JP5537510B2 - 内燃機関の気筒判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒エンジンにおいて、カム角度センサの故障時にノックセンサから得られるバルブ着座ノイズ信号に基づく気筒判定手段に関する技術である。

従来より、内燃機関の気筒判定装置には、カム角度センサの信号に基づいて、気筒判定を行う手段が知られている。

また、〔特許文献１〕には、クランク角度センサの故障時にバルブ着座ノイズ信号に基づいた点火、燃料制御手段が記載されている。

特開平６−１７３７５１号公報

しかしながら、上記装置においては、クランク角度センサの故障時にバルブ着座ノイズ信号によりクランク角度センサが正常機能していたときの基準位置を模擬し、点火、燃料制御をしているが、あくまで点火、燃料噴射タイミングの制御であり、気筒判定という場合には対応できない。

本発明では、カム角度センサの故障時にバルブ着座ノイズ信号に基づいた内燃機関の気筒判定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る気筒判定装置はエンジンコントロールユニットと、エンジンに取付けられたクランク角度センサと、カム角度センサと、ノッキングを検出するノックセンサと、吸気バルブと、前記カム角度センサの信号を基に気筒判定を切替える手段と、ノック制御領域を判定する手段と前記クランク角度センサの信号を基に吸気バルブの着座ノイズ信号検出区間か否かを判定する手段と、前記吸気バルブの着座ノイズ信号検出区間に入力された前記ノックセンサの信号より吸気バルブ着座ノイズ信号レベルを算出する手段と、気筒判定閾値を決定する手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記カム角度センサが故障と判定した場合には、吸気バルブ着座ノイズ信号レベルと気筒判定閾値に基づいて、吸気バルブの着座ノイズ信号による気筒判定を行う。

本発明による気筒判定装置では、カム角度センサの故障時にバルブ着座ノイズ信号のレベルに応じて気筒を判定することが可能である。その結果、所望の気筒で点火、燃料噴射を行うことができるため、内燃機関本体に損傷を与えることなく、走行することが可能となる。

本発明による火花点火内燃機関と制御装置の模式図。 コントロールユニットの内部構成図。 本発明の実施例の構成を説明する制御ブロック図。 吸気バルブ着座ノイズ信号レベルの算出方法を示した図。 吸気バルブ着座ノイズ信号による気筒判定方法を示したフローチャート。 気筒判定閾値更新に対応した吸気バルブ着座ノイズ信号による気筒判定方法を示したフローチャート。

以下、発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る火花点火内燃機関とその制御装置の基本構成図である。本説明では以下、筒内噴射式火花点火内燃機関を用いて説明を進めていくが、ポート噴射式火花点火内燃機関においても適用可能である。

図において、エンジン１には、ピストン２、吸気バルブ３、排気バルブ４が備えられ、吸気は、空気流量計（ＡＦＭ）１８を通過して絞り弁１７に入り、分岐部であるコレクタ１４より吸気管１０、吸気バルブ３を介してエンジン１の燃焼室１９に供給される。燃料は、燃料噴射弁５から、エンジン１の燃焼室１９に噴射供給され、点火コイル７、点火プラグ６で点火される。燃焼後の排気ガスは排気バルブ４を介して排気管１１に排出され、排気管１１には排気ガス浄化のための三元触媒１２が備えられている。エンジンコントロールユニット９には、エンジン１のクランク角度センサ１５の信号、カム角度センサ２１の信号、ＡＦＭ１８の空気量信号、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１３の信号、アクセル開度センサ２０のアクセル開度等の信号が入力される。エンジンコントロールユニット９はアクセル開度センサ２０の信号からエンジンへの要求トルクの算出、アイドル状態の判定等を行い、エンジン１に必要な吸入空気量を算出し、それに見合った開度信号を絞り弁１７に出力する。また燃料噴射弁５へは燃料噴射信号が、点火プラグ６へは点火信号が出力される。

さらにエンジン１に取付けられたノックセンサ８がエンジン１の異常燃焼時に発生する異音（ノッキング）を検出し、点火信号をフィードバック制御している。

図２はコントロールユニット９の内部構成を示したものである。コントロールユニット９は、入力回路１０１、Ａ／Ｄ変換部１０２、中央演算部１０３、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０５、及び出力回路１０６を含んだマイクロコンピュータにより構成されている。入力回路１０１は、入力信号１００がアナログ信号の場合（例えば、ＡＦＭ１８、アクセル開度センサ２０等からの信号）、概信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変換部１０２に出力するためのものである。中央演算部１０３は、Ａ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ１０４等の媒体に記憶された燃料噴射制御プログラムやその他の制御プログラムを実行することによって、各制御及び診断等を実行する機能を備えている。なお、演算結果、及び、前記Ａ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ１０５に一時保管されるとともに、演算結果は、出力回路１０６を通じて制御信号１０７として出力され、燃料噴射弁５、点火コイル７等の制御に用いられる。

図３は、本実施形態を制御ブロック図で表したものである。

中央演算部１０３に入力されたカム角度センサ２１の信号に異常が生じた場合には、気筒判定切替え部３０１にて気筒判定方法の切替えを実施する。また、エンジン回転数とエンジン負荷を基に、ノック制御領域判定部３０２にてノック制御領域か否か判定する。

気筒判定切替え部３０１の信号とノック制御領域判定部３０２の信号とクランク角度センサ１５の信号を基に、バルブ着座ノイズ信号検出区間判定部３０３にてバルブ着座ノイズ信号の検出区間か否かを判定する。

バルブ着座ノイズ信号検出区間判定部３０３でバルブ着座ノイズ信号の検出区間である場合は、バルブ着座ノイズ信号検出区間で得られたバルブ着座ノイズ信号を基に、バルブ着座ノイズ信号レベル算出部３０４にてバルブ着座ノイズ信号レベルを算出する。

その後、気筒判定閾値決定部３０５とバルブ着座ノイズ信号レベル算出部３０４の信号を基に、気筒判定部３０６にて気筒判定を実施する。

続いて、吸気バルブ着座ノイズ信号レベルの算出手段について、図４を例に挙げ説明する。図４は、シリンダブロック４０１に直列に並ぶ４つのシリンダ＃１気筒４０３、＃２気筒４０４、＃３気筒４０５、＃４気筒４０６において、シリンダ＃１気筒４０３付近のシリンダブロック４０１にノックセンサ４０２を取付けた直列４気筒エンジンである。通常、ノックセンサ４０２は、エンジンの異常燃焼時によるノッキングを検知するために備えられているものである。しかし、ノックセンサ４０２には、エンジンから発生するノッキング以外に吸気バルブ着座の振動も検知し、ノッキングにより発生するものとは異なり、エンジン回転中は常時発生している。また、吸気バルブ着座ノイズ信号は、上記ノックセンサ４０２のような位置に取付けた場合、吸気バルブの着座ノイズ信号レベルは、ノックセンサ４０２に近接する程大きくなる。

本発明では、前述した吸気バルブ着座ノイズ信号がエンジン回転中に常時発生すること、ノックセンサと吸気バルブの距離に応じて吸気バルブ着座ノイズ信号レベルが異なること、の２つの点に着目した。

具体的には、カム角度センサ信号が故障時に、ノック制御領域内か否かの判定に基づき、吸気バルブ着座ノイズ信号による気筒判定を実施することとした。吸気バルブ着座ノイズ信号の検出区間は、通常、圧縮下死点付近ではあるが、可変動弁機構に対応するため、最遅角から最進角までを考慮した検出区間を設定する。そして、ノックセンサから得られた吸気バルブ着座ノイズ信号レベルは、移動平均方式により算出する。移動平均方式により算出した吸気バルブ着座ノイズ信号レベルと気筒判定閾値に基づき、気筒を判定する。

次に、吸気バルブ着座ノイズ信号による気筒判定方法について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。ステップ５０１ではカム角度センサ信号からカム角度センサが正常か否か判定する。カム角度センサが正常時には、ステップ５０２でクランク角度センサ、カム角度センサ信号に基づいて気筒判定を行い、ステップ５０３で点火／燃料制御を実行する。

一方、ステップ５０１でカム角度センサが正常と判定されない場合には、ステップ５０４でノック制御領域外か否か判定し、ノック制御領域外と判定した場合には、ステップ５０５でバルブ着座ノイズ信号検出区間内か否か判定する。ステップ５０５でバルブ着座ノイズ信号検出区間内と判定した場合には、ステップ５０６で移動平均方式によるバルブ着座ノイズ信号の算出を行う。その後、ステップ５０７で気筒判定閾値算出し、ステップ５０８で気筒判定閾値とバルブ着座ノイズ信号レベルに基づいて気筒判定を行い、ステップ５０３の点火／燃料制御を実行する。

また、ステップ５０４でノック制御領域内、ステップ５０５でバルブ着座ノイズ信号検出区間外である場合には、気筒判定は実施しないと判断し処理を終了する。

次に、気筒判定閾値更新に対応した吸気バルブ着座ノイズ信号による気筒判定方法について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。

ステップ５０１ではカム角度センサ信号からカム角度センサが正常か否か判定する。カム角度センサが正常時には、ステップ５０２でクランク角度センサ、カム角度センサ信号に基づいて気筒判定を行う。正常時の気筒判定後、ステップ５０９で移動平均方式によるバルブ着座ノイズ信号の算出を行い、ステップ５１０で各気筒における閾値を決定し、ステップ５０７に気筒判定閾値の更新をする。その後、ステップ５０３の点火／燃料制御を実行する。

一方、ステップ５０１でカム角度センサが正常と判定されない場合には、ステップ５０４でノック制御領域外か否か判定し、ノック制御領域外と判定した場合には、ステップ５０５でバルブ着座ノイズ信号検出区間内か否か判定する。ステップ５０５でバルブ着座ノイズ信号検出区間内と判定した場合には、ステップ５０６で移動平均方式によるバルブ着座ノイズ信号の算出を行う。その後、ステップ５０７で気筒判定閾値算出し、ステップ５０８で気筒判定閾値とバルブ着座ノイズ信号レベルに基づいて気筒判定を行い、ステップ５０３の点火／燃料制御を実行する。

以上、本発明の一実施形態について、詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく、設計において種々の変更ができるものである。

１ エンジン
２ ピストン
３ 吸気バルブ
４ 排気バルブ
５ 燃料噴射弁
６ 点火プラグ
７ 点火コイル
８ ノックセンサ
９ ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
１０ 吸気管
１１ 排気管
１２ 三元触媒
１３ 酸素センサ
１４ コレクタ
１５ クランク角度センサ
１６ シグナルプレート
１７ 絞り弁
１８ ＡＦＭ
１９ 燃焼室
２０ アクセル開度センサ
２１ カム角度センサ
２２ カムシャフト

Claims (7)

1. クランクシグナルプレートの外周に近接配置された検知器からなるクランク角度センサと、カムシャフトの末端に近接配置された検知器からなるカム角度センサと、内燃機関で発生するノッキングを検出するノックセンサと、吸気バルブと、前記カム角度センサの信号を基に気筒判定を切替える手段と、ノック制御領域を判定する手段と前記クランク角度センサの信号を基に吸気バルブの着座ノイズ信号検出区間か否かを判定する手段と、前記吸気バルブの着座ノイズ信号検出区間に入力された前記ノックセンサの信号より吸気バルブ着座ノイズ信号レベルを算出する手段と、気筒判定閾値を決定する手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記カム角度センサが故障と判定した場合には吸気バルブ着座ノイズ信号レベルと気筒判定閾値に基づいて、吸気バルブの着座ノイズ信号による気筒判定手段を備えることを特徴とする気筒判定装置。
2. 請求項１に記載の気筒判定装置において、前記カム角度センサが故障と判定した場合には、排気バルブの着座ノイズ信号による気筒判定手段を備えることを特徴とする気筒判定装置。
3. 請求項１及び請求項２に記載の気筒判定装置において、可変動弁機構が採用されている場合には、前記バルブ着座ノイズ信号検出区間を最遅角から最進角までを考慮した検出区間を設定することを特徴とする気筒判定装置。
4. 請求項１及び請求項２及び請求項３に記載の気筒判定装置において、前記ノック制御領域を判定する手段でノック制御領域と判定した場合には、バルブ着座ノイズ信号による気筒判定を禁止することを特徴とする気筒判定装置。
5. 請求項１及び請求項２及び請求項３及び請求項４に記載の気筒判定装置において、前記ノックセンサが故障と判定した場合には、バルブ着座ノイズ信号による気筒判定を禁止することを特徴とする気筒判定装置。
6. 請求項１及び請求項２及び請求項３及び請求項４及び請求項５に記載の気筒判定装置において、前記気筒判定閾値を決定する手段で気筒判定閾値を更新する手段を備えることを特徴とする気筒判定装置。
7. 請求項１及び請求項２及び請求項３及び請求項４及び請求項５及び請求項６に記載の気筒判定装置において、バルブ着座ノイズ信号レベルの算出を基準信号とノイズ信号の比で行うことを特徴とする気筒判定装置。