミングを白抜き三角で示し、第２モードにおける噴射タイミングを黒塗り三角で図示している。

制御部２０は、エッジ検出部１０により検出されたクランク信号のエッジの数をカウントして回転角を算出し、算出された回転角と図２に示すタイミングチャートに基づいて、インジェクタ３００に対して噴射の指示を出す。

加えて、本実施形態における制御部２０は、後に詳述する周期推定部６０に接続されている。図２に示すように、欠歯区間にはパルス信号が現れないので、制御部２０はクランク角センサ２００により直接検出されるクランク信号に基づいて燃料の噴射タイミングを正確に制御することはできない。これに対して、制御部２０は、欠歯区間において、周期推定部６０により推定され擬似的に生成されたエッジに基づいて燃料の噴射タイミングを制御する。詳しくは追って説明する。

区間記憶部３０は、クランクシャフトが最後に停止した位置を記憶する装置である。なお、制御部２０は次回の内燃機関始動時において、このクランクシャフトの位置に基づいて噴射タイミングを算出する。区間記憶部３０には例えばメモリ等の一次記憶装置を採用することができる。なお、区間記憶部３０に採用されるメモリは揮発性のメモリを採用することができるが、エンジンＥＣＵ１００への電源供給が途切れた後も上記情報を記憶しておく場合には不揮発性メモリを採用するべきである。例えばアイドリングストップのようにエンジンＥＣＵ１０への電源供給が途切れない状況のみで区間記憶部３０が利用されるのであれば揮発性でもよい。

周期取得部４０は、クランクシャフトが停止後、次に初めて燃料の噴射が実行される場合において、燃料の噴射タイミング以前のパルス区間の周期を取得する部分である。周期取得部４０はエッジ検出部１０により検出される立ち上がりのエッジを監視しており、最初の噴射タイミング以前において、所定の２つのエッジが検出される時間差を算出し、これを周期として取得している。本実施形態における周期取得部４０は特に、図３に示すように、実際の噴射タイミングの直前の１周期と、噴射タイミングの直前の２周期と、を取得している。特許請求の範囲に記載の周期情報とは、噴射タイミング直前の１周期に相当する時間、および２周期に相当する時間が含まれる。

周期記憶部５０は、周期取得部４０が取得した周期情報を記憶する装置である。周期記憶部５０には例えば一次記憶装置を採用することができる。周期記憶部５０には区間記憶部３０と共通の一次記憶装置を用いても良いし、別の一次記憶装置として用意しても良い。区間記憶部３０と同様に、周期記憶部５０に採用される一次記憶装置は揮発性あるいは不揮発性のいずれの一次記憶装置も採用することができる。なお、本実施形態における周期記憶部５０は、環境情報取得部４００に接続されており、後述する環境情報とともに周期情報を長期間に亘って記憶するようになっている。このような場合には、周期記憶部５０としてハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの補助記憶装置を採用しても良い。周期記憶部５０には、周期情報とともに、該周期情報が取得された時点において内燃機関が置かれた環境の情報である環境情報が紐付けられて記憶されている。

ここで、環境情報とは、例えばバッテリの電圧、内燃機関の吸気温、外気温、内燃機関の冷媒温度、燃料温度の情報である。環境情報取得部４００とは、これら環境情報を取得するための部分であり、例えばバッテリ電圧計、吸気温度センサ、外気温センサ、冷媒温度センサ、燃料温度センサがこれに相当する。

周期推定部６０は、内燃機関が始動する際に、最初の噴射タイミングが欠歯区間である場合において、周期記憶部５０に記憶された周期情報に基づいて擬似的なエッジ位置を推定する部分である。周期推定部６０は周期記憶部５０から適切な周期情報を読み出して制御部２０に出力する。本実施形態における周期推定部６０は環境情報取得部４００に接続されており、内燃機関を始動する際に、内燃機関が置かれた環境における環境情報を取得する。そして、周期推定部６０は、周期記憶部５０に記憶された環境情報と一致あるいは近似する周期情報を読み出して擬似的なパルス信号の周期として用いる。すなわち、擬似的なエッジ位置を推定する。

次に、図４を参照して、本実施形態における制御装置、すなわちエンジンＥＣＵ１００の動作フローについて説明する。

図４に示すように、はじめにステップＳ１が実行される。ステップＳ１は、制御部２０がエンジン始動の操作が検知されたか否かを判断するステップである。車両を始動しようとする者が内燃機関を始動する操作を行うとステップＳ１はＹＥＳ判定となる。一方、内燃機関を始動する操作が行われない場合はステップＳ１がＮＯ判定となり、この動作フローは終了する。以降は、ステップＳ１がＹＥＳ判定の場合について説明する。ステップＳ１がＹＥＳ判定のとき、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２は、制御部２０が次回の最初の噴射タイミングが欠歯区間に重なっているか否かを判定するステップである。次回の噴射タイミングが欠歯区間に重なるか、あるいはパルス区間に重なるかの情報は、前回の停止時に区間記憶部３０に記憶されたクランクシャフトの停止位置の情報から算出する。いるので、制御部２０はこの算出結果を参照して判定を実行する。

次回の噴射タイミングが欠歯区間に重なっていない場合、ステップＳ２はＮＯ判定となりステップＳ３に進む。ステップＳ３は制御部２０が周期記憶部５０における周期情報を更新するステップである。次回の噴射タイミングは欠歯区間に重なっていないので、クランク信号と噴射タイミングは図３に例示する状態である。制御部２０は周期取得部４０に対して、噴射タイミングの直前の１周期と、噴射タイミングの直前の２周期と、を取得するように指示する。周期取得部４０は指示された周期情報を取得して周期記憶部５０に書き込む。本実施形態では、１周期および２周期に相当する時間とともに、その周期に相当する時間が取得された環境下における環境情報を環境情報取得部４００から受け取り、周期の情報と紐付けして周期記憶部５０に書き込む。

すなわち、周期記憶部５０に記憶された周期情報は、噴射タイミング直前の周期と、対応する環境情報とが関連付けられたテーブル状とすることができる。周期情報はステップＳ３によって更新される。つまり、環境情報と、対応する周期と、がステップＳ３を経るごとに蓄積される。

次いで、ステップＳ４が実行される。ステップＳ４は制御部２０が実測されるクランク信号のエッジに基づいて噴射タイミングを生成するステップである。噴射タイミングは欠歯区間に重なっていないから、制御部２０はエッジの数をカウントすることによって通常通り噴射タイミングを生成することができる。

次いで、ステップＳ５が実行される。ステップＳ５は、制御部２０が生成された噴射タイミングに従ってインジェクタ３００に燃料の噴射を実行させるステップである。これにより内燃機関の図示しないシリンダに燃料が噴射される。

ステップＳ２において、次回の噴射タイミングが欠歯区間に重なっている場合、ステップＳ２はＹＥＳ判定となりステップＳ６に進む。

ステップＳ６は、周期推定部６０が周期記憶部５０から周期情報を読みだすステップである。このステップにより、環境情報と周期とが関連付けられたテーブルが周期記憶部５０から読み出される。

次いで、ステップＳ７が実行される。ステップＳ７は周期推定部６０が噴射タイミングの生成に供される周期情報を推定するステップである。周期推定部６０は、内燃機関が置かれた環境における環境情報を取得し周期記憶部５０から読み出されたテーブルと比較する。そして、現在内燃機関が置かれた環境と一致するあるいは近似する環境情報に対応する周期を、噴射タイミング前のパルス信号の周期であると推定する。これにより、実際にはパルス信号の存在しない欠歯区間において、擬似的にパルス信号を推定することができる。周期推定部６０は推定された周期情報に基づいた擬似的なパルス信号の情報を制御部２０に伝達する。なお、特許請求の範囲に記載の、環境情報にマッチする周期とは、現在内燃機関が置かれた環境と、周期記憶部５０に記憶された環境情報とが一致するあるいは近似する、さらにはその他の補間方法において既知の環境情報から計算される計算値と一致する場合を含むものである。

ところで、本実施形態におけるクランクシャフトは、図２に示すように、パルス信号にして２周期分の欠歯区間がある。基準角となるパルス信号のエッジの後、２つ分のエッジは欠歯区間にあり実際には観測されない。噴射タイミングが基準角に対して１周期先に存在する場合には、周期情報として、１周期分の時間の情報を使用して擬似的なパルス信号のエッジ位置を推定する。同様に、噴射タイミングが基準角に対して２周期先に存在する場合には、周期情報として、２周期分の時間の情報を使用して擬似的なパルス信号のエッジ位置を推定する。

次いで、ステップＳ８が実行される。ステップＳ８は制御部２０が推定されたパルス信号のエッジに基づいて噴射タイミングを生成するステップである。制御部２０は、欠歯区間において擬似的なパルス信号を想定しつつエッジの数をカウントすることによって噴射タイミングを生成することができる。その後ステップＳ５に進んで燃料の噴射が実行される。

次に、本実施形態に係る制御装置、すなわちエンジンＥＣＵ１００を採用することによる作用効果について説明する。

本実施形態におけるエンジンＥＣＵ１００は、周期取得部４０および周期記憶部５０を備えている。これにより、車両が実際に始動の動作を実行した際の噴射タイミングより以前のパルス信号の周期を学習することができる。そして、エンジンＥＣＵ１００は周期推定部６０を備えている。これにより、例えば車両の停止時において、次回の噴射タイミングが欠歯区間であっても、停止以前において実際に始動した際の噴射タイミングに基づいて、欠歯区間における擬似的なパルス信号を推定することができる。このため、正しい噴射タイミングを実現することができる。

欠歯区間においても正しい噴射タイミングを実現できるとマルチ噴射を正しく実行することができるので、排ガスに含まれる粒子状物質の数をより効果的に抑制することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した実施形態はクランクシャフトが停止した状態から始動する場合の動作について説明したものである。クランクシャフトが停止した状態から始動する状態に移行する形態には、例えば運転者がイグニッションスイッチをオンにする場合や、アイドリングストップの状態を解除する場合を含む。

また、上記した実施形態では、欠歯区間における欠けたパルス信号の数は２つである例を説明したが、パルス信号の数はクランクシャフトの仕様に依存するので、２つに限定されるものではない。また、図２および図３のタイミングチャートは内燃機関の燃焼サイクルの一部を図示したものであり、１パルスあたりの回転角は限定されない。

また、上記した実施形態における環境情報は、バッテリの電圧、内燃機関の吸気温、外気温、内燃機関の冷媒温度、燃料温度を例示したがこれらに限定するものではないし、これら全てを含んでいる必要もない。エンジンＥＣＵ１００に入力されるべき環境情報は、内燃機関の始動性、ひいてはクランクシャフトの回転に影響を与える要素であることが望ましく、エンジンオイルの種類や内燃機関の使用期間なども含めることができる。

また、上記した実施形態では、周期情報として、噴射タイミングの直前の１周期分の時間と２周期分の時間を学習する例について説明したが、２周期分の時間については、１周期分の時間を２倍して算出するようにしてもよい。また、取得すべき周期についても噴射タイミングの直前であることに限定されない。ただし、噴射タイミングの直前の情報を取得すれば、噴射タイミングの推定の精度を高めることができる。

また、周期記憶部５０は必ずしも制御部２０等と同一の筐体内あるいは基板上に実装されている必要はなく、例えばデータセンターなどのサーバーであっても良い。また、周期情報は自車の情報を利用することが好ましいが、同車種の他車の情報をデータセンターから取得して用いても良い。また、周期情報を内燃機関の始動テストにより予め計測し、その値を用いても良い。

１０…エッジ検出部，２０…制御部，３０…区間記憶部，４０…周期取得部，５０…周期記憶部，６０…周期推定部，１００…エンジンＥＣＵ（制御装置），２００…クランク角センサ，３００…インジェクタ，４００…環境情報取得部（センサー）

Claims (5)

1. 内燃機関のクランクシャフトが所定角度回転する毎にパルス信号が出力されるパルス区間と、前記パルス信号が出力されない欠歯区間と、の２つの区間を有するクランク信号のエッジを検出するエッジ検出部（１０）と、
   エッジが検出されるタイミングに基づいて、燃料の噴射タイミングを制御する制御部（２０）と、を備える制御装置であって、
   さらに、前記内燃機関の停止時に、前記クランクシャフトの停止した位置を記憶する区間記憶部（３０）と、
   前記クランクシャフトの停止位置から算出された次回の噴射タイミングが前記パルス区間であるとき、停止以後、次の前記内燃機関の始動時において初めての前記噴射タイミングより前の前記クランク信号の周期情報を取得する周期取得部（４０）と、
   前記周期情報を記憶する周期記憶部（５０）と、
   次回の噴射タイミングが前記欠歯区間であるとき、前記周期情報に基づいてパルス信号の周期を推定する周期推定部（６０）と、を備え、
   前記制御部は、停止時において次回の噴射タイミングが前記欠歯区間にあるとき、次回の前記内燃機関の始動時において、前記周期推定部により推定されたパルス信号のエッジに基づいて前記噴射タイミングを制御する制御装置。
2. 前記周期取得部は、初めての前記噴射タイミングより前の前記クランク信号の周期情報は、少なくとも噴射タイミングの直前の一周期の値を含む請求項１に記載の制御装置。
3. 前記周期取得部は、前記周期情報を取得するとともに、前記周期情報が取得された際に前記内燃機関が置かれた環境の情報である環境情報を取得し、
   前記取得記憶部は、前記周期情報を前記環境情報と対応させた状態で記憶し、
   前記取得推定部は、停止時において前記クランク信号が前記欠歯区間にあるとき、次回の前記内燃機関の始動時における前記環境情報を取得するとともに、前記環境情報にマッチする周期を推定する請求項１または請求項２に記載の制御装置。
4. 前記環境情報には、前記内燃機関を始動するためのバッテリの電圧、前記内燃機関の吸気温、外気温、前記内燃機関の冷媒温度、燃料温度、のいずれかの情報を少なくとも含む請求項３に記載の制御装置。
5. 前記周期記憶部は不揮発性であり、前記周期記憶部への電源供給が停止した後も前記周期情報を記憶する請求項３または請求項４に記載の制御装置。

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