JP5278369B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された内燃機関の制御装置に関する。

一般に、車両に搭載される内燃機関の制御装置は、内燃機関を構成するエンジンの出力軸としてのクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサによって生成されるクランク角信号に基づいて点火プラグの点火タイミングやインジェクタの燃料噴射タイミング等の制御タイミングを気筒ごとに計るための気筒判別を行うようになっている。

このような気筒判別を行う内燃機関の制御装置として、クランク角センサの故障等によりクランク角信号が正常に得られていない場合に、エンジンに設けられた吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの回転角をそれぞれ検出する吸気カム角センサおよび排気カム角センサによって生成される吸気カム角信号および排気カム角信号に基づいて、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が気筒判別を実行するフェールセーフ状態となるものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

この特許文献１に開示された内燃機関の制御装置においては、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号をそれぞれ気筒判別信号とし、ＥＣＵが、一方の気筒判別信号の出力間に、他方の気筒判別信号の出力数が所定数以上ある気筒を特定気筒として判別し、この判別結果と気筒判別信号とに基づいて特定気筒以外の気筒を判別するようになっている。

これにより、特許文献１に開示された内燃機関の制御装置は、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号のみで気筒判別を実行している。

また、特許文献２に開示された内燃機関の制御装置は、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号をそれぞれ気筒判別信号とし、ＥＣＵが、この気筒判別信号を順次入力しつつ気筒判別信号入力間の周期を計測し、最新に計測された周期と前回に計測された周期との比と、最新に気筒判別信号を出力したセンサが吸気カム角センサであるか排気カム角センサであるかに基づいて特定気筒を判別し、この判別結果と気筒判別信号とに基づいて特定気筒以外の気筒を判別するようになっている。

これにより、特許文献２に開示された内燃機関の制御装置は、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号のみで気筒判別を実行している。

特開２００１−２３４７９４号公報 特開２００１−２３４７９５号公報

しかしながら、このような従来の内燃機関の制御装置にあっては、内燃機関の回転に対する検出間隔がクランク角信号より長いカム角信号のみに基づいて気筒判別を行うため、内燃機関の回転速度が低い例えば内燃機関の始動中においては、特にエンジンの回転速度が不安定となり気筒判別の精度が悪くなる。このため、従来の内燃機関の制御装置にあっては、内燃機関を円滑に始動することができず、内燃機関の始動に時間がかかるといった課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を従来のものより短縮することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の制御装置は、上記目的を達成するため、（１）クランクシャフトの回転角を検出してクランク角信号を生成するクランク角センサと、カムシャフトの回転角を検出してカム角信号を生成するカム角センサと、が設けられた内燃機関の制御装置において、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、前記内燃機関内の燃焼を停止させる燃焼停止手段と、前記内燃機関の気筒判別を実行する気筒判別手段と、を備え、前記回転速度検出手段は、前記クランク角信号が正常に得られている場合には、前記クランク角信号に基づいて前記内燃機関の回転速度を検出し、前記クランク角信号が正常に得られていない場合には、前記カム角信号に基づいて前記内燃機関の回転速度を検出し、前記燃焼停止手段は、前記クランク角信号が正常に得られていない場合には、前記クランク角信号が正常に得られている場合より高く予め定められた停止回転速度未満のときに前記内燃機関内の燃焼を停止させ、前記気筒判別手段は、前記クランク角信号が正常に得られていない場合には、前記クランク角信号が正常に得られている場合より高く、かつ、前記停止回転速度より高く予め定められた判別回転速度未満のときに前記気筒判別を停止するように構成されている。

この構成により、内燃機関の始動中にクランク角信号が正常に得られていない場合には、カム角信号に基づいて検出された内燃機関の回転速度が、クランク角信号が正常に得られている場合より高く予め設定された判別回転速度以上になるまでは、内燃機関の気筒判別が実行されないため、カム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、精度のよい気筒判別を行うことができる。したがって、本発明の内燃機関の制御装置は、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、内燃機関の始動にかかる時間を従来のものより短縮することができる。

また、内燃機関の始動後にクランク角信号が正常に得られていない場合には、カム角信号に基づいて検出された内燃機関の回転速度が、クランク角信号に基づいて検出された内燃機関の回転速度が正常に得られている場合より高く予め設定された停止回転速度未満になると燃焼停止処理を実行するため、燃焼停止処理を実行するか否かの判断が遅れてしまうことを防止することができる。

また、上記（１）の構成を有する内燃機関の制御装置において、（２）前記燃焼停止手段は、前記内燃機関が始動した後に前記内燃機関内の燃焼を停止させる場合には、前記内燃機関に対する燃料噴射および点火を停止させると共に、前記内燃機関に対する燃焼用空気の供給を予め定められた時間停止するようにしてもよい。

この構成により、内燃機関の始動中に内燃機関内の燃焼を停止させることができる。

また、上記（１）又は（２）の構成を有する内燃機関の制御装置において、（３）前記燃焼停止手段は、前記内燃機関の始動中に前記内燃機関内の燃焼を停止させる場合には、前記内燃機関に対する燃料噴射および点火を停止させるようにしてもよい。

この構成により、内燃機関が始動した後に内燃機関内の燃焼を停止させることができる。

本発明によれば、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を従来のものより短縮することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両の構成を示す機能ブロック図である。 図１に示すエンジンの概略断面図である。 図２に示すエンジンの概略斜視図である。 図３に示すエンジンのクランクシャフトに設けられたクランクロータの側面図である。 図３に示すエンジンに設けられたクランク角センサの検出信号を示すグラフである。 図３に示すエンジンの吸気カムシャフトに設けられた吸気カムロータの側面図である。 図３に示すエンジンに設けられた吸気カム角センサの検出信号を示すグラフである。 本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置の制御部分を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵにおけるクランク角信号、吸気カム角信号およびクランクカウンタの関係を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵの正常状態におけるエンジン制御動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵによる燃焼停止処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵのフェールセーフ状態におけるエンジン制御動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施の形態における車両１０は、動力源としてエンジン２０と、エンジン２０において発生した動力を伝達するとともに車両１０の走行状態等に応じて変速比を変化させるトランスミッション３０と、トランスミッション３０から伝達された動力をドライブシャフト５１Ｌ、５１Ｒに分配するディファレンシャル機構４０と、ドライブシャフト５１Ｌ、５１Ｒから伝達された動力により回転させられ、車両１０を駆動させる駆動輪５２Ｌ、５２Ｒと、車両１０の各部を統括的に制御するＥＣＵ１００と、を備えている。

図２に示すように、エンジン２０は、内燃機関によって構成されており、シリンダブロック２１０と、シリンダブロック２１０の上部に固定されたシリンダヘッド２２０と、オイルを収納するオイルパン２３０とを備え、シリンダブロック２１０と、シリンダヘッド２２０とによって各気筒が形成されている。

なお、本実施の形態において、エンジン２０は、直列４気筒のガソリンエンジンによって構成されているものとして説明するが、本発明においては、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジンまたは水平対向６気筒エンジンなどの種々の型式のエンジンによって構成されていてもよい。ここで、図２に示すエンジン２０は、直列に配置された４つの気筒のうちの１つの気筒２１が図示されている。

気筒２１には、ピストン２１１が往復動可能に収納され、シリンダブロック２１０、シリンダヘッド２２０およびピストン２１１によって、各気筒２１の燃焼室２０１が形成されている。

なお、本実施の形態おいて、エンジン２０は、ピストン２１１が２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う、４サイクルのガソリンエンジンによって構成されているものとして説明する。

また、エンジン２０は、クランクシャフト２１３を備え、クランクシャフト２１３は、各気筒２１に収納されたピストン２１１とコネクティングロッド２１２を介して連結されている。コネクティングロッド２１２は、ピストン２１１の往復動をクランクシャフト２１３の回転運動に変換するようになっている。

従って、エンジン２０は、燃焼室２０１で燃料と空気との混合気を燃焼させることによりピストン２１１を往復動させ、コネクティングロッド２１２を介してクランクシャフト２１３を回転させることにより、トランスミッション３０に動力を伝達するようになっている。なお、エンジン２０に用いられる燃料は、ガソリンもしくは軽油等の炭化水素系の燃料またはエタノール等のアルコールとガソリンとを混合したアルコール燃料であってもよい。

エンジン２０には、車外から流入した空気を清浄するエアクリーナ３１２と、清浄された空気を燃焼室２０１に導入するためにシリンダヘッド２２０に連結されている吸気管３１１と、燃焼室２０１に導入される空気の流量を調整するためのスロットルバルブ３１３と、スロットルバルブ３１３の開度を検出するスロットルセンサ１３５と、燃焼室２０１のなかで混合気の燃焼によって発生した排気ガスを車外に排出するためにシリンダヘッド２２０に連結されている排気管３２１と、排気ガス中の有害物質を酸化還元浄化するために排気管３２１に設けられた触媒コンバータ３２２と、が設けられている。

エアクリーナ３１２は、例えば、内部に収容した紙または合成繊維の不織布のフィルターにより、吸入空気中の異物を除去するようになっている。

スロットルバルブ３１３は、薄い円板状の弁体によって構成され、この弁体の中央にシャフトを備えている。スロットルバルブ３１３には、ＥＣＵ１００の制御に応じてシャフトを回動させることによって弁体を回動させ、吸気管３１１における空気の流量を変更するスロットルバルブアクチュエータ３１４が設けられている。

触媒コンバータ３２２は、一般に、排気ガスに含まれる未燃炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害物質を効率的に除去することができる三元触媒を備えている。この三元触媒は、好ましくはＮＯｘ含有率の高い排気ガスからでも、ＮＯｘを効率的に除去する機能を有するものが用いられる。

シリンダヘッド２２０には、吸気管３１１と燃焼室２０１とを連通させる吸気ポート２２１と、燃焼室２０１と排気管３２１とを連通させる排気ポート２２２とが形成されている。

また、シリンダヘッド２２０には、吸気管３１１から燃焼室２０１への燃焼用空気の導入を制御するための吸気バルブ２２３と、燃焼室２０１から排気管３２１への排気ガスの排出を制御するための排気バルブ２２４と、燃焼室２０１内に燃料を噴射するためのインジェクタ２２５と、燃焼室２０１内の混合気に点火するための点火プラグ２２６と、が取り付けられている。

インジェクタ２２５は、ＥＣＵ１００によって制御されるソレノイドコイルおよびニードルバルブを有している。インジェクタ２２５には、所定の圧力で燃料が供給されている。インジェクタ２２５は、ＥＣＵ１００によってソレノイドコイルが通電されると、ニードルバルブを開いて、燃焼室２０１に燃料を噴射するようになっている。

点火プラグ２２６は、プラチナやイリジウム合金製の電極を有する公知の点火プラグによって構成されている。点火プラグ２２６は、ＥＣＵ１００によって電極が通電されることにより放電し、燃焼室２０１内の混合気に点火するようになっている。

図３に示すように、エンジン２０には、シリンダヘッド２２０の上部に、吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２が、回転可能に設けられている。

吸気カムシャフト２４１には、吸気バルブ２２３の上端に当接する吸気カム２４３が設けられている。吸気カムシャフト２４１が回転すると、吸気カム２４３が吸気バルブ２２３を開閉駆動し、吸気ポート２２１と燃焼室２０１との間が開閉されるようになっている。

排気カムシャフト２４２には、排気バルブ２２４の上端に当接する排気カム２４４が設けられている。排気カムシャフト２４２が回転すると、排気カム２４４が排気バルブ２２４を開閉駆動し、燃焼室２０１と排気ポート２２２との間が開閉されるようになっている。

吸気カムシャフト２４１の一端部には、吸気カムスプロケット２４５と、吸気カムシャフト２４１を吸気カムスプロケット２４５に対して回転させる吸気側回転位相コントローラ２４７と、が設けられている。

吸気側回転位相コントローラ２４７は、ＥＣＵ１００に制御されることにより、吸気カムシャフト２４１を吸気カムスプロケット２４５に対して回転させ、進角制御および遅角制御を行うことができるようになっている。

排気カムシャフト２４２の一端部には、排気カムスプロケット２４６と、排気カムシャフト２４２を排気カムスプロケット２４６に対して回転させる排気側回転位相コントローラ２４８と、が設けられている。

排気側回転位相コントローラ２４８は、ＥＣＵ１００に制御されることにより、排気カムシャフト２４２を排気カムスプロケット２４６に対して回転させ、進角制御および遅角制御を行うことができるようになっている。

クランクシャフト２１３の一端部には、クランクスプロケット２４９が設けられている。吸気カムスプロケット２４５、排気カムスプロケット２４６およびクランクスプロケット２４９には、タイミングベルト２５０が巻き掛けられている。タイミングベルト２５０は、クランクスプロケット２４９の回転を吸気カムスプロケット２４５および排気カムスプロケット２４６に伝達するようになっている。

従って、タイミングベルト２５０によって、クランクシャフト２１３の回転が、吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２に伝達されることにより、吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２に駆動される吸気バルブ２２３および排気バルブ２２４が、クランクシャフト２１３に同期して吸気ポート２２１および排気ポート２２２を開閉する。

また、エンジン２０には、タイミングベルト２５０の経路を規制するテンショナ２５１が設けられている。テンショナ２５１は、吸気カムスプロケット２４５、排気カムスプロケット２４６およびクランクスプロケット２４９からタイミングベルト２５０が外れることを防止するために、タイミングベルト２５０に適度なテンションを与えるようになっている。

クランクシャフト２１３には、クランクシャフト２１３とともに回転するクランクロータ２５４が設けられている。車両１０は、クランクロータ２５４の回転角を検出するためのクランク角センサ１３１を備えている。

図４に示すように、クランクロータ２５４は、外周に１０°ごとに信号歯が設けられ、上死点検出用に２歯欠歯した部分が１箇所あり、全周で３４歯の信号歯が設けられている。

クランク角センサ１３１は、磁気抵抗素子（ＭＲＥ：Magnetic Resistance Element）を有するＭＲＥセンサによって構成されている。クランクシャフト２１３が回転すると、クランクロータ２５４に設けられた歯の山と谷により、クランク角センサ１３１にかかる磁界の方向、すなわち、磁気ベクトルが変化し、内部抵抗値が変化する。

クランク角センサ１３１は、図５に示すように、この抵抗値変化を電圧に変換した上で出力される波形と、閾値とを比較することによりＨｉｇｈ状態とＬｏｗ状態とをとる矩形波に整形し、クランク角信号としてＥＣＵ１００に出力するようになっている。

また、クランク角センサ１３１は、クランクロータ２５４により、クランクシャフト２１３の回転角を１０°ごとに検出させることができるとともに、クランクロータ２５４の欠歯した箇所により、クランクシャフト２１３の回転位置を検出させることができるようになっている。

図３において、クランクシャフト２１３の他端には、クランクシャフト２１３とともに回転するフライホイール２５８が設けられている。車両１０は、エンジン２０の始動時にフライホイール２５８を回転させるためのスタータ２５９を備えている。

フライホイール２５８は、リングギアによって構成されている。スタータ２５９は、バッテリを電源として駆動するモータと、モータによって回転されるピニオンギアとを有している。

スタータ２５９は、ＥＣＵ１００に制御されることにより、エンジン２０の始動時にフライホイール２５８にピニオンギアを歯合させてモータを駆動させることにより、クランクシャフト２１３を回転させる一方で、エンジン２０が始動した後には、フライホイール２５８からピニオンギアを離隔し、モータを停止するようになっている。

吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２は、クランクシャフト２１３が２周する間に１周するようになっている。従って、クランクシャフト２１３の回転角を基準にし、吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２の回転角をクランクシャフト２１３の回転角を示すクランクアングル（以下、「ＣＡ」と記載する）を用いて以下に説明する。

吸気カムシャフト２４１には、吸気カムシャフト２４１とともに回転する吸気カムロータ２５５が設けられている。また、排気カムシャフト２４２には、排気カムシャフト２４２とともに回転する排気カムロータ２５６が設けられている。車両１０は、吸気カムロータ２５５および排気カムロータ２５６の回転角をそれぞれ検出するための吸気カム角センサ１３９および排気カム角センサ１４０を備えている。

図６に示すように、吸気カムロータ２５５は、外周に山と谷が形成されている。本実施の形態における吸気カムロータ２５５は、順に６０°ＣＡの谷、１８０°ＣＡの山、１８０°ＣＡの谷、６０°ＣＡの山、１２０°ＣＡの谷、１２０°ＣＡの山が形成されている。

吸気カム角センサ１３９は、クランク角センサ１３１と同様に構成され、図７に示すように、吸気カムシャフト２４１が回転すると、吸気カムロータ２５５に形成された山と谷に対応する矩形波を吸気カムシャフト２４１のカム角信号（以下、「Ｇ２Ｉｎ信号」という）としてＥＣＵ１００に出力するようになっている。

排気カムロータ２５６は、吸気カム角センサ１３９と同様に構成され、吸気カムロータ２５５と比較して６０°ＣＡずれた状態で、排気カムシャフト２４２に設けられている。

排気カム角センサ１４０は、吸気カム角センサ１３９と同様に構成され、排気カムシャフト２４２が回転すると、排気カムロータ２５６に形成された山と谷に対応する矩形波を排気カムシャフト２４２のカム角信号（以下、「Ｇ２Ｅｘ信号」という）としてＥＣＵ１００に出力するようになっている。

図８に示すように、ＥＣＵ１００の入力側には、クランク角センサ１３１、吸気カム角センサ１３９、排気カム角センサ１４０およびスロットルセンサ１３５に加え、スタータ２５９を駆動するためのスタートスイッチ１３４と、その他各種センサとが接続されている。

一方、ＥＣＵ１００の出力側には、インジェクタ２２５、点火プラグ２２６、スタータ２５９およびスロットルバルブアクチュエータ３１４等の制御対象とするデバイスが接続されている。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）および入出力インターフェース回路を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。このＣＰＵがＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って動作することにより、ＥＣＵ１００は、車両１０の各部を統括的に制御するようになっている。

ここで、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵ１００の構成について説明する。

ＥＣＵ１００は、正常状態と、フェールセーフ状態との何れか一方の状態をとるようになっている。ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１から出力されるクランク角信号が正常に得られているか否かを判断するダイアグアプリケーションを常に実行するようになっている。

例えば、ダイアグアプリケーションは、Ｇ２Ｉｎ信号やＧ２Ｅｘ信号の各エッジ間に検出されるクランク角信号のエッジが予め定められた数より少ないとき、クランク角信号の信号レベルが予め定められた範囲から外れたときなどに、クランク角信号が正常に得られていないと判断するようになっている。

ＥＣＵ１００は、ダイアグアプリケーションによってクランク角信号が正常に得られていると判断された場合には、正常状態をとり、ダイアグアプリケーションによってクランク角信号が正常に得られていないと判断された場合には、フェールセーフ状態をとるようになっている。

ここで、ＥＣＵ１００の構成について正常状態と、フェールセーフ状態とに分けて説明する。

（正常状態）
正常状態において、ＥＣＵ１００は、図９に示すように、クランク角センサ１３１によって出力されたクランクシャフト２１３の１０°ごとのクランク角信号の３歯分、すなわち、クランクシャフト２１３が３０°回転したときに１カウントするクランクカウンタを生成するようになっている。

このクランクカウンタは、特定の気筒、例えば、タイミングベルト２５０に最も近い側の気筒（＃１）におけるピストン２１１の上死点から次の上死点までを、ｃｃｒｎｋ０〜ｃｃｒｎｋ２３としてカウントするようになっている。ＥＣＵ１００は、クランクカウンタのカウント周期に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出するようになっている。このように、ＥＣＵ１００は、正常状態において、エンジン２０の回転速度を検出する回転速度検出手段を構成する。

ここで、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度Ｎｅが予め定められた第１の停止回転速度Ｎｅｓ１未満の場合、すなわち、クランクカウンタが（Ｎｅｓ１／２０）ｓ以上カウントしなかった場合には、エンジン２０の燃焼を停止させる処理（以下、単に「燃焼停止処理」という）を実行するようになっている。このように、ＥＣＵ１００は、正常状態において、エンジン２０内の燃焼を停止させる燃焼停止手段を構成する。

例えば、第１の停止回転速度Ｎｅｓ１を１０ｒｐｍと仮定すると、ＥＣＵ１００は、クランクカウンタが５００ｍｓ以上カウントしなかった場合には、燃焼停止処理を実行するようになっている。

図８において、エンジン２０の始動中に燃焼停止処理を実行する場合には、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２２５による燃料噴射を停止させ、点火プラグ２２６による点火を停止させるようになっている。なお、エンジン２０の始動中とは、スタートスイッチ１３４がオンにされたことによって、ＥＣＵ１００がスタータ２５９を制御し、スタータ２５９がフライホイール２５８を回転させている期間のことをいう。

一方、エンジン２０が始動した後に燃焼停止処理を実行する場合には、ＥＣＵ１００は、エンジンストール処理を実行するようになっている。ここで、エンジンストール処理を実行する場合には、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２２５による燃料噴射を停止させ、点火プラグ２２６による点火を停止させ、スロットルバルブアクチュエータ３１４によりスロットルバルブ３１３を予め定められた時間閉止させ、エンジン２０に対する燃焼用空気の供給を停止する。

また、ＥＣＵ１００は、クランクカウンタのカウント値に基づいて、点火プラグ２２６の点火タイミングやインジェクタ２２５の燃料噴射タイミング等の制御タイミングを気筒ごとに計るための気筒判別を行うようになっている。このように、ＥＣＵ１００は、正常状態において、エンジン２０の気筒判別を実行する気筒判別手段を構成する。

ただし、エンジン２０が極低回転時のときは、一般的にエンジン回転速度が不安定になり、気筒判別の精度が悪くなるため、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度Ｎｅが予め定められた第１の判別回転速度Ｎｅｄ１未満の場合には、気筒判別を停止するようになっている。ここで、第１の判別回転速度Ｎｅｄ１は、第１の停止回転速度Ｎｅｓ１より高く予め定められている。例えば、第１の判別回転速度Ｎｅｄ１は、第１の停止回転速度Ｎｅｓ１を１０ｒｐｍと仮定すると、１５ｒｐｍ程度に定められる。

気筒判別が停止すると、インジェクタ２２５および点火プラグ２２６がＥＣＵ１００によって制御されなくなり、インジェクタ２２５による燃料噴射、および、点火プラグ２２６による点火が停止されるため、エンジン２０内の燃焼が停止し、エンジン２０が円滑に停止する。

また、ＥＣＵ１００は、図９に示すように、吸気カム角センサ１３９から出力されたＧ２Ｉｎ信号の１８０°ＣＡごとの有効エッジを検出するようになっている。なお、正常状態におけるＧ２Ｉｎ信号の有効エッジは、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２、８、１４、２０にそれぞれ同期するものとする。

また、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態となったときに備えて、検出した有効エッジをカウントするカムカウンタを生成するようになっている。本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジをカウントするカムカウンタ（以下、「Ｇ２Ｉｎカウンタ」という）を生成するようになっている。すなわち、正常状態において、Ｇ２Ｉｎカウンタは、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２、８、１４、２０にそれぞれ同期して、カウント値ｃｃａｍ０、１、２、３を繰り返し計数することになる。

（フェールセーフ状態）
フェールセーフ状態において、ＥＣＵ１００は、クランクカウンタのカウント値に代えて、Ｇ２Ｉｎ信号の１８０°ＣＡごとの有効エッジに基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出するようになっている。このように、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態において、エンジン２０の回転速度を検出する回転速度検出手段を構成する。

ＥＣＵ１００は、クランク角信号が正常に得られていない場合には、クランク角信号が正常に得られている場合より高く予め定められた停止回転速度未満のときにエンジン２０の燃焼を停止させるようになっている。

具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度Ｎｅが第１の停止回転速度Ｎｅｓ１より高く予め定められた第２の停止回転速度Ｎｅｓ２未満の場合には、燃焼停止処理を実行するようになっている。すなわち、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジが（Ｎｅｓ２／２０）ｓ以上検出されなかった場合には、燃焼停止処理を実行するようになっている。このように、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態において、エンジン２０内の燃焼を停止させる燃焼停止手段を構成する。

なお、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の１８０°ＣＡごとの有効エッジに基づいて算出されたエンジン回転速度Ｎｅが第１の停止回転速度Ｎｅｓ１未満の場合に、燃焼停止処理を実行するようにすると、３０°ＣＡごとにカウントするクランクカウンタに基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出する正常状態と比較して、エンジン回転速度Ｎｅが第１の停止回転速度Ｎｅｓ１未満であるか否かを判断するために６倍の時間がかかってしまう。

このため、第２の停止回転速度Ｎｅｓ２は、第１の停止回転速度Ｎｅｓ１より高く予め定められている。具体的には、燃焼停止処理を実行するか否かを判断する時間を正常状態における時間と同じにする場合には、第２の停止回転速度Ｎｅｓ２は、第１の停止回転速度Ｎｅｓ１の６倍に定められる。

例えば、第１の停止回転速度Ｎｅｓ１を１０ｒｐｍと仮定すると、第２の停止回転速度Ｎｅｓ２は、６０ｒｐｍとなり、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジを５００ｍｓ以上カウントしなかった場合に、燃焼停止処理を実行するようになる。

また、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態となったときに、有効エッジに基づいたフェールセーフ用の擬似的なクランクカウンタ（以下、単に「Ｆ／Ｓ用クランクカウンタ」という）を生成するようになっている。

ここで、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号における１８０°ＣＡの最新の有効エッジ区間を６逓倍することによって、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタを３０°ＣＡごとに１カウントさせ、Ｇ２Ｉｎ信号の各有効エッジでＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２、８、１４、２０がそれぞれ同期するようにカウント値を調整するようになっている。

なお、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値に基づいて決定される。すなわち、ダイアグアプリケーションによってクランク角信号が正常に得られていないと判断された後に、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ０となったときに、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ２に設定され、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ１となったときに、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ８に設定され、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ２となったときに、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ１４に設定され、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ３となったときに、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ２０に設定される。

ＥＣＵ１００は、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値に基づいて、気筒判別を行うようになっている。このように、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態において、エンジン２０の気筒判別を実行する気筒判別手段を構成する。

ここで、エンジン２０が極低回転時のときは、クランク角信号より間隔が長いカム角信号の有効エッジに基づいて気筒判別が行われるため、正常状態にあるときよりも気筒判別の精度がさらに悪くなる。このため、クランク角信号が正常に得られていない場合には、クランク角信号が正常に得られている場合より高く、かつ、第２の停止回転速度Ｎｅｓ２より高く予め定められた第２の判別回転速度Ｎｅｄ２未満のときに気筒判別を停止するようになっている。

すなわち、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度Ｎｅが第１の判別回転速度Ｎｅｄ１および第２の停止回転速度Ｎｅｓ２より高く予め定められた第２の判別回転速度Ｎｅｄ２未満の場合には、気筒判別を停止するようになっている。ここで、第２の停止回転速度Ｎｅｓ２を６０ｒｐｍと仮定すると、第２の判別回転速度Ｎｅｄ２は、例えば、９０ｒｐｍ程度に設定される。

図１０は、ＥＣＵ１００による正常状態におけるエンジン制御動作を説明するためのフローチャートである。

まず、ＥＣＵ１００は、クランク角信号に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出する（ステップＳ１）。次に、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度Ｎｅが第１の停止回転速度Ｎｅｓ１未満であるか否かを判断する（ステップＳ２）。

ここで、エンジン回転速度Ｎｅが第１の停止回転速度Ｎｅｓ１未満でないと判断した場合には、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度Ｎｅが第１の判別回転速度Ｎｅｄ１未満であるか否かを判断する（ステップＳ３）。

ここで、エンジン回転速度Ｎｅが第１の判別回転速度Ｎｅｄ１未満でないと判断した場合には、ＥＣＵ１００は、気筒判別を実行する（ステップＳ４）。一方、エンジン回転速度Ｎｅが第１の判別回転速度Ｎｅｄ１未満であると判断した場合には、ＥＣＵ１００は、気筒判別を停止する（ステップＳ５）。

ステップＳ２において、エンジン回転速度Ｎｅが第１の停止回転速度Ｎｅｓ１未満であると判断した場合には、ＥＣＵ１００は、燃焼停止処理を実行する（ステップＳ６）。燃焼停止処理において、ＥＣＵ１００は、図１１に示すように、まず、インジェクタ２２５による燃料の噴射を停止させ（ステップＳ１１）、点火プラグ２２６による点火を停止させる（ステップＳ１２）。

ここで、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中でない場合には（ステップＳ１３）、スロットルバルブアクチュエータ３１４によりスロットルバルブ３１３を予め定められた時間閉止させる（ステップＳ１４）。

図１２は、ＥＣＵ１００によるフェールセーフ状態におけるエンジン制御動作を説明するためのフローチャートである。

まず、ＥＣＵ１００は、カム角信号に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出する（ステップＳ２１）。次に、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度Ｎｅが第２の停止回転速度Ｎｅｓ２未満であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。

ここで、エンジン回転速度Ｎｅが第２の停止回転速度Ｎｅｓ２未満でないと判断した場合には、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度Ｎｅが第２の判別回転速度Ｎｅｄ２未満であるか否かを判断する（ステップＳ２３）。

ここで、エンジン回転速度Ｎｅが第２の判別回転速度Ｎｅｄ２未満でないと判断した場合には、ＥＣＵ１００は、気筒判別を実行する（ステップＳ２４）。一方、エンジン回転速度Ｎｅが第２の判別回転速度Ｎｅｄ２未満であると判断した場合には、ＥＣＵ１００は、気筒判別を停止する（ステップＳ２５）。ステップＳ２２において、エンジン回転速度Ｎｅが第２の停止回転速度Ｎｅｓ２未満であると判断した場合には、ＥＣＵ１００は、図１１を用いて説明した燃焼停止処理を実行する（ステップＳ２６）。

以上のように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中にクランク角信号が正常に得られていない場合には、カム角信号に基づいて検出されたエンジン２０の回転速度Ｎｅが、クランク角信号が正常に得られている場合より高く予め設定された第２の判別回転速度Ｎｅｄ２以上になるまでは、エンジン２０の気筒判別が実行されないため、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、精度のよい気筒判別を行うことができる。

したがって、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵ１００は、カム角センサから出力されるカム角信号に基づいて気筒判別を行う場合に、エンジン２０の始動にかかる時間を従来のものより短縮することができる。

また、正常状態の場合には、クランクカウンタの３０°ＣＡ毎のカウント周期に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出するのに対し、フェールセーフ状態の場合には、Ｇ２Ｉｎ信号の１８０°ＣＡごとの有効エッジに基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出すると、燃焼停止処理を実行するか否かの判断が遅れてしまう。

これに対し、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動後にクランク角信号が正常に得られていない場合には、カム角信号に基づいて検出されたエンジン２０の回転速度Ｎｅが、クランク角信号が正常に得られている場合より高く予め設定された停止回転速度Ｎｅｓ２未満になると燃焼停止処理を実行するため、燃焼停止処理を実行するか否かの判断が遅れてしまうことを防止することができる。

すなわち、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態であっても、エンジンストール処理を実行するか否かの判断が通常状態にあるときよりも遅れてしまうことを防止することができる。

なお、本実施の形態において、クランク角センサ１３１がＭＲＥセンサによって構成されている例について説明したが、本発明において、クランク角センサ１３１は、公知の電磁ピックアップコイル（ＭＰＵ：Magnet Pick Up coil）を有するＭＰＵセンサと、交流電流を矩形波に整形する波形整形回路とによって構成されていてもよい。

また、本実施の形態において、吸気カムロータ２５５は、図６に示したように、順に６０°ＣＡの谷、１８０°ＣＡの山、１８０°ＣＡの谷、６０°ＣＡの山、１２０°ＣＡの谷、１２０°ＣＡの山が形成されているものとして説明したが、本発明において、吸気カムロータ２５５は、７２０°ＣＡを等分する有効エッジが得られる形状であれば図６に示した形状でなくともよい。

また、本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態において、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジに基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出し、気筒判別するものとして説明したが、本発明において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｅｘ信号の有効エッジに基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出し、気筒判別するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を従来のものより短縮することができるという効果を有するものであり、内燃機関の制御装置全般に有用である。

１０ 車両
２０ エンジン
２１ 気筒
１００ ＥＣＵ（回転速度検出手段、燃焼停止手段、気筒判別手段）
１３１ クランク角センサ
１３４ スタートスイッチ
１３５ スロットルセンサ
１３９ 吸気カム角センサ
１４０ 排気カム角センサ
２０１ 燃焼室
２１１ ピストン
２１３ クランクシャフト
２２１ 吸気ポート
２２２ 排気ポート
２２３ 吸気バルブ
２２４ 排気バルブ
２２５ インジェクタ
２２６ 点火プラグ
２３０ オイルパン
２４１ 吸気カムシャフト
２４２ 排気カムシャフト
２４３ 吸気カム
２４４ 排気カム
２５４ クランクロータ
２５５ 吸気カムロータ
２５６ 排気カムロータ
２５８ フライホイール
２５９ スタータ
３１１ 吸気管
３１３ スロットルバルブ
３１４ スロットルバルブアクチュエータ
３２１ 排気管

Claims (3)

1. クランクシャフトの回転角を検出してクランク角信号を生成するクランク角センサと、カムシャフトの回転角を検出してカム角信号を生成するカム角センサと、が設けられた内燃機関の制御装置において、
   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、
   前記内燃機関内の燃焼を停止させる燃焼停止手段と、
   前記内燃機関の気筒判別を実行する気筒判別手段と、を備え、
   前記回転速度検出手段は、前記クランク角信号が正常に得られている場合には、前記クランク角信号に基づいて前記内燃機関の回転速度を検出し、前記クランク角信号が正常に得られていない場合には、前記カム角信号に基づいて前記内燃機関の回転速度を検出し、
   前記燃焼停止手段は、前記クランク角信号が正常に得られていない場合には、前記クランク角信号が正常に得られている場合より高く予め定められた停止回転速度未満のときに前記内燃機関内の燃焼を停止させ、
   前記気筒判別手段は、前記クランク角信号が正常に得られていない場合には、前記クランク角信号が正常に得られている場合より高く、かつ、前記停止回転速度より高く予め定められた判別回転速度未満のときに前記気筒判別を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃焼停止手段は、前記内燃機関の始動中に前記内燃機関内の燃焼を停止させる場合には、前記内燃機関に対する燃料噴射および点火を停止させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃焼停止手段は、前記内燃機関が始動した後に前記内燃機関内の燃焼を停止させる場合には、前記内燃機関に対する燃料噴射および点火を停止させると共に、前記内燃機関に対する燃焼用空気の供給を予め定められた時間停止することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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