JP5550770B1 - 車両用電子制御装置および車両用電子制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】マイコン内部のA/D変換器などの機能に何らかの異常が発生した場合にも、クランク角度の判別を誤ることなく、燃料制御を適切に行い、エンジンの破損を防止する。
【解決手段】クランク角検出部(3001)と、割込み処理周期を計測する周期計測部(3003)と、割込み処理時間を計測する割込み処理時間計測部(3004)と、割込み処理時間が、割込み処理周期から余裕度を差し引いた時間以上となる場合には、燃料カットを行うと判定する燃料カット判定部(3005)と、燃料噴射タイミングであるか否かを判定する気筒判別部(3002)と、今回の割込み処理周期において、気筒判別部により燃料噴射タイミングであると判定され、かつ、燃料カット判定部により燃料カットを行うと判定された場合には、燃料噴射弁の開弁時間を0に設定して、燃料噴射弁を制御する燃料出力部(3006)とを備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、エンジンを制御する電子制御装置に関し、特に、制御装置に内蔵されているマイクロコンピュータ(以下、単にマイコンと称す)に異常が発生したときに、エンジンの破損を防止する車両用電子制御装置および車両用電子制御方法に関する。
電子制御装置は、エンジンが適切な状態で運転できるように、エンジンに供給する燃料の量や燃料噴射のタイミング、点火コイルの通電時間や点火のタイミング、そして、エンジンが吸入する空気量を、リアルタイムで制御する必要がある。
このことから、電子制御装置内の処理は、外部からの信号によらずに同じ処理を繰り返し実行しているメイン処理、外部からの信号に同期して行う割込み処理、そして、装置内に装備されたマイコンに内蔵されているタイマにより一定時間毎に行う定時間処理から構成されている。特に、燃料噴射のタイミングや、点火のタイミングを制御するためには、クランク角信号に同期した割込み処理での制御演算が必要となり、以下、この割込み処理について説明する。
クランク角信号は、エンジンのクランク軸に取り付けられたクランク角信号プレートの出力信号を、クランク角センサで読み取ったものであり、この信号が電子制御装置に送られている。クランク軸の回転数(物理的には回転速度というべきだが、慣習に倣い、ここでは回転数という)のことを、一般的にエンジン回転数というため、以下、エンジン回転数という。
エンジン回転数が上昇すると、クランク角信号の間隔は、エンジン回転数に反比例して短くなるが、クランク角信号に同期した割込み処理の時間は、エンジン回転数によらずほぼ一定である。すなわち、エンジン回転数が上昇することで、割込み処理の時間がクランク角信号の間隔に占める割合は、相対的に上昇することとなる。このため、エンジンの高回転時においては、割込み処理の時間がクランク角信号の間隔内に完了するように、割込み処理の量を調整する必要があった。
例えば、割込みが発生した際に、複数の異なる割込みレベルの割込みが同時に発生する場合を考慮した従来技術がある(例えば、特許文献1参照)。この場合、この同時にかけられた割込み(多重割込み)は、割込み処理機構により、最も割込みレベルの高い処理から順に実行される。この実行対象の処理は、複数の処理単位から構成されており、制御手段は、各割込みレベルで実行する処理単位を設定する。
これにより、各処理単位で設定された割込みレベルが、割り込み制御機構によって実行対象となった際に、その処理単位が実行されることとなる。よって、状況に応じて、適切に割込み処理の量を調整することができる。
特開2003−345404号公報
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来技術によれば、クランク角信号に同期した割込み処理中に水温情報を算出する処理がある。そして、適切な水温情報を割込み処理のタイミングで得るためには、割込み処理の中で水温センサからの入力値をA/D変換する必要がある。
このため、マイコン内部のA/D変換器に異常が発生し、A/D変換処理時間が延びた場合には、割込み処理が想定した時間に完了できず、クランク角信号の間隔内に完了しなくなる。その結果、クランク角度の判別を誤り、対象気筒ではない気筒に対し、燃料制御や点火制御を行ってしまい、最悪の場合、エンジンを破損する問題があった。
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、マイコン内部のA/D変換器などの機能に何らかの異常が発生した場合にも、クランク角度の判別を誤ることなく、対象気筒への燃料制御や点火制御を適切に行い、エンジンの破損を防止することのできる車両用電子制御装置および車両用電子制御方法を得ることを目的とする。
本発明に係る車両用電子制御装置は、クランク角センサからのクランク角信号に同期した割込みタイミングで、燃料噴射弁を制御する割込み処理部を備えた車両用電子制御装置であって、割込み処理部は、クランク角センサからのクランク角信号を検出するクランク角検出部と、前回検出したクランク角信号と今回検出したクランク角信号との間隔を計測することで、現在のエンジン回転速度に応じた割込み処理周期を計測する周期計測部と、前回の割込み処理周期において実際にかかった割込み処理時間を計測する割込み処理時間計測部と、割込み処理時間計測部で計測された割込み処理時間が、周期計測部で計測された割込み処理周期から余裕度としてあらかじめ規定される余裕時間を差し引いた時間以上となる場合には、燃料カットを行うと判定する燃料カット判定部と、クランク角検出部で検出されたクランク角信号に基づいて、今回の割込み処理周期が、燃料噴射タイミングであるか否かを判定する気筒判別部と、今回の割込み処理周期において、気筒判別部により燃料噴射タイミングであると判定され、かつ、燃料カット判定部により燃料カットを行うと判定された場合には、燃料噴射弁の開弁時間を0に設定して、燃料噴射弁を制御する燃料出力部とを備えるものである。
また、本発明に係る車両用電子制御方法は、クランク角センサからのクランク角信号に同期した割込みタイミングで、燃料噴射弁を制御するために、マイクロコンピュータで実行される割込み処理ステップを備えた車両用電子制御方法であって、割込み処理ステップは、クランク角センサからのクランク角信号を検出するクランク角検出ステップと、クランク角信号を検出した時刻を記憶部に順次記憶し、記憶部に記憶された前回クランク角信号を検出した時刻と今回クランク角信号を検出した時刻との間隔を計測することで、現在のエンジン回転数に応じた割込み処理周期を計測する周期計測ステップと、前回の割込み処理周期において、割込み処理の開始時刻と終了時刻を記憶部に記憶させておくことで、実際にかかった割込み処理時間を計測する割込み処理時間計測ステップと、割込み処理時間計測ステップで計測された割込み処理時間が、周期計測ステップで計測された割込み処理周期から余裕度としてあらかじめ規定される余裕時間を差し引いた時間以上となる場合には、燃料カットを行うと判定する燃料カット判定ステップと、クランク角検出ステップで検出されたクランク角信号に基づいて、今回の割込み処理周期が、燃料噴射タイミングであるか否かを判定する気筒判別ステップと、今回の割込み処理周期において、気筒判別ステップにより燃料噴射タイミングであると判定され、かつ、燃料カット判定ステップにより燃料カットを行うと判定された場合には、燃料噴射弁の開弁時間を0に設定して、燃料噴射弁を制御する燃料出力ステップとを備えるものである。
本発明によれば、割込み処理時間が、現在のエンジン回転数に応じた割込み処理発生間隔からあらかじめ規定した余裕度を減算した値以上になってしまうと判断した場合には、燃料噴射弁の開弁時間を0に設定することで、エンジンの出力を抑制することにより、マイコン内部のA/D変換器などの機能に何らかの異常が発生した場合にも、クランク角度の判別を誤ることなく、対象気筒への燃料制御や点火制御を適切に行い、エンジンの破損を防止することのできる車両用電子制御装置および車両用電子制御方法を得ることができる。
本発明の実施の形態1における車両用電子制御装置の制御系を示す説明図である。 本発明の実施の形態1における車両用電子制御装置の内部構成を示す図である。 本発明の実施の形態1における車両用電子制御装置の制御の流れを表すブロック図である。 本発明の実施の形態1における制御装置内のCPUが実行する制御プログラムの初期化処理を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態1における制御装置内のCPUが実行する制御プログラムのメイン処理を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態1における車両用電子制御装置における一連の割込み処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態1におけるエンジン回転数とクランク角信号周期の関係を表した図である。
以下、本発明の車両用電子制御装置および車両用電子制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における車両用電子制御装置の制御系を示す説明図である。図1に示す電子制御系では、制御装置1に、エンジンEの冷却水温センサ21、吸気管E1の吸気圧センサ22、スロットル開度センサ23、アクセル開度センサ24、クランク軸に同期して回転するクランク角信号プレートE3から1回転あたり36回の高レベル信号を発生するクランク角センサ25、および排気管E2の空燃比センサ26等の信号が入力され、これらの検出結果に基づいて吸気管E1の燃料噴射弁31、イグナイタ32、電子スロットルモータ等へ出力信号が発せられて、エンジン制御がなされる。
なお、イグナイタ32と点火コイル34との間には、各気筒の点火プラグ(図示しない)にイグナイタ32で発生した高電圧を順次分配するディストリビュータ33が配設されている。
図2は、本発明の実施の形態1における車両用電子制御装置の内部構成を示す図である。制御装置1は、マイコン11、入力インターフェース回路12〜14、出力インターフェース回路15、制御プログラムおよびデータを格納したROM16、電源回路17、18より構成されている。
また、マイコン11は、後述する制御プログラムに従って制御演算を行うCPU111、タイマとして働くカウンタ112、エンジンの回転周期を計測するタイマ113、A/D変換器114、入力ポート115、ワークメモリ等として機能するRAM116、および出力ポート117を含んで構成されている。
入力インターフェース回路12には、クランク角センサ25からの信号が入力される。この信号に基づいて、CPU111において、エンジンEの回転数(以下、単に回転数とも称す)が算出される。このクランク角センサ25の高レベル信号は、後述する制御プログラムの割り込み信号としても用いられる。
入力インターフェース回路13には、冷却水温センサ21、吸気圧センサ22等の信号が入力される。さらに、入力インターフェース回路14には、例えば、A/C SW等の各種デジタル信号27が入力されている。
出力ポート117から出力される燃料噴射時間幅パルスは、出力インターフェース回路15を介して燃料噴射弁31に出力される。また、マイコン11には、電源回路17を介して電源が供給されている。また、RAM116には、電源回路18を介してバックアップ電源が供給されている。
図3は、本発明の実施の形態1における車両用電子制御装置の制御の流れを表すブロック図である。図3に示す制御装置1は、クランク角センサの信号を検出し、信号に同期して起動される割込み処理部3100と、メイン処理部3101の2つの処理部を含んでいる。
そして、割込み処理部3100は、クランク角検出部3001、気筒判別部3002、周期計測部3003、割込み処理時間計測部3004、燃料カット判定部3005、および燃料出力部3006を備えて構成されている。また、メイン処理部3101は、エンジン回転数算出部3007、吸入空気量算出部3008、および燃料噴射量算出部3009を備えて構成されている。
まず始めに、割込み処理部3100について説明する。クランク角検出部3001は、クランク角センサ25からのクランク角信号を検出し、前回の割込み処理で記憶した割込み処理開始時刻(Ts)を(Tso)として、そして今回クランク角信号を検出した時刻を割込み処理開始時刻(Ts)として、それぞれRAM116に記憶するとともに、クランク角情報を求める。
気筒判別部3002は、クランク角検出部3001で求めたクランク角情報から現在圧縮行程である気筒を判別する。周期計測部3003は、クランク角検出部3001によりRAM116に記憶された割込み処理開始時刻(Ts)と前回の割込み処理で記憶した割込み処理開始時刻(Tso)から、クランク角信号の周期を演算する。
割込み処理時間計測部3004は、クランク角検出部3001でRAM116に記憶した割込み処理開始時刻(Ts)と、後述する割込み処理終了時刻(Te)から、割込み処理時間を求める。
燃料カット判定部3005は、周期計測部3003で求めたクランク角信号の周期と、割込み処理時間計測部3004で求めた割込み処理時間を比較し、燃料カットを行うか否かの判定を行う。
そして、燃料出力部3006は、後述の燃料噴射量算出部3009で求めた燃料噴射量から時間幅パルスに変換し、気筒判別部3002で求めた気筒情報を元に、燃料噴射弁31へ出力する。ただし、燃料出力部3006は、燃料カット判定部3005で燃料カットと判定された場合には、時間幅パルスを0とする。
次に、メイン処理部3101について説明する。エンジン回転数算出部3007は、周期計測部3003で求めたクランク角信号の周期を元に、エンジン回転数を算出する。
吸入空気量算出部3008は、吸気圧センサ22からの信号を元に、吸入空気量を算出する。さらに、燃料噴射量算出部3009は、エンジン回転数算出部3007で求めたエンジン回転数と、吸入空気量算出部3008で求めた吸入空気量等から、燃料噴射量を演算する。
図4は、本発明の実施の形態1における制御装置1内のCPU111が実行する制御プログラムの初期化処理を示したフローチャートであり、制御装置1の起動時に実行される処理である。本処理が起動されると、まず、ステップS400にて、CPU111は、マイコン11の動作環境を設定する。次に、ステップS410にて、CPU111は、RAM116の初期化を行い、その後、図5に示すメイン処理へ移行する。
図5は、本発明の実施の形態1における制御装置1内のCPU111が実行する制御プログラムのメイン処理を示したフローチャートであり、制御装置1の起動後に実行される処理である。まず、ステップS500にて、CPU111は、後述する割込み周期(Ts−Tso)からエンジン回転数を計算する。この処理は、先の図3におけるエンジン回転数算出部3007による処理に相当する。
次に、ステップS510にて、CPU111は、冷却水温センサ21、吸気圧センサ22等の検出結果に基づき、燃料噴射量の計算を行う。この処理は、先の図3における吸入空気量算出部3008および燃料噴射量算出部3009による処理に相当する。この演算結果に基づいて、燃料噴射弁31の開弁時間が制御される。
さらに、ステップS520にて、CPU111は、冷却水温センサ21、アクセル開度センサ24等の検出結果に基づき、目標とする電子スロットル弁開度を計算する。そして、CPU111は、目標とする電子スロットル弁開度の計算結果とスロットル開度センサ23の検出結果より、電子スロットル弁モータ動作量35を計算する。この演算結果に基づいて、電子スロットルモータが制御される。電子スロットル弁モータ動作量35が算出されると、ステップS500に戻り、以下、繰り返し実行される。
図6は、本発明の実施の形態1における車両用電子制御装置における一連の割込み処理の流れを示すフローチャートであり、先の図3に示したブロック図内の割込み処理部3100の一連処理に相当する。まず、ステップS600にて、クランク角検出部3001は、前回の割込み処理開始時刻(Ts)を(Tso)としてRAM116に記憶する。
次に、ステップS610にて、周期計測部3003は、前回の割込み処理開始時刻(Tso)と今回の割込み処理開始時刻(Ts)から、割込み周期を演算する。
次に、ステップS620にて、燃料カット判定部3005は、クランク角信号の周期(割込み周期)から、後述する余裕度Kを引いた時間と、割込み処理時間とを比較する。なお、ここで使用する割込み処理時間は、初期値としては、設計上規定される値を用いることができ、2回目以降は、後述するステップS695で算出される、前回の割込み周期において実際にかかった割込み処理時間を用いることができる。
そして、燃料カット判定部3005は、割込み処理時間の方が大きかった場合、および両者が等しかった場合には、ステップS630に進み、燃料カットフラグに1をセットする。一方、燃料カット判定部3005は、割込み処理時間の方が小さかった場合には、ステップS630を飛ばしてステップS640に進む。
次に、ステップS640にて、気筒判別部3002は、今回の割込み処理が燃料噴射タイミングか否かを判定する。そして、燃料噴射タイミングである場合には、ステップS650にて、燃料出力部3006は、メイン処理部3101での燃料噴射量の計算(S510)で求めた燃料噴射量から、時間幅パルスへ変換する。一方、燃料噴射タイミングでない場合には、燃料噴射に関する処理を行わずに、ステップS692に進む。
そして、ステップS660にて、燃料出力部3006は、燃料カットフラグが1か否かを判定し、燃料カットフラグが1である場合には、ステップS670にて、時間幅パルスを0に置き換える。一方、燃料カットフラグが1でない場合には、ステップS670を飛ばしてステップS680に進む。
次に、ステップS680にて、燃料出力部3006は、ステップS650またはステップS670で設定した時間幅パルスを、出力ポート117へ出力する。次に、ステップS690にて、燃料出力部3006は、次回の割込み処理に備えて燃料カットフラグを0にクリアしておく。
次に、ステップS692にて、割込み処理時間計測部3004は、割込み処理の終了時刻として、タイマ113の値を、(Te)としてRAM116に記憶する。さらに、ステップS695にて、割込み処理時間計測部3004は、先のステップS692で記憶した(Te)と、先のステップS600でRAM116に記憶していた(Ts)とから、割込み処理の時間を計算する。そして、これらの一連の割込み処理が完了した後は、メイン処理に復帰する。
次に、先の図6におけるステップS620で使用した余裕度Kについて、図7を用いて説明する。図7は、本発明の実施の形態1におけるエンジン回転数とクランク角信号周期の関係を表した図である。縦軸は、クランク角信号周期[μs]、横軸は、エンジン回転数[rpm]である。図7中の点線7001は、クランク角信号に同期した割込み処理時間を表す。また、実線7002は、4気筒4サイクルエンジンでのクランク角信号周期(割込み周期)である。
余裕度Kは、クランク角信号の周期に対する割込処理時間の余裕度を表しており、周期に対し一定値を設定する。図7中の実線7003は、クランク角信号周期に対し、割込み処理時間の余裕度Kを減算した時間である。すなわち、本発明では、割込み周期と割込み処理時間とを大小関係を単純に比較するのではなく、余裕度Kを考慮した上で大小関係を比較している。
余裕度Kは、具体的には、次のようにして求める。クランク角信号の周期は、エンジン回転数より、下式(1)にて求めることができる。
周期[sec]=60/Ne[rpm]/36 (1)
ここで、Neは、エンジン回転数であり、36は、クランク角信号プレート1回転あたりの高レベル信号出力回数である。エンジンの許容する最大回転数を7000rpmとして上式(1)に代入すると、求められる周期は、0.000238[sec]、すなわち、238[μsec]となる。そこで、一例として、求まった周期の5%を余裕度Kとする場合には、余裕度Kは、約12[μsec]となる。
以上のように、実施の形態1によれば、前回の割込み周期において割込み処理に実際にかかった時間が、現在のエンジン回転数に応じた割込み処理発生間隔からあらかじめ規定した余裕度Kを減算した値以上になってしまうと判断した場合には、燃料噴射弁の開弁時間を0に設定することで、エンジンの出力を抑制することができる。
さらに、余裕度Kを、車両用電子制御装置の適用対象に応じて設定することで、エンジン出力を抑制するための条件を適用対象に適した値とすることができ、適切にエンジン出力を抑制することができる。
この結果、特に、エンジン回転数が高回転時に、マイコン内部のA/D変換器などの機能に何らかの異常が発生した場合にも、クランク角度の判別を誤ることなく、対象気筒への燃料制御や点火制御を適切に行い、エンジンの破損を防止することのできる車両用電子制御装置を実現できる。
1 制御装置(車両用電子制御装置)、11 マイコン、12〜14 入力インターフェース回路、15 出力インターフェース回路、16 ROM、17、18 電源回路、21 冷却水温センサ、22 吸気圧センサ、23 スロットル開度センサ、24 アクセル開度センサ、25 クランク角センサ、26 空燃比センサ、27 各種デジタル信号、31 燃料噴射弁、32 イグナイタ、33 ディストリビュータ、34 点火コイル、35 電子スロットル弁モータ動作量、111 CPU、112 カウンタ、113 タイマ、114 A/D変換器、115 入力ポート、116 RAM、117 出力ポート、3001 クランク角検出部、3002 気筒判別部、3003 周期計測部、3004 割込み処理時間計測部、3005 燃料カット判定部、3006 燃料出力部、3007 エンジン回転数算出部、3008 吸入空気量算出部、3009 燃料噴射量算出部、3100 割込み処理部、3101 メイン処理部。

Claims (3)

  1. クランク角センサからのクランク角信号に同期した割込みタイミングで、燃料噴射弁を制御する割込み処理部を備えた車両用電子制御装置であって、
    前記割込み処理部は、
    前記クランク角センサからのクランク角信号を検出するクランク角検出部と、
    前回検出したクランク角信号と今回検出したクランク角信号との間隔を計測することで、現在のエンジン回転速度に応じた割込み処理周期を計測する周期計測部と、
    前回の割込み処理周期において実際にかかった割込み処理時間を計測する割込み処理時間計測部と、
    前記割込み処理時間計測部で計測された前記割込み処理時間が、前記周期計測部で計測された前記割込み処理周期から余裕度としてあらかじめ規定される余裕時間を差し引いた時間以上となる場合には、燃料カットを行うと判定する燃料カット判定部と、
    前記クランク角検出部で検出されたクランク角信号に基づいて、今回の割込み処理周期が、燃料噴射タイミングであるか否かを判定する気筒判別部と、
    今回の割込み処理周期において、前記気筒判別部により前記燃料噴射タイミングであると判定され、かつ、前記燃料カット判定部により前記燃料カットを行うと判定された場合には、前記燃料噴射弁の開弁時間を0に設定して、前記燃料噴射弁を制御する燃料出力部と
    を備える車両用電子制御装置。
  2. 請求項1に記載の車両用電子制御装置において、
    前記燃料カット判定部は、エンジンの最大回転数における割込み処理周期に対して、あらかじめ設定した割合を乗じた値を前記余裕度として、燃料カットを行うか否かを判定する
    車両用電子制御装置。
  3. クランク角センサからのクランク角信号に同期した割込みタイミングで、燃料噴射弁を制御するために、マイクロコンピュータで実行される割込み処理ステップを備えた車両用電子制御方法であって、
    前記割込み処理ステップは、
    前記クランク角センサからのクランク角信号を検出するクランク角検出ステップと、
    クランク角信号を検出した時刻を記憶部に順次記憶し、前記記憶部に記憶された前回クランク角信号を検出した時刻と今回クランク角信号を検出した時刻との間隔を計測することで、現在のエンジン回転数に応じた割込み処理周期を計測する周期計測ステップと、
    前回の割込み処理周期において、割込み処理の開始時刻と終了時刻を前記記憶部に記憶させておくことで、実際にかかった割込み処理時間を計測する割込み処理時間計測ステップと、
    前記割込み処理時間計測ステップで計測された前記割込み処理時間が、前記周期計測ステップで計測された前記割込み処理周期から余裕度としてあらかじめ規定される余裕時間を差し引いた時間以上となる場合には、燃料カットを行うと判定する燃料カット判定ステップと、
    前記クランク角検出ステップで検出されたクランク角信号に基づいて、今回の割込み処理周期が、燃料噴射タイミングであるか否かを判定する気筒判別ステップと、
    今回の割込み処理周期において、前記気筒判別ステップにより前記燃料噴射タイミングであると判定され、かつ、前記燃料カット判定ステップにより前記燃料カットを行うと判定された場合には、前記燃料噴射弁の開弁時間を0に設定して、前記燃料噴射弁を制御する燃料出力ステップと
    を備える車両用電子制御方法。
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