JP3597718B2

JP3597718B2 - 内燃機関の気筒識別装置

Info

Publication number: JP3597718B2
Application number: JP1749699A
Authority: JP
Inventors: 公一西本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: US6230096B1; JP2000213403A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クランク角センサの出力信号に基づいて気筒の識別を行う内燃機関の気筒識別装置に関し、特にクランク角センサの出力信号にノイズが載っているか否かを検出し得る気筒識別装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の点火時期や燃料噴射等を制御するために機関の回転に同期した信号が用いられる。この信号発生器は通常機関のカム軸あるいはクランク軸の回転を検出する。このようなクランク角センサの一例が４図および５図に示されいる。これらの図において，１は機関（図示せず）と同期して回転する回転軸，２は回転軸１に取り付けられた回転円板で，所望の検出角度に対応する場所に窓３が設けられている。４は発光ダイオード，５は発光ダイオード４からの出力光を受光するフォトダイオード，６はフォトダイオード４と接続され，フォトダイオード４の出力信号を増幅する増幅回路，７は増幅回路６と接続され，オープンコレクタの出力トランジスタである。
【０００３】
なお，特定気筒を識別するための窓３′が他気筒を識別するための窓３と非対称で，回転板２に設けられている。
【０００４】
したがって，クランク角センサからは６図に示すような信号が出力される。この信号は，特定気筒＃１気筒の立ち下がりが他気筒＃２気筒，＃３気筒，＃４気筒より遅角側に１０°オフセットＡＴＤＣ５°上死点先５°であり，信号の立ち上がりに関しては全気筒共同じＢＴＤＣ７５°である。
【０００５】
次に，特定気筒識別動作を７図および８図を用いて説明する。７図で示されるクランク角センサ８の出力信号は，インターフェース回路９を経てマイクロコンピュータ１０に入力される。マイクロコンピュータ１０では，８図に示すフローチャートに従って気筒識別が行われる。まず，ステップＳ１で６図の信号波形の“ハイ”レベル出力期間ｔおよびその立ち上がり区間周期Ｔを計算する。次にステップＳ２に進み，比率ｔ／Ｔを計算する。続いて，ステップＳ３でｔ１／Ｔ＞α＞ｔ０／Ｔとなる平均のスレッショルド値αｎを設け，下記の演算式を用いてαｎを求める。
【０００６】
αｎ＝（１−ｋ）αｎ−１＋ｋ（ｔ／Ｔ）ｎ
ここで，ｋ＝定数である。
【０００７】
ステップＳ３で計算したαｎと比率ｔ／Ｔとを比較して（ステップＳ４），ｔ／Ｔ−αｎ＞０ならば、特定気筒と識別して識別フラグをセットし（ステップＳ５）、他方，ステップＳ４でｔ／Ｔ−αｎ＜０ならば、他気筒と識別する。
【０００８】
また、図９は、クランク角センサの他の従来例を概略的に示している。この図において、クランク角センサ１８は、機関のクランク軸と同期して回転するカム軸等に取り付けられて、外周にクランク角検出用の複数の凸部と凹部とよりなる歯を備えた回転磁性体１８ａと、その回転磁性体１８ａの凸部に対向するように、回転磁性体１８ａに近接して配置され、凹凸部との距離による磁力の変化を検出して凹凸部の位置すなわちクランク角を検出する磁気検出体１８ｂとからなり、磁気検出体１８ｂの出力信号はマイクロコンピュータ１０に入力される。
【０００９】
図１０の（ａ）は、図９のクランク角センサ１８の出力信号及びマイクロコンピュータ１０に内蔵される気筒識別カウンタのカウント値を表しており、図１０の（ｂ）は、マイクロコンピュータ１０に内蔵されるタイマによる割り込み処理（燃料噴射や点火制御等の動作処理）のタイミングを示しており、（ｃ）は、クランク角信号と同期して割り込みをかける割り込みタイミングを示している。
【００１０】
図９及び図１０の（ａ）から明らかなように、この例では、回転磁性体１８ａの歯（凸部）は、ほぼクランク角の１０°ＣＡ毎に設けられているが、所々でクランク角で３０°ＣＡの間隔に設けられている。例えば、４気筒の内燃機関で第１及び第４気筒並びに第２及び第３気筒同時点火の場合には、第１及び第４気筒のＢ３５（上死点前３５°ＣＡ）とその直前の信号との間、第２及び第３気筒のＢ５（上死点前５°ＣＡ）とその直前の信号との間及び該直前の信号とそのまた直前の信号との間がクランク角で３０°ＣＡの間隔に設定されている。
【００１１】
この信号を用いた気筒の識別方法も、上記した図４乃至８の従来例とほぼ同様である。
【００１２】
また、図１０の（ｂ）に示すように、マイクロコンピュータ１０は、所定のクランク角（例えばＢ７５やＢ３５）で点火や燃料噴射等の動作処理を開始するように内燃機関を制御する。
【００１３】
さらに、マイクロコンピュータ１０に内蔵される気筒識別カウンタは、クランク角センサ１８の出力信号（角度信号）に同期してカウントアップするように設定されており、例えば、図１０の（ｃ）に示すように、クランク角１０°ＣＡ毎にカウントアップし、クランク軸が２回転すると、リセットされる。
【００１４】
マイクロコンピュータ１０は、正常（ノイズ無し）時のクランク角Ｂ３５°ＣＡを表すクランク角センサ１８の出力信号（特定角度信号Ｂ３５）に対応する気筒識別カウンタのカウント値３３で、クランク角Ｂ７５°ＣＡとＢ６５°ＣＡとの間の間隔（角度）に対応するカウント値２９と３０との間の時間間隔とクランク角Ｂ６５°ＣＡとＢ３５°ＣＡの間の間隔（角度）に対応するカウント値３０と３３との間の時間間隔との比を算出し、この算出値が１：３付近（所定の誤差範囲内）であれば、クランク角センサ１８の出力信号が正常（ノイズ無し）であると判断し（図１０の（ａ）参照）、そうでなければ、異常（ノイズ有り）と判断する。すなわち、図１１の（ａ）に示すように、クランク角センサ１８の出力信号にノイズが入った場合には、ノイズのところで気筒識別カウンタがカウントアップされてしまうため、上記比率が１：３付近の所定の誤差範囲内に入らなくなる。そして、異常と判断した場合には、再び気筒識別をするようにしていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０及び図１１の従来例では、気筒識別カウンタを基にして、特定角度信号Ｂ７５°ＣＡ（クランク角）及びＢ６５°ＣＡとの間のクランク角１０°ＣＡの周期と、特定角度信号Ｂ６５及びＢ３５との間のクランク角３０°ＣＡの周期の比率により、ノイズを入力したか否かを判定していた。すなわち、これらの間の周期比率は１０：３０＝１：３であり、周期比率がこの近辺である場合には、特定角度信号にノイズが入力されていないと判断し、また、この比率が１：３からずれた場合には、ノイズが入力されたと判断していた。
【００１６】
従って、この場合、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、特定角度信号Ｂ７５、Ｂ５、Ｂ１１５の割り込みで、内燃機関の点火処理や燃料噴射処理等の動作処理を行っているため、前回気筒のクランク角Ｂ３５°ＣＡから今回気筒のクランク角Ｂ７５°ＣＡの間にノイズ入力があった場合には、今回気筒のクランク角Ｂ７５°ＣＡの後でノイズ判断をしているため、ノイズ判定時には、間違った前回の気筒のクランク角Ｂ５°ＣＡ、今回の気筒のクランク角Ｂ１１５°ＣＡ、Ｂ７５°ＣＡで既に動作処理を行ってしまっていた。従って、ノイズ入力有りの判定が行われても、既に前回の動作処理が済んでおり、ノイズによる誤動作を有効に防止できなかった。
【００１７】
また、機関回転数（クランク軸回転速度）の急変が予想される機関始動時にも、ノイズ判定を行っているので、クランク角センサの出力信号周期の急変によりノイズを誤判定する可能性があった。
【００１８】
そこで、本発明は、上述した従来例の問題点を解決しようとするものであり、ノイズによる誤動作を未然に防止することができる内燃機関の気筒識別装置を提供することを目的とするものである。
【００１９】
本発明の他の目的は、ノイズ判定による処理時間の増加を防止しうる内燃機関の気筒識別装置を提供することである。
【００２０】
本発明の更に他の目的は、通常のクランク角信号の周期変動によるノイズ誤判定を防止しうる内燃機関の気筒識別装置を提供することである。
【００２１】
本発明の外の目的は、クランク角信号の周期急変によるノイズ誤判定を防止しうる内燃機関の気筒識別装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の気筒を有する内燃機関のクランク軸の回転位置を検出するクランク角センサと、前記クランク角センサより出力される信号に基づいて各気筒を識別する気筒識別手段と、前記気筒識別手段による気筒の識別結果に基づいて、前記内燃機関の制御を行う機関制御手段と、クランク角センサの出力信号の発生に応じて発生回数をカウントするとともに発生時刻を記憶し、前記発生回数のカウント値が所定の回数と等しくなった場合に特定角度信号が入力されたと判断し、発生した出力信号毎に記憶されている前記発生時刻に基づいて、前回の特定角度信号から今回の特定角度信号までの全ての角度信号について一括してノイズ判定を行い、今回の特定角度信号による動作処理前に、該出力信号にノイズが入っていることを検出した場合には、その後の動作処理を行わないようにするノイズ判定手段とを備える内燃機関の気筒識別装置が提供される。
【００２４】
前記ノイズ判定手段は、ノイズ判定を行う際に、常に今回の角度信号周期を正常な前回の角度信号周期と比較するものである。
【００２５】
前記クランク角センサの出力信号の急変が予測される機関の始動時には、ノイズ判定禁止手段により、前記ノイズ判定手段によるノイズ判定を禁止するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面により本発明の実施の形態について説明する。
図１の（ａ）は本発明による気筒識別装置を備えた内燃機関の概略構成図である。この図において、１０１は内燃機関の吸気管に設けられ、機関に吸入される吸気量を計測するエアフローセンサ、１０２は吸気管内に設けられたスロットル弁の開度を検出するスロットルセンサ、１０３は吸気管の先端のエアクリーナに取り付けられ、吸気温度を検出する吸気温センサ、１０４は機関本体に取り付けられ、冷却水の温度を検出する温度センサ、１０５は機関のクランク軸に同期して回転するカム軸等の回転を検出することによりクランク軸の回転角を検出するクランク角センサ、１０６は排気管内の酸素流量を計測することにより燃焼状態を検出するための酸素センサ、１０７は図示しない車両の運転室に設けられた始動スイッチ、１０８は機関の作動状態等に応じて排気の一部を吸気管内に環流させる排気環流（ＥＧＲ）バルブ、１０９は点火栓（図示せず）に火花点火を生じさせて機関本体内の燃焼室内の空気燃料の混合気に着火させるための点火コイル、１１０はデリバリパイプ１１０ａを介して燃料タンク（図示せず）に接続されると共に、先端を吸気管内に臨ませるように吸気管に取り付けられて吸気管内に燃料を噴射するインジェクタ、１１１は車両の各種機器に給電するバッテリ、１１３は各種センサや、始動スイッチ７等からの出力信号を入力して排気環流バルブ１０８、点火コイル１０９、インジェクタ１１０等を制御することにより機関を制御する電子制御ユニットであり、電子制御ユニット１１３はそこに内蔵される制御プログラムを実行することにより機関の制御を行なう。尚、電子制御ユニット１１３はバッテリ１１１から入力される電圧によりバッテリ電圧を検出する。
【００２７】
図１の（ｂ）は電子制御ユニット１１３の機能ブロック図である。電子制御ユニット１１３は、図１の（ｂ）に示すように、クランク角センサ１０５より出力される信号に基づいて気筒を識別する気筒識別手段１１３ａと、その識別結果に基づいて、点火制御や燃料噴射制御等の内燃機関の制御を行う機関制御手段１１３ｂと、クランク角センサ１０５の出力信号のうちの特定角度信号による点火制御や燃料噴射制御等の動作処理前に、該出力信号にノイズが入っているか否かの判定を行って、ノイズが検出された場合には、その後の動作処理を行わないようにするノイズ判定手段１１３ｃとを備える。
【００２８】
気筒識別手段１１３ａは、上述した図８の従来例の気筒識別動作を示すフローチャートに従って、気筒識別を行ってもよいし、或いはまた、当業者には公知の他の原理に基づいて気筒識別を行うようにしてもよい。
【００２９】
また、ノイズ判定手段１１３ｃは、今回の特定角度信号の入力時に、前回の特定角度信号から今回の特定角度信号までの全ての角度信号について一括してノイズ判定を行うものであり、ノイズ判定を行う際に、常に今回の角度信号周期を正常な前回の角度信号周期（基準信号周期）と比較する。
【００３０】
さらに、前記クランク角センサ１０５の出力信号の急変が予測される機関の始動時には、ノイズ判定手段１１３ｃによるノイズ判定を禁止するノイズ判定禁止手段１１３ｄを備える。ノイズ判定禁止手段１１３ｄは、クランク角センサの出力信号より求められる機関回転数が所定値（例えば５００ｒｐｍ）以下のとき、或いは、気筒識別が完了する前を、機関始動時と判定する。
【００３１】
電子制御ユニット１１３は、気筒識別カウンタの値と気筒確定状態に応じて、インジェクタ１１０及び点火コイル１０９を制御して燃料制御及び点火制御を行う。
【００３２】
図２は、本発明に係る内燃機関の気筒識別装置の動作を説明するための図であり、（ａ）はクランク角信号の出力タイミング及び気筒識別カウンタのカウント値を示す図、（ｂ）はタイマの割り込みによる動作処理を示す図、（ｃ）はクランク角信号と同期して割り込みをかけるタイマの割り込みタイミング及びノイズ判定を行うためのクランク角信号の信号間周期を示す図、（ｄ）は各基準角度信号周期とノイズ判定対象周期とを対比して示したノイズ判定の具体例を示す説明図である。
【００３３】
図３は、本発明に係る内燃機関の気筒識別装置の動作を示すフローチャートである。
【００３４】
次に、図２及び図３により、本発明による気筒識別装置のノイズ判定動作について説明する。
先ず、図３に示すように、ステップＳＴ１において、クランク角センサの出力信号（角度信号）が入力されると、クランク角センサ１０５の出力信号より求められる機関回転数等から機関始動時か否かを判定する。すなわち、ステップＳＴ２１で、気筒識別が完了したか否かを判定し、”ＹＥＳ”であれば、次いでステップＳＴ２２で機関回転数が所定値（例えば５００ｒｐｍ）以上か否かを判定し、”ＹＥＳ”であればステップＳＴ３へ進む。ステップＳＴ２１で、”ＮＯ”であれば、機関始動時であると判断してステップＳＴ２３で気筒識別を行って、角度信号入力時の時刻をメモリに記憶して（ステップＳＴ５）処理を終了する。また、ステップＳＴ２２で”ＮＯ”の場合にも、ステップＳＴ５へ進んで処理を終了する。
【００３５】
ステップＳＴ２１，２２において「ＹＥＳ」の場合には、機関始動時以外であるので、気筒識別カウンタをカウントアップする（ステップＳＴ３）。次いで、入力された角度信号が特定のクランク角度を表す特定角度信号（例えばＢ１１５，Ｂ７５，Ｂ５等）であるか否かを判定し（ステップＳＴ４）、”ＮＯ”であれば、ステップＳＴ５へ進んで、処理を終了する。
【００３６】
ステップＳＴ４で、”ＹＥＳ”であれば、角度信号の入力時にメモリに記憶されている時刻から各角度信号間の周期を求め（ステップＳＴ６）、次いで、各角度信号間の周期と基準角度信号周期（ノイズ判定対象周期の信号間周期）とを比較する（ステップＳＴ７）。今回の角度信号が特定角度信号の場合、処理の開始時点では、基準角度信号周期は、特定角度信号Ｂ７５とその直後の角度信号との間の周期であるが、後述するように、この基準角度信号周期は逐次更新される。また、この比較は、図２の（ｄ）に示すように、基準角度信号周期をノイズ判定対象周期と等しくなるように調整してから、両者の比をとることにより行われる。
【００３７】
そして、各角度信号間の周期の中に基準角度信号周期の１／２以下のものがあるか否かを判定する（ステップＳＴ８）。”ＮＯ”であれば、ステップＳＴ９に進んで、各角度信号間の周期の内の最後の１つを次の基準角度信号周期として、点火制御や燃料噴射制御等の機関制御の処理動作を行ってから、ノイズ判定処理を終了する。
【００３８】
ステップＳＴ８において、判定結果が”ＹＥＳ”であれば、基準角度信号周期の１／２以下と判定したパルス数分だけ、機関制御動作等の動作処理の開始を遅らせ（ステップＳＴ１０）、気筒識別カウンタのカウント値を異常分（異常と判断した回数）だけ戻し（ステップＳＴ１１）、処理を終了する。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような優れた作用効果を奏するものである。
本発明による内燃機関の気筒識別装置は、複数の気筒を有する内燃機関のクランク軸の回転位置を検出するクランク角センサと、前記クランク角センサより出力される信号に基づいて各気筒を識別する気筒識別手段と、前記気筒識別手段による気筒の識別結果に基づいて、前記内燃機関の制御を行う機関制御手段と、前記クランク角センサの出力信号の特定角度信号による動作処理前に、該出力信号にノイズが入っているか否かの判定を行って、ノイズが検出された場合には、その後の動作処理を行わないようにするノイズ判定手段とを備えるので、インジェクタによる誤った燃料噴射や点火栓による誤点火等の誤った動作処理を防止することができる。
【００４０】
また、ノイズ判定手段は、今回の特定角度信号の入力時に、前回の特定角度信号から今回の特定角度信号までの全ての角度信号について一括してノイズ判定を行うので、各角度信号の入力時にノイズ判定を逐次行う場合に比べて、ノイズ判定に要する時間を減少させることができ、従って、機関の高速回転時にもノイズ判定処理が破綻しないようにすることができる。
【００４１】
さらに、ノイズ判定手段は、ノイズ判定を行う際に、常に今回の角度信号周期を正常な前回の角度信号周期と比較するようにしたので、機関の吸気、圧縮、爆発、排気の各行程或いは加減速時等により、クランク角センサから出力される角度信号周期が変動するような場合でも、ノイズの誤判定を防止することができる。
【００４２】
さらにまた、機関の回転速度の変動が大きくクランク角センサの出力信号の急変が予測される機関の始動時には、ノイズ判定禁止手段によりノイズ判定手段のノイズ判定を禁止するようにしたので、機関始動時に、ノイズを誤判定することを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明による電子制御装置を搭載した内燃機関の概略構成を示す図、（ｂ）はその電子制御ユニットの機能ブロック図である。
【図２】（ａ）はクランク角センサの出力信号と気筒識別カウンタのカウント値を表す図、（ｂ）特定角度信号によるタイマの割り込み処理（動作処理）のタイミングを示す図、（ｃ）はクランク角信号と同期して割り込みをかけるタイマの割り込みタイミング及びノイズ判定を行うためのクランク角信号の信号間周期を示す図、（ｄ）は各基準角度信号周期とノイズ判定対象周期とを対比して示したノイズ判定の具体例を示す説明図である。
【図３】本発明による電子制御装置の動作を表すフローチャートである。
【図４】従来の回転信号発生器の構造図である。
【図５】従来の回転信号発生器の信号処理回路図である。
【図６】従来の回転信号発生器の信号波形図である。
【図７】従来の内燃機関の気筒識別装置の概略ブロック図である。
【図８】従来の気筒識別ルーチンのフローチャートである。
【図９】他の従来例の内燃機関の気筒識別装置の概略ブロック図である。
【図１０】（ａ）は他の従来例の正常時のクランク角センサの出力信号と気筒識別カウンタのカウント値を表す図、（ｂ）正常時の特定角度信号による割り込み処理（動作処理）のタイミングを示す図、（ｃ）はクランク角信号と同期して割り込みをかけるタイマの割り込みタイミングを示す図である。
【図１１】（ａ）は他の従来例の異常時（ノイズ有り）のクランク角センサの出力信号と気筒識別カウンタのカウント値を表す図、（ｂ）異常時の特定角度信号による割り込み処理（動作処理）のタイミングを示す図、（ｃ）は異常時のクランク角信号と同期して割り込みをかけるタイマの割り込みタイミングを示す図である。
【符号の説明】
１０５クランク角センサ、１１３電子制御ユニット、１１３ａ気筒識別手段、１１３ｂ機関制御手段、１１３ｃノイズ判定手段、１１３ｄノイズ判定禁止手段。

Claims

複数の気筒を有する内燃機関のクランク軸の回転位置を検出するクランク角センサと、
前記クランク角センサより出力される信号に基づいて各気筒を識別する気筒識別手段と、
前記気筒識別手段による気筒の識別結果に基づいて、前記内燃機関の制御を行う機関制御手段と、
クランク角センサの出力信号の発生に応じて発生回数をカウントするとともに発生時刻を記憶し、前記発生回数のカウント値が所定の回数と等しくなった場合に特定角度信号が入力されたと判断し、発生した出力信号毎に記憶されている前記発生時刻に基づいて、前回の特定角度信号から今回の特定角度信号までの全ての角度信号について一括してノイズ判定を行い、今回の特定角度信号による動作処理前に、該出力信号にノイズが入っていることを検出した場合には、その後の動作処理を行わないようにするノイズ判定手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の気筒識別装置。
前記ノイズ判定手段は、ノイズ判定を行う際に、常に今回の角度信号周期を正常な前回の角度信号周期と比較することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の気筒識別装置。
前記クランク角センサの出力信号の急変が予測される機関の始動時には、前記ノイズ判定手段によるノイズ判定を禁止するノイズ判定禁止手段を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の気筒識別装置。