JP5246154B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、詳しくは機関始動時の点火開始可能気筒の判定に係る制御構造の改良に関するものである。

車載等の内燃機関では、機関始動後にクランク角の確定を行い、現在のクランク角を認識した上で、クランク角に同期した燃料噴射や点火の制御を開始するようにしている。クランク角の確定、すなわち点火気筒の判別は、１）クランク角センサーによるクランクローターの欠け歯の検出に応じたり、２）カム角センサーによるカムローターの凹凸パターンの検出結果に応じたりして行うようにしている。

上記１）によるクランク角の確定は、最悪の場合、クランクシャフトが１回転するまで行えないことがある。これに対して上記２）によるクランク角の確定は、多くの場合、より早く行える。しかしながら、上記２）によるクランク角の確定結果には、カムシャフトやタイミングベルト／チェーンの組付け公差による誤差を伴うことがあり、上記１）によるクランク角の確定結果に比して不正確なものとなっている。したがって、点火時期制御のような制御タイミングのクランク角を厳密に管理する必要のある機関制御の実施は、上記１）によるクランク角の確定まで行えないことになる。しかも、燃料噴射の実施や要求点火時期の設定から実際の点火の実施までには、一定の時間的余裕が必要であるため、クランク角が完全に確定された後も、そうした制御を直ちには開始できなくなっている。

そのため、従来にあっては、特許文献１に見られるように、機関始動の直後には、点火や燃料噴射を非同期制御にて行い、クランク角の確定後、順次に同期制御へと切り替えるようにしている。すなわち、クランク角が完全に確定されるまでは、点火気筒を特定せずに、燃料噴射や点火を行うようにしている。こうした非同期制御の実施によれば、クランク角の確定を待たずして初爆を開始できるため、機関始動を早期に開始することができるようになる。

特開平０６−１８５３８７号公報

しかしながら、機関始動直後の燃料噴射や点火に非同期制御を採用する場合には、非同期制御と同期制御との方式の異なる２つの制御が混在することになる。そのため、燃費性能や排気エミッション性能の確保に係る適合を両制御について個別に行うことが必要となり、適合作業の工数の増大を招いている。また非同期制御では、燃料噴射や点火のタイミングを精密にコントロールできないため、燃費性能や排気エミッション性能を十分に確保することが困難となってもいる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、機関始動後の同期制御による点火や燃料噴射の実施をより早期に開始することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、内燃機関の制御装置としての請求項１に記載の発明は、クランク角センサーによるクランクローターの欠け歯の検出に応じてクランク角を確定する第１の確定手段と、カム角センサーによるカムローターの凹凸パターンの検出結果に応じてクランク角を確定する第２の確定手段と、の２つの確定手段を備えている。ここで第２の確定手段は、第１の確定手段に比して、より早期に確定を行うことが可能であるものの、確定結果の精度は劣っている。したがって、点火時期や燃料噴射の同期制御のような制御タイミングのクランク角を厳密に管理する必要のある機関制御は、第１の確定手段によるクランク角の確定が完了するまでは開始できないことになる。

もっとも、第１の確定手段によるクランク角の確定が完了したとしても、点火や燃料噴射の要求から実施までには、一定の時間的余裕が必要である。すなわち、点火や燃料噴射の要求は、その実施よりも一定の期間早い時期に行う必要がある。そのため、点火や燃料噴射の同期制御の開始は、クランク角の確定後、直ちには実施できないことになる。

その点、本発明では、第２の確定手段によるクランク角の確定に応じて、第１の確定手段によるクランク角の確定時期を予測する予測手段と、その予測手段により予測されたクランク角の確定時期の後に最初に点火時期を迎える気筒を、機関始動後の初回点火を行う点火開始可能気筒として設定する設定手段と、を備えるようにしている。そして、第１の確定手段によってクランク角が確定される前に、設定手段にて設定された点火開始可能気筒に対する点火要求を行うようにしている。第２の確定手段により確定されるクランク角には、多少の誤差が含まれる可能性があるものの、その結果からおおよそのクランク角を確認することは可能である。そのため、第２の確定手段によるクランク角の確定結果からは、第１の確定手段によるクランク角の確定がなされるおおよその時期を判断することが、ひいては第１の確定手段によるクランク角の確定後に最初に点火時期を迎える気筒を特定することが可能となる。点火を行う気筒が判っていれば、正確なクランク角の確定していなくても、点火の要求や燃料噴射を予め行っておくことは可能である。こうして点火の要求や燃料噴射を行っておけば、クランク角の確定後に最初に点火時期を迎える気筒に対する点火を、完全に確定したクランク角に基づいて行うことが可能となる。そのため、本発明の内燃機関の制御装置では、クランクローターの欠け歯の検出に応じたクランク角の確定後、最初に点火時期を迎える気筒から燃料噴射や点火の同期制御を開始することが可能となる。したがって、本発明によれば、機関始動後の同期制御による点火や燃料噴射の実施をより早期に開始することができるようになる。

なお、こうした本発明の内燃機関の制御装置では、燃料噴射や点火の同期制御を早期より開始することができるため、請求項２によるように、機関始動後の最初の燃料噴射として、上記設定手段により点火開始可能気筒として設定された気筒に対する同期噴射を実施するようにすることが可能となる。すなわち、非同期噴射を行うことなく、最初から同期噴射を行うようにすることができるようになる。この場合、非同期噴射を廃止できるため、燃料噴射の制御方式を同期噴射のみに絞ることができ、適合作業を削減することができるようになる。また燃料噴射タイミングの精密なコントロールが不能な非同期噴射が廃止できるため、燃費性能や排気エミッション性能を向上することができるようにもなる。

ところで、同期噴射を開始するタイミングによっては、要求噴射開始時期を設定した時点でその要求開始時期が既に経過していることがある。そうした場合には、燃焼条件が良好でない初爆に際して、適切なタイミングで燃料噴射を行うことはできないことになる。そこでそうした場合には、燃料噴射を強行するよりも、初爆の開始を１気筒遅らせて、より確実に初爆を成功させることが望ましい。一方、初爆の開始以降は、要求噴射開始時期を満足できないといって燃料噴射を中止すれば、燃焼が不連続となってしまうため、噴射時期が多少不適切となっても、燃料噴射を強行することが望ましい。そこで、請求項３によるように、要求噴射開始時期の設定時にその要求開始時期が既に経過しているときには、その燃料噴射が機関始動後の初回噴射であれば、その気筒への燃料噴射を禁止し、そうでなければ、その気筒への燃料噴射を即時に実施するようにすれば、初爆を確実としつつ、不連続な燃焼を回避することが可能となる。

なお内燃機関の制御装置によっては、燃料噴射や点火等のクランク角に同期した機関制御を実施するタイミングを計るカウンターとして、クランク角センサーのクランク信号の出力毎にカウントアップされる第１のカウンターと、クランク信号が複数回出力される毎にカウントアップされる第２のカウンターと、を備えることがある。第１のカウンターに基づけば、より精密なクランク角の管理を行うことが可能であり、特に機関回転が不安定な機関始動時にも、クランク角同期制御を正確に実施することが可能となる。ただし、機関回転速度が上昇すると、第１のカウンターのカウントアップに伴う割り込みの頻度が高くなり、その都度、燃料噴射や点火のための割り込み処理を実施すれば、制御装置の演算負荷が過大となってしまう。その点、請求項４によるように、機関回転速度が低いときには、第１のカウンターに基づいてクランク角に同期した機関制御を実施し、機関回転速度が高いときには、第２のカウンターに基づいてクランク角に同期した機関制御を実施するようにすれば、機関回転速度の上昇時の演算負荷の増大を回避しながらも、機関回転の不安定な内燃機関の低回転時にもクランク角同期制御を精密に行うことが可能となる。

ところで、内燃機関の制御装置では、ハードウェアに密接した下位の処理を行うＳＡＣ（センサー／アクチュエーターコントローラー）と、燃料噴射量や噴射開始時期、点火時期等のような制御量の設定に係る上位の処理を行うＡＰＬ（アプリケーション）とに分割して、機関制御用プログラムのモジュールを構成することがある。このようの制御構造の構成によれば、制御プログラムの汎用性が高められる。すなわち、ハードウェアの個々の差異をＳＡＣで吸収することで、共通のＡＰＬを複数種のハードウェアに対応させることができる。例えば燃料噴射や点火のクランク角同期制御は、
・クランク角センサーの検出信号の処理を行うクランクＳＡＣ。
・機関運転状態に応じた点火時期の設定を行う点火ＡＰＬ。
・点火ＡＰＬにより設定された点火時期に点火がなされるように点火プラグを制御する点火ＳＡＣ。
・機関運転状態に応じた燃料噴射量及び燃料噴射時期の設定を行う噴射ＡＰＬ。
・噴射ＡＰＬにより設定された燃料噴射時期に、同じく噴射ＡＰＬにより設定された燃料噴射量の燃料噴射が実施されるようにインジェクターを制御する噴射ＳＡＣ。の各モジュールにより行わせることができる。

こうした場合において、請求項５によるように、
・上記第１及び第２の確定手段の処理を行う機能、及び上記予測手段の処理を行う機能をクランクＳＡＣに配置すること。
・上記設定手段の処理を行う機能を点火ＳＡＣに配置すること。
・上記設定手段の設定した点火開始可能気筒を機関始動後の初回噴射を実施する気筒として設定する処理を行う機能を噴射ＳＡＣに配置すること。を行えば、関連する機能を集約して各モジュールの独立性を高めることができ、制御プログラムの汎用性が更に高められるようになる。例えば上記の如く各モジュールを構成した場合には、エコラン車とそうでない車両との間におけるような初回点火時期の違いを点火ＳＡＣの変更のみで対応可能となる。また上記の如く各モジュールを構成した場合には、気筒数の違いをクランクＳＡＣの変更のみで対応可能となる。

本発明の一実施形態についてその内燃機関の制御装置の全体構造を模式的に示す略図。 同実施形態に採用される（ａ）はクランクローターの、（ｂ）はカムローターの平面構造をそれぞれ示す平面図。 同実施形態におけるクランク信号及びカム信号の出力態様を示すタイムチャート。 同実施形態における機関始動時の制御態様を示すタイムチャート。 同実施形態において１０ＣＡクランクカウンターの確定時に点火開始可能気筒の要求噴射開始時期が既に経過しているときの制御態様を示すタイムチャート。 同実施形態に採用される点火開始可能気筒判定ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 同実施形態に採用される燃料噴射制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 従来の内燃機関の制御装置の制御構造を模式的に示すブロック図。 上記実施形態の内燃機関の制御装置の制御構造を模式的に示すブロック図。

以下、本発明の内燃機関の制御装置を具体化した一実施の形態を、図１〜図８を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態の内燃機関の制御装置の全体構造を示している。同図に示すように、本実施の形態の内燃機関の制御装置は、電子制御ユニット１を中心に構成されている。

電子制御ユニット１は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読込専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えている。ＣＰＵは、機関制御に係る各種演算処理を実施する。ＲＯＭは、機関制御用のプログラムやデータを記憶する。ＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶する。Ｉ／Ｏは、外部との信号の送受を媒介する。

こうした電子制御ユニット１の入力ポートには、クランクローター２の外周に設けられた歯の通過に応じてエッジ信号を出力するクランク角センサー３と、カムローター４の外周に設けられた凹凸の通過に応じてエッジ信号を出力するカム角センサー５とが接続されている。他にも、電子制御ユニット１の入力ポートには、アクセルセンサーやエアフローメーターなどの機関運転状況を検出する各種センサーの検出信号が入力されている。

一方、電子制御ユニット１の出力ポートには、インジェクター駆動回路６及び点火プラグ駆動回路７を始め、内燃機関の設置された各種アクチュエーターの駆動回路が接続されている。インジェクター駆動回路６は、電子制御ユニット１の出力する燃料噴射量、燃料噴射時期の指令信号に応じて各気筒のインジェクター８に燃料噴射を実施させるようになっている。また点火プラグ駆動回路７は、電子制御ユニット１の出力する点火時期の指令信号に応じて各気筒の点火プラグ９に点火を実施させるようになっている。

図２（ａ）は、本実施の形態の採用するクランクローター２の構造を示している。同図に示すように、クランクローター２の外周には、１０°ＣＡ毎に歯が設けられている。またクランクローター２の外周には、３０°ＣＡの欠け歯が設けられてもいる。

図２（ｂ）は、本実施の形態の採用するカムローター４の構造を示している。同図に示すように、カムローター４の外周には、不等ピッチで複数の凹凸が形成されている。同図のカムローター４の外周には、６０°ＣＡ分の凸部、１２０°ＣＡ分の凹部、１８０°ＣＡ分の凸部、６０°ＣＡ分の凹部、１６０°ＣＡ分の凸部、１４０°ＣＡ分の凹部が時計回り順に形成されている。

図３は、クランク角センサー３及びカム角センサー５の信号の出力態様を示している。なお同図に示すクランク信号及びカム信号は、クランク角センサー３及びカム角センサー５の出力信号を整形したものとなっている。

機関始動後、電子制御ユニット１は、これらクランク信号及びカム信号に基づいて、クランク角の確定を行う。クランク角の確定は、１）クランクローター２の欠け歯の検出、及び２）カムローター４の凹凸パターン、の双方に基づいて行うことができる。上記１）によるクランク角の確定は、クランクローター２の欠け歯の検出時に、カム角センサー５が凸信号、凹信号のいずれを出力しているか、により行われる。また上記２）によるクランク角の確定は、検出されたカムローター４の凹凸の検出期間の長さ（クランク角）に基づいて行われる。

また電子制御ユニット１は、クランク角センサー３及びカム角センサー５の信号に基づいて、制御タイミングの確認のために使用されるカウンターとして、次の２つのカウンターを生成するようにしている。すなわち、電子制御ユニット１は、１０°ＣＡ毎にカウントアップされる１０ＣＡクランクカウンターと、３０°ＣＡ毎にカウントアップされる３０ＣＡクランクカウンターとを生成する。ここで１０ＣＡクランクカウンターは、上記２）により確定されたクランク角に基づいて生成されるようになっている。一方、３０ＣＡクランクカウンターは、上記１）により確定されたクランク角に基づいて生成されるようになっている。

ところで上記１）のクランクローター２の欠け歯の検出に基づくクランク角の確定は、最悪の場合、クランクシャフトが一回転するまで行えないことがある。これに対して上記２）のカムローター４の凹凸パターンに基づくクランク角の確定は、最大でもクランクシャフトが１８０°ＣＡ回転した時点で行うことができる。そのため、一般には、上記２）によるクランク角の確定の方が、上記１）によるクランク角の確定よりも早く行うことができるようになっている。

ただし、カムローター４の凹凸パターンに基づき確定されたクランク角には、カムシャフトやタイミングベルト／チェーンの組付け公差による１０°ＣＡ程度の誤差がある。したがって、１０ＣＡクランクカウンターは、３０ＣＡクランクカウンターに比して、より早期に確定できるものの、その精度は劣るものとなっている。そのため、点火の同期制御のような、制御タイミングのクランク角を厳密に管理する必要のある機関制御の実施は、より正確な３０ＣＡクランクカウンターに基づいて行う必要がある。したがって、点火の同期制御は、クランクローター２の欠け歯の検出による完全なクランク角の確定までその開始を待つ必要がある。

一方、同期制御による点火の実施には、燃料噴射の実施や点火プラグ駆動回路７へのタイマーのセットを、それに先駆けて行っておく必要がある。そのため、クランクローター２の欠け歯の検出による完全なクランク角の確定時から点火の同期制御の準備を開始しても、同期制御による点火を実際に開始できるのは、その確定後、しばらく経ってからとなる。

ここで１０ＣＡクランクカウンターによれば、確かに誤差はあるものの、その値から凡そのクランク角を知ることはできる。よって、１０ＣＡクランクカウンターからは、３０ＣＡクランクカウンターの確定する凡その時期を予測することができることになる。そこで本実施の形態では、１０ＣＡクランクカウンターの確定時に、３０ＣＡクランクカウンターの確定時期を予測し、その予測された確定時期の後に最初に点火時期を迎える気筒から点火の同期制御を開始すべく、その準備を開始するようにしている。すなわち、本実施の形態では、１０ＣＡクランクカウンターの確定時に予測された３０ＣＡクランクカウンターの確定後に最初に点火時期を迎える気筒を、機関始動後の初回点火を行う点火開始可能気筒として設定するようにしている。そしてその気筒に対する燃料噴射や点火タイマーのセットは、３０ＣＡクランクカウンターの確定前に燃料噴射を実施しておくようにしている。なお、このときの燃料噴射は、対象となる気筒に対してのみ行われる。すなわち、本実施の形態では、非同期噴射を行うことなく、最初から同期噴射が行われるようになっている。

図４は、こうした本実施の形態の内燃機関の制御装置の機関始動時の制御態様を示している。上述したように１０ＣＡクランクカウンターが確定すると、３０ＣＡクランクカウンターの確定時期が予測される。そして、その予測された確定時期の後、ＢＴＤＣ３０°ＣＡの点火時期を最初に迎える気筒が機関始動後の初回点火を行う点火開始気筒として設定される。同図では、３番気筒が点火開始可能気筒として設定されている。こうして点火開始可能気筒が設定されると、電子制御ユニット１は、その点火時期に間に合うように、その気筒に対する燃料噴射と、点火プラグ駆動回路７の点火タイマーのセットとを実施する。これにより、点火開始可能気筒として設定された３番気筒において、３０ＣＡクランクカウンターの確定後、直ちに初爆が行われる。そして以後、点火時期を迎える順に、同期噴射、同期点火が実施されていく。

ところで、１０ＣＡクランクカウンターの確定から３０ＣＡクランクカウンターの確定までの間隔によっては、点火開始可能気筒の設定時に、その気筒に対する燃料噴射の開始時期が既に経過していることがある。この場合、適切な時期には燃料噴射を行えないことから、燃料噴射を強行するよりも、初爆の開始を１気筒遅らせて、より確実に初爆を成功させることが望ましい。一方、初爆の開始以降は、要求噴射開始時期を満足できないといって燃料噴射を中止すれば、燃焼が不連続となってしまうため、噴射時期が多少不適切となっても、燃料噴射を強行することが望ましい。そこで本実施の形態では、要求噴射開始時期の設定時にその要求開始時期が既に経過しているときには、その燃料噴射が機関始動後の初回噴射であれば、その気筒への燃料噴射を禁止し、そうでなければ、その気筒への燃料噴射を即時に実施するようにしている。そしてそれにより、初爆を確実としつつ、不連続な燃焼を回避するようにしている。

例えば図５の場合、１０ＣＡクランクカウンターの確定時に、３番気筒が点火開始可能気筒に設定されている。ただし、その時点で、同気筒に対する要求噴射開始時期が既に経過しており、要求噴射開始時期を遵守できないことが確実となっている。そこで、この場合には、３番気筒に対する燃料噴射を中止し、続いて点火時期を迎える４番気筒から燃料噴射を開始することにしている。

なお本実施の形態では、上述したように電子制御ユニット１は、制御タイミングの確認のために使用されるカウンターとして、１０ＣＡクランクカウンターと３０ＣＡクランクカウンターとの２つのカウンターを生成している。ここで１０ＣＡクランクカウンターに基づけば、より精密なクランク角の管理を行うことが可能であり、特に機関回転が不安定な機関始動時にも、クランク角同期制御を正確に実施することが可能となる。ただし、機関回転速度が上昇すると、１０ＣＡクランクカウンターのカウントアップに伴う割り込みの頻度が高くなり、その都度、燃料噴射や点火のための割り込み処理を実施すれば、制御装置の演算負荷が過大となってしまう。

そこで本実施の形態では、機関回転速度が低いときには、１０ＣＡクランクカウンターに基づいてクランク角に同期した機関制御を実施し、機関回転速度が高いときには、３０ＣＡクランクカウンターに基づいてクランク角に同期した機関制御を実施するようにしている。そしてこれにより、機関回転速度の上昇時の演算負荷の増大を回避しながらも、機関回転の不安定な内燃機関の低回転時にもクランク角同期制御を精密に行うことを可能としている。具体的には、機関回転速度が規定の切替判定値を超えるまでは、制御タイミングの決定に使用するカウンターとして１０ＣＡクランクカウンターを使用し、切替判定値を超えてからは３０ＣＡクランクカウンターを使用するようにしている。ただし、３０ＣＡクランクカウンターへの切替後も、機関回転速度が切替判定値以下となれば、使用するカウンターを直ちに１０ＣＡクランクカウンターに戻すようにしている。

図６は、こうした本実施の形態に採用される点火開始可能気筒判定ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンは、機関始動後、電子制御ユニット１により、１０ＣＡクランクカウンターのカウントアップ毎に実施されるものとなっている。

本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット１はまず、ステップＳ１００において、１０ＣＡクランクカウンターが確定した瞬間であるか否かを確認する。ここで、確定の瞬間でなければ（Ｓ１００：ＮＯ）、電子制御ユニット１はそのまま本ルーチンの処理を終了する。

一方、確定の瞬間であれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、電子制御ユニット１は、ステップＳ１０１において、確定した１０ＣＡクランクカウンターの値から３０ＣＡクランクカウンターの確定時期を予測する。そして電子制御ユニット１は、続くステップＳ１０２において、予測された３０ＣＡクランクカウンターの確定時期の後に最初に点火時期を迎える気筒を点火開始可能気筒として設定した上で、本ルーチンの処理を終了する。

図７は、本実施の形態に採用される燃料噴射制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理も、機関始動後、電子制御ユニット１により、１０ＣＡクランクカウンターのカウントアップ毎に実施されるようになっている。

さて本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット１はまずステップＳ２００において、機関回転速度が規定の切替判定値を超えているか否かを確認する。ここで電子制御ユニット１は、機関回転速度が切替判定値を超えていれば（Ｓ２００：ＹＥＳ）、制御タイミングの決定に使用するカウンターとして３０ＣＡクランクカウンターを使用し（Ｓ２０１）、そうでなければ（Ｓ２００：ＮＯ）、１０ＣＡクランクカウンターを使用する（Ｓ２０２）。

続いて電子制御ユニット１は、ステップＳ２０３にて要求噴射時期を取得し、ステップＳ２０４において次に点火時期を迎える気筒が点火可能気筒であるか否かを確認する。ここで電子制御ユニット１は、次に点火時期を迎える気筒が点火可能気筒であれば、ステップＳ２０５に移り、そうでなければ（Ｓ２０４：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理を終了する。

ステップＳ２０５において電子制御ユニット１は、次に点火時期を迎える気筒の要求噴射開始時期が既に過去のものとなっているか否かを確認する。ここで電子制御ユニット１は、要求噴射開始時期が過去となっていなければ（Ｓ２０５：ＮＯ）、ステップＳ２０９において、今回の制御周期が噴射開始時期直前のタイミングであるか否かを確認し、そうであれば、噴射量の算出（Ｓ２１０）、及びタイマーのセット（Ｓ２１１）を行って燃料噴射を実施させる。

一方、要求噴射開始時期が既に過去となっていれば（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、電子制御ユニット１はステップＳ２０６において、今回の噴射が機関始動時の初回噴射にあたるか否かを確認する。ここで初回噴射にあたるのであれば（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、電子制御ユニット１は、今回は噴射を取り止めてそのまま今回の本ルーチンの処理を終了する。一方、電子制御ユニット１は、初回噴射にあたらなければ（Ｓ２０７：ＮＯ）、ステップＳ２０７にて噴射量を算出し、ステップＳ２０８にて噴射を即時に開始させて、今回の本ルーチンの処理を終了する。

なお、こうした処理を行う電子制御ユニット１に記憶された機関制御用プログラムは、多数のモジュールにより構成されている。そうしたモジュールとしては、機関制御量の設定といった上位の処理を行うＡＰＬ（アプリケーション）と、センサーやアクチュエーターのようなハードウェアの駆動制御といった下位の処理を行うＳＡＣ（センサー／アクチュエーターコントローラー）とが備えられている。例えば燃料噴射に係る処理を行うモジュールとしては、噴射量や噴射時期の設定を行う噴射ＡＰＬと、その噴射ＡＰＬにて設定された噴射量、噴射時期に従ってインジェクター８を駆動制御する噴射ＳＡＣとが設けられている。また点火に係る処理を行うモジュールとしては、点火時期の設定を行う点火ＡＰＬと、その点火ＡＰＬにて設定された時期に点火が行われるように点火プラグ９を駆動制御する点火ＳＡＣとが設けられている。更に本実施の形態の内燃機関の制御装置には、クランク角センサー３及びカム角センサー５の信号の処理を行うクランクＳＡＣが設けられている。

図８は、従来の内燃機関の制御装置の制御構造を示している。同図に示すように、この制御装置には、燃料噴射及び点火に係るモジュールとして、噴射ＡＰＬ、噴射ＳＡＣ、点火ＡＰＬ、点火ＳＡＣ及びクランクＳＡＣを備えている。ここで従来の制御装置にあっては、１０ＣＡクランクカウンター及び３０ＣＡクランクカウンターの生成は、クランクＳＡＣが担っている。また初回噴射可能気筒の判定や３０ＣＡクランクカウンターの確定位置の確認、初回点火の通電開始時期の設定は、噴射ＡＰＬが担うようになっている。

こうした場合、自動アイドルストップを行うエコラン車とそうでない車との間における初点火時期の違いがあれば、初点火の通電開始時期の設定の態様を変える必要があり、点火系のモジュールに加え、噴射ＡＰＬも別のものにする必要がある。また適用される内燃機関の気筒数に違いがあれば、３０ＣＡクランクカウンターの確定位置の確認態様や初回噴射可能気筒の判定態様を変える必要があるため、クランクＳＡＣに加え、噴射ＡＰＬも別のものにする必要がある。

このように従来の内燃機関の制御装置にあっては、ハードウェアの変更に応じて制御部品の大幅な修正が必要であり、汎用性の乏しいものとなっていた。そこで本実施の形態では、各モジュールへの機能の配置を見直すことで、制御構造を汎用性の高いものとしている。

図９に、本実施の形態の内燃機関の制御装置の制御構造を示す。同図に示すように、本実施の形態においても、燃料噴射及び点火に係るモジュールとして、噴射ＡＰＬ、噴射ＳＡＣ、点火ＡＰＬ、点火ＳＡＣ及びクランクＳＡＣが備えられている。ただし本実施の形態では、３０ＣＡクランクカウンターの確定時期の予測に係る機能をクランクＳＡＣに配置し、点火可能気筒の判定に係る機能を点火ＳＡＣに配置するようにしている。また初回噴射可能気筒の判定に係る機能を噴射ＳＡＣに配置するようにしている。

こうした本実施の形態では、初点火時期の違いによる初点火の通電開始時期の設定態様の差異は、点火ＳＡＣの変更だけで吸収することができるようになる。また気筒数の違いによる１０ＣＡクランクカウンターの確定時期と欠け歯位置との関係の差異については、クランクＳＡＣの変更だけで吸収することができるようになる。このように、本実施の形態の採用する制御構造では、機能配置の改良により、各モジュールの独立性が高められているため、比較的少ない制御部品の修正でハードウェアの変更に対応することができるようになっている。

なお以上の本実施の形態では、電子制御ユニット１が、上記第１及び第２の確定手段、予測手段及び設定手段の処理を行う構成となっている。また本実施の形態では、３０ＣＡクランクカウンターが上記第１のカウンターに、１０ＣＡクランクカウンターが上記第２のカウンターにそれぞれ対応している。

以上の本実施の形態の内燃機関の制御装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施の形態では、電子制御ユニット１は、１０ＣＡクランクカウターの確定に応じて、３０ＣＡクランクカウンターの確定時期を予測し、その予測された確定時期の後に最初に点火時期を迎える気筒を、機関始動後の初回点火を行う点火開始可能気筒として設定するようにしている。１０ＣＡクランクカウンターには、多少の誤差が含まれる可能性があるものの、その結果からおおよそのクランク角を確認することは可能である。そのため、１０ＣＡクランクカウンターの値からは、３０ＣＡクランクカウンターの確定がなされるおおよその時期を判断することが、ひいては３０ＣＡクランクカウンターの確定後に最初に点火時期を迎える気筒を特定することが可能となる。点火を行う気筒が判っていれば、正確なクランク角の確定していなくても、点火の要求や燃料噴射を予め行っておくことは可能である。こうして点火の要求や燃料噴射を行っておけば、クランク角の確定後に最初に点火時期を迎える気筒に対する点火を、完全に確定したクランク角に基づいて行うことが可能となる。そのため、本実施の形態の内燃機関の制御装置では、クランクローター２の欠け歯の検出に応じたクランク角の確定後、最初に点火時期を迎える気筒から燃料噴射や点火の同期制御を開始することが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、機関始動後の同期制御による点火や燃料噴射の実施をより早期に開始することができるようになる。

（２）本実施の形態では、機関始動後の最初の燃料噴射として、点火開始可能気筒として設定された気筒に対する同期噴射を実施するようにするようにしている。すなわち、本実施の形態では、非同期噴射を行うことなく、最初から同期噴射を行うようにしている。こうして非同期噴射を廃止すれば、燃料噴射の制御方式を同期噴射のみに絞ることができ、適合作業を削減することができるようになる。また燃料噴射タイミングの精密なコントロールが不能な非同期噴射が廃止されているため、燃費性能や排気エミッション性能を向上することができるようにもなる。

（３）本実施の形態では、要求噴射開始時期の設定時にその要求開始時期が既に経過しているときには、その燃料噴射が機関始動後の初回噴射であれば、その気筒への燃料噴射を禁止し、そうでなければ、その気筒への燃料噴射を即時に実施するようにしている。同期噴射を開始するタイミングによっては、要求噴射開始時期を設定した時点でその要求開始時期が既に経過していることがある。そうした場合には、燃焼条件が良好でない初爆に際して、適切なタイミングで燃料噴射を行うことはできないことになる。そこでそうした場合には、燃料噴射を強行するよりも、初爆の開始を１気筒遅らせて、より確実に初爆を成功させることが望ましい。一方、初爆の開始以降は、要求噴射開始時期を満足できないといって燃料噴射を中止すれば、燃焼が不連続となってしまうため、噴射時期が多少不適切となっても、燃料噴射を強行することが望ましい。そのため、本実施の形態によれば、初爆を確実としつつ、不連続な燃焼を回避することが可能となる。

（４）本実施の形態では、制御タイミングの決定に使用するカウンターとして、１０ＣＡクランクカウンターと３０ＣＡクランクカウンターとの、カウントアップ周期の異なる２つのカウンターを生成している。カウントアップの周期のより細かい１０ＣＡクランクカウンターに基づけば、より精密なクランク角の管理を行うことが可能であり、特に機関回転が不安定な機関始動時にも、クランク角同期制御を正確に実施することが可能となる。一方、機関回転速度が上昇すると、１０ＣＡクランクカウンターのカウントアップに伴う割り込みの頻度が高くなり、その都度、燃料噴射や点火のための割り込み処理を実施すれば、制御装置の演算負荷が過大となってしまう。その点、本実施の形態では、機関回転速度が低いときには、１０ＣＡクランクカウンターに基づいてクランク角に同期した機関制御を実施し、機関回転速度が高いときには、３０ＣＡクランクカウンターに基づいてクランク角に同期した機関制御を実施するようにしている。そのため、機関回転速度の上昇時の演算負荷の増大を回避しながらも、機関回転の不安定な内燃機関の低回転時にもクランク角同期制御を精密に行うことが可能となる。

（５）本実施の形態では、１０ＣＡ及び３０ＣＡの両クランクカウンターの生成、及び３０ＣＡクランクカウンターの確定時期の予測に係る機能をクランクＳＡＣに配置するようにしている。また本実施の形態では、予測された３０ＣＡクランクカウンターの確定時期の後に最初に点火時期を迎える気筒を、機関始動後の初回点火を行う点火開始可能気筒として設定する機能を点火ＳＡＣに、その設定された点火開始可能気筒を機関始動後の初回噴射を実施する気筒として設定する処理を行う機能を噴射ＳＡＣにそれぞれ配置するようにしている。そのため、関連する機能を集約して各モジュールの独立性を高めることができ、制御プログラムの汎用性が更に高められるようになる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、制御タイミングの決定に使用するカウンターとして、１０°ＣＡ毎にカウントアップされる１０ＣＡクランクカウンターと、３０°ＣＡ毎にカウントアップされる３０ＣＡクランクカウンターとの２つのカウンターを使用するようにしていた。これらカウンターのカウントアップ周期は、これに限らず適宜に変更しても良い。

・上記実施の形態では、図９に示すような制御構造を採用していたが、適用されるハードウェアの構成が絞られている場合などのように制御部品の流用を考慮する必要がない場合には、それ以外の制御構造を採用するようにしても良い。

・上記実施の形態では、クランク角に同期した機関制御に使用するカウンターを、機関回転速度に応じて使い分けるようにしていたが、いずれか一方のカウンターのみで過大な演算負荷を伴わずに十分な精度で制御を行えるのであれば、そうしたカウンターの使い分けを採用しないようにしても良い。

・上記実施の形態では、要求噴射開始時期の設定時に、その要求開始時期が既に経過しているときには、その燃料噴射が機関始動後の初回噴射であれば、その気筒への燃料噴射を禁止し、そうでなければ、その気筒への燃料噴射を即時に実施するようにしていた。もっとも、噴射時期が多少ずれても、初爆を確実に行えるのであれば、要求開始時期の経過による初回噴射の延期を採用しないようにしても良い。また初爆以降においても、噴射時期がずれると、失火等が発生する場合には、初回噴射以降の噴射についても要求開始時期の経過による噴射の延期を行うようにしても良い。

・上記実施の形態では、機関始動後の最初の燃料噴射として、点火開始可能気筒として設定された気筒に対する同期噴射を実施することで、非同期噴射を廃止するようにしていた。もっとも、必要があれば、同期噴射の開始前に非同期噴射を行うようにしても良い。

１…電子制御ユニット、２…クランクローター、３…クランク角センサー、４…カムローター、５…カム角センサー、６…インジェクター駆動回路、７…点火プラグ駆動回路、８…インジェクター、９…点火プラグ。

Claims (5)

1. クランク角センサーによるクランクローターの欠け歯の検出に応じてクランク角を確定する第１の確定手段と、
   カム角センサーによるカムローターの凹凸パターンの検出結果に応じてクランク角を確定する第２の確定手段と、
   前記第２の確定手段によるクランク角の確定に応じて、前記第１の確定手段によるクランク角の確定時期を予測する予測手段と、
   その予測手段により予測されたクランク角の確定時期の後に最初に点火時期を迎える気筒を、機関始動後の初回点火を行う点火開始可能気筒として設定する設定手段と、を備え、
   前記第１の確定手段によってクランク角が確定される前に、前記設定手段にて設定された前記点火開始可能気筒に対する点火要求を行う
   内燃機関の制御装置。
2. 機関始動後の最初の燃料噴射として、前記設定手段により点火開始可能気筒として設定された気筒に対する同期噴射を実施する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 特定の気筒に対する要求噴射開始時期の設定時に、その要求開始時期が既に経過しているときには、その燃料噴射が機関始動後の初回噴射であれば、その気筒への燃料噴射を禁止し、そうでなければ、その気筒への燃料噴射を即時に実施する
   請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 一定のクランク角毎にクランク信号を出力する前記クランク角センサーのクランク信号の出力毎にカウントアップされる第１のカウンターと、前記クランク信号が複数回出力される毎にカウントアップされる第２のカウンターと、を備え、
   機関回転速度が低いときには、前記第１のカウンターに基づいてクランク角に同期した機関制御を実施し、機関回転速度が高いときには、前記第２のカウンターに基づいてクランク角に同期した機関制御を実施する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 当該制御装置は、クランク角センサーの検出信号の処理を行うクランクＳＡＣと、機関運転状態に応じた点火時期の設定を行う点火ＡＰＬと、その点火ＡＰＬにより設定された点火時期に点火がなされるように点火プラグを制御する点火ＳＡＣと、機関運転状態に応じた燃料の噴射量及び噴射時期の設定を行う噴射ＡＰＬと、その噴射ＡＰＬにより設定された噴射時期に同じく設定された噴射量の燃料噴射がなされるようにインジェクターを制御する噴射ＳＡＣと、を機関制御用プログラムのモジュールとして備えてなり、
   前記第１及び第２の確定手段の処理を行う機能、及び前記予測手段の処理を行う機能を前記クランクＳＡＣに配置し、
   前記設定手段の処理を行う機能を前記点火ＳＡＣに配置するとともに、
   前記設定手段の設定した点火開始可能気筒を機関始動後の初回噴射を実施する気筒として設定する処理を行う機能を前記噴射ＳＡＣに配置する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

Images