JP4881817B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関制御装置に関し、特に内燃機関の逆回転検出機能を有する内燃機関制御装置に関する。

内燃機関の手動操作による始動（クランキング）時において、クランク軸の回転速度が不足している場合、圧縮上死点前で点火を行うとクランク軸が逆回転してしまい、手動による始動操作デバイス（キックアーム等）に逆回転負荷がかかるという現象、いわゆる「ケッチン」が発生する場合がある。

従来、このようなケッチンを防止する技術として、（１）クランク角度位置検出タイミングセンサ（クランクセンサ）の出力電圧信号に応じて点火出力を行う点火装置において、クランクセンサの所定位相の出力電圧信号と、クランク軸と同期して回転する磁石式交流発電機の１相の所定位相の出力電圧との不一致を検出した場合に、点火出力停止を行うもの（下記特許文献１参照）、（２）磁石式交流発電機内に実装され、クランク軸の回転に同期して１回転あたり複数サイクルの交流電圧を出力する点火専用電源コイル（いわゆるエキサイタコイル）を有する点火装置において、エキサイタコイルの所定位相の出力電圧によって点火出力停止を行うもの（下記特許文献２参照）、等が知られている。
特許第２７８０２５７号公報 特許第３１２５５８７号公報

上記従来技術では、逆回転検出に用いられる磁石式交流発電機（エキサイタコイルを含む）が断線したり、他の多相発電機やバッテリ等の電源と短絡した場合などの故障発生時には、逆回転を検出することができず、ケッチン防止不能となる。また、このような故障発生時には、内燃機関が正回転しているか逆回転しているか判別できないため、内燃機関の始動不能や運転中であればエンストが発生する。従来では、逆回転検出に用いられる磁石式交流発電機の故障を検出する技術が提案されていなかったため、このような磁石式交流発電機に故障が発生した場合に、ケッチン防止不能や機関始動不能、または運転中であればエンストが発生してしまうという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、逆回転検出に用いられる磁石式交流発電機の故障を検出することの可能な内燃機関制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関制御装置に係る第１の解決手段として、内燃機関に設けられたクランク角度検出手段からクランク軸が所定角度回転する毎に出力されるクランク信号に基づいて点火タイミングを把握し、当該点火タイミングに前記内燃機関を点火させるための点火制御を行う内燃機関制御装置であって、前記内燃機関のクランク軸と同期回転する磁石式交流発電機から出力される１相の交流電圧信号を入力とし、前記クランク信号の検出毎に前記交流電圧信号の極性を判定し、当該極性の判定結果を基に前記交流電圧信号の極性周期を把握し、前記極性周期が複数回連続してクランク軸の正回転時の極性周期と不一致となった場合に、前記磁石式交流発電機の故障と判定する制御手段を備える、ことを特徴とする。

また、内燃機関制御装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記制御手段は、前記磁石式交流発電機の故障と判定した場合、前記点火タイミングより遅角した点火タイミングで前記内燃機関を点火させるための点火制御を行うことを特徴とする。

また、内燃機関制御装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記制御手段は、前記交流電圧信号の極性周期が前記クランク軸の正回転時の極性周期と不一致となる初回目において、クランク軸の逆回転と判定し、前記点火タイミングにおける前記点火制御を停止することを特徴とする。

また、内燃機関制御装置に係る第４の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記クランク信号を基に前記クランク軸の回転数を算出する回転数算出手段を備え、前記制御手段は、前記磁石式交流発電機の故障と判定し、且つ前記クランク軸の回転数が所定値未満の場合に、前記点火タイミングより遅角した点火タイミングで前記内燃機関を点火させるための点火制御を行うことを特徴とする。

また、内燃機関制御装置に係る第５の解決手段として、上記第４の解決手段において、前記制御手段は、前記交流電圧信号の極性周期がクランクの正回転時の極性周期と不一致となる初回目において、クランク軸の逆回転と判定し、前記クランク軸の回転数が所定値未満の場合に、前記点火タイミングでの前記点火制御を停止することを特徴とする。

また、内燃機関制御装置に係る第６の解決手段として、上記第１〜第５のいずれかの解決手段において、前記制御手段は、前記磁石式交流発電機の故障と判定した場合、外部に設けられた報知手段に対して、前記故障の発生を報知させるための制御を行うことを特徴とする。

また、内燃機関制御装置に係る第７の解決手段として、上記第１〜第６のいずれかの解決手段において、基準電圧信号を発生する基準電圧源と、前記交流電圧信号と前記基準電圧信号とを入力とし、前記交流電圧信号と前記基準電圧信号との電圧値の大小を比較して比較結果を示す比較結果信号を出力する比較手段と、前記クランク信号を入力とし、当該クランク信号を前記所定角度の回転に要した時間を周期とする方形波のパルス信号に波形整形して出力する波形整形手段と、を備え、前記制御手段は、前記パルス信号の検出毎に、前記比較結果信号に基づいて前記交流電圧信号の極性を判定する、ことを特徴とする。

クランク軸と同期回転する磁石式交流発電機から出力される１相の交流電圧信号の極性周期が複数回連続して、クランク軸の正回転時の極性周期と不一致となった場合、前記磁石式交流発電機に故障が発生したと推定される。よって、本発明によれば、逆回転検出に用いられる磁石式交流発電機の故障を検出することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における内燃機関制御装置（以下、ＥＣＵと称する）を備えるエンジン制御システムの概略構成図である。この図１に示すように、本実施形態におけるエンジン制御システムは、エンジン１、電源供給部２、燃料供給部３、ＥＣＵ（Engine Control Unit）４から概略構成されている。

エンジン（内燃機関）１は、４サイクル単気筒エンジンであり、シリンダ１０、ピストン１１、コンロッド１２、クランクシャフト１３、吸気バルブ１４、排気バルブ１５、点火プラグ１６、点火コイル１７、吸気管１８、排気管１９、エアクリーナ２０、スロットルバルブ２１、インジェクタ２２、吸気圧センサ２３、吸気温センサ２４、スロットル開度センサ２５、冷却水温センサ２６、クランク角度センサ２７から概略構成されている。

シリンダ１０は、内部に設けられたピストン１１を、吸気、圧縮、燃焼（膨張）、排気の４行程を繰り返すことによって往復運動させるための中空の円筒形状部材であり、空気と燃料との混合気を燃焼室１０ｂに供給するための流路である吸気ポート１０ａ、上記混合気を留め、圧縮行程において圧縮された混合気を燃焼行程において燃焼させるための空間である燃焼室１０ｂ、排気行程において燃焼室１０ｂから排気ガスを外部に排出するための流路である排気ポート１０ｃが設けられている。また、このシリンダ１０の外壁には、冷却水を循環させるための冷却水路１０ｄが設けられている。

ピストン１１には、ピストン１１の往復運動を回転運動に変換するためのクランクシャフト１３がコンロッド１２を介して連結されている。クランクシャフト１３は、ピストン１１の往復方向と直交する方向に延在しており、不図示のフライホイール、ミッションギア、後述する電源供給部２におけるロータ３０ａと連結されている。

吸気バルブ１４は、吸気ポート１０ａにおける燃焼室１０ｂ側の開口部を開閉するための弁部材であり、不図示のカムシャフトと連結されており、当該カムシャフトによって各行程に応じて開閉駆動される。排気バルブ１５は、排気ポート１０ｃにおける燃焼室１０ｂ側の開口部を開閉するための弁部材であり、不図示のカムシャフトと連結されており、当該カムシャフトによって各行程に応じて開閉駆動される。

点火プラグ１６は、電極を燃焼室１０ｂ側に向けて燃焼室１０ｂの最上部に設けられており、点火コイル１７から供給される高電圧の点火用電圧信号によって電極間に火花を発生する。点火コイル１７は、１次巻線と２次巻線からなるトランスであり、ＥＣＵ４から１次巻線に供給される点火用電圧信号を昇圧して２次巻線から点火プラグ１６に供給する。

吸気管１８は、空気供給用の配管であり、内部の吸気流路１８ａが吸気ポート１０ａと連通するようにシリンダ１０に連結されている。排気管１９は、排気ガス排出用の配管であり、内部の排気流路１９ａが排気ポート１０ｃと連通するようにシリンダ１０に連結されている。エアクリーナ２０は、吸気管１８の上流側に設けられており、外部から取り込まれる空気を清浄化して吸気流路１８ａに送り込む。スロットルバルブ２１は、吸気流路１８ａの内部に設けられており、不図示のスロットル（もしくはアクセル）によって回動する。つまり、スロットルバルブ２１の回動によって吸気流路１８ａの断面積が変化し、吸気量が変化する。インジェクタ２２は、噴射口を吸気ポート１０ａ側に向けて吸気管１８に設けられており、燃料供給部３から供給される燃料を、ＥＣＵ４から供給されるインジェクタ駆動信号に応じて噴射口から噴射する。

吸気圧センサ２３は、例えばピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサであり、スロットルバルブ２１の下流側において感度面を吸気流路１８ａに向けて吸気管１８に設けられており、吸気管１８内の吸気圧に応じた吸気圧信号をＥＣＵ４に出力する。吸気温センサ２４は、スロットルバルブ２１の上流側において感部を吸気流路１８ａに向けて吸気管１８に設けられており、吸気管１８内の吸気温度に応じた吸気温信号をＥＣＵ４に出力する。スロットル開度センサ２５は、スロットルバルブ２１の開度に応じたスロットル開度信号をＥＣＵ４に出力する。冷却水温センサ２６は、シリンダ１０の冷却水路１０ｄに感部を向けて設けられており、冷却水路１０ｄを流れる冷却水の温度に応じた冷却水温信号をＥＣＵ４に出力する。クランク角度センサ（クランク角度検出手段）２７は、クランクシャフト１３の回転に同期して、クランクシャフト１３が所定角度回転する毎にクランク信号を出力する。なお、このクランク角度センサ２７の詳細については後述する。

電源供給部２は、発電機３０、レギュレートレクチファイヤ３２、バッテリ３３から構成されている。発電機３０は、磁石式交流発電機であり、エンジン１のクランクシャフト１３と連結されて同期回転するロータ３０ａと、当該ロータ３０aの内周側に取り付けられた永久磁石３０ｂと、発電出力を得るための３相のステータコイル３０ｃ、３０ｄ、３０ｅと、逆回転検出用コイル３０ｆを備えている。つまり、発電機３０において、固定されたステータコイル３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ及び逆回転検出用コイル３０ｆに対して、ロータ３０ａ（つまり永久磁石３０ｂ）が回転することにより、ステータコイル３０ｃ、３０ｄ、３０ｅから電磁誘導によって３相交流電圧信号が発生し、逆回転検出用コイル３０ｆから１相の交流電圧信号が発生する。ステータコイル３０ｃ、３０ｄ、３０ｅから発生する３相交流電圧信号は、レギュレートレクチファイヤ３２に出力され、逆回転検出用コイル３０ｆから発生する交流電圧信号は、ＥＣＵ４に出力される。

図２に示すように、ロータ３０ａの外周には、複数の突起が回転方向に対して、各突起の後端が等角度間隔（例えば２０°間隔）になるように設けられている。また、上死点ＴＤＣに対応する位置から回転方向に前の位置、例えばＢＴＤＣ１０°すなわち上死点前１０°の位置を、クランク角基準位置とし、このクランク角基準位置に突起の後端が位置する突起は、他の突起より回転方向に長い（例えば２倍）突起（クランク角基準突起３０ａ_１）が設けられている。以下では、クランク角基準突起３０ａ_１以外の突起を補助突起３０ａ_２と称する。

さらに、このクランク角基準突起３０ａ_１の回転方向に対して後方に設けられている補助突起３０ａ_２の後端の位置、つまり上死点ＴＤＣに対応する位置から回転方向に１０°後方の位置、例えばＡＴＤＣ１０°すなわち上死点後方１０°の位置を、故障検出時の点火タイミングに対応する故障時クランク角基準位置とする。ここで、故障検出時とは、上記逆回転検出用コイル３０ｆに短絡や断線などの故障が発生したことを検出した場合を指す。

また、ロータ３０ａの内周側には、６０°毎にＮ極及びＳ極が１セットずつ配置されるように、永久磁石３０ｂが取り付けられている。逆回転検出用コイル３０ｆは、クランク角基準位置に設けられており、その一端はグランドラインと接続され、他端はＥＣＵ４（詳細にはコンパレータ回路５３の反転入力端子）と接続されている。つまり、逆回転検出用コイル３０ｆからは、ロータ３０ａ（クランクシャフト１３）が６０°回転するのに要する時間を１周期とする交流電圧信号が発生する。

上述したクランク角度センサ２７は、例えば電磁式ピックアップセンサであり、図２に示すように、ロータ３０ａの外周近傍に設けられ、クランク角基準突起３０ａ_１及び補助突起３０ａ_２がクランク角度センサ２７近傍を通過する毎に極性の異なる１対のパルス状の信号をＥＣＵ４に出力する。より詳細には、クランク角度センサ２７は、回転方向に対して各突起の前端が通過した場合、負極性の振幅を有するパルス状の信号を出力し、回転方向に対して各突起の後端が通過した場合、正極性の振幅を有するパルス状の信号を出力する。

図１に戻って説明すると、レギュレートレクチファイヤ３２は、整流回路３２ａ及び出力電圧調整回路３２ｂから構成されている。整流回路３２ａは、各ステータコイル３０ｃ、３０ｄ、３０ｅから入力される３相交流電圧を整流するための、３相ブリッジ接続された６個の整流素子から構成されており、上記３相交流電圧を直流電圧に整流して出力電圧調整回路３２ｂに出力する。出力電圧調整回路３２ｂは、上記整流回路３２ａから入力される直流電圧を調整して電源電圧を生成し、当該電源電圧をバッテリ３３及びＥＣＵ４に供給する。バッテリ３３は、出力電圧調整回路３２ｂから供給される電源電圧によって充電されると共に、始動時など発電機３０から電力供給がされない場合は、電源電圧をＥＣＵ４に供給する。

燃料供給部３は、燃料タンク４０及び燃料ポンプ４１から構成されている。燃料タンク４０は、例えばガソリン等の燃料を溜めておくための容器である。燃料ポンプ４１は、燃料タンク４０内に設けられており、ＥＣＵ４から入力されるポンプ駆動信号に応じて、燃料タンク４０内の燃料を汲み出してインジェクタ２２に供給する。

ＥＣＵ４は、図３に示すように、波形整形回路５０、回転数カウンタ５１、基準電圧源５２、コンパレータ回路５３、Ａ／Ｄ変換器５４、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５５、点火回路５６、インジェクタ駆動回路５７、ポンプ駆動回路５８、ＲＯＭ(Read Only Memory)５９、ＲＡＭ(Random Access Memory)６０、タイマ６１から構成されている。このような構成のＥＣＵ４は、電源供給部２から供給される電源電圧によって駆動するものであり、ＥＣＵ４のＶ_ＩＧ端子はバッテリ３３の正極端子と接続され、ＧＮＤ端子はバッテリ３３の負極端子及びグランドラインと接続されている。

波形整形回路（波形整形手段）５０は、クランク角度センサ２７から入力されるパルス状のクランク信号を、方形波のパルス信号（例えば負極性のクランク信号をハイレベルとし、正極性及びグランドレベルのクランク信号をローレベルとする）に波形整形し、回転数カウンタ５１及びＣＰＵ５５に出力する。つまり、この方形波のパルス信号は、クランクシャフト１３が２０°回転する際に要した時間を周期とする方形波のパルス信号である。回転数カウンタ（回転数算出手段）５１は、上記波形整形回路５０から出力される方形波のパルス信号に基づいてエンジン回転数を算出し、当該エンジン回転数を示す回転数信号をＣＰＵ５５に出力する。

基準電圧源５２は、負極性の直流電圧である基準電圧信号を発生し、当該基準電圧信号をコンパレータ回路５３の非反転入力端子に出力する。コンパレータ回路（比較手段）５３は、逆回転検出用コイル３０ｆから出力される交流電圧信号を反転入力端子の入力とし、基準電圧源５２から出力される基準電圧信号を非反転入力端子の入力とするオペアンプから構成されており、上記交流電圧信号と基準電圧信号との電圧値の大小を比較して比較結果を示す比較結果信号をＣＰＵ５５に出力する。具体的には、コンパレータ回路５３は、交流電圧信号の電圧値が基準電圧信号の電圧値より大きい場合、ハイレベルの比較結果信号を出力し、交流電圧信号の電圧値が基準電圧信号の電圧値より小さい場合、ローレベルの比較結果信号を出力する。

Ａ／Ｄ変換器５４は、吸気圧センサ２３から出力される吸気圧センサ出力、吸気温センサ２４から出力される吸気温センサ出力、スロットル開度センサ２５から出力されるスロットル開度センサ出力及び冷却水温センサ２６から出力される冷却水温センサ出力を、デジタル信号に変換してＣＰＵ５５に出力する。

ＣＰＵ（制御手段）５５は、ＲＯＭ５９に記憶されているエンジン制御プログラムを実行し、クランク信号、回転数カウンタ５１から入力される回転数信号、コンパレータ回路５３から入力される比較結果信号、Ａ／Ｄ変換器５２で変換された吸気圧値、スロットル開度値及び冷却水温値に基づいて、エンジン１の燃料噴射、点火、燃料供給に関する制御を行う。具体的には、ＣＰＵ５５は、点火タイミングに点火プラグ１６をスパークさせるための点火制御信号を点火回路５６に出力し、燃料噴射タイミングにインジェクタ２２から所定量の燃料を噴射させるための燃料噴射制御信号をインジェクタ駆動回路５７に出力し、また、インジェクタ２２に燃料を供給するための燃料供給制御信号をポンプ駆動回路５８に出力する。

点火回路５６は、Ｖ_ＩＧ電圧、つまり電源供給部２から供給される電源電圧を蓄積するコンデンサ（図示せず）を備え、上記ＣＰＵ５５から入力される点火制御信号に応じて、コンデンサに蓄積された電荷を点火用電圧信号として点火コイル１７の１次巻線に放電する。インジェクタ駆動回路５７は、上記ＣＰＵ５５から入力される燃料噴射制御信号に応じて、インジェクタ２２から所定量の燃料を噴射させるためのインジェクタ駆動信号を生成し、当該インジェクタ駆動信号をインジェクタ２２に出力する。ポンプ駆動回路５８は、上記ＣＰＵ５５から入力される燃料供給制御信号に応じて、燃料ポンプ４１からインジェクタ２２に燃料を供給するためのポンプ駆動信号を生成し、当該ポンプ駆動信号を燃料ポンプ４１に出力する。

ＲＯＭ５９は、上記ＣＰＵ５５によって実行されるエンジン制御プログラムや各種データを予め記憶している不揮発性メモリである。ＲＡＭ６０は、上記ＣＰＵ５５がエンジン制御プログラムを実行して各種動作を行う際に、データの一時保存先に用いられるワーキングメモリである。タイマ６１は、ＣＰＵ５５による制御の下、所定のタイマ（計時）動作を行う。

次に、上記のように構成された本実施形態のＥＣＵ４（内燃機関制御装置）を備えるエンジン制御システムにおいて、エンジン１の運転中におけるＥＣＵ４（特にＣＰＵ５５）の逆回転防止処理について説明する。

図４は、クランク角度センサ２７の出力であるクランク信号と、波形整形回路５０から出力される波形整形後のクランク信号と、逆回転検出用コイル３０ｆから出力される交流電圧信号及び基準電圧源５２から出力される基準電圧信号と、コンパレータ回路５３から出力される比較結果信号と、交流電圧信号の極性判定結果との対応関係を示すタイミングチャートである。

図４に示すように、エンジン１の運転中において、クランクシャフト１３の回転に同期してロータ３０ａも回転し、クランク角度センサ２７は、回転方向に対して各突起の前端が通過した場合に、負極性の振幅を有するパルス状のクランク信号を出力し、各突起の後端が通過した場合に、正極性の振幅を有するパルス状のクランク信号を出力する。また、波形整形回路５０は、負極性のクランク信号をハイレベルとし、正極性及びグランドレベルのクランク信号をローレベルとなるように波形整形したクランク信号（方形波のパルス信号）を出力する。つまり、波形整形後のクランク信号の立下がりエッジ間の時間は、クランクシャフト１３が２０°回転するのに要した時間に相当する。また、逆回転検出用コイル３０ｆからは、ロータ３０ａ（クランクシャフト１３）が６０°回転するのに要する時間を１周期とする交流電圧信号が出力され、コンパレータ回路５３からは、交流電圧信号の電圧値が基準電圧信号の電圧値より大きい場合（つまり交流電圧信号が正極性の場合）にハイレベルの比較結果信号が出力され、交流電圧信号の電圧値が基準電圧信号の電圧値より小さい場合（つまり交流電圧信号が負極性の場合）にローレベルの比較結果信号が出力される。

エンジン１の運転中において、ＣＰＵ５５は、上記のような波形整形後のクランク信号及び比較結果信号に基づいて、逆回転防止処理を行う。図５は、逆回転防止処理に関するＣＰＵ５５の動作フローチャートである。図５に示すように、まず、ＣＰＵ５５は、波形整形後のクランク信号が入力されたか（立下りエッジが検出されたか）否かを判定し（ステップＳ１）、波形整形後のクランク信号が入力された場合（「Yes」）、回転数カウンタ５１から回転数信号を読み込んでエンジン回転数を把握する（ステップＳ２）。そして、ＣＰＵ５５は、Ａ／Ｄ変換器５４からデジタルスロットル開度信号を読み込み（ステップＳ３）、当該デジタルスロットル開度信号に基づいて、スロットルバルブ２１のスロットル開度を算出する（ステップＳ４）。

そして、ＣＰＵ５５は、波形整形後のクランク信号の立下がりエッジに同期して、比較結果信号を読み込み、今回の交流電圧信号の極性（以下、今回コイル電圧極性と称する）を判定する（ステップＳ５）。つまり、ＣＰＵ５５は、比較結果信号がハイレベルの場合、今回コイル電圧極性が正極性と判定し、ローレベルの場合、負極性と判定する。そして、ＣＰＵ５５は、今回コイル電圧極性の判定結果に基づいて交流電圧信号の極性周期（以下、コイル電圧極性周期と称する）を更新する（ステップＳ６）。

以下、このステップＳ５及びＳ６の処理について具体的に説明する。図４に示すように、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２に波形整形後のクランク信号の立下がりエッジが検出された場合を想定する。時刻ｔ０において、ＣＰＵ５５は、波形整形後のクランク信号の立下がりエッジに同期して、比較結果信号を読み込み、今回コイル電圧極性を判定する。図４の例では、時刻ｔ０において比較結果信号はハイレベルのため、極性判定結果は正極性となる。同様に、時刻ｔ１では、比較結果信号はハイレベルのため、極性判定結果は正極性となる。一方、時刻ｔ２では、比較結果信号はローレベルに遷移するため、極性判定結果は負極性となる。

つまり、逆回転検出用コイル３０ｆに故障（短絡や断線等）が発生しておらず、正常にエンジン１が正回転している期間では、波形整形後のクランク信号が３回入力される毎、つまりクランクシャフト１３（ロータ３０ａ）が６０°回転する毎に、「正極性」→「正極性」→「負極性」を１周期としたコイル電圧極性周期となる。ＣＰＵ５５は、ステップＳ６の処理において、波形整形後のクランク信号の立下がりエッジに同期して、今回コイル電圧極性の判定結果に基づいて、上記のようなコイル電圧極性周期を更新している。

図５に戻って説明すると、ＣＰＵ５５は、ステップＳ６の後、サブルーチンである逆回転・故障検出処理に移行する（ステップＳ７）。図６は、逆回転・故障検出処理の動作フローチャートである。図６に示すように、ＣＰＵ５５は、逆回転・故障検出処理に移行すると、まず、コイル電圧極性監視周期が到来したか、つまり波形整形後のクランク信号が３回入力されてクランクシャフト１３が６０°回転したか否かを判定する（ステップＳ２０）。

このステップＳ２０において、コイル電圧極性監視周期が到来していない場合、つまりクランクシャフト１３が６０°回転していない場合（「No」）、ＣＰＵ５５は、逆回転・故障検出処理を終了して、図５の逆回転防止処理におけるステップＳ８に移行する。一方、ステップＳ２０において、コイル電圧極性監視周期が到来した場合、つまりクランクシャフト１３が６０°回転した場合（「Yes」）、ＣＰＵ５５は、コイル電圧極性周期が正回転時における周期と一致するか否かを判定する（ステップＳ２１）。

このステップＳ２１において、コイル電圧極性周期が正回転時における周期と一致する場合、つまり、上記のように、コイル電圧極性周期が「正極性」→「正極性」→「負極性」を１周期とする場合（「Yes」）、ＣＰＵ５５は、正回転及び逆回転検出用コイル３０ｆの故障無しと判定し（ステップＳ２２）、その後、逆回転・故障検出処理を終了して、図５の逆回転防止処理におけるステップＳ８に移行する。

一方、ステップＳ２１において、コイル電圧極性周期が正回転時における周期と一致しない場合、つまり、上記のように、「正極性」→「正極性」→「負極性」とは異なるコイル電圧極性周期であった場合（「No」）、ＣＰＵ５５は、エンジン１が逆回転状態であると判定し（ステップＳ２３）、前回のコイル電圧極性監視周期に逆回転検出済みか否かを判定する（ステップＳ２４）。

このステップＳ２４において、前回のコイル電圧極性監視周期に逆回転検出済みでなかった場合（「No」）、ＣＰＵ５５は、逆回転・故障検出処理を終了して、図５の逆回転防止処理におけるステップＳ８に移行する。一方、ステップＳ２４において、前回のコイル電圧極性監視周期に逆回転検出済みであった場合（「Yes」）、ＣＰＵ５５は、逆回転検出用コイル３０ｆに故障が発生したと判定し（ステップＳ２５）、その後、逆回転・故障検出処理を終了して、図５の逆回転防止処理におけるステップＳ８に移行する。

以下、上記ステップＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５の処理について具体的に説明する。図４に示すように、時刻ｔ３に、逆回転検出用コイル３０ｆに短絡または断線などの故障が発生し、時刻ｔ３以降、逆回転検出用コイル３０ｆから出力される交流電圧信号がグランドレベル（０Ｖ）一定になった場合を想定する。つまり、時刻ｔ３以降、比較結果信号はハイレベル一定となる。

このような状況において、時刻ｔ６以前の時刻ｔ４〜ｔ５では、コイル電圧極性周期は、「正極性」→「正極性」となるが、時刻ｔ６における波形整形後のクランク信号の立下がりエッジ検出時には、正常時には「負極性」となるところが「正極性」となり、コイル電圧極性周期が正回転時における周期と一致しないため、ＣＰＵ５５は、エンジン１が逆回転状態であると判定する。なお、この時点では、コイル電圧極性周期が正回転時における周期と一致しない理由が、逆回転に起因するものか、それとも逆回転検出用コイル３０ｆの故障に起因するものかを判断することができないため、初回のコイル電圧極性周期の不一致が検出された場合は、逆回転が発生したものと判定する（ステップＳ２１、Ｓ２３の処理）。

そして、時刻ｔ９以降、同様に、コイル電圧極性周期が正回転時における周期と一致しない場合、前回のコイル電圧極性監視周期（ｔ４〜ｔ６）において逆回転検出済みであるため、ＣＰＵ５５は、逆回転検出用コイル３０ｆに故障が発生したと判定する（ステップＳ２４、Ｓ２５の処理）。このように、コイル電圧極性周期の不一致が複数回（本実施形態では２回）連続して発生すると、逆回転検出用コイル３０ｆに短絡や断線等の故障が発生した可能性が高いので、この時点で、逆回転検出用コイル３０ｆに故障が発生したと判定する。なお、本実施形態では、２回連続してコイル電圧極性周期の不一致が発生した場合に、逆回転検出用コイル３０ｆに故障が発生したと判定したが、２回以上連続してコイル電圧極性周期の不一致が発生した場合に、逆回転検出用コイル３０ｆに故障が発生したと判定しても良い。

以上が、逆回転・故障検出処理の説明であり、ＣＰＵ５５は、図５におけるステップＳ７において、上記のような逆回転・故障検出処理のサブルーチンを終了した後、サブルーチンである点火出力処理に移行する（ステップＳ８）。図７は、点火出力処理の動作フローチャートである。図７に示すように、ＣＰＵ５５は、点火出力処理に移行すると、まず、エンジン回転数が所定値（例えば２０００ｒｐｍ）以上か否かを判定する（ステップＳ３０）。

このステップＳ３０において、エンジン回転数が所定値未満であった場合（「No」）、エンジン１が逆回転してケッチンが発生する可能性があるため、ＣＰＵ５５は、逆回転・故障検出処理において、逆回転検出用コイル３０ｆの故障発生を検出済みか否かを判定する（ステップＳ３１）。このステップＳ３１において、逆回転検出用コイル３０ｆの故障発生を検出済みでない場合（「No」）、ＣＰＵ５５は、波形整形後のクランク信号を基に点火タイミングが到来したか（クランク角基準位置ＢＴＤＣを検出したか）否かを判定する（ステップＳ３２）。

図４に示すように、クランク角基準位置では、幅の大きいクランク角基準突起３０ａ_１がクランク角度センサ２７を通過するため、ハイレベル期間の長い方形波のパルス信号が発生する。このようなハイレベル期間の長い方形波のパルス信号の立下りエッジを検出した場合（図４では時刻ｔ１０）に、クランク角基準位置を検出した（点火タイミングが到来した）と判定することができる。ＣＰＵ５５は、逆回転防止処理の他、上記のように、波形整形後のクランク信号を基にクランク角基準位置の検出処理を並列的に行っている。

上記ステップＳ３２において、点火タイミングが到来していない（クランク角基準位置を検出していない）場合（「No」）、ＣＰＵ５５は、点火出力処理を終了して、図５の逆回転防止処理におけるステップＳ１に移行する。一方、ステップＳ３２において、点火タイミングが到来した（クランク角基準位置を検出した）場合（「Yes」）、ＣＰＵ５５は、逆回転・故障検出処理において、エンジン１の逆回転を検出済みか否かを判定する（ステップＳ３３）。

このステップＳ３３において、エンジン１の逆回転を検出済みでない場合、つまりエンジン１が正常に正回転している場合（「No」）、ＣＰＵ５５は、図４に示すように、点火プラグ１６をスパークさせるための点火制御信号を点火回路５６に出力する（ステップＳ３４）。一方、ステップＳ３３において、エンジン１の逆回転を検出済みの場合、つまりエンジン１が逆回転していると判定される場合（「Yes」）、ＣＰＵ５５は、点火出力禁止、つまり点火制御信号の出力を停止する（ステップＳ３５）。このように、逆回転検出済みの場合は、点火出力を禁止することで、ケッチンの発生を防止することができる。なお、ＣＰＵ５５は、ステップＳ３４及びＳ３５の後、点火出力処理を終了して、図５の逆回転防止処理におけるステップＳ１に移行する。

また、ステップＳ３１において、逆回転検出用コイル３０ｆの故障発生を検出済みの場合（「Yes」）、ＣＰＵ５５は、故障検出時の点火タイミングに対応する故障時クランク角基準位置を検出したか否かを判定する（ステップＳ３６）。具体的には、ＣＰＵ５５は、クランク角基準突起３０ａ_１の後方に設けられた補助突起３０ａ_２の後端がクランク角度センサ２７を通過して、図４に示すように、時刻ｔ１１に波形整形後のクランク信号の立下がりエッジが検出された場合を、故障時クランク角基準位置として検出する。

上記ステップＳ３６において、故障時クランク角基準位置を検出した場合（「Yes」）、ＣＰＵ５５は、ステップＳ３４の処理に移行し、図４に示すように、点火プラグ１６をスパークさせるための点火制御信号を点火回路５６に出力する。一方、ステップＳ３６において、故障時クランク角基準位置を検出しなかった場合（「No」）、ＣＰＵ５５は、点火出力処理を終了して、図５の逆回転防止処理におけるステップＳ１に移行する。

このように、逆回転検出用コイル３０ｆの故障発生時では、逆回転検出時のように点火出力を停止するのではなく、通常の点火タイミング（クランク角基準位置）より遅角させた、故障検出時の点火タイミング（故障時クランク角基準位置）で点火出力を行うことにより、ケッチンの発生を防止すると共に、機関始動不能や運転中であればエンストの発生を防止することができる。

また、ステップＳ３０において、エンジン回転数が所定値以上であった場合（「Yes」）、エンジン１はもはや逆回転する可能性はないため、ＣＰＵ５５は、通常の点火出力処理を行い（ステップＳ３７）、その後、点火出力処理を終了して、図５の逆回転防止処理におけるステップＳ１に移行する。ＣＰＵ５５は、通常の点火出力処理として、エンジン回転数及びスロットル開度に応じて点火タイミングを算出し、この点火タイミングで点火プラグ１６をスパークさせるための点火制御信号を点火回路５６に出力する。

以上が、点火出力処理の説明であり、図５に戻って説明すると、ステップＳ１において、波形整形後のクランク信号が入力されない場合（「No」）、ＣＰＵ５５は、タイマ６１を制御して、所定時間内に波形整形後のクランク信号の入力が無いか（エンストか）否かを判定する（ステップＳ９）。このステップＳ９において、ＣＰＵ５５は、所定時間内に波形整形後のクランク信号の入力が有った場合、つまりエンストではない場合（「No」）、ステップＳ１の処理に戻る一方、所定時間内に波形整形後のクランク信号の入力が無い場合、つまりエンストと判定される場合（「Yes」）、逆回転検出状態をリセットしてステップＳ１の処理に戻る（ステップＳ１０）。

以上のように、本実施形態によれば、逆回転検出用の逆回転検出用コイル３０ｆに短絡や断線などの故障が発生したことを検出することができ、機関運転中であれば点火出力を許可することが可能となり、エンストの発生を防止することができる。また、故障検出後に、機関始動可能とすることができる。さらに、故障検出後に、通常の点火タイミング（クランク角基準位置）より遅角させた、故障検出時の点火タイミングで点火出力を行うことにより、ケッチンを防止して機関始動可能とすることができる。

なお、故障検出した場合に、外部の計器板（いわゆるインパネ）に設けられたランプ等の報知手段を点灯制御して、ユーザに逆回転検出用コイル３０ｆが故障したことを報知するような機能をＣＰＵ５５に持たせても良い。従来では、故障発生時に運転停止や始動不能が発生しても、ユーザはその原因を知ることができなかったが、このように故障検出したことをユーザに報知する機能を備えることにより、トラブルシューティングが容易となる。

また、上記実施形態では、発電機３０内に、逆回転検出専用の逆回転検出用コイル３０ｆを設けたが、これに限らず、発電機３０以外にクランクシャフト１３と同期回転し、１相の交流電圧信号を出力する磁石式交流発電機を設けても良く、また、エキサイタコイルを逆回転検出用コイル３０ｆとして使用しても良い。

本発明の一実施形態に係る内燃機関制御装置（ＥＣＵ４）を備えたエンジンシステムの構成概略図である。 本発明の一実施形態に係る発電機３０を構成するロータ３０ａの詳細説明図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関制御装置（ＥＣＵ４）の構成ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関制御装置（ＥＣＵ４）の動作に関する第１説明図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関制御装置（ＥＣＵ４）の動作に関する第２説明図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関制御装置（ＥＣＵ４）の動作に関する第３説明図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関制御装置（ＥＣＵ４）の動作に関する第４説明図である。

符号の説明

１…エンジン、２…電源供給部、３…燃料供給部、４…ＥＣＵ（Engine Control Unit）、１０…シリンダ、１１…ピストン、１２…コンロッド、１３…クランクシャフト、１４…吸気バルブ、１５…排気バルブ、１６…点火プラグ、１７…点火コイル、１８…吸気管、１９…排気管、２０…エアクリーナ、２１…スロットルバルブ、２２…インジェクタ、２３…吸気圧センサ、２４…吸気温センサ、２５…スロットル開度センサ、２６…冷却水温センサ、２７…クランク角度センサ、３０…発電機、３２…レギュレートレクチファイヤ、３３…バッテリ、４０…燃料タンク、４１…燃料ポンプ、５０…波形整形回路、５１…回転数カウンタ、５２…基準電圧源、５３…コンパレータ回路、５４…Ａ／Ｄ変換器、５５…ＣＰＵ（Central Processing Unit）、５６…点火回路、５７…インジェクタ駆動回路、５８…ポンプ駆動回路、５９…ＲＯＭ(Read Only Memory)、６０…ＲＡＭ(Random Access Memory)、６１…タイマ

Claims (7)

1. 内燃機関に設けられたクランク角度検出手段からクランク軸が所定角度回転する毎に出力されるクランク信号に基づいて点火タイミングを把握し、当該点火タイミングに前記内燃機関を点火させるための点火制御を行う内燃機関制御装置であって、
   前記内燃機関のクランク軸と同期回転する磁石式交流発電機から出力される１相の交流電圧信号を入力とし、
   前記クランク信号の検出毎に前記交流電圧信号の極性を判定し、当該極性の判定結果を基に前記交流電圧信号の極性周期を把握し、前記交流電圧信号の極性周期が前記クランク軸の正回転時の極性周期と不一致となる初回目において、クランク軸の逆回転と判定し、前記極性周期が複数回連続してクランク軸の正回転時の極性周期と不一致となった場合に、前記磁石式交流発電機の故障と判定する制御手段を備える、
   ことを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記制御手段は、前記磁石式交流発電機の故障と判定した場合、前記クランク軸の逆回転判定結果に拘らず、前記点火タイミングより遅角した点火タイミングで前記内燃機関を点火させるための点火制御を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関制御装置。
3. 前記制御手段は、前記磁石式交流発電機の故障と判定しなかった場合、前記クランク軸の逆回転と判定していれば、前記点火タイミングにおける前記点火制御を停止することを特徴とする請求項２記載の内燃機関制御装置。
4. 前記クランク信号を基に前記クランク軸の回転数を算出する回転数算出手段を備え、
   前記制御手段は、前記クランク軸の回転数が所定値未満で且つ前記磁石式交流発電機の故障と判定した場合、前記クランク軸の逆回転判定結果に拘らず、前記点火タイミングより遅角した点火タイミングで前記内燃機関を点火させるための点火制御を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関制御装置。
5. 前記制御手段は、前記クランク軸の回転数が所定値未満で且つ前記磁石式交流発電機の故障と判定しなかった場合、前記クランク軸の逆回転と判定していれば、前記点火タイミングでの前記点火制御を停止することを特徴とする請求項４記載の内燃機関制御装置。
6. 前記制御手段は、前記磁石式交流発電機の故障と判定した場合、外部に設けられた報知手段に対して、前記故障の発生を報知させるための制御を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。
7. 基準電圧信号を発生する基準電圧源と、
   前記交流電圧信号と前記基準電圧信号とを入力とし、前記交流電圧信号と前記基準電圧信号との電圧値の大小を比較して比較結果を示す比較結果信号を出力する比較手段と、
   前記クランク信号を入力とし、当該クランク信号を前記所定角度の回転に要した時間を周期とする方形波のパルス信号に波形整形して出力する波形整形手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記パルス信号の検出毎に、前記比較結果信号に基づいて前記交流電圧信号の極性を判定する、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。

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