JP4192825B2 - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関における各気筒の行程判別状態に応じた燃料噴射・点火制御を実施する内燃機関用制御装置に関するものである。

従来、内燃機関用制御装置に関連する先行技術文献としては、特開平１０−２７２５２号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、クランクシャフトの位相と吸気圧との相互関係から各気筒の行程判別を行う技術が示されている。
特開平１０−２２７２５２号公報（第２頁）

ところで、前述のものでは、吸気圧を用いて行程判別する際に、スロットルバルブが開き気味であると負圧変動が小さいため、行程判別の精度が低下するという不具合があった。

そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、スロットルバルブの開き度合いの影響を受け難くして、吸気圧を用いた行程判別の精度を向上可能な内燃機関用制御装置の提供を課題としている。

請求項１の内燃機関用制御装置によれば、独立吸気の複数気筒からなり各気筒の燃焼行程が不等間隔に発生する内燃機関において、クランク角検出手段によるクランク角信号に基づく基準位置判別手段での内燃機関のクランクシャフトの１回転毎の基準位置の判別後では、行程判別手段によって内燃機関の吸気行程中の機関回転速度が速くなる気筒として予め特定されている気筒の吸気通路に配設されたスロットルバルブの下流側に導入される吸気圧検出手段で検出される吸気圧により行程判別が実施される。この気筒における吸気圧によれば、スロットルバルブが開き気味であっても検出圧変動が大きいという特性を有する。このため、クランクシャフトの１回転毎の基準位置の判別後、内燃機関の吸気行程中の機関回転速度が速くなる気筒における吸気圧を用いれば、スロットルバルブの開き度合いの影響を受け難くなり、行程判別の精度が向上される。

請求項２の内燃機関用制御装置によれば、独立吸気の複数気筒からなり各気筒の燃焼行程が不等間隔に発生する内燃機関において、クランク角検出手段によるクランク角信号に基づく基準位置判別手段での内燃機関のクランクシャフトの１回転毎の基準位置の判別後では、行程判別手段によって各気筒のうち吸気行程が短い間隔となるときの前側の気筒として予め特定されている気筒の吸気通路に配設されたスロットルバルブの下流側に導入される吸気圧検出手段で検出される吸気圧により行程判別が実施される。この気筒における吸気圧によれば、スロットルバルブが開き気味であっても検出圧変動が大きいという特性を有する。このため、クランクシャフトの１回転毎の基準位置の判別後、内燃機関の各気筒のうち吸気行程が短い間隔となるときの前側の気筒における吸気圧を用いれば、スロットルバルブの開き度合いの影響を受け難くなり、行程判別の精度が向上される。

請求項３の内燃機関用制御装置では、内燃機関が２気筒からなることで、吸気行程中の機関回転速度が速くなる気筒または吸気行程が短い間隔となるときの前側の気筒が特定し易く、行程判別の精度が向上される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置が適用されたＶ型４サイクル２気筒からなる内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。

図１において、内燃機関１は独立吸気のＶ型４サイクル２気筒の火花点火式として構成されている。なお、本実施例においては、内燃機関１を構成する２気筒のうち吸気行程が短い間隔となるときの前側の気筒を第１気筒１ａ、また、２気筒のうち吸気行程が短い間隔となるときの後側の気筒を第２気筒１ｂとし、それぞれの気筒に対応する構成部品等には“ａ”，“ｂ”をそれぞれ必要に応じて添えて区別する。

エアクリーナ２から導入された吸入空気は、吸気通路３ａ，３ｂ、スロットルバルブ４ａ，４ｂを通過して吸気通路３ａ，３ｂ内でインジェクタ（燃料噴射弁）５ａ，５ｂから噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気として吸気ポート６ａ，６ｂから各気筒内に分配供給される。また、内燃機関１のシリンダヘッドには気筒毎に点火プラグ７ａ，７ｂが配設され、点火タイミング毎に点火コイル８ａ，８ｂから高電圧が各気筒の点火プラグ７ａ，７ｂに印加され、各気筒内の混合気に点火される。そして、内燃機関１の各気筒で燃焼された排気ガスは排気ポート１１ａ，１１ｂから排気通路１２ａ，１２ｂの下流側に配設された三元触媒１３ａ，１３ｂを通過して大気中に排出される。

エアクリーナ２内には吸気温センサ２１が配設され、吸気温センサ２１によってエアクリーナ２内に流入される吸気温ＴＨＡ〔℃〕が検出される。また、吸気通路３ａ，３ｂには吸気圧センサ２２ａ，２２ｂが配設され、吸気圧センサ２２ａ，２２ｂによってスロットルバルブ４ａ，４ｂの下流側の吸気圧ＰＭａ，ＰＭｂ〔ｋＰａ：キロパスカル〕が検出される。そして、スロットルバルブ４ａ，４ｂには１つのスロットル開度センサ２３が配設され、スロットル開度センサ２３によってスロットルバルブ４ａ，４ｂのスロットル開度ＴＡ〔°〕が検出される。

また、内燃機関１の第１気筒１ａのシリンダブロックには１つの水温センサ２４が配設され、水温センサ２４によって内燃機関１内の冷却水温ＴＨＷ〔℃〕が検出される。そして、内燃機関１のクランクシャフト１０にはクランク角センサ２５が配設され、クランク角センサ２５によってクランクシャフト１０の回転に伴い単位時間当たりに発生されるパルス数からなるクランク角〔°ＣＡ(Crank Angle）〕信号に基づく機関回転速度ＮＥ〔ｒｐｍ〕が検出される。

一方、燃料タンク３１内から燃圧を調整するプレッシャレギュレータ（図示略）を内蔵した燃料ポンプ３２で汲上げられた燃料は、燃料配管３３、燃料フィルタ３４、燃料配管３５、デリバリパイプ３６の順に圧送され、各気筒のインジェクタ５ａ，５ｂに分配供給される。

内燃機関１の運転状態を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）４０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ４１、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ４２、各種データを格納するＲＡＭ４３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ４４等を中心に論理演算回路として構成され、上述の各種センサからの検出信号やバッテリ２９からの電源電圧ＶB 〔Ｖ：ボルト〕を入力する入力ポート４５及び各種アクチュエータとしてのインジェクタ５ａ，５ｂに燃料噴射時間（燃料噴射量に相当）ＴＡＵａ，ＴＡＵｂ、点火コイル８ａ，８ｂに点火信号Ｉｇａ，Ｉｇｂや燃料ポンプ３２に駆動信号Ｉｐを出力する出力ポート４６に対しバス４７を介して接続されている。なお、バッテリ２９からの電源電圧ＶB は、そのままＥＣＵ４０内に入力され、分圧されたのちＡ／Ｄ変換ポート（図示略）に入力され、その電圧レベルが検出される。

次に、本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置で使用されているＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１における燃料噴射・点火制御の処理手順を示す図２のフローチャートに基づき、図３及び図４を参照して説明する。ここで、図３は図２の処理に対応する各種センサ信号の遷移状態を示すタイムチャートである。また、図４は本実施例の内燃機関における各気筒のスロットルバルブ４ａ，４ｂのスロットル開度ＴＡ〔°〕に対する各気筒の吸気行程中における最小検出圧（最小負圧）としての吸気圧ＰＭａ，ＰＭｂ〔ｋＰａ：キロパスカル〕との関係を示す特性図である。なお、この燃料噴射・点火制御ルーチンはクランク角信号入力毎にＣＰＵ４１にて繰返し実行される。

図２において、ステップＳ１０１では、基準位置判別が終了しているかが判定される。このクランクシャフト１０の基準位置は、周知のように、クランクシャフト１０に接続された複数の等角度からなる歯部と欠歯部とを有するクランクロータ２６に応じてクランク角センサ２５から出力されるクランク角信号のパルス間隔時間が異なることにより欠歯位置が分かることで判別される。ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、基準位置判別が未だ終了していないときには、燃料噴射・点火制御処理を実施することなく本ルーチンを終了する。なお、内燃機関１の始動状態が判定されたときには、各気筒に対する燃料噴射を１回だけ許可するようにしてもよい。

一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、基準位置判別が既に終了しているときにはステップＳ１０２に移行する。ステップＳ１０２では、行程判別が終了しているかが判定される。ステップＳ１０２の判定条件が成立せず、即ち、後述の行程判別終了フラグが「ＯＦＦ（オフ）」であり、各気筒に対する行程判別が未だ終了していないときにはステップＳ１０３に移行し、このとき基準位置判別が終了しているので所定クランク角位置における第１気筒１ａの吸気圧ＰＭａとして例えば、図３に示す吸気圧ＰＭａ1 が吸気圧センサ２２ａにより検出される。次にステップＳ１０４に移行して、ステップＳ１０３での吸気圧ＰＭａ1 の検出タイミングから３６０〔°ＣＡ〕後における第１気筒１ａの吸気圧ＰＭａとして例えば、図３に示す吸気圧ＰＭａ2 が吸気圧センサ２２ａにより検出される。

ここでは、図３に示すように、内燃機関１の２気筒のうち、特性上、スロットルバルブ４ａ，４ｂを所定スロットル開度ＴＡ〔°〕とするクランキング中における吸気行程中で機関回転速度ＮＥ〔ｒｐｍ〕が速くなる方、即ち、吸気行程中のクランク角信号の間隔時間〔ｍｓ：ミリ秒〕が速くなる方の気筒としての第１気筒１ａが予め特定されており、この第１気筒１ａにおける吸気圧ＰＭａが用いられる。

この理由としては、図４に示すように、各気筒のスロットルバルブ４ａ，４ｂのスロットル開度ＴＡ〔°〕を全開付近にすると、吸気圧センサ２２ａ，２２ｂによる検出圧としての吸気圧ＰＭａ，ＰＭｂは、大気圧とほぼ等しくなってしまう。しかしながら、内燃機関１の２気筒のうち、吸気行程中のクランク角信号の間隔時間が速くなる方の気筒として予め特定されている第１気筒１ａにおける吸気圧ＰＭａを用いることで、スロットル開度ＴＡを開側としたときの検出圧が大気圧とほぼ等しくなる範囲を狭めることができ、スロットルバルブ４ａ，４ｂの開き度合いの影響を受け難くして、吸気圧を用いた行程判別の精度を向上することができる。

なお、クランク角信号の間隔時間は、クランクシャフト１０の角速度〔ｍ／ｓ：メートル毎秒〕に置換えることもできる。また、吸気行程期間中におけるクランク角信号の間隔時間の平均値が速くなる方の気筒における検出圧を用いることもできる。これにより、後述するクランクシャフト１０の２回転（７２０〔°ＣＡ〕毎）に１回とする燃料噴射・点火制御処理に素早く移行させることもできる。

また、図３に示すように、内燃機関１の２気筒のうち、特性上、スロットルバルブ４ａ，４ｂを所定スロットル開度ＴＡ〔°〕とするクランキング中における吸気行程中では、吸気行程が短い間隔となるときの前側の気筒として第１気筒１ａが予め特定されていてもよく、この第１気筒１ａにおける吸気圧ＰＭａを用いることで、同様に、スロットルバルブ４ａ，４ｂの開き度合いの影響を受け難くして、吸気圧を用いた行程判別の精度を向上することができる。

次にステップＳ１０５に移行して、ＰＭａ2 −ＰＭａ1 ＞αの不等式が成立するかが判定される。ステップＳ１０５の判定条件が成立せず、即ち、吸気圧ＰＭａ2 から吸気圧ＰＭａ1 が減算された圧力が所定圧α以下と小さいときにはステップＳ１０６に移行する。ステップＳ１０６では、各気筒に対する行程判別が未だ終了していないとして、クランクシャフト１０の毎回転（３６０〔°ＣＡ〕毎）に１回とする燃料噴射・点火制御処理が実行され、本ルーチンを終了する。この所定圧αは、図４に示すように、スロットル開度ＴＡが所定開度以下のとき、第１気筒１ａの吸気圧センサ２２ａで検出される吸気行程中の吸気圧ＰＭａ（図３に示すＰＭａ1 に相当）が所定圧以下となり大気圧（図３に示すＰＭａ2 に相当）との差圧により行程判別する際、誤判別を生じることのない閾値に予め設定される。

一方、ステップＳ１０５の判定条件が成立、即ち、吸気圧ＰＭａ2 から吸気圧ＰＭａ1 が減算された圧力が所定圧αを越え大きいときにはステップＳ１０７に移行する。ステップＳ１０７では、図３に示すように、同一クランク角〔°ＣＡ〕での吸気圧ＰＭａ1 ，ＰＭａ2 のうち低い方が吸気行程であり高い方が燃焼（膨張）行程であると分かることで、各気筒に対する行程判別が終了したとして行程判別終了フラグが「ＯＮ（オン）」とされる。

ステップＳ１０２の判定条件が成立、行程判別終了フラグが「ＯＮ」であり、各気筒に対する行程判別が既に終了しているとき、またはステップＳ１０７で行程判別終了フラグが「ＯＮ」とされたときにはステップＳ１０８に移行する。ステップＳ１０８では、各気筒に対する行程判別が既に終了しているとして、クランクシャフト１０の２回転（７２０〔°ＣＡ〕毎）に１回とする燃料噴射・点火制御処理が実行され、本ルーチンを終了する。

なお、燃料噴射制御では、ＥＣＵ４０によって各気筒に配設された吸気圧センサ２２ａ，２２ｂからの吸気圧ＰＭａ，ＰＭｂとクランク角センサ２５からのクランク角信号とに基づく機関回転速度ＮＥに応じた基本燃料噴射量に、吸気温センサ２１や水温センサ２４等からの出力信号による各種補正係数、更に、インジェクタ５ａ，５ｂの動作遅れを補償する無効燃料噴射時間を反映して燃料噴射時間ＴＡＵａ，ＴＡＵｂが算出される。また、点火制御では、ＥＣＵ４０によって通電時間と点火時期とが考慮された点火信号Ｉｇａ，Ｉｇｂが各気筒に配設された点火コイル８ａ，８ｂに出力され、点火コイル８ａ，８ｂからの２次発生電圧が各気筒の点火プラグ７ａ，７ｂに出力される。

このように、本実施例の内燃機関用制御装置は、独立吸気のＶ型４サイクル２気筒（第１気筒１ａ及び第２気筒１ｂ）からなり各気筒の燃焼行程が不等間隔に発生する内燃機関１であって、内燃機関１の気筒毎の吸気通路３ａ，３ｂに配設されたスロットルバルブ４ａ，４ｂの下流側に導入される吸入空気の圧力である吸気圧ＰＭａ，ＰＭｂをそれぞれ検出する吸気圧検出手段としての吸気圧センサ２２ａ，２２ｂと、内燃機関１のクランクシャフト１０の回転に伴うクランク角信号を検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ２５と、クランク角センサ２５で検出されるクランク角信号に基づきクランクシャフト１０の１回転毎の基準位置を判別するＥＣＵ４０にて達成される基準位置判別手段と、前記基準位置判別手段による基準位置の判別後、内燃機関１の吸気行程中の機関回転速度ＮＥが速くなる気筒として予め特定されている第１気筒１ａにおける吸気圧ＰＭａに基づき行程判別するＥＣＵ４０にて達成される行程判別手段とを具備するものである。

つまり、クランク角センサ２５によるクランク角信号に基づく内燃機関１のクランクシャフト１０の１回転毎の基準位置の判別後では、内燃機関１の吸気行程中の機関回転速度ＮＥが速くなる気筒として第１気筒１ａが予め特定されており、この第１気筒１ａにおける吸気圧センサ２２ａで検出される吸気圧ＰＭａによって行程判別が実施される。この第１気筒１ａにおける吸気圧センサ２２ａで検出される吸気圧ＰＭａは、第２気筒１ｂにおける吸気圧センサ２２ｂで検出される吸気圧ＰＭｂに比べ、スロットルバルブ４ａ（４ｂ）が開き気味であっても検出圧変動が大きいという特性を有する。このため、クランクシャフト１０の１回転毎の基準位置の判別後、内燃機関１の吸気行程中の機関回転速度ＮＥが速くなる第１気筒１ａにおける吸気圧ＰＭａを用いれば、スロットルバルブ４ａ（４ｂ）の開き度合いの影響を受け難くでき、行程判別の精度を向上することができる。

また、本実施例の内燃機関用制御装置は、独立吸気のＶ型４サイクル２気筒（第１気筒１ａ及び第２気筒１ｂ）からなり各気筒の燃焼行程が不等間隔に発生する内燃機関１であって、内燃機関１の気筒毎の吸気通路３ａ，３ｂに配設されたスロットルバルブ４ａ，４ｂの下流側に導入される吸入空気の圧力である吸気圧ＰＭａ，ＰＭｂをそれぞれ検出する吸気圧検出手段としての吸気圧センサ２２ａ，２２ｂと、内燃機関１のクランクシャフト１０の回転に伴うクランク角信号を検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ２５と、クランク角センサ２５で検出されるクランク角信号に基づきクランクシャフト１０の１回転毎の基準位置を判別するＥＣＵ４０にて達成される基準位置判別手段と、前記基準位置判別手段による基準位置の判別後、各気筒のうち吸気行程が短い間隔となるときの前側の気筒として予め特定されている第１気筒１ａにおける吸気圧ＰＭａに基づき行程判別するＥＣＵ４０にて達成される行程判別手段とを具備するものである。

つまり、クランク角センサ２５によるクランク角信号に基づく内燃機関１のクランクシャフト１０の１回転毎の基準位置の判別後では、内燃機関１の各気筒のうち吸気行程が短い間隔となるときの前側の気筒として第１気筒１ａが予め特定されており、この第１気筒１ａにおける吸気圧センサ２２ａで検出される吸気圧ＰＭａによって行程判別が実施される。この第１気筒１ａにおける吸気圧センサ２２ａで検出される吸気圧ＰＭａは、第２気筒１ｂにおける吸気圧センサ２２ｂで検出される吸気圧ＰＭｂに比べ、スロットルバルブ４ａ（４ｂ）が開き気味であっても検出圧変動が大きいという特性を有する。このため、クランクシャフト１０の１回転毎の基準位置の判別後、内燃機関１の各気筒のうち吸気行程が短い間隔となるときの前側の第１気筒１ａにおける吸気圧ＰＭａを用いれば、スロットルバルブ４ａ（４ｂ）の開き度合いの影響を受け難くでき、行程判別の精度を向上することができる。

ところで、上記実施例では、独立吸気のＶ型４サイクル２気筒からなる内燃機関１を想定した行程判別について述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、独立吸気の複数気筒または独立吸気の２気筒からなり各気筒の燃焼行程が不等間隔に発生する内燃機関に適用することで、同様の作用・効果が期待できる。

図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置が適用されたＶ型４サイクル２気筒からなる内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。 図２は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける燃料噴射・点火制御の処理手順を示すフローチャートである。 図３は図２の処理に対応する各種センサ信号の遷移状態を示すタイムチャートである。 図４は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置が適用された内燃機関におけるスロットル開度と各気筒の吸気圧との関係を示す特性図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１ａ 第１気筒
１ｂ 第２気筒
３ａ，３ｂ 吸気通路
４ａ，４ｂ スロットルバルブ
１０ クランクシャフト
２２ａ，２２ｂ 吸気圧センサ
２５ クランク角センサ
４０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims (3)

1. 独立吸気の複数気筒からなり各気筒の燃焼行程が不等間隔に発生する内燃機関において、 前記内燃機関の気筒毎の吸気通路に配設されたスロットルバルブの下流側に導入される吸入空気の圧力である吸気圧をそれぞれ検出する吸気圧検出手段と、
   前記内燃機関のクランクシャフトの回転に伴うクランク角信号を検出するクランク角検出手段と、
   前記クランク角検出手段で検出されるクランク角信号に基づき前記クランクシャフトの１回転毎の基準位置を判別する基準位置判別手段と、
   前記基準位置判別手段による基準位置の判別後、前記内燃機関の吸気行程中の機関回転速度が速くなる気筒として予め特定されている気筒における前記吸気圧に基づき行程判別する行程判別手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関用制御装置。
2. 独立吸気の複数気筒からなり各気筒の燃焼行程が不等間隔に発生する内燃機関において、 前記内燃機関の気筒毎の吸気通路に配設されたスロットルバルブの下流側に導入される吸入空気の圧力である吸気圧をそれぞれ検出する吸気圧検出手段と、
   前記内燃機関のクランクシャフトの回転に伴うクランク角信号を検出するクランク角検出手段と、
   前記クランク角検出手段で検出されるクランク角信号に基づき前記クランクシャフトの１回転毎の基準位置を判別する基準位置判別手段と、
   前記基準位置判別手段による基準位置の判別後、各気筒のうち吸気行程が短い間隔となるときの前側の気筒として予め特定されている気筒における前記吸気圧に基づき行程判別する行程判別手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関用制御装置。
3. 前記内燃機関は、２気筒からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用制御装置。

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