JP3196338B2 - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

内燃機関用制御装置

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小久保  直樹
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のクランク軸の
回転に周期した信号に基づいて点火制御や燃料制御を行
う内燃機関用制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に内燃機関の点火時期や燃料噴射を
制御するために機関の回転に周期した信号が用いられ
る。このような信号を発生する信号発生器は通常機関の
カム軸に取り付けられて間接的にクランク軸の回転を検
出する。(例えば特公平2−62824号公報)。しか
し、カム軸はクランク軸からのベルト等で駆動されるた
め機関の運転状態によってはカム軸とクランク軸との間
に位相ずれを生じる。
【0003】このような信号を用いて機関の運転を制御
した場合、点火時期、燃料噴射時期等にずれを生じるた
め、回転角信号発生器をクランク軸に取り付けられるこ
とが考えられるが、気筒識別が必要な4サイクルエンジ
ンの場合、1サイクルが720℃Aのため気筒識別信号
発生器はカム軸に取り付ける必要がある。
【0004】しかし、カム軸とクランク軸では位相差を
生じるため、気筒識別信号よりクランク軸上の回転角信
号の基準位置を決定することができないため、クランク
軸の回転角信号上の特定位置を示す基準位置信号発生器
を取り付ける必要がある。(例えば、特開昭62−87
649号公報、特開平3−172558号公報)。
【0005】ところで、従来の装置においては始動時の
点火時期制御、燃料制御は基準位置信号の検出後より開
始するものであった。しかし、360℃Aに1度しか基
準位置信号が発生しないため、始動時から最悪360℃
Aの間は特定位置判別ができず始動性が悪化するという
問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決するためになされたもので、始動性を良好にする
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】そのため本発明は、内燃
機関のクランク軸の回転角度に対応して所定回転角度毎
に回転角信号を発生する回転角信号発生手段と、前記ク
ランク軸に設けられ、前記クランク軸の回転角度に対応
して所定のクランク角基準位置信号を発生する基準位置
信号発生手段と、上記クランク軸回転に対し1/2の比
率で回転する1/2回転軸に設けられ、前記1/2回転
軸の回転に応じて内燃機関の各気筒に対応した気筒識別
信号を発生する気筒識別信号発生手段と、始動時前記ク
ランク角基準位置信号の検出前に前記気筒識別信号発生
手段により前記気筒識別信号が検出された時、前記気筒
識別信号により、点火、燃料制御を行うバックアップ手
段と、前記基準位置信号の検出後は、前記気筒識別信号
の基準位置からのずれ分を学習し、この学習したずれ分
を次回の始動に反映させるずれ学習制御手段とを備えた
ことを特徴とする内燃機関用制御装置を提供するもので
ある。
【0008】
【作用】これにより、始動時においてクランク角基準位
置信号の検出前に気筒識別信号が発生すると、バックア
ップ手段によって気筒識別信号により点火、燃料制御が
実行される。さらに基準位置信号の検出後は、ずれ学習
制御手段により気筒識別信号の基準位置からのずれ分が
学習され、この学習したずれ分が次回の始動に反映され
る。
【0009】
【発明の効果】本発明によれば、クランク角基準位置信
号の検出前であっても気筒識別信号により点火、燃料制
御が直ちに実行されるため、始動性を向上させることが
できるという優れた効果がある。
【0010】
【実施例】本発明の実施例について図面に従って具体的
に説明する。図1は、本発明に係る制御装置の全体構成
を示すブロック図である。10は内燃機関のクランク軸
の回転を直接検出する回転角信号検出器である。回転角
信号検出器10は、クランク軸に固定され、かつ基準位
置信号を発生させるために、外周等角度間隔で設けた角
度情報のうち基準位置の間隔を異ならせたロータ11
と、このロータ11の角度情報を検出する光電式やホー
ルIC式の回転角センサ12とよりなる。
【0011】20は気筒識別信号発生器であり、カム軸
に固定されており、外周に角度間隔が異なる気筒識別情
報を気筒数設けたロータ21と、このロータ21の回数
に伴ってカム軸1回転毎にパルス幅の違う気筒数個の気
筒識別信号を発生する光電式やホールIC式の気筒識別
センサ22とよりなる。カム軸は、タイミングベルト又
は、歯車を介してクランク軸の1/2の速度で回転さ
れ、気筒識別センサ22はクランク軸2回転に気筒数個
のパルスを発生する。本実施例は4気筒を例としてある
ので、クランク軸2回転に4個のパルス信号を発生す
る。
【0012】回転角センサ12、気筒判別センサ22か
らの回転信号は、入力バッファ回路110を経てマイク
ロコンピュータにより構成される基準位置検出回路12
0に入力される。基準位置検出回路120では回転角セ
ンサ12の出力よりその基準位置での間隔の相違を検出
することによって回転角信号(以下NEとする)と基準
位置信号(以下Gdとする)を分離発生させる。又、基
準位置検出後は、気筒識別センサ22よりの気筒識別信
号(以下Gcとする)よりその気筒毎での間隔の相違を
NEに基づいて検出することによって所定気筒信号(以
下Ghとする)を発生させ、各発生信号を中央演算処理
回路(以下CPUとする)150に出力する。
【0013】CPU150はNE,Gd,Gh,Gcに
基づいて、気筒識別、基準位置、回転数等の演算処理を
行う。CPU150はその他にも、始動状態を検出する
スタータスイッチ、アイドル状態を検出するアイドルス
イッチ等の機関の運転状態検出スイッチ31〜33がデ
ジタル入力バッファ130を介して入力される。又、吸
入空気量を検出するエアフロメータ、スロットル操作量
を検出するトロットルセンサ、冷却水温を検出する水温
センサ等(41〜43)の機関の運転状態に関する情報
を入力しA−D変換器140を介して入力される。
【0014】CPU150は、各運転状態センサ31〜
33,41〜43からの運転状態情報と基準位置検出回
路120からのNE,Gd、Gh,Gc信号に基づいて
最適な点火時期、及び燃料噴射時期を演算する。そして
出力バッファ160を介して点火信号を出力し、イグナ
イタ200を駆動し、所定の気筒の各点火コイル210
〜240に通電し、演算された点火時期に通電を遮断す
ることにより、通電遮断時に発生する高電圧を各気筒の
点火プラグに導き、各気筒に点火する。
【0015】又、CPU150は出力バッファ160を
介して噴射信号を出力し、各気筒の燃料噴射弁310〜
340より燃料を吸気マニホールドに噴射する。CPU
150と出力バッファ等により制御信号を出力する制御
回路を構成している。
【0016】図2は、本発明に係る回転センサ信号波形
を示す。回転角センサ12からの出力信号であるNE信
号は5℃A毎に信号レベルが反転する矩形波信号とその
うちクランク軸1回転(360℃A毎)に信号幅の違う
基準情報矩形波信号(実施例では30℃A)とを有す
る。ここで、基準情報矩形波信号の出力位置(立ち下が
り)は第1気筒と第4気筒のBTDC90℃Aとしてあ
る。そして、NE信号の信号幅の違う位置(欠け歯位
置)を基準位置検出回路120にて検出することによ
り、基準位置信号(Gd)を発生させる。
【0017】又、気筒識別信号(Gc)は各気筒毎に信
号幅の違う信号である。所定気筒信号(Gh)はGc信
号のもっとも長い信号をNEを計数することにより検出
する信号である。本実施例は4気筒であるため180℃
A毎に信号幅が52℃A(第1気筒),42℃A(第3
気筒),32℃A(第4気筒),22℃A(第2気筒)
の気筒識別信号(Gc)を発生させる。
【0018】そして、気筒識別信号(Gc)による気筒
識別の方法としては、Gcのパルス幅の検出にて行うこ
とが考えられる。例えば点火順序が1−3−4−2気筒
だとすると、Gdの信号幅間のNEの信号数を計数して
NEの数が5以下の場合、第2気筒、6〜7の場合第4
気筒、8〜9の場合、第3気筒、10〜11の場合、第
1気筒となっている。
【0019】図3は、基準位置検出回路120におい
て、NEよりGd信号を、また、NE,GcよりGh信
号を求めるフローチャートであり、5℃A毎にNE信号
の角度割込により実行される。まず、回転角信号(N
E)の欠け歯判別を行い(ステップS1)、欠け歯あり
の場合には基準位置信号(Gd)を出力する(ステップ
S2)。次に、気筒識別信号(Gc)のレベルが高レベ
ルとなったタイミング(ステップS3)より回転角信号
(NE)を10カウント計数し(ステップS4)、再び
Gc信号のレベルを検出して(ステップS5)高レベル
であるならば、所定気筒信号(Gh)を出力し(ステッ
プS6)、低レベルならGhを出力しない。つまり、点
火順で1番目の気筒位置でのみ、Gh信号は出力され
る。
【0020】この実施例では、所定気筒信号(Gh)を
NE信号の計数により気筒識別識号(Gc)の内で最も
長い信号により検出したが、気筒識別信号(Gc)の内
で特別な位置例えば、本実施例のように徐々に信号幅が
短くなり、1ヶ所のみ信号幅が長くなる位置をつくり信
号間の時間比較により検出する方法も考えられる。
【0021】図4は、CPU150において基準位置検
出前後での気筒判別を示すフローチャートであり、5℃
A毎にNE信号の角度割込みにより実行される。まず、
基準位置信号(Gd)検出かを判別し(ステップS1
1)、検出していない場合、基準位置判別フラグ(XG
d)が1か判別し(ステップS12)、XGdが1の場
合は、そのまま終了し、XGdが1でない場合には気筒
識別信号(Gc)の入力信号が高レベルとなったタイミ
ング(ステップS13)より回転角信号(NE)を6回
計数する。計数後、Gc信号のレベルが低レベルである
ならば、第2気筒、さらに2回計数し、Gc信号のレベ
ルが低レベルならば第4気筒、さらに2回計数して、G
c信号のレベルが低レベルならば3気筒、さらに2回計
数して、Gc信号が低レベルならば第1気筒と判別する
(ステップS14)。
【0022】又、ステップS11で基準位置信号を検出
していると、基準位置判別フラグ(XGd)を1にし
(ステップS15)、気筒仮判定フラグ(XGI)が0
かを判別し(ステップS16)、1の場合、XGIを0
として(ステップS17)そのまま終了する。
【0023】又、ステップS16でXGIが0の場合、
XGIを1とした後(ステップS18)、Gd検出位置
よりNEを14パルス計数し(ステップS19)、その
計数後のタイミング、つまり70℃A後のタイミングで
Gh信号の有無を検出し(ステップS20)、Gh信号
が出力されていた場合、Gd出力位置を第1気筒のBT
DC90℃A(ステップS21)、Gh信号が入力され
ていなかった場合、Gd出力位置を第4気筒のBTDC
90℃A(ステップS21)と判定する。
【0024】そして、基準位置信号(Gd)とGc信号
の立ち下がりエッジ間の回転角信号(NE)数をGNE
のRAMに学習値として保存しておく(ステップS2
3)。ここで、上記各フラグ(XGd,XGI)は機関
の始動操作に伴うイグニションキースイッチの投入時に
0に初期化されるものであることは勿論である。
【0025】また、気筒識別センサ22の故障により図
2のGc信号が発生しなくなると、図2の所定気筒信号
(Gh)も発生しなくなるため、図4において、ステッ
プS20の判別は常時NOとなり、次のステップS22
において、Gd検出位置が常時第4気筒のBTDC90
゜と判定されることになる。
【0026】このため、上記構成においては、気筒識別
センサ22が故障した場合、基準位置信号Gdの発生位
置が、偶数気筒内燃機関では、特定の2気筒の所定位置
に限定されるため、そのうち一方を特定気筒(第4気
筒)と判断して、点火制御を行うことになるが、実際の
気筒が特定気筒(第4気筒)でなかったとしても(すな
わち、実際は第1気筒であったとしても)排気工程での
点火なので内燃機関に対する影響は小さい(ただし、内
燃機関の運転は継続できない)。又、実際の気筒が特定
気筒(第4気筒)であったならば、正常な内燃機関制御
が可能であるため、本センサ構成ならば気筒識別センサ
22の故障時にも、数回内燃機関を始動操作することに
よって、実際の気筒と特定気筒とが一致して安全上、退
避走行が可能となる。
【0027】又、Gc信号の立ち下がりエッジは、カム
軸からの信号でありクランク軸から不確定位置で発生す
るため、Gcの立ち下がりエッジを基準として、点火制
御を行うと、スタータロック、逆転等の不具合が考えら
れる。その対策として、基準位置判別後(XGd=1)
に基準位置と、Gc信号の立ち下がりエッジ間の回転角
信号(NE)数をGNEのRAMに学習しておく(図4
のステップS23)。
【0028】そして、図5のフローチャートに示すごと
く、XGdが1か判別し(ステップS31)、XGdが
1のとき、Gd位置を基準として各気筒への点火制御を
行い(ステップS34)、XGdが1でないときGNE
が学習されているか判別し(ステップS32)、学習さ
れているときはGc信号の立ち下がりエッジ位置をGN
Eにて補正し、各気筒への点火、燃料制御を正確な位置
で行う(ステップS33)。
【0029】又、未学習時は、基準位置信号検出前の点
火時期制御は行わないか、クランク軸とカム軸の公差上
のずれ量の最悪値に対応させて、点火時期に遅角側の値
を入れておくこと(本発明の遅角側点火手段に相当)が
考えられる。
【0030】なお、実施例において、Gc信号幅を52
℃Aのように5℃Aの所定倍としなかったのは、NEと
Gcの位相ずれによる計数誤差を小さくするためであ
る。又、Gcの信号幅も信号幅順に並べてあるのは、1
ヶ所のみ信号幅変化を大きくしておき、NE断線時にも
Gc信号幅の時間計側により気筒判別可能として、学習
値GNEよりGc信号のクランク角からのずれを求め、
的確な内燃機関制御を可能とするためである。
【0031】又、ディストリビューター配電のように各
気筒判別の必要でないものは、Gc信号を特定気筒のみ
判別可能な構成とすることも考えられる。又、NE断線
時の退避走行、計数誤差を考えなければ、信号幅の順等
を考慮しなくても良い。
【0032】又、図6に示すように、各気筒毎に基準エ
ッジのみを出力し、気筒判別のために特定気筒のみ信号
幅の大きさ信号とすることも考えられる。本実施例では
NE中の欠歯を基準位置としたが、NEとは別にクラン
ク軸に基準位置発生器を設けて、クランク軸1回数に1
パルスの基準位置信号を別個に発生させる構成としても
良い。
【0033】なお、上述した実施例において、図4のス
テップS14と図5のステップS33とが本発明のバッ
クアップ手段に相当し、図4のステップS23が本発明
のずれ学習制御手段に相当し、図4のステップS15〜
S22が本発明の特定信号検出手段に相当し、図5のス
テップ32が本発明の点火禁止手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す全体構成図である。
【図2】上記実施例の作動説明に供する各部波形図であ
る。
【図3】上記実施例における基準位置検出回路の作動説
明に供するフローチャートである。
【図4】上記実施例における中央演算処理回路の作動説
明に供するフローチャートである。
【図5】上記実施例における中央演算処理回路の作動説
明に供するフローチャートである。
【図6】上記本発明の他の実施例における各部波形図で
ある。
【符号の説明】
10 回転角信号検出器 20 気筒識別信号発生器 120 基準位置検出回路 150 中央演算処理回路 200 イグナイタ 210〜240 点火コイル 310〜340 燃料噴射弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02P 5/15 A (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 45/00 362 F02D 45/00 312 F02D 45/00 340 F02P 5/15

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関のクランク軸の回転角度に対応
    して所定回転角度毎に回転角信号を発生する回転角信号
    発生手段と、前記クランク軸に設けられ、 前記クランク軸の回転角度
    に対応して所定のクランク角基準位置信号を発生する基
    準位置信号発生手段と、 上記クランク軸回転に対し1/2の比率で回転する1/
    2回転軸に設けられ、前記1/2回転軸の回転に応じて
    内燃機関の各気筒に対応した気筒識別信号を発生する気
    筒識別信号発生手段と、 始動時前記クランク角基準位置信号の検出前に前記気筒
    識別信号発生手段により前記気筒識別信号が検出された
    、前記気筒識別信号により、点火、燃料制御を行うバ
    ックアップ手段と 前記基準位置信号の検出後は、前記気筒識別信号の基準
    位置からのずれ分を学習し、この学習したずれ分を次回
    の始動に反映させるずれ学習制御手段と を備えたことを
    特徴とする内燃機関用制御装置。
  2. 【請求項2】 前記ずれ学習制御手段の未学習時は、前
    記基準位置信号を検出するまで前記バックアップ手段に
    よる点火制御を禁止する点火禁止手段を備えることを特
    徴とする請求項記載の内燃機関用制御装置。
  3. 【請求項3】 前記ずれ学習制御手段の未学習時に、遅
    角側で点火する遅角側点火手段を含むことを特徴とする
    請求項記載の内燃機関用制御装置。
  4. 【請求項4】 前記基準位置信号の検出後は、前記気筒
    識別信号の特定信号のみを検出する特定信号検出手段を
    備えることを特徴とする請求項1〜のうちいずれか1
    つに記載の内燃機関用制御装置。
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