JP3599554B2 - 内燃機関の気筒判定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関が回転中、その中の何れの気筒が特定の行程にあるかを識別するための気筒判別装置に係り、特に自動車用に好適な内燃機関の気筒判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、その動作の１サイクルが、例えば２、又は４の複数の行程で成り立っており、このため２気筒以上の多気筒内燃機関では、点火時期や燃料噴射時期などの制御のために、何れの気筒が特定の行程、例えば圧縮行程にあるかを識別する必要がある。このため、気筒判別装置が必要になる。
【０００３】
ところで、このような気筒判別装置としては、いくつかの従来例がある。その第一の従来例としては、特公昭６３−３７３３６ 号公報の図面の図２及び図３に示されているように、クランク角度検出センサと、カム軸に取り付けられた気筒判別センサ信号によって第１気筒の圧縮行程を判別する方法がある。
【０００４】
さらに、第二の従来例としては、特開平５−８６９５３号公報に示されているように、カム軸に装着した回転検出用のディスクにクランク角判定用の３つの突起を不等間隔で設け、第１気筒の気筒判定用の突起を追加し、複数の信号が不等間隔で発生するようにし、この複数信号のパルス間隔の配列状態をチェックし、クランク角判定用パルスのみによる所定の配列パターンを検出した時点でクランク角を判定し、気筒判定用パルスを含む所定の配列パターンを検出した時点や、気筒判定用パルスの箇所で所定のパルス間隔の変化を検出した時点で気筒を判定する方法がある。この所定のパルス間隔の変化を検出した時点で気筒を判定する方法について、図２を用いて簡単に説明する。図２は、３気筒内燃機関を代表しており、各気筒の行程の状態とクランク角センサの検出位置の関係を示している。行程中の○印は、吸気を示しており、矢印は点火位置を示している。各気筒の圧縮行程に対し、２つの信号（Ａ，Ｂ）が発生し、さらに１気筒の圧縮行程を検出するために、Ｃ信号がある。図中のクランク軸２回転が４サイクル内燃機関の基本周期となる。図２中のＡ，Ｂ，Ｃ信号の位置関係の詳細は、図３の通りとなっている。ＣＲ信号とは、クランク角センサで検出する信号発生位置を意味している。Ａ信号は、各気筒の圧縮上死点前７５°で発生する。Ｂ信号も各気筒の圧縮上死点前５°で発生する。Ｃ信号は、クランク軸２回転に１回のみ発生し、その位置は１気筒圧縮上死点前２１０°の位置で発生するようにし、信号間の角度が他のものより短くなっている。気筒判定は、表中に示した判定条件を満足した時に確定される。具体的には、ＣＲ信号間の時間の履歴により、数１で判定する。
【０００５】
【数１】
ＴＲＡＴＩＯ≧ＭＫＲＡＴ＃ …（数１）
ＭＫＲＡＴ＃：気筒判別係数
ＴＲＡＴＩＯ：パルス周期比
数２で算出する。
【０００６】
【数２】
（Ｔｏｌｄ１＋Ｔｏｌｄ２）／Ｔ …（数２）
Ｔｏｌｄ１：前回のパルス周期
Ｔｏｌｄ２：前前回のパルス周期
Ｔ ：最新のパルス周期
前記ＭＫＲＡＴ＃は、この場合５程度の値をとる。つまり角度比で換算すると、Ｃ信号発生時は、Ｔｏｌｄ２は１７５°、Ｔｏｌｄ１は６５°、Ｔは３５°となり、ＴＲＡＴＩＯ＝（１７５＋６５）／３５＝７．５ となる。同様に、Ｂ信号発生時は、Ｔｏｌｄ２は６５°、Ｔｏｌｄ１は１７５°、Ｔは６５°となるため、ＴＲＡＴＩＯ＝（６５＋１７５）／６５＝３．７となる。Ａ信号発生時は、Ｔｏｌｄ２は１７０°、Ｔｏｌｄ１は６５ｄｅｇ、Ｔは１７０となり、ＴＲＡＴＩＯ＝（１７０＋６５）／１７０＝１．３８となる。以上まとめると、ＴＲＡＴＩＯは、Ａ信号発生時１．３８，Ｂ信号発生時３．７，Ｃ信号発生時７．５となるため、気筒判別係数ＭＫＲＡＴ＃を５とすれば、Ｃ信号とＡ，Ｂ信号が分別可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、まず、上記第一の従来例では、内燃機関の始動時、カム軸が最大１回転、すなわちクランク軸が２回転するまで気筒判別ができないという課題がある。次に、第二の従来例では、内燃機関の行程判別は迅速に行われるが、信号間の時間比を用いて判別を行うため、回転変動の大きな内燃機関では、誤判別をする可能性がある。さらに、回転検出用のセンサ（クランク角センサ）が１つしかないため、コスト的には有利であるが、センサ故障時には内燃機関が停止してしまう課題があった。
【０００８】
本発明の目的は、カム軸に装着した気筒判定および回転検出用のシグナルプレート１つのみで、１気筒当たりに複数種類の基準信号を用いて制御を行うようにした場合での、基準信号の判別が内燃機関の回転変動の影響を受けずに、速やかに行えるようにするとともに、センサ故障時においても、内燃機関の停止を防止するようにした内燃機関の気筒判別装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、内燃機関の気筒判定装置において、カム軸に装着したシグナルプレートと前記シグナルプレートに、前記内燃機関の気筒数と同じ数の凹部群又は凸部群を有し、基準となる凹部群又は凸部群として前記凹部群又は凸部群の１つに他の凹部群又は凸部群とは異なる数の凹部又は凸部を有し、前記シグナルプレートの前記凹部群又は凸部群に基づく信号を検出するように配置した第一と第二の２つのセンサを有し、前記凹部群又は凸部群の間隔は、クランク角度７２０°を前記内燃機関の気筒数で除した値となるように配置し、前記第一のセンサの信号として前記凹部又は凸部の個々に対応した信号と前記信号間に検出された第二のセンサによる信号により、ビットパターンを生成すると共に、前記ビットパターンと前記第一のセンサ信号の検出数により気筒判別を行う気筒判別手段と、前記第一のセンサと前記第二のセンサより発生する信号の位相差を検出する位相差検出手段を有し、前記位相差検出手段により前記第一と第二のセンサの位相差を予め求め、前記第一のセンサ故障に際し、前記予め求められた位相差にて前記第二のセンサ信号の位相を修正して、点火時期，燃料噴射手段へ信号を送ることを特徴とする内燃機関の気筒判定装置によって達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を説明する。まず、図４は、本発明が適用される燃料噴射装置のシステム構成図を示している。１はエアクリーナ、２は吸入空気の量を制御する絞弁を備えた絞弁組立体すなわちスロットルボディであり、出口には内燃機関５の各気筒に空気を分岐供給する複数の吸気分岐管４が接続されている。６は吸気分岐管４に取付けられた電子制御式の燃料噴射弁である。内燃機関５の吸込側には吸気弁７があり、吐出側に排気弁８が設けられている。１０はコントローラであり、Ｏ２ センサ１１，水温センサ１２，ベースクラセン（ベースクランク角センサ）１３，サブクラセン（サブクランク角センサ）１４，圧力センサ１６，スロットルセンサ１７等の各出力を入力として、燃料噴射弁６，点火コイル９，ＩＳＣバルブ２１，燃料ポンプ３１等に対して制御信号を出力する。
【００１１】
２２はバッテリー、２３はコントローラ１０に対するメインリレー、２４は燃料ポンプリレーである。３０は燃料室であり、燃料は、燃料ポンプ３１により吸い出され、プレッシャーレギュレータ３２で調圧された後、燃料配管３３を経て燃料噴射弁６に至る。燃料噴射弁６の適正な噴射量は、各種センサからの入力を基にコントローラ１０により算出されて決定される。ベースクラセン１３，サブクラセン１４は、図５に示すように、シグナルプレート１５に設けられた突起が通過する毎に発生する磁界の変化Ａをとらえ、内部処理回路でＢを生成し、コントローラ１０に送る。図６はコントローラ１０の内部構成を示したものである。コントローラ１０は、入力回路１９１，Ａ／Ｄ変化部１９２，中央演算部１９３，ＲＯＭ１９４，ＲＡＭ１９５、及び出力回路１９６を含んだコンピュータにより構成されている。入力回路１９１は、アナログ信号の場合（例えば、水温センサ１２，スロットル開度センサ９等からの信号）を受け付けて、概信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変換部１９２に出力するためのものである。中央演算部１９３は、概Ａ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ１９４等の媒体に記憶された燃料噴射制御プログラムやその他の制御のための所定の制御プログラムを実行することによって、前記各制御及び診断等を実行する機能を備えている。なお、演算結果、及び、前記Ａ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ１９５に一時保管されるとともに、該演算結果は、出力回路１９６を通じて制御出力信号１９７として出力され、燃料噴射弁６，点火コイル９等の制御に用いられる。一方、ベースクラセン１３及びサブクラセン１４の信号は、同様に入力回路１９１で信号の有無を識別しＨｉｇｈ／Ｌｏｗ 信号として、信号線１９８，１９９により、中央演算部
１９３へ送る。中央演算部１９３では、信号線１９８の電圧レベルが、Ｌｏｗ からＨｉｇｈに変化した時に、図５のＣで示したタイミングで割り込み処理が行われる構成となっている。
【００１２】
一方、ベースクラセン１３，サブクラセン１４の装着状態は、図７に示す通りである。図７は、内燃機関を前方から見た図で、クランク軸５０に対しカムカバ６０の内部には、カム軸に装着されたシグナルプレート１５が設置され、クランク軸５０の１／２の回転数で回転する。その位置関係を、図８に示す。シグナルプレートの突起に対し、図示の通りベースクラセン１３，サブクラセン１４が装着されている。図９は、図８の状態を横から見た図で、シグナルプレート１５に設置された突起６１の磁界の変化を検出する構成となっている。図１０は、別の検出手段を示したもので、シグナルプレート１５の周方向にベースクラセン１３，サブクラセン１４を装着した形である。装着状態は、図９，図１０の方法、あるいは組み合わせでも良い。尚、信号検出のためには、上記突起６１（凸部）に代えて、所定の溝（凹部）としても良いことは言うまでもない。
【００１３】
図１１は、本発明である気筒判定を実施するブロック図である。ベースクラセン信号は、入力処理手段２１０に入力されノイズ等が除去される。つぎに信号カウント手段２３０で信号入力毎にカウンタがカウントアップされ、ベースクラセン信号が何回入力されたかを監視する。同様に、ＦＬＡＧ０，１発生手段２４０では、入力処理手段２１０からの信号をもとに、ＦＬＡＧの状態を前記入力処理手段２１０からの信号入力毎に０と１を反転させる。一方サブクラセン信号も入力処理手段２２０でノイズ等が除去されビット作成手段２５０へ信号を送る。ビット作成手段２５０では、ＦＬＡＧ０，１発生手段からの信号と、サブクラセン信号の入力処理手段２２０からの信号を元に、ビットパターンの作成を行う。ビットパターンは、図６で示したＲＡＭ１９５の１バイト（８ビット）をビットパターン判定用レジスタとして用いて作成する。ビットパターン判定用レジスタは、ＦＬＡＧ０，１発生手段２４０からの信号が反転（０と１が切り替わる）する毎に左へ１ビット分シフトされる。また、サブクラセン信号の入力処理手段２２０からの信号が入力される毎に、ビットパターンレジスタの最下位ビットを１にする。ＦＬＡＧ０，１発生手段２４０からの信号が同一状態で、サブクラセンの入力処理手段からの信号が２回入力された場合は、複数入力時処理手段２６０において、ビットパターンレジスタを左へシフト後、最下位ビットを０とする処理が行われる。つまり、ビットパターンの並びとして“１０”となるようにする。上記内容を３気筒の内燃機関にあてはめた場合の一例を図１に示す。ビットパターンレジスタの状態は図示した通り、０１１０１１１１０・・・・というように生成される。つぎに、ビットパターン作成手段２５０で生成されたビットパターンが、気筒判定手段２８０に送られ気筒判定を実施する。気筒判定は、気筒判定基準格納手段２７０であらかじめ定めているデータを取り出し、前記ビットパターンとの一致状態を確認することで実施される。その方法について以下に説明する。まず、信号カウント手段２３０のカウンタの状態を監視し、カウンタが３の場合（ベースクラセン信号が３回入力）は、ビットパターンが１１０の並びの時、２気筒の圧縮行程と判別する。その他の場合は、ビットパターンが１１０の並びの場合、１気筒の圧縮行程と判別。０１１の並びの場合、３気筒の圧縮行程と判別。以上により、ベースクラセン信号入力が４回発生すれば、確実に気筒判別が可能となる。
【００１４】
次に、ベースクラセン故障時のフェールセーフの方法について説明する。図
１２は、フェールセーフ手段を示すブロック図である。ベースクラセン信号は、クラセン異常検出手段３００に入力される。異常判定は、サブクラセン信号が入力されているにもかかわらず、ベースクラセン信号が入力されないときに異常と判定する方法をとる。この場合、異常と判定されたセンサを切り離し、正常なセンサのみにて、従来相当の気筒判別に切り換えるものとする。判定結果が正常の場合は、スイッチ３５０をＯＮ，スイッチ３６０をＯＦＦとし、ベースクラセン信号を点火時期，燃料噴射演算手段３４０へ信号を送るようにする。異常と判定した場合は、スイッチ３５０をＯＦＦ，スイッチ３６０をＯＮとし位相差修正手段３２０からの信号を元に、点火時期，燃料噴射演算手段３４０は処理を行うことになる。ここで、位相差修正手段３２０の内容について説明する。まず、位相差検出手段３１０においてベースクラセン信号とサブクラセン信号が入力される。サブクラセン信号入力後からベースクラセン入力までの時間を測定し時間比を求める。この方法について、図１を利用して説明する。図１のベースクラセン （ベースＣＳ）信号は、気筒判定が確定するとＢ０〜Ｂ６まで番号が割り振られ、信号位置が確定できる。Ｂ０は気筒判別位置を示す。同様にサブクラセン（サブＣＳ）信号にもＣ０〜Ｃ６までの番号が割り振られる。したがって、同一番号、たとえばＢ０とＣ０は、シグナルプレート１５の突起位置が同一であることになるため、その時間差を求めれば、位相がわかることになる。内燃機関は、１周期がＣ０〜Ｃ０の間であるため下記に示す数３で位相角度を算出する。
【００１５】
【数３】
ＢＳＡＮＧＬ＝Ｃ０Ｂ００ＩＮＴ／Ｃ０ＩＮＴ×７２０ …（数３）
ＢＳＡＮＧＬ ：クラセン位相角度
Ｂ０Ｃ０ＩＮＴ ：Ｃ０〜Ｂ０間の時間
Ｃ０ＩＮＴ ：Ｃ０〜Ｃ０間の時間
数３の計算によりベースクラセンのサブクラセンからの遅れ角度がわかる。つぎに位相差修正手段３２０は、サブクラセン信号発生毎に前記クラセン位相角度をもとに、Ｂｎ（０〜６）発生位置を時間換算して予測する。内燃機関の運転中における角度−時間換算方法については既知のため、ここでは説明を省略する。以上により、ベースクラセンが故障した場合は、あらかじめ計算したＢＳＡＮＧＬを用いて、位相修正手段が、サブクラセン信号を元に、ベースクラセン信号発生位置を予測し、点火時期，燃料噴射手段へ信号を送ることで、継続して内燃機関を運転可能となる。
【００１６】
内燃機関の回転に伴い、第一のセンサ（ベースクラセン）と第二のセンサ（サブクラセン）から検出信号が送られてくる。ビットパターン判定用レジスタは、第一のセンサからの入力毎に左へ１ビット分シフトされる。また、第二のセンサ（サブクラセン）から信号が入力される毎に、ビットパターンレジスタの最下位ビットを１にする。第一のセンサ（ベースクラセン）から信号が発生する前に第二のセンサ（サブクラセン）からの信号が発生（２回発生したことになる）した場合は、ビットパターンレジスタを左へシフト後、最下位ビットを０とする。上記内容を３気筒の内燃機関にあてはめた場合の一例を図１に示す。ビットパターンレジスタの状態は図示した通り、０１１０１１１１０・・・・というように生成される。気筒判定は、第一のセンサ（ベースクラセン）の入力状態で区分される。つまり第一のセンサ（ベースクラセン）からの入力が３回あった場合、ビットパターンが１１０の並びの時、２気筒の圧縮行程と判別する。その他の場合は、さらに次の第一のセンサからの入力時（つまり４回）にビットパターンをチェックする。ビットパターンが１１０の並びの場合、１気筒の圧縮行程と判別。
【００１７】
０１１の並びの場合、３気筒の圧縮行程と判別。以上により、第一のセンサ入力（ベースクラセン）が４回発生すれば、確実に気筒判別が可能となる。さらに、第一のセンサ（ベースクラセン）が故障した場合は、第二のセンサで気筒判別を行い、燃料と点火が制御される。
【００１８】
【発明の効果】
図１３，図１４に従来例と本発明を実施した場合の実機での確認結果を示す。ともに内燃機関の始動時の回転数の挙動をしめしている。図１３は従来例の場合で、機関の始動時に回転数の変動が大きいため、気筒判定の失敗を繰り返し、始動時間に３秒以上要している。一方、図１４は、本発明を実施した場合で、回転変動の影響をうけないため気筒判定が速やかに行われ、始動時間も１秒未満となっている。上記結果を統計的にみたものを図１５，図１６に示す。図１５は従来例での始動時間の分布で、図１６を本発明を実施した場合のものである。これにより、本発明を実施した場合、始動時間のばらつきを抑え、かつ短くすることが可能となったことがわかる。つまり、内燃機関の始動時、カム軸が最大１回転、すなわちクランク軸が２回転前に気筒判別が可能となり、さらに、気筒判定に対し、信号間の時間比を用いずに判別を行うため、回転変動の大きな内燃機関でも、誤判別をすることがない。ベースクラセン故障時においても、サブクラセンにより内燃機関の燃料，点火の制御を行うため、内燃機関の停止を防止することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による気筒判定の実施方法の一例を示す図である。
【図２】気筒判定例の実施方法の従来例を示す図である。
【図３】気筒判定の判定方法の従来例を示す図である。
【図４】本発明を実施した内燃機関のシステム構成図である。
【図５】回転センサの出力特性を示す図である。
【図６】本発明におけるコントローラ１０の内部構成図である。
【図７】本発明における回転センサの内燃機関への装着図である。
【図８】本発明における回転センサとシグナルプレートの位置関係を示す図である。
【図９】本発明における回転センサとシグナルプレートの位置関係の詳細を示す図である。
【図１０】本発明における回転センサとシグナルプレートの位置関係の他の例を示す図である。
【図１１】本発明における気筒判定方法を示すブロック図である。
【図１２】本発明におけるフェールセーフの方法を示すブロック図である。
【図１３】従来例における内燃機関の始動時の確認結果を示す図である。
【図１４】本発明における内燃機関の始動時の確認結果を示す図である。
【図１５】従来例における内燃機関の始動時間の分布を示す図である。
【図１６】本発明における内燃機関の始動時間の分布を示す図である。
【符号の説明】
１…エアクリーナ、２…スロットルボディ、４…吸気分岐管、５…内燃機関、６…燃料噴射弁、７…吸気弁、８…排気弁、９…点火コイル、１０…コントローラ、１３…ベースクランク角センサ（ベースクラセン）、１４…サブクランク角センサ（サブクラセン）、１５…シグナルプレート、３２…プレッシャーレギュレータ（燃圧調整弁）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関が回転中、その中の何れの気筒が特定の行程にあるかを識別するための気筒判別装置に係り、特に自動車用に好適な内燃機関の気筒判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、その動作の１サイクルが、例えば２、又は４の複数の行程で成り立っており、このため２気筒以上の多気筒内燃機関では、点火時期や燃料噴射時期などの制御のために、何れの気筒が特定の行程、例えば圧縮行程にあるかを識別する必要がある。このため、気筒判別装置が必要になる。
【０００３】
ところで、このような気筒判別装置としては、いくつかの従来例がある。その第一の従来例としては、特公昭６３−３７３３６ 号公報の図面の図２及び図３に示されているように、クランク角度検出センサと、カム軸に取り付けられた気筒判別センサ信号によって第１気筒の圧縮行程を判別する方法がある。
【０００４】
さらに、第二の従来例としては、特開平５−８６９５３号公報に示されているように、カム軸に装着した回転検出用のディスクにクランク角判定用の３つの突起を不等間隔で設け、第１気筒の気筒判定用の突起を追加し、複数の信号が不等間隔で発生するようにし、この複数信号のパルス間隔の配列状態をチェックし、クランク角判定用パルスのみによる所定の配列パターンを検出した時点でクランク角を判定し、気筒判定用パルスを含む所定の配列パターンを検出した時点や、気筒判定用パルスの箇所で所定のパルス間隔の変化を検出した時点で気筒を判定する方法がある。この所定のパルス間隔の変化を検出した時点で気筒を判定する方法について、図２を用いて簡単に説明する。図２は、３気筒内燃機関を代表しており、各気筒の行程の状態とクランク角センサの検出位置の関係を示している。行程中の○印は、吸気を示しており、矢印は点火位置を示している。各気筒の圧縮行程に対し、２つの信号（Ａ，Ｂ）が発生し、さらに１気筒の圧縮行程を検出するために、Ｃ信号がある。図中のクランク軸２回転が４サイクル内燃機関の基本周期となる。図２中のＡ，Ｂ，Ｃ信号の位置関係の詳細は、図３の通りとなっている。ＣＲ信号とは、クランク角センサで検出する信号発生位置を意味している。Ａ信号は、各気筒の圧縮上死点前７５°で発生する。Ｂ信号も各気筒の圧縮上死点前５°で発生する。Ｃ信号は、クランク軸２回転に１回のみ発生し、その位置は１気筒圧縮上死点前２１０°の位置で発生するようにし、信号間の角度が他のものより短くなっている。気筒判定は、表中に示した判定条件を満足した時に確定される。具体的には、ＣＲ信号間の時間の履歴により、数１で判定する。
【０００５】
【数１】
ＴＲＡＴＩＯ≧ＭＫＲＡＴ＃ …（数１）
ＭＫＲＡＴ＃：気筒判別係数
ＴＲＡＴＩＯ：パルス周期比
数２で算出する。
【０００６】
【数２】
（Ｔｏｌｄ１＋Ｔｏｌｄ２）／Ｔ …（数２）
Ｔｏｌｄ１：前回のパルス周期
Ｔｏｌｄ２：前前回のパルス周期
Ｔ ：最新のパルス周期
前記ＭＫＲＡＴ＃は、この場合５程度の値をとる。つまり角度比で換算すると、Ｃ信号発生時は、Ｔｏｌｄ２は１７５°、Ｔｏｌｄ１は６５°、Ｔは３５°となり、ＴＲＡＴＩＯ＝（１７５＋６５）／３５＝７．５ となる。同様に、Ｂ信号発生時は、Ｔｏｌｄ２は６５°、Ｔｏｌｄ１は１７５°、Ｔは６５°となるため、ＴＲＡＴＩＯ＝（６５＋１７５）／６５＝３．７となる。Ａ信号発生時は、Ｔｏｌｄ２は１７０°、Ｔｏｌｄ１は６５ｄｅｇ、Ｔは１７０となり、ＴＲＡＴＩＯ＝（１７０＋６５）／１７０＝１．３８となる。以上まとめると、ＴＲＡＴＩＯは、Ａ信号発生時１．３８，Ｂ信号発生時３．７，Ｃ信号発生時７．５となるため、気筒判別係数ＭＫＲＡＴ＃を５とすれば、Ｃ信号とＡ，Ｂ信号が分別可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、まず、上記第一の従来例では、内燃機関の始動時、カム軸が最大１回転、すなわちクランク軸が２回転するまで気筒判別ができないという課題がある。次に、第二の従来例では、内燃機関の行程判別は迅速に行われるが、信号間の時間比を用いて判別を行うため、回転変動の大きな内燃機関では、誤判別をする可能性がある。さらに、回転検出用のセンサ（クランク角センサ）が１つしかないため、コスト的には有利であるが、センサ故障時には内燃機関が停止してしまう課題があった。
【０００８】
本発明の目的は、カム軸に装着した気筒判定および回転検出用のシグナルプレート１つのみで、１気筒当たりに複数種類の基準信号を用いて制御を行うようにした場合での、基準信号の判別が内燃機関の回転変動の影響を受けずに、速やかに行えるようにするとともに、センサ故障時においても、内燃機関の停止を防止するようにした内燃機関の気筒判別装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、内燃機関の気筒判定装置において、カム軸に装着したシグナルプレートと前記シグナルプレートに、前記内燃機関の気筒数と同じ数の凹部群又は凸部群を有し、基準となる凹部群又は凸部群として前記凹部群又は凸部群の１つに他の凹部群又は凸部群とは異なる数の凹部又は凸部を有し、前記シグナルプレートの前記凹部群又は凸部群に基づく信号を検出するように配置した第一と第二の２つのセンサを有し、前記凹部群又は凸部群の間隔は、クランク角度７２０°を前記内燃機関の気筒数で除した値となるように配置し、前記第一のセンサの信号として前記凹部又は凸部の個々に対応した信号と前記信号間に検出された第二のセンサによる信号により、ビットパターンを生成すると共に、前記ビットパターンと前記第一のセンサ信号の検出数により気筒判別を行う気筒判別手段と、前記第一のセンサと前記第二のセンサより発生する信号の位相差を検出する位相差検出手段を有し、前記位相差検出手段により前記第一と第二のセンサの位相差を予め求め、前記第一のセンサ故障に際し、前記予め求められた位相差にて前記第二のセンサ信号の位相を修正して、点火時期，燃料噴射手段へ信号を送ることを特徴とする内燃機関の気筒判定装置によって達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を説明する。まず、図４は、本発明が適用される燃料噴射装置のシステム構成図を示している。１はエアクリーナ、２は吸入空気の量を制御する絞弁を備えた絞弁組立体すなわちスロットルボディであり、出口には内燃機関５の各気筒に空気を分岐供給する複数の吸気分岐管４が接続されている。６は吸気分岐管４に取付けられた電子制御式の燃料噴射弁である。内燃機関５の吸込側には吸気弁７があり、吐出側に排気弁８が設けられている。１０はコントローラであり、Ｏ２ センサ１１，水温センサ１２，ベースクラセン（ベースクランク角センサ）１３，サブクラセン（サブクランク角センサ）１４，圧力センサ１６，スロットルセンサ１７等の各出力を入力として、燃料噴射弁６，点火コイル９，ＩＳＣバルブ２１，燃料ポンプ３１等に対して制御信号を出力する。
【００１１】
２２はバッテリー、２３はコントローラ１０に対するメインリレー、２４は燃料ポンプリレーである。３０は燃料室であり、燃料は、燃料ポンプ３１により吸い出され、プレッシャーレギュレータ３２で調圧された後、燃料配管３３を経て燃料噴射弁６に至る。燃料噴射弁６の適正な噴射量は、各種センサからの入力を基にコントローラ１０により算出されて決定される。ベースクラセン１３，サブクラセン１４は、図５に示すように、シグナルプレート１５に設けられた突起が通過する毎に発生する磁界の変化Ａをとらえ、内部処理回路でＢを生成し、コントローラ１０に送る。図６はコントローラ１０の内部構成を示したものである。コントローラ１０は、入力回路１９１，Ａ／Ｄ変化部１９２，中央演算部１９３，ＲＯＭ１９４，ＲＡＭ１９５、及び出力回路１９６を含んだコンピュータにより構成されている。入力回路１９１は、アナログ信号の場合（例えば、水温センサ１２，スロットル開度センサ９等からの信号）を受け付けて、概信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変換部１９２に出力するためのものである。中央演算部１９３は、概Ａ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ１９４等の媒体に記憶された燃料噴射制御プログラムやその他の制御のための所定の制御プログラムを実行することによって、前記各制御及び診断等を実行する機能を備えている。なお、演算結果、及び、前記Ａ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ１９５に一時保管されるとともに、該演算結果は、出力回路１９６を通じて制御出力信号１９７として出力され、燃料噴射弁６，点火コイル９等の制御に用いられる。一方、ベースクラセン１３及びサブクラセン１４の信号は、同様に入力回路１９１で信号の有無を識別しＨｉｇｈ／Ｌｏｗ 信号として、信号線１９８，１９９により、中央演算部
１９３へ送る。中央演算部１９３では、信号線１９８の電圧レベルが、Ｌｏｗ からＨｉｇｈに変化した時に、図５のＣで示したタイミングで割り込み処理が行われる構成となっている。
【００１２】
一方、ベースクラセン１３，サブクラセン１４の装着状態は、図７に示す通りである。図７は、内燃機関を前方から見た図で、クランク軸５０に対しカムカバ６０の内部には、カム軸に装着されたシグナルプレート１５が設置され、クランク軸５０の１／２の回転数で回転する。その位置関係を、図８に示す。シグナルプレートの突起に対し、図示の通りベースクラセン１３，サブクラセン１４が装着されている。図９は、図８の状態を横から見た図で、シグナルプレート１５に設置された突起６１の磁界の変化を検出する構成となっている。図１０は、別の検出手段を示したもので、シグナルプレート１５の周方向にベースクラセン１３，サブクラセン１４を装着した形である。装着状態は、図９，図１０の方法、あるいは組み合わせでも良い。尚、信号検出のためには、上記突起６１（凸部）に代えて、所定の溝（凹部）としても良いことは言うまでもない。
【００１３】
図１１は、本発明である気筒判定を実施するブロック図である。ベースクラセン信号は、入力処理手段２１０に入力されノイズ等が除去される。つぎに信号カウント手段２３０で信号入力毎にカウンタがカウントアップされ、ベースクラセン信号が何回入力されたかを監視する。同様に、ＦＬＡＧ０，１発生手段２４０では、入力処理手段２１０からの信号をもとに、ＦＬＡＧの状態を前記入力処理手段２１０からの信号入力毎に０と１を反転させる。一方サブクラセン信号も入力処理手段２２０でノイズ等が除去されビット作成手段２５０へ信号を送る。ビット作成手段２５０では、ＦＬＡＧ０，１発生手段からの信号と、サブクラセン信号の入力処理手段２２０からの信号を元に、ビットパターンの作成を行う。ビットパターンは、図６で示したＲＡＭ１９５の１バイト（８ビット）をビットパターン判定用レジスタとして用いて作成する。ビットパターン判定用レジスタは、ＦＬＡＧ０，１発生手段２４０からの信号が反転（０と１が切り替わる）する毎に左へ１ビット分シフトされる。また、サブクラセン信号の入力処理手段２２０からの信号が入力される毎に、ビットパターンレジスタの最下位ビットを１にする。ＦＬＡＧ０，１発生手段２４０からの信号が同一状態で、サブクラセンの入力処理手段からの信号が２回入力された場合は、複数入力時処理手段２６０において、ビットパターンレジスタを左へシフト後、最下位ビットを０とする処理が行われる。つまり、ビットパターンの並びとして“１０”となるようにする。上記内容を３気筒の内燃機関にあてはめた場合の一例を図１に示す。ビットパターンレジスタの状態は図示した通り、０１１０１１１１０・・・・というように生成される。つぎに、ビットパターン作成手段２５０で生成されたビットパターンが、気筒判定手段２８０に送られ気筒判定を実施する。気筒判定は、気筒判定基準格納手段２７０であらかじめ定めているデータを取り出し、前記ビットパターンとの一致状態を確認することで実施される。その方法について以下に説明する。まず、信号カウント手段２３０のカウンタの状態を監視し、カウンタが３の場合（ベースクラセン信号が３回入力）は、ビットパターンが１１０の並びの時、２気筒の圧縮行程と判別する。その他の場合は、ビットパターンが１１０の並びの場合、１気筒の圧縮行程と判別。０１１の並びの場合、３気筒の圧縮行程と判別。以上により、ベースクラセン信号入力が４回発生すれば、確実に気筒判別が可能となる。
【００１４】
次に、ベースクラセン故障時のフェールセーフの方法について説明する。図
１２は、フェールセーフ手段を示すブロック図である。ベースクラセン信号は、クラセン異常検出手段３００に入力される。異常判定は、サブクラセン信号が入力されているにもかかわらず、ベースクラセン信号が入力されないときに異常と判定する方法をとる。この場合、異常と判定されたセンサを切り離し、正常なセンサのみにて、従来相当の気筒判別に切り換えるものとする。判定結果が正常の場合は、スイッチ３５０をＯＮ，スイッチ３６０をＯＦＦとし、ベースクラセン信号を点火時期，燃料噴射演算手段３４０へ信号を送るようにする。異常と判定した場合は、スイッチ３５０をＯＦＦ，スイッチ３６０をＯＮとし位相差修正手段３２０からの信号を元に、点火時期，燃料噴射演算手段３４０は処理を行うことになる。ここで、位相差修正手段３２０の内容について説明する。まず、位相差検出手段３１０においてベースクラセン信号とサブクラセン信号が入力される。サブクラセン信号入力後からベースクラセン入力までの時間を測定し時間比を求める。この方法について、図１を利用して説明する。図１のベースクラセン （ベースＣＳ）信号は、気筒判定が確定するとＢ０〜Ｂ６まで番号が割り振られ、信号位置が確定できる。Ｂ０は気筒判別位置を示す。同様にサブクラセン（サブＣＳ）信号にもＣ０〜Ｃ６までの番号が割り振られる。したがって、同一番号、たとえばＢ０とＣ０は、シグナルプレート１５の突起位置が同一であることになるため、その時間差を求めれば、位相がわかることになる。内燃機関は、１周期がＣ０〜Ｃ０の間であるため下記に示す数３で位相角度を算出する。
【００１５】
【数３】
ＢＳＡＮＧＬ＝Ｃ０Ｂ００ＩＮＴ／Ｃ０ＩＮＴ×７２０ …（数３）
ＢＳＡＮＧＬ ：クラセン位相角度
Ｂ０Ｃ０ＩＮＴ ：Ｃ０〜Ｂ０間の時間
Ｃ０ＩＮＴ ：Ｃ０〜Ｃ０間の時間
数３の計算によりベースクラセンのサブクラセンからの遅れ角度がわかる。つぎに位相差修正手段３２０は、サブクラセン信号発生毎に前記クラセン位相角度をもとに、Ｂｎ（０〜６）発生位置を時間換算して予測する。内燃機関の運転中における角度−時間換算方法については既知のため、ここでは説明を省略する。以上により、ベースクラセンが故障した場合は、あらかじめ計算したＢＳＡＮＧＬを用いて、位相修正手段が、サブクラセン信号を元に、ベースクラセン信号発生位置を予測し、点火時期，燃料噴射手段へ信号を送ることで、継続して内燃機関を運転可能となる。
【００１６】
内燃機関の回転に伴い、第一のセンサ（ベースクラセン）と第二のセンサ（サブクラセン）から検出信号が送られてくる。ビットパターン判定用レジスタは、第一のセンサからの入力毎に左へ１ビット分シフトされる。また、第二のセンサ（サブクラセン）から信号が入力される毎に、ビットパターンレジスタの最下位ビットを１にする。第一のセンサ（ベースクラセン）から信号が発生する前に第二のセンサ（サブクラセン）からの信号が発生（２回発生したことになる）した場合は、ビットパターンレジスタを左へシフト後、最下位ビットを０とする。上記内容を３気筒の内燃機関にあてはめた場合の一例を図１に示す。ビットパターンレジスタの状態は図示した通り、０１１０１１１１０・・・・というように生成される。気筒判定は、第一のセンサ（ベースクラセン）の入力状態で区分される。つまり第一のセンサ（ベースクラセン）からの入力が３回あった場合、ビットパターンが１１０の並びの時、２気筒の圧縮行程と判別する。その他の場合は、さらに次の第一のセンサからの入力時（つまり４回）にビットパターンをチェックする。ビットパターンが１１０の並びの場合、１気筒の圧縮行程と判別。
【００１７】
０１１の並びの場合、３気筒の圧縮行程と判別。以上により、第一のセンサ入力（ベースクラセン）が４回発生すれば、確実に気筒判別が可能となる。さらに、第一のセンサ（ベースクラセン）が故障した場合は、第二のセンサで気筒判別を行い、燃料と点火が制御される。
【００１８】
【発明の効果】
図１３，図１４に従来例と本発明を実施した場合の実機での確認結果を示す。ともに内燃機関の始動時の回転数の挙動をしめしている。図１３は従来例の場合で、機関の始動時に回転数の変動が大きいため、気筒判定の失敗を繰り返し、始動時間に３秒以上要している。一方、図１４は、本発明を実施した場合で、回転変動の影響をうけないため気筒判定が速やかに行われ、始動時間も１秒未満となっている。上記結果を統計的にみたものを図１５，図１６に示す。図１５は従来例での始動時間の分布で、図１６を本発明を実施した場合のものである。これにより、本発明を実施した場合、始動時間のばらつきを抑え、かつ短くすることが可能となったことがわかる。つまり、内燃機関の始動時、カム軸が最大１回転、すなわちクランク軸が２回転前に気筒判別が可能となり、さらに、気筒判定に対し、信号間の時間比を用いずに判別を行うため、回転変動の大きな内燃機関でも、誤判別をすることがない。ベースクラセン故障時においても、サブクラセンにより内燃機関の燃料，点火の制御を行うため、内燃機関の停止を防止することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による気筒判定の実施方法の一例を示す図である。
【図２】気筒判定例の実施方法の従来例を示す図である。
【図３】気筒判定の判定方法の従来例を示す図である。
【図４】本発明を実施した内燃機関のシステム構成図である。
【図５】回転センサの出力特性を示す図である。
【図６】本発明におけるコントローラ１０の内部構成図である。
【図７】本発明における回転センサの内燃機関への装着図である。
【図８】本発明における回転センサとシグナルプレートの位置関係を示す図である。
【図９】本発明における回転センサとシグナルプレートの位置関係の詳細を示す図である。
【図１０】本発明における回転センサとシグナルプレートの位置関係の他の例を示す図である。
【図１１】本発明における気筒判定方法を示すブロック図である。
【図１２】本発明におけるフェールセーフの方法を示すブロック図である。
【図１３】従来例における内燃機関の始動時の確認結果を示す図である。
【図１４】本発明における内燃機関の始動時の確認結果を示す図である。
【図１５】従来例における内燃機関の始動時間の分布を示す図である。
【図１６】本発明における内燃機関の始動時間の分布を示す図である。
【符号の説明】
１…エアクリーナ、２…スロットルボディ、４…吸気分岐管、５…内燃機関、６…燃料噴射弁、７…吸気弁、８…排気弁、９…点火コイル、１０…コントローラ、１３…ベースクランク角センサ（ベースクラセン）、１４…サブクランク角センサ（サブクラセン）、１５…シグナルプレート、３２…プレッシャーレギュレータ（燃圧調整弁）。
Claims (1)
- 内燃機関の気筒判定装置において、カム軸に装着したシグナルプレートと前記シグナルプレートに、前記内燃機関の気筒数と同じ数の凹部群又は凸部群を有し、基準となる凹部群又は凸部群として前記凹部群又は凸部群の１つに他の凹部群又は凸部群とは異なる数の凹部又は凸部を有し、前記シグナルプレートの前記凹部群又は凸部群に基づく信号を検出するように配置した第一と第二の２つのセンサを有し、前記凹部群又は凸部群の間隔は、クランク角度７２０°を前記内燃機関の気筒数で除した値となるように配置し、前記第一のセンサの信号として前記凹部又は凸部の個々に対応した信号と前記信号間に検出された第二のセンサによる信号により、ビットパターンを生成すると共に、前記ビットパターンと前記第一のセンサ信号の検出数により気筒判別を行う気筒判別手段と、前記第一のセンサと前記第二のセンサより発生する信号の位相差を検出する位相差検出手段を有し、前記位相差検出手段により前記第一と第二のセンサの位相差を予め求め、前記第一のセンサ故障に際し、前記予め求められた位相差にて前記第二のセンサ信号の位相を修正して、点火時期，燃料噴射手段へ信号を送ることを特徴とする内燃機関の気筒判定装置。
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