JP2790574B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

内燃機関制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、基準位置信号及び気
筒識別信号に基づいて気筒毎の燃料噴射及び点火時期等
を制御する奇数気筒４サイクルの内燃機関制御装置に関
し、特に各気筒の基準位置が高精度に得られる内燃機関
制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、自動車用エンジン等の４サイク
ル内燃機関においては、燃料混合気の吸入、圧縮、爆発
及び排気の４行程が行われるが、このとき、運転条件に
応じて燃料噴射や点火時期を最適に制御する必要があ
る。従って、気筒毎の基準位置を示す基準位置信号及び
特定気筒を識別するための気筒識別信号を得るため、内
燃機関の回転軸にはセンサを含む信号発生手段が設けら
れている。又、これらの信号に基づいて気筒毎のクラン
ク角基準位置を認識すると共に、点火時期等の制御タイ
ミングを演算して基準位置からのタイマ制御を行うマイ
クロコンピュータが用いられている。
【０００３】図５は従来の内燃機関制御装置を示すブロ
ック図であり、例えば、５気筒により駆動される４サイ
クル内燃機関の場合を示している。図において、１は内
燃機関の回転に同期して気筒毎のクランク角基準位置に
対応した基準位置信号Ｔを生成する基準位置信号発生手
段、２は内燃機関の回転に同期して特定気筒識別用の気
筒識別信号Ｃを生成する気筒識別信号発生手段である。
基準位置信号発生手段１及び気筒識別信号発生手段２
は、後述するように、例えばクランク軸又はカム軸に設
けられた回転スリットと、回転スリットに対向するフォ
トカプラとから構成されている。
【０００４】３はマイクロコンピュータからなる制御手
段であり、基準位置信号Ｔ及び気筒識別信号Ｃに基づい
て各気筒の基準位置を認識すると共に運転条件に応じた
点火時期等を演算し、例えば点火時期に対応した制御信
号（点火コイルの通電遮断信号）を出力する。
【０００５】制御手段３は、基準位置信号Ｔ及び気筒識
別信号Ｃに基づいて気筒判別信号Ｆを生成する気筒判別
部31と、基準位置信号Ｔ、気筒判別信号Ｆ及び運転条件
に基づいて各気筒の制御信号(点火時期等)を生成するタ
イミング制御部32とを備えている。
【０００６】図６は基準位置信号発生手段１及び気筒識
別信号発生手段２の具体的構造を示す斜視図であり、10
は内燃機関の回転に同期して回転するカム軸、11はカム
軸10と一体に回転する信号板である。カム軸10は、クラ
ンク軸(図示せず)が２回転する間に１回転する。12及び
13は信号板11の回転方向に沿って同心状に形成された複
数のスリットであり、外側のスリット12は各気筒の基準
位置信号Ｔに対応し、内側のスリット13は特定気筒の気
筒識別信号Ｃに対応している。
【０００７】15及び17は発光素子、16及び18は受光素子
であり、発光素子15及び受光素子16は、基準位置信号用
のスリット12に対向配置されたフォトカプラを構成し、
発光素子17及び受光素子18は、気筒識別信号用のスリッ
ト13に対向配置されたフォトカプラを構成している。
【０００８】図７は基準位置信号Ｔ及び気筒識別信号Ｃ
を示すタイミングチャートであり、基準位置信号Ｔは、
各気筒のＢ65°(ＴＤＣの65°手前)のクランク角で立ち
上がり、Ｂ５°のクランク角で立ち下がるパルス波形か
らなる。第１の基準位置Ｂ65°は最大遅角側のリファレ
ンス基準位置であり、第２の基準位置Ｂ５°はイニシャ
ル基準位置である。
【０００９】又、クランク角に換算すると、基準位置信
号Ｔの５気筒分の全周期は720°、各気筒毎のパルス周期
は144°であり、それぞれのリファレンス基準位置Ｂ65°
からイニシャル基準位置Ｂ５°までのパルス幅は60°、
１つの気筒のイニシャル基準位置Ｂ５°から次の気筒の
リファレンス基準位置Ｂ65°までのパルス幅は84°であ
る。
【００１０】一方、気筒識別信号Ｃは、特定気筒(ここ
では、＃１気筒)に関して、各基準位置Ｂ５°及びＢ65
°に対する信号レベルが他の気筒とは異なるように、基
準位置信号Ｔと位相の異なるパルス波形からなってい
る。例えば、基準位置Ｂ65°における信号レベルが
「１」、基準位置Ｂ５°における信号レベルが「１」で
あることにより特定気筒が識別される。
【００１１】次に、図７及び図８を参照しながら、図６
に示した従来の内燃機関制御装置の動作について説明す
る。内燃機関が回転すると、基準位置信号発生手段１及
び気筒識別信号発生手段２は、図７のような基準位置信
号Ｔ及び気筒識別信号Ｃを生成し、これらを制御手段３
内の気筒判別部31及びタイミング制御部32に入力する。
【００１２】気筒判別部31は、基準位置信号Ｔ及び気筒
識別信号Ｃに基づいて各気筒を判別する。又、タイミン
グ制御部32は、基準位置信号Ｔ及び気筒判別信号Ｆに基
づいて、各制御対象気筒の基準位置を認識し、運転状態
に応じた点火時期等の制御タイミングを演算し、例えば
点火時期に対応した制御信号を出力する。このとき、点
火時期が進角側の場合には、第１の基準位置Ｂ65°を基
準としたタイマ制御が行われ、遅角側の場合には第２の
基準位置Ｂ５°を基準としたタイマ制御が行われる。
【００１３】しかし、基準位置信号発生手段１は、図６
のように、気筒識別信号発生手段２と共にカム軸10に設
けられており、カム軸10はクランク軸と機械的に連結さ
れて連動軸となっている。従って、カム軸10上の各基準
位置Ｂ65°及びＢ５°を示すクランク角はクランク軸か
らの伝達誤差を含んでおり、タイミング制御部32は、正
確な基準位置に基づいて内燃機関を制御することができ
ない。
【００１４】又、点火時期制御のみならず、基準位置間
の周期比率に基づいて内燃機関の回転変動を検知した
り、回転変動に基づいて失火検出する場合にも基準位置
信号Ｔの高精度化が要求されている。通常、基準位置の
高精度化を実現するためには、基準位置信号発生手段１
をクランク軸に設けることが望ましい。しかし、制御気
筒数が奇数の場合には、クランク軸の１回転中の位置と
各気筒とが対応しないため、常識的な基準位置信号Ｔを
生成することは不可能である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】従来の内燃機関制御装
置は以上のように、奇数気筒の場合には基準位置信号発
生手段１がカム軸10に設けられているので、基準位置信
号Ｔがクランク軸からの伝達誤差を含むことから制御基
準位置に位相ずれが生じてしまい、制御の高精度化を実
現することができないという問題点があった。
【００１６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、奇数気筒の４サイクル内燃機関
に対して、基準位置信号の高精度化を実現した内燃機関
制御装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
制御装置は、内燃機関のクランク軸の回転に同期して気
筒数のＮ倍（Ｎは自然数）の定間隔パルスからなる基準
位置信号を生成する基準位置信号発生手段と、クランク
軸の１／２の回転数を有する連動軸の回転に同期して気
筒数に対応した異間隔パルスからなる気筒識別信号を生
成する気筒識別信号発生手段とを備え、制御手段が、定
間隔パルスのエッジでの気筒識別信号のレベルに基づい
て基準位置信号を１／２Ｎに分周した合成基準位置信号
を生成する合成基準位置信号発生部と、定間隔パルスの
エッジでの気筒識別信号のレベルに基づいて各気筒を判
別して気筒判別信号を生成する気筒判別部と、合成基準
位置信号及び気筒判別信号に基づいて各気筒を制御する
タイミング制御部とを含むものである。
【００１８】
【作用】この発明においては、クランク軸の回転に同期
した定間隔パルスの基準位置信号と、連動軸の回転に同
期した異間隔パルスの気筒識別信号とに基づいて、誤差
を含まない合成基準位置信号を生成し、基準位置信号及
び気筒識別信号に基づいて気筒を判別すると共に、合成
基準位置信号及び気筒判別信号に基づいて内燃機関を制
御する。
【００１９】
【実施例】
実施例１．以下、この発明の実施例１を図について説明
する。図１はこの発明の実施例１を示すブロック図であ
り、1A、2A、3A及び31Aは、基準位置信号発生手段１、
気筒識別信号２、制御手段３及び気筒判別部31にそれぞ
れ対応しており、32は前述と同様のものである。
【００２０】基準位置信号発生手段1Aは、クランク軸の
回転に同期して気筒数のＮ倍の定間隔パルス(後述する)
からなる基準位置信号T1を生成する。又、気筒識別信号
発生手段2Aは、クランク軸の1／2の回転数を有する連動
軸(例えば、カム軸)の回転に同期して気筒数に対応した
異間隔パルス(後述する)からなる気筒識別信号C1を生成
する。
【００２１】制御手段3Aは、基準位置信号T1及び気筒識
別信号C1(後述する)に基づいて合成基準位置信号T2を生
成する合成基準位置信号発生部33と、基準位置信号T1及
び気筒識別信号C1に基づいて合成気筒識別信号C2を生成
する合成気筒識別信号発生部34とを備えている。
【００２２】合成基準位置信号発生部33は、基準位置信
号T1に含まれる定間隔パルスの所定エッジ(例えば、立
ち上がり)での気筒識別信号C1のレベルに基づいて、基
準位置信号T1を１／２Ｎに分周した合成基準位置信号T2
を生成する。又、合成気筒識別信号発生部34は、定間隔
パルスの他のエッジでの気筒識別信号C1のレベルに基づ
いて、気筒判別用の合成気筒識別信号C2を生成する。
【００２３】この場合、気筒判別部31Ａは、合成基準位
置信号T2のエッジでの合成気筒識別信号C2のレベルに基
づいて各気筒を判別して気筒判別信号Ｆを生成するが、
基準位置信号T1のエッジでの気筒識別信号C1のレベルに
基づいて判別することもできる。タイミング制御部32
は、合成基準位置信号T2及び気筒判別信号Ｆに基づいて
各気筒を制御する。
【００２４】図２は基準位置信号発生手段1A及び気筒識
別信号発生手段2Aの具体的構造を示す斜視図であり、10
は前述と同様のカム軸である。19は内燃機関に直結され
たクランク軸であり、機械的伝達手段を介してカム軸10
に連結され、カム軸10が１回転する間に２回転する。
【００２５】21はクランク軸19と一体に回転する基準位
置信号T1発生用の信号板であり、基準位置信号T1となる
定間隔パルスに対応した等間隔の突起21ａを気筒数だけ
有している。22はカム軸10と一体に回転する気筒識別信
号C1発生用の信号板であり、気筒識別信号C1となる異間
隔パルスに対応した異なる間隔の突起22ａを気筒数だけ
有している。S1及びS2は各突起21ａ及び22ａに対向する
反射形フォトセンサ等のセンサである。突起21a及び22a
並びにセンサS1及びS2は、図６と同様に、それぞれスリ
ット及びフォトカプラで構成されてもよい。
【００２６】図３は基準位置信号T1、気筒識別信号C1、
合成基準位置信号T2、合成気筒識別信号C2のパルス波形
及び気筒判別信号Ｆを示すタイミングチャートである。
Ｐは基準位置信号T1を構成する定間隔パルスであり、ク
ランク軸19が１回転する間(クランク角で360°）に気筒
数(５個)のＮ倍(この場合、Ｎ＝１)だけ生成される。
又、各定間隔パルスＰは、デューティが１／２、パルス
周期が72°、パルス幅が36°である。
【００２７】P1〜P5は気筒識別信号C1を構成する異間隔
パルスであり、連動軸即ちカム軸10が１回転する間(ク
ランク角で720°）に例えば気筒数(５個)だけ生成され
る。この場合、＃１及び＃２気筒に対応する異間隔パル
スP1及びP2の幅は108°、＃４及び＃５気筒に対応する異
間隔パルスP4及びP5の幅は72°、＃３気筒に対応する異
間隔パルスP3の幅は36°であり、各異間隔パルスP1〜P5
間の立ち上がり周期は、144°、180°及び108°に設定
されている。
【００２８】ｔｕは基準位置信号T1の各定間隔パルスＰ
のエッジとなる立ち上がりタイミング、tdは各定間隔パ
ルスＰの他のエッジとなる立ち下がりタイミングであ
る。
【００２９】合成基準位置信号T2は、定間隔パルスＰの
立ち上がりタイミングｔｕでの気筒識別信号C1のレベル
により決定され、基準位置信号T1が１／２に分周された
パルスとなる。合成基準位置信号T2の立ち上がりは、例
えば制御対象気筒のＢ77°に対応し、立ち下がりはＢ５
°に対応する。又、合成気筒識別信号C2は、定間隔パル
スＰの立ち下がりタイミングｔｄでの気筒識別信号C1の
レベルにより決定され、合成基準位置信号T2に対して位
相差を有する長短のパルスP11及びP12となる。
【００３０】気筒判別信号Ｆは、合成基準位置信号T2の
反転タイミング即ち定間隔パルスＰの立ち上がりタイミ
ングｔｕでの合成気筒識別信号C2のレベルの各３ビット
分により、＃１〜＃５気筒の基準位置を判別可能にす
る。例えば、３ビットレベルが「０１１」のときは、中
心ビットに対応する合成基準位置信号T2のパルス立ち上
がりタイミングが＃１気筒の基準位置を示すことにな
る。
【００３１】次に、図２及び図３を参照しながら、図１
に示したこの発明の実施例１の動作について説明する。
内燃機関が回転すると、クランク軸19及びカム軸10が回
転し、各信号板21及び22の突起21a及び22aは、回転に同
期して各センサS1及びS2に順次対向する。従って、セン
サS1及びS2から得られる基準位置信号T1及び気筒識別信
号C1は、図３のようなパルス波形となって制御手段3Aに
入力される。
【００３２】制御手段3A内の合成基準位置信号発生部33
は、定間隔パルスＰの立ち上がりタイミングｔｕでの気
筒識別信号C1のレベルを読込み、基準位置信号T1の２倍
の周期で順次反転するパルスからなる合成基準位置信号
T2を生成する。このとき、基準位置信号T1は、内燃機関
に直結したクランク軸19の回転に基づいて得られるの
で、合成基準位置信号T2の示す基準位置に伝達誤差が含
まれることはない。
【００３３】又、合成基準位置信号発生部34は、定間隔
パルスＰの立ち下がりタイミングtdでの気筒識別信号C1
のレベルを読込み、合成基準位置信号T2から位相がずれ
且つパルス幅の異なるパルスP11及びP12を生成する。こ
れらのパルスP11及びP12により最終的な気筒判別が行わ
れるが、基準位置信号T1のエッジでの気筒識別信号C1の
レベルによって気筒判別することも可能である。
【００３４】気筒判別部31Ａは、合成基準位置信号T2の
両エッジでの合成気筒識別信号C2のレベル列を記憶情報
として格納し、各３ビット分のレベル列に基づいて気筒
判別信号Ｆを生成する。このとき、気筒判別完了に要す
る期間は、点火コイルへの低圧配電の場合、内燃機関の
始動開始から252°〜324°のクランク角範囲内である。
【００３５】タイミング制御部32は、合成基準位置信号
T2、合成気筒識別信号C2及び気筒判別信号Ｆに基づい
て、各気筒及び各制御対象気筒の基準位置を認識し、運
転状態に応じた点火時期等の制御タイミングを演算し、
演算結果に対応した制御信号を出力する。
【００３６】このように、クランク軸19の回転に同期し
て得られる奇数気筒の個数に対応した定間隔パルスＰ
と、カム軸10の回転に同期して得られる奇数気筒の個数
に対応した異間隔パルスP1〜P5とに基づいて、伝達誤差
を含まない高精度の基準位置を認識することができる。
従って、回転変動に基づく失火制御等の場合も含めて、
信頼性の高い運転制御が可能となる。
【００３７】実施例２．尚、上記実施例１では、５気筒
の場合を示したが、他の気筒数の内燃機関を制御対象と
してもよい。図４は３気筒の場合の基準位置信号T1′、
気筒識別信号C1′、合成基準位置信号T2′及び気筒判別
信号Ｆ′を示すタイミングチャートである。Ｔｄは合成
基準位置信号T2′の生成用に用いられる分周基準位置信
号であり、基準位置信号T1′の立ち下がりタイミングで
フリップフロップ分周されたパルス波形からなる。この
場合、基準位置信号T1′の立ち上がりタイミングでの気
筒識別信号C1′のレベルにより気筒が判別されるため、
合成気筒識別信号は不要となる。
【００３８】基準位置信号T1′を構成する定間隔パルス
Ｐ′は、デューティが７／12、パルス幅が70°、パルス
周期が120°であり、クランク軸19の１回転(360°)に対
して気筒数(３個)のＮ倍(この場合、Ｎ＝１)だけ生成さ
れる。又、気筒識別信号C1′を構成する異間隔パルスP
1′〜P2′は、連動軸即ちカム軸10の１回転(720°）に
対して気筒数(３個)だけ生成される。この場合、＃１及
び＃３気筒に対応する異間隔パルスP1′及びP3′の幅は
120°、＃２気筒に対応する異間隔パルスP2の幅は50°で
あり、各異間隔パルスP1′〜P3′間の立ち上がり周期
は、300°、240°及び180°に設定されている。
【００３９】合成基準位置信号T2′は、基準位置信号T
1′と基準位置信号T1′を１／２分周した分周基準位置
信号Tdとの論理積により生成され、例えば、各制御気筒
に対して立ち上がりがＢ75°、立ち下がりがＢ５°とな
る。尚、このような論理積によるハードウェア処理によ
らず、ソフトウェア処理によって合成基準位置信号T2′
を生成することもできる。即ち、基準位置信号T1′の立
ち下がりでの気筒識別信号C1′のレベルがＬレベルのと
きに、次の基準位置信号T1′の立ち上がりでの割込みを
有効にすればよい。
【００４０】一方、気筒判別部(図１参照)は、基準位置
信号T1′の立ち上がりタイミング毎に気筒識別信号C1′
のレベルが読取られてデータ列として記憶され、各２ビ
ットのレベル列により各気筒＃１〜＃３が判別される。
例えば、レベル列が「００」ならば、後者のビットに対
応する合成基準位置信号T2′の立ち上がりタイミングが
＃３気筒の第１の基準位置Ｂ75°と判別し、気筒判別信
号Ｆ′としてタイミング制御部に入力する。尚、特定気
筒(例えば、＃１気筒)のみの判別であれば、合成基準位
置信号T2′の立ち上がりでの気筒識別信号C1′のレベル
により判別可能である。
【００４１】実施例３．又、上記各実施例では、クラン
ク軸19の１回転（360°)に対する基準位置信号T1及びT
1′中の定間隔パルスＰ及びＰ′のパルス数を気筒数(５
個及び３個)と一致させたが、気筒数のＮ(自然数)倍だ
け発生させてもよい。この場合、合成基準位置信号T2及
びT2′は、基準位置信号T1及びT1′を１／２Ｎに分周す
ることになる。
【００４２】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、内燃機
関のクランク軸の回転に同期して気筒数のＮ倍（Ｎは自
然数）の定間隔パルスからなる基準位置信号を生成する
基準位置信号発生手段と、クランク軸の１／２の回転数
を有する連動軸の回転に同期して気筒数に対応した異間
隔パルスからなる気筒識別信号を生成する気筒識別信号
発生手段とを備え、制御手段が、定間隔パルスのエッジ
での気筒識別信号のレベルに基づいて基準位置信号を１
／２Ｎに分周した合成基準位置信号を生成する合成基準
位置信号発生部と、定間隔パルスのエッジでの気筒識別
信号のレベルに基づいて各気筒を判別して気筒判別信号
を生成する気筒判別部と、合成基準位置信号及び気筒判
別信号に基づいて各気筒を制御するタイミング制御部と
を含み、伝達誤差を含まない合成基準位置信号を生成す
るようにしたので、奇数気筒の４サイクル内燃機関に対
して基準位置信号の高精度化を実現した内燃機関制御装
置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１を示すブロック図である。
【図２】図１内の基準位置信号発生手段及び気筒識別信
号発生手段の具体的構造を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施例１の動作を示すタイミングチ
ャートである。
【図４】この発明の実施例２の動作を示すタイミングチ
ャートである。
【図５】従来の内燃機関制御装置を示すブロック図であ
る。
【図６】図５内の基準位置信号発生手段及び気筒識別信
号発生手段の具体的構造を示す斜視図である。
【図７】従来の内燃機関制御装置により生成される基準
位置信号及び気筒識別信号を示すタイミングチャートで
ある。
【符号の説明】
１Ａ 基準位置信号発生手段 ２Ａ 気筒識別信号発生手段 ３Ａ 制御手段 １０ カム軸（連動軸） １９ クランク軸 ３１Ａ 気筒判別部 ３２ タイミング制御部 ３３ 合成基準位置信号発生部 Ｂ５°、Ｂ６５° 基準位置 Ｃ１ 気筒識別信号 Ｆ、Ｆ′ 気筒判別信号 Ｔ１、Ｔ１′ 基準位置信号 Ｔ２、Ｔ２′ 合成基準位置信号 Ｐ、Ｐ′ 定間隔パルス Ｐ１〜Ｐ５、Ｐ１′〜Ｐ３′ 異間隔パルス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−121237（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−50450（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−172560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−309750（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−231294（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−149562（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−148909（ＪＰ，Ｕ) 特公 平３−24584（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02D 45/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 奇数個の気筒を制御するための制御手段
    を有し、前記奇数個の気筒により駆動される４サイクル
    の内燃機関の制御装置において、 前記内燃機関のクランク軸の回転に同期して前記気筒数
    のＮ倍（Ｎは自然数）の定間隔パルスからなる基準位置
    信号を生成する基準位置信号発生手段と、 前記クランク軸の１／２の回転数を有する連動軸の回転
    に同期して前記気筒数に対応した異間隔パルスからなる
    気筒識別信号を生成する気筒識別信号発生手段とを備
    え、 前記制御手段は、 前記定間隔パルスのエッジでの前記気筒識別信号のレベ
    ルに基づいて前記基準位置信号を１／２Ｎに分周した合
    成基準位置信号を生成する合成基準位置信号発生部と、 前記定間隔パルスのエッジでの前記気筒識別信号のレベ
    ルに基づいて前記各気筒を判別して気筒判別信号を生成
    する気筒判別部と、 前記合成基準位置信号及び前記気筒判別信号に基づいて
    前記各気筒を制御するタイミング制御部と、 を含むことを特徴とする内燃機関制御装置。
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