JP3805726B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば車両に搭載された内燃機関(エンジン)のクランク軸に関連したクランク角度信号とカム軸に関連した気筒判別信号とに基づいて気筒判別および気筒制御を行う内燃機関制御装置において、多数の等間隔パルス信号の一部に基準クランク角度位置(以下、単に「基準位置」ともいう)に対応した不等間隔部分を有するクランク角度信号を用いた内燃機関制御装置に関するものである。
【0002】
特に、この発明は、エンジン始動時におけるクランキングスイッチ(以下、「スタータスイッチ」ともいう)のON/OFF繰返し操作による基準位置および気筒の誤識別に起因した点火や燃料噴射の誤制御を防止した内燃機関制御装置に関するものである。
【0003】
【従来の技術】
一般に、車両用エンジンなどの内燃機関においては、運転条件に応じて複数気筒に対する燃料噴射および点火時期などを最適に制御するために、エンジンの回転位置に対応したクランク角度位置を気筒毎に検出する必要がある。
【0004】
したがって、従来より、内燃機関制御装置においては、内燃機関のクランク軸およびカム軸にそれぞれ電磁センサを設け、気筒毎の基準位置を示すクランク角度信号と特定気筒および各気筒を判別するためのカム信号(気筒判別信号)とを取得している。
【0005】
これにより、コントロールユニット(ECU)は、クランク角度信号および気筒判別信号に基づいて各気筒を判別するとともに、気筒毎の基準位置を判別して各種制御量が演算し、燃料噴射制御および点火時期制御を高精度に行うことができる。
【0006】
クランク角度位置検出手段は、クランク軸に同期して回転する円板とこの円板に対向配置されたクランク角センサとにより構成されており、円板の外周には、複数のクランク角度位置に対応したクランク角度信号を生成するために、等間隔に設けられた複数の検出用部材が設けられている。
【0007】
クランク角センサは、クランク軸に同期した回転円板の外周リングギヤ突起に対応して、所定クランク角度毎(たとえば、10°CA毎)に、パルス状のクランク角度信号を出力する。
【0008】
これにより、コントロールユニットは、クランク角度信号の各パルス発生周期を計測して、クランク角度信号のパルス信号間の角度不等間隔部を検出し、基準位置(B75°CA、B5°CA)を決定することができる。
【0009】
また、クランク角度位置検出手段の検出用部材には、各気筒の基準位置(たとえば、圧縮上死点の手前のクランク角度位置B75°CAまたはB5°CA)に対応した欠け歯部分(たとえば、30°CAの角度範囲)が設けられており、等間隔に生成されるクランク角度信号の中に不等間隔部分を形成している。
【0010】
さらに、クランク軸の2回転に対して1回転するカム軸には、気筒判別信号検出手段として、カム軸と同期回転する円板とこの円板に対向配置された気筒判別センサとが設けられており、気筒判別センサは、特定気筒または各気筒に対応した気筒判別情報を示す気筒判別信号を出力する。
【0011】
これにより、コントロールユニットは、クランク角度信号の一部の欠け歯部分に対応した基準位置を検出し、気筒判別信号と組合せることにより、正確に気筒判別を行うことができる。
【0012】
すなわち、コントロールユニットは、クランク角度信号により基準位置をリアルタイムに検出し、基準クランク角度位置および気筒判別信号に応答して各気筒をリアルタイムに判別する。
【0013】
このとき、エンジンが順方向にほぼ一定周期で回転していれば、クランク角度信号の不等間隔部を検出することは、比較的容易である。
しかし、エンジン始動時のクランキング中においては、スタータが手動操作されるので、エンジンが実際にかかる(運転開始する)前にクランキングを停止することも起こり得る。
【0014】
仮に、エンジンが運転開始する前にクランキングを停止すると、スタータからエンジンへの駆動トルクがなくなるので、たとえば圧縮行程中にある気筒のピストンを圧縮上死点(TDC)まで押し切る(上昇完了させる)ことができない。
【0015】
したがって、TDC直前のクランク角度位置からピストンが降下してしまい、エンジンが逆転することも起こり得る。
【0016】
この場合、エンジンが正転方向から逆転方向に変化する時点(ピストンの最上点)で、エンジンが一瞬停止するので、クランク角度信号の入力周期が長くなり、このときの周期検出位置をクランク角度信号の角度不等間隔部(基準位置)として誤検出するおそれがある。
【0017】
また、エンジンが運転開始する前にクランキングを停止した後に、惰性によりピストンが圧縮上死点をぎりぎりで越えるような場合においても、やはり上死点でエンジンが一瞬停止したように挙動するので、同様に上死点部分のクランク角度信号周期が長くなり、角度不等間隔部として誤検出するおそれがある。
【0018】
また、クランキング中でのクランキング停止後の惰性回転中に、クランキングを再開した場合には、スタータによってエンジンが再駆動される。
このとき、惰性回転においては、エンジンが停止方向に向かうので、クランク角度信号周期は長くなる方向に変化するが、クランキングの再開後においては、エンジンがスタータにより駆動されるので、エンジン回転速度NEは再び上昇して、クランク角度信号周期は短くなる方向に変化する。
【0019】
しかしながら、クランキングの再起直前にエンジンが逆転していた場合には、クランキングの再開によってエンジンが再び正転するので、逆転から正転に移行する際にエンジンが一瞬停止するので、クランク角度信号周期が長くなり、角度不等間隔部として誤検出するおそれがある。
【0020】
このように、始動時のクランキング中において、エンジンが実際にかかる前にスタータスイッチのON/OFF(クランキングおよびクランキング停止)を繰返した場合には、クランク角度信号周期が長くなる区間が発生するので、この部分を角度不等間隔として誤検出するおそれがある。
【0021】
仮に、電子制御装置において角度不等間隔を誤検出すると、検出されるクランク角度位置が実際の位置からずれることになり、ずれたクランク角度位置を基準として気筒判別を行うと、気筒判別信号の検出対象区間がずれていることから、気筒を誤判別してしまうおそれがある。
【0022】
また、クランク角度位置および気筒が誤検出された場合には、燃料噴射および点火の制御角度位置が正規の制御位置から異なるので、バックファイヤやエンジンロックを引き起こし、最悪の場合にはエンジン破壊に繋がるおそれがある。
【0023】
【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、エンジンが順方向に且つ比較的安定に回転している場合には角度不等間隔部を容易に検出することができるものの、クランキング中にエンジンが実際にかかる前にクランキングとクランキング停止とを繰返した場合には、クランク角度信号周期が不安定となるので角度不等間隔部を誤検出してしまい、正確に気筒を制御することができなくなり、バックファイヤやエンジンロック、さらには、エンジン破壊を招くおそれがあるという問題点があった。
【0024】
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、スタータの駆動/非駆動状態を検出し、エンジン始動時にスタータスイッチをON/OFFした場合には、既に検出された気筒判別情報を次回の気筒判別に用いないようにし、クランク角度位置および気筒の誤検出を防止して点火や燃料噴射の誤制御を防止した内燃機関制御装置を得ることを目的とする。
【0025】
また、スタータの駆動状態を検出した後は、エンジンの正常回転状態が検出されるまで気筒判別を再開しないようにし、気筒判別および気筒制御の信頼性を向上させた内燃機関制御装置を得ることを目的とする。
【0026】
【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、内燃機関の始動時に駆動されるスタータと、内燃機関に直結されて回転するクランク軸と、クランク軸に同期して回転するクランク軸円板と、内燃機関の複数のクランク角度位置に対応するようにクランク軸円板の外周に沿って等間隔に設けられた角度位置検出用部材と、内燃機関の各気筒の基準クランク角度位置に対応するように角度位置検出用部材の一部に不等間隔部分を形成するための欠け歯部分と、角度位置検出用部材に対向配置されてクランク角度位置を示すクランク角度信号を生成するクランク角センサと、クランク軸の2回転に1回転の割合で回転するカム軸と、カム軸に同期して回転するカム軸円板と、内燃機関の気筒判別情報を形成するようにカム軸円板の外周に沿って設けられた気筒判別情報検出用部材と、気筒判別情報検出用部材に対向配置されて気筒判別情報を示す気筒判別信号を生成する気筒判別センサと、クランク角度信号および気筒判別信号に基づいて内燃機関の各気筒を制御する電子制御装置とを備えた内燃機関制御装置であって、電子制御装置は、クランク角度信号に基づくクランク角度位置と気筒判別信号に基づく気筒判別情報とを用いて内燃機関の各気筒を判別する気筒判別手段と、クランク角度信号の入力周期をクランク角度信号周期として演算するクランク角度信号周期演算手段と、スタータの駆動状態の切替有無を検出するスタータ駆動検出手段と、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、クランク角度信号周期が所定周期よりも長く内燃機関の回転速度が所定速度よりも低い運転状態で、スタータの駆動状態が駆動と非駆動との間で切替わった場合には、スタータの駆動状態が切替わる前に検出された気筒判別情報を無効として次回の気筒判別に適用されないようにする気筒判別情報無効化手段とを含み、気筒判別手段は、スタータの駆動状態が切替わった後、連続する2つの基準クランク角度位置の間に検出されるクランク角度信号の信号数が所定値と一致した時点で、気筒判別を実行するものである。
【0029】
また、この発明に係る内燃機関制御装置の電子制御装置は、スタータの駆動状態が切替わった後、次回の気筒判別条件が成立するまでは、内燃機関の各気筒に対する燃料噴射制御および点火制御の少なくとも一方の制御を停止するものである。
【0030】
また、この発明に係る内燃機関制御装置のスタータ駆動検出手段は、スタータをONさせるためのクランキングスイッチ信号に応答するものである。
【0031】
また、この発明に係る内燃機関制御装置のスタータ駆動検出手段は、バッテリ電圧の変化量に応答するものである。
【0032】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
図1はこの発明の実施の形態1による主要部を概略的に示す構成図である。
【0033】
図1において、内燃機関を構成するエンジン10は、カム軸11およびクランク軸12を回転駆動するために、気筒内に移動自在に配置されたピストン13と、気筒に対して吸気および排気を行うバルブ14と、燃焼室内に配置された点火プラグ15とを備えている。
【0034】
点火プラグ15は、燃料噴射弁(図示せず)とともに、コントロールユニット(ECU)40により制御される。
コントロールユニット40は、入力回路(図示せず)を介して、周知の各種センサ(図示せず)からの検出情報を取り込み、エンジン10の制御パラメータを演算する。
【0035】
コントロールユニット40は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、ここでは図示されないが、CPU、ROM、RAM、タイマ、I/Oポート、I/Oインターフェースなどを備えている。
【0036】
クランク軸12は、ピストン13の上下運動により回転駆動される。
カム軸11は、タイミングベルトなどの機械的伝達手段(図示せず)を介してクランク軸12と連結されており、クランク軸12が2回転する間に1回転する。
【0037】
カム軸11には、気筒判別信号発生手段の信号板(回転円板)21が取付けられており、信号板21には、電磁ピックアップ式などの気筒判別用のセンサ22が対向配置されている。センサ22は、後述するように気筒判別信号を発生する。
【0038】
同様に、クランク軸12には、クランク角度信号発生手段の信号板(回転円板)31が取付けられており、信号板31には、電磁ピックアップ式などのクランク角度位置検出用のセンサ32が対向配置されている。センサ32は、後述するようにクランク角度信号を発生する。
【0039】
クランク軸12には、スタータ50の回転軸が着脱自在に連結されており、スタータ50には、車載バッテリ(以下、単に「バッテリ」ともいう)60が接続されている。
【0040】
スタータ50は、電源投入スイッチおよびスタータスイッチ(図示せず)と連動してONされ、エンジン10の始動時にクランク軸12に連結され且つバッテリ60からの給電により駆動され、エンジン10のクランキングを行う。
【0041】
図2は気筒判別信号発生手段の信号板21の外周形状を具体的に示す側面図であり、図3はクランク角度信号発生手段の信号板31の外周形状を具体的に示す側面図である。
【0042】
図2において、気筒判別信号発生手段の信号板21には、外周に沿って非対称な突起23が設けられている。
図3において、クランク角度信号発生手段の信号板31には、外周に沿って等間隔の突起31a(リングギヤと称される)が設けられている。
【0043】
また、信号板31の外周には、突起31aが欠落している欠け歯部分31bおよび31cが設けられており、各欠け歯部分31bおよび31cの角度は互いに異なっている。
【0044】
たとえば、後述するように、欠け歯部分31bのクランク角度は「20°CA」に設定され、欠け歯部分31cのクランク角度は「30°CA」に設定されている。
【0045】
図1〜図3において、エンジン10が回転を開始すると、クランク軸12に取り付けられたクランク角度信号発生手段の信号板31が回転し、センサ32が突起31aを検出することにより、クランク角度信号が発生する。
また、同時に、気筒判別信号発生手段の信号板21が回転し、センサ22が突起23を検出することにより、気筒判別信号が発生する。
【0046】
図4は図1〜図3内の各センサ22、32から発生する気筒判別信号(a)およびクランク角度信号(b)を示すタイミングチャートであり、4気筒エンジンの場合の具体的な信号パターン例を示している。
【0047】
図4はエンジン10の4気筒が制御される区間(1サイクル:720°CA)での各センサ出力パルス(図3内の突起31aに対応)を示しており、各パルス数に対応した番号が付されている。
【0048】
図4において、各気筒に対応して不均一に検出される気筒判別信号には、パルス数を示す番号「No.1〜6」が付され、等間隔で連続的に検出されるクランク角度信号には、パルス数を示す番号「No.1〜68」が付されている。
【0049】
上記区間(720°CA)のうち、気筒判別区間は、連続する2つの基準位置の区間(B75゜CA〜B75゜CA=180゜CA)であり、クランク角度信号の番号「No.2〜19」、「No.19〜34」、「No.34〜51」、「No.51〜67」にそれぞれ対応している。
【0050】
各気筒判別区間(180゜CA)において、カム軸から検出される気筒判別信号数は、「1本(No.1)」、「2本(No.2、3)」、「2本(No.4、5)」、「1本(No.6)」となっている。
【0051】
また、クランク角度信号には、各気筒の基準位置(B75°CA)に対応した180゜CA毎の区間「No.17〜18」、「No.32〜33」、「No.49〜50」、「No.65〜66」に、欠け歯部分(図3内の31b、31cに対応)が設定されている。
【0052】
各区間の欠け歯数は、「1歯(20°CA)」(欠け歯部分31bに対応)、「2歯(30°CA)」(欠け歯部分31cに対応)、「1歯(20°CA)」(欠け歯部分31bに対応)、「2歯(30°CA)」(欠け歯部分31cに対応)となっている。
【0053】
以下、図1〜図3とともに、図4の気筒判別信号およびクランク角度信号のパルスパターンを参照しながら、この発明の実施の形態1による気筒判別処理動作について説明する。
【0054】
まず、最初のクランク角度信号「No.1」の入力タイミングから、エンジン10が回転を開始したとする。
コントロールユニット40(エンジン制御装置)は、1回目のクランク角度信号「No.1」の入力タイミングで、クランク角センサ32から出力されたクランク角度信号を検出するとともに、クランク角度信号の検出時刻を記憶する。
【0055】
続いて、2回目のクランク角度信号「No.2」の入力タイミングにおいて、同様にクランク角度信号の検出時刻を記憶し、前回および今回のクランク角度信号の各検出時刻の時間差(T1)を、クランク角度信号周期として演算する。
以下、同様に、前回(n回目)および今回(n+1回目)の検出時刻の時間差をクランク角度信号周期(Tn)として順次演算する。
【0056】
また、前回のクランク角度信号の検出時刻から今回のクランク角度信号の検出時刻までの区間で、気筒判別信号が検出されたか否かを判定する。
1回目の検出時刻においては、クランク角度信号周期の間に気筒判別信号が検出されないので、気筒判別信号数は「0」と記憶される。
【0057】
続いて、4回目のクランク角度信号「No.4」の検出時刻においては、クランク角度信号「No.1〜4」の検出時刻の記憶、クランク角度信号周期(T1〜T3)の演算とともに、クランク角度信号の基準位置(欠け歯)の検出および演算を行う。
【0058】
すなわち、4回目以降のクランク角度信号の検出時刻においては、前々回、前回および今回のクランク角度信号周期(Tn−2、Tn−1、Tn)を用いて、基準位置(欠け歯)を検出するための演算(周期比率Kの演算)が実行される。
【0059】
まず、周期比率Kの値が以下の式(1)を満たす場合には、今回のクランク角度位置が欠け歯部分ではないと判定される。
【0060】
K=(Tn−1)2/{(Tn−2)×Tn}<2.25 ・・・(1)
【0061】
また、以下の式(2)を満たす場合には、今回のクランク角度位置が欠け歯部分であり、欠け歯の数は「1歯」であると判定される。
【0062】
2.25≦(Tn−1)2/{(Tn−2)×Tn}<6.25・・・(2)
【0063】
さらに、以下の式(3)を満たす場合には、今回のクランク角度位置が欠け歯部分であり、欠け歯の数は「2歯」であると判定される。
【0064】
(Tn−1)2/{(Tn−2)×Tn}≧6.25 ・・・(3)
【0065】
なお、欠け歯部分以外のクランク角度信号周期は、簡易的に、クランク角度信号の間隔(=10°CA)とする。
ここで、4回目のクランク角度信号「No.4」の検出時刻においては、各クランク角度信号周期は、それぞれ以下の値となる。
【0066】
Tn−2=10[CA]
Tn−1=10[CA]
Tn=10[CA]
【0067】
このとき、周期比率Kの値は以下のようになり、上記式(1)を満たす。
【0068】
K=(10×10)/(10×10)=1<2.25
【0069】
したがって、4回目のクランク角度信号「No.4」の検出時刻においては、欠け歯部分ではないと判定される。
以下、クランク角度信号が入力される毎に、クランク角度信号の検出時刻の記憶、クランク角度信号周期の演算および基準位置の検出が順次実行されるが、クランク角度信号「No.5〜18」においては、式(1)(K<2.25)を満たすので、欠け歯部分は検出されない。
【0070】
ただし、図4のように、クランク角度信号「No.14〜15」の間では、気筒判別信号「No.1」が発生しているので、クランク角度信号「No.15」の処理において、前回のクランク角度信号と今回のクランク角度信号との間の気筒判別信号数を「1」と記憶する。
【0071】
一方、クランク角度信号「No.19」において記憶されるクランク角度信号周期は、それぞれ以下の値となる。
【0072】
Tn−2=10
Tn−1=20
Tn=10
【0073】
このとき、周期比率Kの値は以下のようになり、上記式(2)を満たす。
【0074】
K=(20×20)/(10×10)=4
【0075】
したがって、19回目のクランク角度信号「No.19」の検出時刻においては、欠け歯部分であると判定され、欠け歯数は「1」と判定される。
このように欠け歯判定条件が成立したことにより、コントロールユニット40は、このときのクランク角度位置を基準位置「B75゜CA」と判定する。
【0076】
また、前回の基準位置B75゜CAから今回の基準位置B75゜CAまでの区間(180゜CA)に注目して、気筒判別信号数「1」と、クランク角度信号の欠け歯数「1」と、気筒判別信号の本数「1」とを組合せて参照することにより、クランク角度信号「No.19」の検出時刻において、確実な気筒判別処理を実行する。
【0077】
以下、同様に、クランク角度信号が検出される毎に、基準位置の判定および気筒判別の演算を順次実行する。
【0078】
次に、図5のタイミングチャートを参照しながら、この発明の実施の形態1による始動時の気筒判別処理、燃料噴射制御および点火制御の各動作について説明する。
【0079】
図5においては、前述(図4参照)の気筒判別信号(a)およびクランク角度信号(b)に加えて、スタータスイッチ信号(c)、各欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数(d)、各欠け歯区間内の気筒判別信号パルス数(e)、点火信号(f)および燃料噴射信号(g)が、時間t(横軸)に関連して示されている。
【0080】
クランク角度信号パルス数(d)は、連続する2つの欠け歯部分(基準位置B75°CA)の区間におけるクランク角度信号のパルス数を計数するカウンタ値に相当する。
【0081】
同様に、気筒判別信号パルス数(e)は、連続する2つの欠け歯部分(基準位置B75°CA)の区間における気筒判別信号のパルス数を計数するカウンタ値に相当する。
【0082】
また、点火信号(f)は、実際には4気筒エンジンの各気筒を個別に制御対象としているが、ここでは簡易的に、全ての気筒の点火信号を1系列の信号にまとめて、順次の点火信号f2〜f8として示されている。
同様に、燃料噴射信号(g)も、1系列の信号にまとめて、順次の燃料噴射信号g2〜g7として示されている。
【0083】
まず、図5内の時刻t0において、スタータスイッチがONされると、エンジン10が回転開始され、クランク角度信号および気筒判別信号の検出が開始される。
続いて、時刻t1において、欠け歯部分(基準位置B75)が検出されるが、最初の欠け歯位置なので、気筒判別は実行されない。
【0084】
以下、クランク角度信号が入力される毎に、基準位置判定および各欠け歯区間内のクランク角度信号のパルス数がカウントアップされる。
また、気筒判別信号が入力される毎に、各欠け歯区間内の気筒判別信号のパルス数がカウントアップされ、次回のクランク角度信号の検出タイミングで区間内気筒判別信号のパルス数が更新される。
【0085】
次に、2回目の欠け歯部分(基準位置B75)が検出された時刻t2において、基準位置の判定処理が実行される。
また、このとき、前回から今回までの欠け歯区間(B75〜B75)内のクランク角度信号のパルス数が所定値(「16」または「17」)を示す場合のみにおいて、基準位置判定で判定した欠け歯数(「1」または「2」)と区間内の気筒判別信号のパルス数(「1」または「2」)との組合せに基づき、気筒判別処理が実行される。
【0086】
時刻t2において気筒判別が成立すると、欠け歯区間内のクランク角度信号のパルス数および気筒判別信号のパルス数をリセットし、判別された気筒に基づいて、制御対象気筒に対する点火信号f2および燃料噴射信号g2を出力する。
【0087】
以下、同様に、時刻t3〜t8での基準位置B75を検出する毎に、欠け歯数(「1」または「2」)の判定と、基準位置区間内(欠け歯区間内)の気筒判別信号のパルス数(「1」または「2」)の計数とを実行する。
【0088】
また、判定および計数された各パルス数の組合せに基づいて気筒判別処理を行い、判別された気筒に対して、点火信号f3、f4、・・・および燃料噴射信号g3、g4、・・・を出力する。
上記処理を継続することにより、エンジン10が実際に始動を開始し、通常の運転状態に至る。
【0089】
次に、図6のタイミングチャートを参照しながら、クランキング中のエンジン始動完了前にスタータスイッチのON/OFFを繰返した場合の制御動作について説明する。
【0090】
図6においては、前述(図5参照)の各信号(a)〜(g)に加えて、エンジン回転速度NE(瞬時値)の時間変化(h)が示されている。
エンジン回転速度NEは、スタータスイッチのON期間中においても、圧縮上死点(TDC)の付近で減速するので、図示されたように周期的に変動する。
【0091】
特に、始動完了前にスタータスイッチがOFFされると、その後のエンジン回転速度NEが減速に向かうのでさらに不安定になり、TDC付近で逆転に陥り易い状態となる。ただし、図6においては、エンジン回転速度NEが逆転までは至ってない状態を示している。
【0092】
まず、図6内の時刻t0において、スタータスイッチがONされると、前述と同様に、エンジン10が回転を開始してクランク角度信号および気筒判別信号が検出される。また、最初の欠け歯部分(基準位置)の検出時刻t1においては、気筒判別は実行されない。
【0093】
その後、欠け歯区間(B75〜B75)において、クランク角度信号が入力される毎に基準位置の判定および欠け歯区間内パルス数のカウントアップを行い、気筒判別信号が入力される毎に、欠け歯区間内の気筒判別信号のパルス数をカウントアップする。気筒判別信号の区間内パルス数カウンタは、次回のクランク角度信号の検出タイミングで更新される。
【0094】
続いて、検出時刻t2においては、次の欠け歯部分(基準位置B75)の判定が行われる。また、前回から今回までの欠け歯区間内のクランク角度信号のパルス数が所定値であれば、基準位置において判定された欠け歯数と欠け歯区間内の気筒判別信号パルス数との組合せによって気筒判別を行う。
【0095】
気筒判別が成立すると、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数をリセットし、判別された気筒に基づいて、制御対象気筒に対する点火信号f2を出力する。
【0096】
次に、時刻t13において、エンジン回転速度NEが所定速度Kne(実際にエンジン始動開始したときの回転速度)よりも低い状態でスタータスイッチがOFFされると、その後、クランク角度信号周期Tnが一時的に増加したり、エンジン10が逆転したりすることによって、正常に気筒判別できない可能性がある。
【0097】
したがって、気筒判別情報(欠け歯区間におけるクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数)を0クリアするとともに、時刻t13の時点で噴射していなかった燃料噴射信号g2(図6内の破線波形参照)の出力を停止する。その後、次回の欠け歯部分が検出される時刻t14までは、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数の計数も禁止される。
【0098】
時刻t14において、欠け歯が検出されると、その後は欠け歯区間内のクランク角度信号および気筒判別信号パルス数の計数が再び実行される。
ただし、時刻t14の時点においては、点火信号f3および燃料噴射信号g3(破線波形参照)は出力されない。
【0099】
次に、欠け歯部分(基準位置B75)の検出時刻t15において、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数が所定値であれば、判定した欠け歯数と欠け歯区間内の気筒判別信号パルス数との組合せによって気筒判別を行い、判別した気筒に基づき、制御対象気筒に対する点火信号f4および燃料噴射信号g4を出力する。
【0100】
さらに、時刻t16において、エンジン回転速度NEが所定速度Kneよりも低い状態で、再びスタータスイッチがOFFからONに切替えられると、気筒判別情報(欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数)をリセットする。
【0101】
この場合も、次の欠け歯部分(基準位置B75)の検出時刻t17までは、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数のカウントアップを行わず、点火信号および燃料噴射信号の出力を停止する。
【0102】
続いて、時刻t17において、欠け歯部分(基準位置B75)が検出されると、その後の欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数を計数する。
ただし、時刻t17の時点においては、点火信号f5および燃料噴射信号g5(破線波形参照)は出力されない。
【0103】
次に、時刻t18において、欠け歯検出を行い、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数が所定値であれば、このときの欠け歯数と欠け歯区間内の気筒判別信号パルス数との組合せにより気筒判別が行われる。
また、判別された気筒に基づき、制御対象気筒に対する点火信号f6および燃料噴射信号g6を出力する。
【0104】
以下、時刻t19、t20においても、欠け歯検出を行い、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数が所定値であれば、欠け歯数と欠け歯区間内の気筒判別信号パルス数との組合せにより気筒判別を行い、制御対象気筒に対する点火信号f7、f8および燃料噴射信号g7、g8を出力する。
【0105】
以上のように、クランキング中のエンジン回転速度NEが低い(エンジンの始動が完了していない)状態で、クランキングスイッチがON/OFFされた場合に、一旦、気筒判別情報をリセットした後、改めて気筒判別を開始して、正常なエンジンの回転を確認してから気筒判別を実行する。
【0106】
これにより、クランキング時にスタータスイッチのON/OFFを繰返しても、基準位置の誤検出による検出角度ずれや、気筒判別信号パルス数の誤検出などによる誤った気筒判別を防止することができる。
【0107】
また、検出角度ずれや気筒判別の誤りを防ぐことができるので、ずれた角度位置や誤った気筒に対する燃料噴射信号および点火信号の出力を防止することができる、したがって、バックファイヤやエンジンロックなどの不具合の発生を回避することができる。
【0108】
次に、図7および図8のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態1による上記処理内容について、さらに具体的に説明する。
図7は気筒判別信号の入力毎に実行される処理ルーチンを示しており、図8はクランク角度信号の入力毎に実行される処理ルーチンを示している。
【0109】
図7において、気筒判別信号のパルス入力が検出された場合、気筒判別信号パルス数のカウンタ計数値をインクリメントし(ステップS1)、図7の処理ルーチンを終了する。
【0110】
図8において、まず、既に欠け歯検出を終了(実行)したか否かを判定し(ステップS11)、既に欠け歯検出を終了した(すなわち、YES)と判定されれば、欠け歯区間のクランク角度信号パルス数のカウンタ計数値をインクリメントする(ステップS12)。
【0111】
また、前回までにメモリ内に記憶されていた欠け歯区間内の気筒判別信号パルス数と、前回のクランク角度信号入力処理から今回のクランク角度信号入力処理までの間に検出された今回の気筒判別信号パルス数とを加算して、欠け歯区間内の気筒判別信号パルス数を更新する(ステップS13)。
【0112】
こうして、欠け歯区間内の気筒判別信号パルス数の更新処理(ステップS13)が終了すると、今回の気筒判別信号パルス数を記憶していたメモリ内の計数値をクリアする(ステップS14)。
【0113】
なお、ステップS11において、最初の欠け歯検出がまだ終了していない(すなわち、NO)と判定されれば、ステップS12およびS13を実行せずに直ちにステップS14に進む。また、一旦、欠け歯検出が終了した後は、常にステップS11からステップS12に進む。
【0114】
次に、今回のクランク角度信号の検出時刻を取得し(ステップS15)、前回のクランク角度信号の検出時刻と今回のクランク角度信号の検出時刻との時間差を、クランク角度信号周期として演算する(ステップS16)。
【0115】
続いて、今回のスタータスイッチの入力フラグFS(n)を参照し(ステップS17)、また、前回のスタータスイッチの入力フラグFS(n−1)を読出し(ステップS18)、前回の入力フラグFS(n−1)と今回の入力フラグFS(n)とを比較し、両者が一致しているか否かを判定する(ステップS19)。
【0116】
スタータスイッチの入力フラグFSは、スタータON(駆動)状態では「1」にセットされ、スタータOFF(非駆動)状態では「0」にクリアされている。したがって、前回のクランク角度信号入力処理から今回のクランク角度信号入力処理までの間に、スタータスイッチがONからOFFに切替えられていなければ、前回の入力フラグFS(n−1)および今回の入力フラグFS(n)は、ともに「1」となり一致する。
【0117】
もし、スタータスイッチの入力フラグFSに変化がなく、ステップS19において、FS(n)=FS(n−1)(すなわち、YES)と判定されれば、続いて、クランク角度信号周期の比率{=(Tn)/(Tn−1)}に基づいて、基準位置(B75°CA)の判定演算処理(ステップS20)を実行する。
【0118】
すなわち、クランク角度信号周期の比率が所定値(たとえば、「2」)以上であるか否かに基づいて、今回のクランク角度位置が欠け歯部分(基準位置B75)であるか否かを判定する(ステップS20)。
【0119】
ステップS20において、欠け歯部分である(すなわち、YES)と判定されれば、続いて、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数が所定値(「16」または「17」)であるか否かを判定する(ステップS21)。
【0120】
ステップS21において、クランク角度信号パルス数が所定値である(すなわち、YES)と判定されれば、気筒判別処理を実行し(ステップS22)、気筒判別終了後に、欠け歯区間内の気筒判別信号のパルス計数値を0クリアし(ステップS23)、また、欠け歯区間内のクランク角度信号のパルス計数値を0クリアし(ステップS24)、カウンタ計数値を初期状態に復帰させて、図8の処理ルーチンを終了する。
【0121】
一方、ステップS20において、今回のクランク角度信号周期の比率が所定値未満であり、基準位置でない(すなわち、NO)と判定されれば、直ちに図8の処理ルーチンを終了する。
【0122】
また、ステップS21において、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数が所定値でない(すなわち、NO)と判定されれば、気筒判別処理(ステップS22)を実行せずに、ステップS23およびS24に進む。
【0123】
また、ステップS19において、FS(n)≠FS(n−1)(すなわち、NO)と判定されれば、スタータスイッチのON/OFFが切替えられているので、続いて、エンジン回転速度NEが所定速度Kneよりも低いか否かを判定する(ステップS25)。
【0124】
ステップS25において、NE≧Kne(すなわち、NO)と判定されれば、ステップS20に進み、基準位置の判定演算処理を実行する。
また、ステップS25において、NE<Kne(すなわち、YES)と判定されれば、ステップS20〜S22の処理を実行せずにステップS23に進み、これまでの気筒判別情報をクリアして、図8の処理ルーチンを終了する。
【0125】
このように、ステップS19において、スタータの駆動状態/非駆動状態の切替操作(クランキング中のクランキング停止および再クランキング)を検出し、スタータの駆動状態が変化し且つエンジン回転速度NEが所定速度Kneよりも低い場合には、それまでに検出していた気筒判別情報をクリアして、次回の気筒判別に使用しないようにする。
【0126】
また、ステップS20において基準位置が検出されなかった場合には、クランク角度信号入力処理を直ちに終了し、ステップS21において欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数が所定値でなかった場合には、気筒判別ステップS22を実行せずに、気筒判別情報をクリアしてクランク角度信号入力処理を終了する。
【0127】
これにより、基準位置の誤検出および気筒の誤判別を防止して、点火および燃料噴射などの誤制御を防止することができる。
さらに、スタータの駆動状態を検出した後は、エンジン回転速度NEが正常な回転速度に達したことが検出されるまで、気筒判別処理が実行されることはない。
【0128】
実施の形態2.
なお、上記実施の形態1では、スタータのON/OFFの繰返し状態を、スタータスイッチの入力フラグFS(n)およびFS(n−1)に基づいて判定したが、バッテリ60(図1参照)の出力電圧VB(以下、「バッテリ電圧」という)の変動に基づいて判定してもよい。
【0129】
以下、図9のフローチャートを参照しながら、バッテリ電圧VBの変動からスタータ切替状態を検出するようにしたこの発明の実施の形態2による処理動作について説明する。
【0130】
図9においては、前述(図6参照)の各信号(a)〜(h)に加えて、バッテリ電圧VB(瞬時値)の時間変化(i)が示されている。
この場合、スタータスイッチのON/OFF状態がバッテリ電圧VBの変動状態に基づいて判定されること以外は、前述(図6参照)と同様である。
【0131】
なお、この場合、便宜的にスタータスイッチ信号(c)が記載されているが、スタータスイッチ信号(c)は、電子制御装置(ECU)からなるコントロールユニット40(図1参照)には入力されないものとする。
【0132】
コントロールユニット40にスタータスイッチ信号(c)が入力されない場合には、スタータスイッチ信号の変化からスタータの駆動/非駆動の有無を直接的に検出することができないので、このままでは、スタータスイッチのON/OFF切替時に気筒判別情報をリセットすることができない。
【0133】
したがって、この場合、バッテリ電圧VBの変化に基づいて、クランキング中におけるスタータスイッチのON/OFF状態を検出し、スタータスイッチのON/OFF切替に起因した燃料噴射および点火の誤制御を防止する。
【0134】
まず、図9内の時刻t0において、スタータスイッチがONされると、エンジン10が回転を開始し、クランク角度信号および気筒判別信号の検出が開始される。
【0135】
このとき、コントロールユニット40にはスタータスイッチ信号が入力されていないので、コントロールユニット40は、まだ、スタータスイッチのON状態を判別することができない。
【0136】
続いて、時刻t1において、クランク角度信号の欠け歯部分が検出されて基準位置が判定されるが、時刻t1は最初の欠け歯判定タイミングなので、気筒判別が実行されることはない。
【0137】
その後、クランク角度信号が入力される毎に、基準位置の判定および欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数のカウントアップが行われる。
また、気筒判別信号が入力される毎に、気筒判別信号パルス数のカウントアップが行われ、次回のクランク角度信号の検出タイミングにおいて、欠け歯区間内の気筒判別信号パルス数が更新される。
【0138】
次に、2回目の欠け歯検出時刻t2において基準位置の判定が行われ、このとき、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数が所定値を示す場合には、基準位置判定処理で判定された欠け歯数と欠け歯区間内の気筒判別信号パルス数との組合せに基づいて気筒判別が行われる。
【0139】
こうして、気筒判別が成立すると、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数をリセットし、気筒判別された気筒に基づいて、制御対象気筒に対する点火信号(f2)を出力する。
【0140】
続いて、時刻t13において、運転者の操作によりスタータスイッチがONからOFFに切替えられ、スタータスイッチがOFFされると、バッテリ60の消費電流が急減するので、バッテリ電圧VBが急上昇する。
【0141】
このとき、演算処理期間(1msec〜数msec)でのバッテリ電圧VBの変化量(絶対値)が所定値ΔV(たとえば、定格電圧14Vの1/5〜1/2程度)よりも大きくなるので、コントロールユニット40は、スタータスイッチがOFF状態(スタータ非駆動状態)に変化したものと判定することができる。
【0142】
また、時刻t13においては、エンジン回転速度NEが所定速度Kneよりも低く、今後、クランク角度信号周期Tnの一時的増加やエンジン10の逆転などによって正常に気筒判別できない可能性があるので、気筒判別情報(欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数)をクリアする。
また、時刻t13で出力されていない燃料噴射信号g2の出力を禁止する。
【0143】
以下、次回の欠け歯検出時刻t14まで、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数の計数は実行せず、時刻t14において欠け歯(基準位置B75)が検出された時点から、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数の計数を再開する。
【0144】
その後、時刻t15において、欠け歯検出処理を実行し、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数が所定値を示す場合に、判定された欠け歯数と欠け歯区間内の気筒判別信号パルス数との組合せから気筒判別を行い、判別された気筒に基づいて、制御対象気筒に点火信号f4および燃料噴射信号g4を出力する。
【0145】
また、時刻t16において、エンジン回転速度NEが所定速度Kneよりも低い状態で、再びスタータスイッチがOFFからONに切替えられると、バッテリ消費電流の急増によりバッテリ電圧VBが急低下する。
【0146】
この場合も、バッテリ電圧VBの変化量が所定値ΔVよりも大きくなるので、スタータスイッチがON状態に変化したものと判断し、前述と同様に気筒判別情報をリセットする。
【0147】
以下、次の欠け歯検出時刻t17までは、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数のカウントアップを行わず、点火信号および燃料噴射信号の出力を停止する。
【0148】
その後、時刻t17において欠け歯検出処理を実行した後、欠け歯区間内のクランク角度信号パルス数および気筒判別信号パルス数の計数を再開する。
また、前述と同様に、次の欠け歯検出時刻t8において気筒判別を行い、制御対象気筒に対する点火信号f6および燃料噴射信号g6を出力する。
以下、欠け歯検出時刻t19、t20においても、気筒判別を行い、制御対象気筒に対する点火信号および燃料噴射寝具を出力する。
【0149】
このように、コントロールユニット40にスタータスイッチ信号が入力されない場合でも、前述と同様に、バッテリ電圧の変動に基づいてスタータスイッチのON/OFFを判定することができる。
【0150】
したがって、クランキング中のエンジン回転速度NEが低い(エンジン10の始動が完了していない)状態でスタータスイッチがON/OFFされた場合に、クランク角度位置の誤検出や気筒の誤判別を防止することができる。
【0151】
この結果、制御対象でない気筒に対して燃料噴射信号や点火信号を出力することを防止し、バックファイヤやエンジンロックなどの発生を回避することができる。
【0152】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、内燃機関の始動時に駆動されるスタータと、内燃機関に直結されて回転するクランク軸と、クランク軸に同期して回転するクランク軸円板と、内燃機関の複数のクランク角度位置に対応するようにクランク軸円板の外周に沿って等間隔に設けられた角度位置検出用部材と、内燃機関の各気筒の基準クランク角度位置に対応するように角度位置検出用部材の一部に不等間隔部分を形成するための欠け歯部分と、角度位置検出用部材に対向配置されてクランク角度位置を示すクランク角度信号を生成するクランク角センサと、クランク軸の2回転に1回転の割合で回転するカム軸と、カム軸に同期して回転するカム軸円板と、内燃機関の気筒判別情報を形成するようにカム軸円板の外周に沿って設けられた気筒判別情報検出用部材と、気筒判別情報検出用部材に対向配置されて気筒判別情報を示す気筒判別信号を生成する気筒判別センサと、クランク角度信号および気筒判別信号に基づいて内燃機関の各気筒を制御する電子制御装置とを備えた内燃機関制御装置であって、電子制御装置は、クランク角度信号に基づくクランク角度位置と気筒判別信号に基づく気筒判別情報とを用いて内燃機関の各気筒を判別する気筒判別手段と、クランク角度信号の入力周期をクランク角度信号周期として演算するクランク角度信号周期演算手段と、スタータの駆動状態の切替有無を検出するスタータ駆動検出手段と、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、クランク角度信号周期が所定周期よりも長く内燃機関の回転速度が所定速度よりも低い運転状態で、スタータの駆動状態が駆動と非駆動との間で切替わった場合には、スタータの駆動状態が切替わる前に検出された気筒判別情報を無効として次回の気筒判別に適用されないようにする気筒判別情報無効化手段とを含み、エンジン始動時にスタータスイッチのON/OFFが検出された場合には、既に検出された気筒判別情報を次回の気筒判別に用いないようにしたので、クランク角度位置および気筒の誤検出を防止して点火や燃料噴射の誤制御を防止した内燃機関制御装置が得られる効果がある。
また、気筒判別手段は、スタータの駆動状態が切替わった後、連続する2つの基準クランク角度位置の間に検出されるクランク角度信号の信号数が所定値と一致した時点で、気筒判別を実行するようにしたので、クランク角度位置および気筒の誤検出を防止して点火や燃料噴射の誤制御を防止するとともに、気筒判別および気筒制御の信頼性を向上させた内燃機関制御装置が得られる効果がある。
【0155】
また、この発明によれば、電子制御装置は、スタータの駆動状態が切替わった後、次回の気筒判別条件が成立するまでは、内燃機関の各気筒に対する燃料噴射制御および点火制御の少なくとも一方の制御を停止するようにしたので、クランク角度位置および気筒の誤検出を防止して点火や燃料噴射の誤制御を防止するとともに、気筒判別および気筒制御の信頼性を向上させた内燃機関制御装置が得られる効果がある。
【0156】
また、この発明によれば、スタータ駆動検出手段は、スタータをONさせるためのクランキングスイッチ信号に応答するようにしたので、クランク角度位置および気筒の誤検出を防止して点火や燃料噴射の誤制御を防止した内燃機関制御装置が得られる効果がある。
【0157】
また、この発明によれば、スタータ駆動検出手段は、バッテリ電圧の変化量に応答するようにしたので、クランキングスイッチ信号が得られない場合でも、クランク角度位置および気筒の誤検出を防止して点火や燃料噴射の誤制御を防止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】 この発明の実施の形態1による内燃機関およびその制御部を示す構成図である。
【図2】 図1内のカム軸に取付けられた気筒判別信号発生手段の信号板形状を示す側面図である。
【図3】 図1内のクランク軸に取付けられたクランク角度信号発生手段の信号板形状を示す側面図である。
【図4】 この発明の実施の形態1により生成されるクランク角度信号および気筒判別信号のパルス波形パターンを示す説明図である。
【図5】 この発明の実施の形態1による通常始動時の点火制御および燃料噴射制御の処理動作を示すタイミングチャートである。
【図6】 この発明の実施の形態1によるスタータスイッチ切替操作時の点火制御および燃料噴射制御の処理動作を示すタイミングチャートである。
【図7】 この発明の実施の形態1による気筒判別信号の入力毎に実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図8】 この発明の実施の形態1によるクランク角度信号の入力毎に実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図9】 この発明の実施の形態2によるスタータスイッチ切替操作時の点火制御および燃料噴射制御の処理動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
10 エンジン、11 カム軸、12 クランク軸、15 点火プラグ、22、32 センサ、40 コントロールユニット(電子制御装置)、23、31a突起、31b、31c 欠け歯部分、NE エンジン回転速度、Kne 所定速度。
Claims (4)
- 内燃機関の始動時に駆動されるスタータと、
前記内燃機関に直結されて回転するクランク軸と、
前記クランク軸に同期して回転するクランク軸円板と、
前記内燃機関の複数のクランク角度位置に対応するように前記クランク軸円板の外周に沿って等間隔に設けられた角度位置検出用部材と、
前記内燃機関の各気筒の基準クランク角度位置に対応するように前記角度位置検出用部材の一部に不等間隔部分を形成するための欠け歯部分と、
前記角度位置検出用部材に対向配置されて前記クランク角度位置を示すクランク角度信号を生成するクランク角センサと、
前記クランク軸の2回転に1回転の割合で回転するカム軸と、
前記カム軸に同期して回転するカム軸円板と、
前記内燃機関の気筒判別情報を形成するように前記カム軸円板の外周に沿って設けられた気筒判別情報検出用部材と、
前記気筒判別情報検出用部材に対向配置されて前記気筒判別情報を示す気筒判別信号を生成する気筒判別センサと、
前記クランク角度信号および前記気筒判別信号に基づいて前記内燃機関の各気筒を制御する電子制御装置と
を備えた内燃機関制御装置であって、
前記電子制御装置は、
前記クランク角度信号に基づくクランク角度位置と前記気筒判別信号に基づく気筒判別情報とを用いて前記内燃機関の各気筒を判別する気筒判別手段と、
前記クランク角度信号の入力周期をクランク角度信号周期として演算するクランク角度信号周期演算手段と、
前記スタータの駆動状態の切替有無を検出するスタータ駆動検出手段と、
前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記クランク角度信号周期が所定周期よりも長く前記内燃機関の回転速度が所定速度よりも低い運転状態で、前記スタータの駆動状態が駆動と非駆動との間で切替わった場合には、前記スタータの駆動状態が切替わる前に検出された気筒判別情報を無効として次回の気筒判別に適用されないようにする気筒判別情報無効化手段とを含み、
前記気筒判別手段は、前記スタータの駆動状態が切替わった後、連続する2つの基準クランク角度位置の間に検出される前記クランク角度信号の信号数が所定値と一致した時点で、気筒判別を実行することを特徴とする内燃機関制御装置。 - 前記電子制御装置は、前記スタータの駆動状態が切替わった後、次回の気筒判別条件が成立するまでは、前記内燃機関の各気筒に対する燃料噴射制御および点火制御の少なくとも一方の制御を停止することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関制御装置。
- 前記スタータ駆動検出手段は、前記スタータをONさせるためのクランキングスイッチ信号に応答することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関制御装置。
- 前記スタータ駆動検出手段は、バッテリ電圧の変化量に応答することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の内燃機関制御装置。
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