JP5929613B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
クランク角センサは、クランク軸の回転と同期して回転し、クランク軸が一周する間に所定クランク角刻みで短周期出力信号を発する。クランク角センサは、前記クランク軸の回転角の少なくとも1つに対応させて前記短周期出力信号とは異なる信号である特定クランク角信号を発する。筒内圧センサは、前記複数の気筒のそれぞれに配置されている。
第1マイコンは、クランク角センサの出力信号を受けるとともに、前記内燃機関の運転制御を行う。第2マイコンは、クランク角センサの出力信号および前記筒内圧センサの出力信号を受ける。第2マイコンは、クランク角センサの出力信号によるクランク角と同期させて前記筒内圧センサの出力をサンプリングする。第2マイコンは、クランク角に応じた前記筒内圧センサの出力信号に基づいて前記気筒内の燃焼に関する情報である燃焼関連情報を算出する。データ通信線は、前記第1マイコンと前記第2マイコンとを接続し、これらの間で前記燃焼関連情報を示す信号を通信するためのものである。ジカ線は、前記第1マイコンと前記第2マイコンとを直接に接続し、前記第2マイコンから前記第1マイコンへ信号を送信するためのものである。
第1の発明においては、前記異常検出フラグがオンであるときには前記特定クランク角区間内に筒内圧データ検出区間(筒内圧センサ12の出力信号にサンプリングを実施する区間)が存在する複数の気筒それぞれの燃焼関連情報を前記内燃機関の制御に使用せず、前記異常検出フラグがオフとなったときは前記特定気筒より後の点火順の気筒についての燃焼関連情報を前記内燃機関の制御に使用する。
複数のデータ信頼性フラグは、前記複数の気筒それぞれについて少なくとも1つずつ割り当てられたものである。
信頼性フラグ処理は、内燃機関の制御異常の有無に基づいて前記複数のデータ信頼性フラグのオンとオフを切り替えるものである。
情報使用制限処理は、前記データ信頼性フラグがオフであるときは、オフとされている前記データ信頼性フラグが割り当てられた気筒についての前記燃焼関連情報を前記内燃機関の制御へ使用することを制限する。
前記信頼性フラグ処理は、前記異常検出フラグがオンである期間には前記複数のデータ信頼性フラグをオフとし、かつ、前記異常検出フラグがオフである期間には前記複数のデータ信頼性フラグをオンとするものである。
[実施の形態の装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置である制御装置10およびその周辺構成を示すブロック図である。制御装置10は、エンジン50を制御するためのものである。本実施の形態では、エンジン50が4つの気筒(#1気筒、#2気筒、#3気筒、および#4気筒)を備えた、4ストロークレシプロ式の火花点火式エンジンであるものとする。この4つの気筒は、本実施の形態では、#1番気筒→#3番気筒→#4番気筒→#2番気筒の順番で点火を迎えるものとする。
(1)サブマイコン2の動作
複数のマイコンで構成された制御装置10は、エンジン制御を担うメインマイコン1と、筒内圧センサ等の出力信号を用いた演算処理を行うためのサブマイコン2とを備える。単一のマイコンが有する演算処理能力は限られている。演算負荷を分担する観点から、一部の演算処理をサブマイコン2に担当させることが有効である。特に、サブマイコン2は、筒内圧を取り扱うものである。この筒内圧は、クランク角との正確な同期がとられている測定データであることが重要な意味を有する物理量である。
・クランクカウント
・カウント値判定(欠歯判定)
・異常検知処理
・クランクカウンタ修正処理
・データ送信処理
図2は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図であり、クランクカウントが正常に行われている場合にサンプリングした筒内圧センサ12の出力信号に基づく筒内圧波形を示す図である。
カウント値判定は、カウント値が示すクランク角と特定クランク角信号が示すクランク角との対比を行うものである。クランクカウントは、パルス信号等の計測を行うことによりカウンタ値の増加(カウントアップ)を行っていく仕組みである。上述したクランクカウントでは、基準とするクランク角=0度から、クランク角の回転に伴ってカウントアップされ、クランク角=720度(クランクシャフトが2回転)となったときにカウンタがリセットされる。
図4は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図であり、誤ったカウントアップの様子を説明するための図である。異常検知処理は、カウント値が示すクランク角と特定クランク角信号が示すクランク角とが整合していない場合に、ジカ線を経由してメインマイコン1に対して検知信号を送信するものである。複数のマイコンを用いたエンジン制御ユニットを構成する場合には、メインマイコン1とサブマイコン2がそれぞれ別の電気配線を備えており、それぞれのマイコンの電気配線に対してクランク角センサ16の出力端子が接続するケースがある。
図5は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置で行われるクランクカウンタ修正処理の内容を説明するための模式図であり、模式的に「クランク角修正」と「クランククリア」の違いを表すものである。クランクカウントでは、基準とするクランク角=0度から、クランク角の回転に伴ってカウントアップされ、最終的に720度に達した時点でカウンタ値がリセットされる。
データ送信処理は、クランククリアによるクランク角検出の中断期間を除いて、データ通信線4を介して、サブマイコン2が計算した各気筒の燃焼関連情報をメインマイコン1に送信するものである。この送信は、所定のデータ送信周期と同期させて複数の気筒の燃焼行程の終了ごとに逐次的に行われる。
ジカ線を活用することで、信頼性の低い燃焼関連情報が内燃機関の制御に使用される事態を迅速に防止することができる。しかしながら、そのような迅速な防止措置を行ううえでは、メインマイコン1側で、クランク角修正とクランククリアという2つの異なる処理を含むクランクカウンタ修正処理のいずれが行われても問題が生じないようにすべきである。
・異常検出フラグオン処理
・異常検出フラグオフ処理
・信頼性フラグ処理
・情報使用制限処理
メインマイコン1は、その内部(RAM内の所定アドレス)に、異常検出フラグを備えている。異常検出フラグは、サブマイコン2から検知信号が届いたか否かを記憶するフラグである。異常検出フラグオン処理は、メインマイコン1が、ジカ線6を経由して検知信号を受信したときに異常検出フラグをオンとする処理である。つまり、異常検出フラグがオンであるときは、サブマイコン2でのクランク角計数異常の発生が通知されたことを示す。
異常検出フラグオフ処理は、所定条件の成立時に、異常検出フラグをオフとする処理である。異常検出フラグをオフに戻す(クリアする)タイミングは、欠歯判定を実施するクランク角位置と、各気筒の筒内圧データ検出区間との関係から決まる。以下、この点について説明する。筒内圧データ検出区間とは、筒内圧センサ12の出力信号にサンプリングを実施する区間である。
「特定クランク角区間」とは、「第1の特定クランク角信号」と「第2の特定クランク角信号」とで決まるクランク角区間である。「特定クランク角信号」とは、ロータの欠歯位置で発せられる信号であり、本実施の形態では360度周期で迎える特定の角度を表す信号である。つまり、「特定クランク角区間」は、1つの欠歯判定タイミングとこれに隣り合う他の一つの欠歯判定タイミングとで挟まれる区間を指している。
「第1のケース」として、第1の特定クランク角信号が示すクランク角が#2気筒TDCに該当する場合には、第2の特定クランク角信号が#3気筒TDCに該当する。この場合、「特定クランク角区間」は、#2気筒TDCを基準として時間的に遡って#3気筒TDCまでのクランク角区間(時系列的には、#3気筒TDCからその後#2気筒TDCを迎えるまでの区間)である。第1のケースでは、「特定クランク角区間内に筒内圧データ検出区間が存在する気筒」は、本実施の形態では#3、#4、および#2気筒であり、そのなかで「特定気筒」は#2気筒である。従って、第1のケースでは、#2気筒についての燃焼関連情報データをメインマイコン1が受信したときに、異常検出フラグオフ処理の「所定条件」が成立することになる。
さらに、本実施の形態では、メインマイコン1が、下記の処理を実行するように構成されている。
メインマイコン1は、複数の「データ信頼性フラグ」を備えている。データ信頼性フラグは、複数の気筒それぞれについて少なくとも1つずつ割り当てられる。この複数のデータ信頼性フラグを用いて、メインマイコン1は、信頼性フラグ処理を実行する。
本実施の形態では、次のパターンで、データ信頼性フラグをオン(正常)からオフ(異常)へと切り替える。
一つ目は、メインマイコン1がある気筒(図6では#3気筒)の燃焼関連情報を既に現実に受信している場合に、その現実の受信より後に、異常検出フラグがオンとなった場合のためのパターンである。このパターンでは、その気筒(図6では#3気筒)のデータ信頼性フラグを、異常検出フラグのオンともに、速やかに、オフ(ロー)とする。
二つ目は、異常検出フラグが既にオンとなっている場合に、その後にメインマイコン1がある気筒(図6では#4気筒)の燃焼関連情報を新たに受信した場合のためのパターンである。この二つ目のパターンでは、その気筒(図6では#4気筒)の燃焼関連情報を新たに受信したデータ受信タイミングにおいて、異常検出フラグがその時点でオンとなっているのであれば、#4気筒のデータ受信タイミングとともに#4気筒のデータ信頼性フラグをオフ(ロー)とする。この2つのパターンに共通するのは、ある気筒について現実のデータ受信があったという条件と、異常検出フラグがオンとなっているという条件とが両方とも成立したときには、その気筒のデータ信頼性フラグをオフ(ロー)とするということである。
また、本実施の形態では、データ信頼性フラグをオフ(異常)からオン(正常)へ切り替える処理は、次のような処理内容である。すなわち、メインマイコン1は、各気筒の燃焼関連情報データを現実に受信した場合に、異常検出フラグがオフであるのであれば、データを受信した気筒についてのデータ信頼性フラグを正常つまりオンに戻すという処理を実行する。本実施の形態では、「現実に受信した場合」とは、「メインマイコン1側で、サブマイコン2側からの燃焼関連情報のデータ受信に関する割り込み処理があったこと」を意味するものとする。
具体例としては、#3気筒の燃焼関連情報データを現実に受信した場合に、異常検出フラグがオフであれば、#3気筒についてのデータ信頼性フラグを正常(つまりオン)に戻す。
情報使用制限処理は、ある気筒のデータ信頼性フラグがオフ(つまり信頼性無し)である期間は、この気筒の燃焼関連情報をエンジン制御へ使用することを制限する。本実施の形態では、メインマイコン1が、各気筒ごとに、フィードバック制御量算出のために燃焼関連情報をメインマイコン1内のRAMから読み出すべき読出タイミングで、データ信頼性フラグが参照する参照処理を実行するものとする。
以下、制御装置10の制御内容をタイムチャートを用いて時系列的に説明する。図6および図7は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図である。図6は、クランク角修正を実施する場合における、異常検出フラグのオンとオフを切り替える制御動作を説明するためのタイムチャートである。図7は、クランククリアを実施する場合における、異常検出フラグのオンとオフを切り替える制御動作を説明するためのタイムチャートである。
「筒内圧データ検出区間・AD区間」を示す気筒ごとのタイムチャート
「各種パラメータ算出」を示すタイムチャート(矢印)
「欠歯判定タイミング」を表す星印
「マイコン間通信」を示すタイムチャート(矢印)
「データ受信タイミング」を示す丸印
「マイコン2のクランクずれ受信タイミング」を示す星印
「#2TDCズレ検出フラグ」のオンオフを示すタイムチャート
「データ信頼性フラグ」のオンオフを示すタイムチャート
「受信パラメータを用いた次サイクルの制御タイミング」を示す丸印
図6を用いて、先ず、クランク角修正を実施する場合における異常検出フラグのオンオフを説明する。クランクシャフトの回転に伴ってクランクカウントが行われている途中で、図6の上段に示すようにノイズが発生した場合、このノイズに起因して誤ったクランクカウントが行われてしまう。この誤ったクランクカウントは欠歯判定の実施により検出され、ロータの欠歯位置で取るべきクランク角と一致するように、カウンタ値が修正される。これがクランク角修正の一連の流れである。
なお、図6のケースでは、#1気筒のデータ信頼性フラグはオンのままである。
次に、図7を用いて、先ず、クランククリアを実施する場合における異常検出フラグのオンオフを説明する。
図8および図9は、本発明の実施の形態において、異常検出フラグのオン、オフに関して、メインマイコン1が実行するルーチンのフローチャートである。エンジン50は、これらのルーチンとはべつに、エンジン制御(本実施の形態ではフィードバック制御)や、サブマイコン2側での各種処理(クランクカウントや、筒内圧センサ12の出力信号サンプリングなど)が実施されているものとする。
また、図6等に示すように、クランクカウンタがクランク角0度から720度へとカウントアップされていくときに、相対的に先に行われる欠歯判定は#3気筒TDCにあたり、相対的に後に行われる欠歯判定は#2気筒TDCにあたる。よって、この相対的関係から気筒を判別しても良い。また、カム角センサ14の出力信号との協働によって、気筒の判別を行っても良い。
ステップS104の条件が不成立(No)であったときは、処理はステップS112へ移る。ステップS112では、前述した「信頼性フラグ処理」を開始するので、各気筒のデータ信頼性フラグをオン(正常)とする処理が実行される。その後、今回のルーチンが終了する。
本実施の形態では、エンジン50において「クランクズレ検出時TDC気筒」が「特定気筒」と一致する関係が成立しており、いずれも#2気筒である。そこで、本実施の形態では、ステップS106の判別式を利用している。かりに、「クランクズレ検出時TDC気筒」が「特定気筒」と一致しない関係のエンジンであったとしても、その場合には予め「特定気筒」がどの気筒になるのかを調べておき、データ受信気筒と特定気筒との一致を判定すればよい。
両気筒が一致していなければ、ステップS106の条件が不成立(No)となり、処理はステップS112へ移る。ステップS112では、前述した「信頼性フラグ処理」に従って、データ信頼性フラグの内容を保持する処理が実行される。その後、今回のルーチンが終了する。
以下、本実施の形態にかかる制御装置10の動作を示すタイムチャート上で、ジカ線6が発揮する効果を説明する。一般に、データ通信線4を用いるデータ通信は、マイコン間で通信処理を実施する際の現実的な制約により、所定周期ごとのデータ送受信が実施されることが普通である。このデータ送受信によりクランク角計数異常を報知することもできなくはないが、そのようなデータ送受信タイミングの制約があると、クランク角異常検出があった後に直ちに検知信号を送ることができないケースが想定される。検知信号は可能な限り早期にメインマイコン1に伝わることが好ましく、その観点からは、ジカ線6を利用することが有効である。
先ず、図10を用いて説明する。図10において、最上段のタイムチャートおよび中段のタイムチャートは、主としてサブマイコン2が担う処理内容を示すものである。図10において、最下段のタイムチャートは、メインマイコン1が担う処理内容を示すものである。
図10の最下段には、メインマイコン1における処理内容を模式的に示すタイムチャートが表されている。
そこで、本実施の形態にかかる制御装置10は、ジカ線6により、上記の問題を解決することにした。この点について、図11を用いて説明する。
データ通信線4ではシリアル通信によるデータ受信等、複雑かつ多量の信号を送受信する必要があるのに対し、ジカ線6は簡単なハイ/ローの信号(0または1のデジタル情報)を授受する役割のみを有する。データ通信線4では前述したようにデータ通信タイミングの制約を受けるが、ジカ線6ではデータ通信タイミングの制約を有さず任意のタイミングでの信号通信が可能である。よって、ジカ線6を介して、所望のタイミングで、サブマイコン2での欠歯判定の結果をメインマイコン1に通知することができる。本実施の形態では、図11において#2気筒TDCタイミングにおいて「即通知」ときした縦矢印のように、#2気筒TDCタイミングで欠歯判定の結果をメインマイコン1に即座に通知することができる。
図12は、クランククリアを実施する場合の制御動作を示すタイムチャートである。図12と図11との違いは、図12では「クランククリアで筒内圧データ取得できない区間」が存在している点、およびこれに伴いサブマイコン2からメインマイコン1へのデータ送信がなされない場合があるという点である。
上述した実施の形態にかかるエンジン50では、点火順が#1気筒→#3気筒→#4気筒→#2気筒であり、#2気筒TDC又は#3気筒TDCで欠歯判定が実施されるようにクランク角センサ16におけるロータ欠歯とエンジン50の各気筒およびクランクシャフトの構成を設計した。その設計を前提として、上記のように異常検出フラグのオンオフ処理を構築した。しかしながら、本発明は、上記の具体的実施形態に限られるものではない。
この場合には、計算上、#1気筒のBTDC210度からBTDC150度までの区間が、「特定クランク角区間」に該当していることになる。#1気筒の筒内圧センサ12に対する出力信号のサンプリング区間、つまり筒内圧データ検出区間は、上記の設定どおりBTDC210度からATDC180度であるから、特定クランク角区間内において#1気筒の筒内圧データが取得されている。また、#1気筒が、特定クランク角区間内に筒内圧データ検出区間が存在する複数の気筒のうち最も点火順序が遅い気筒、すなわち「特定気筒」に該当する。よって、メインマイコン1は、#1気筒の燃焼関連情報データを受信したときに、異常検出フラグをオフ(クリア)すればよい。
この場合には、計算上、#4気筒のBTDC210度からBTDC150度までの区間が、「特定クランク角区間」に該当していることになる。#4気筒の筒内圧センサ12に対する出力信号のサンプリング区間、つまり筒内圧データ検出区間は、上記の設定どおりBTDC210度からATDC180度であるから、特定クランク角区間内において#4気筒の筒内圧データが取得されている。#4気筒が、特定クランク角区間内に筒内圧データ検出区間が存在する複数の気筒のうち最も点火順序が遅い気筒、すなわち「特定気筒」に該当する。よって、メインマイコン1は、#4気筒の燃焼関連情報データを受信したときに、異常検出フラグをオフ(クリア)すればよい。
2 サブマイコン
4 データ通信線
6 ジカ線
10 制御装置
12 筒内圧センサ
14 カム角センサ
16 クランク角センサ
18 インジェクタ
20 イグナイタ
30 配線
30a 分岐配線部
30b 分岐配線部
32 配線
32a 分岐配線部
32b 分岐配線部
50 エンジン
Claims (3)
- 複数の気筒を有する内燃機関を制御するための制御装置であって、
クランク軸の回転と同期して回転し、クランク軸が一周する間に所定クランク角刻みで短周期出力信号を発し、前記クランク軸の回転角の少なくとも1つに対応させて前記短周期出力信号とは異なる信号である特定クランク角信号を発するクランク角センサと、
前記複数の気筒のそれぞれに配置された筒内圧センサと、
クランク角センサの出力信号を受けるとともに、前記内燃機関の運転制御を行う第1マイコンと、
クランク角センサの出力信号および前記筒内圧センサの出力信号を受けるとともに、クランク角センサの出力信号によるクランク角と同期させて前記筒内圧センサの出力をサンプリングし、クランク角に応じた前記筒内圧センサの出力信号に基づいて前記気筒内の燃焼に関する情報である燃焼関連情報を算出する第2マイコンと、
前記第1マイコンと前記第2マイコンとを接続し、これらの間で前記燃焼関連情報を示す信号を通信するためのデータ通信線と、
前記第1マイコンと前記第2マイコンとを直接に接続し、前記第2マイコンから前記第1マイコンへ信号を送信するためのジカ線と、
を備え、
前記第2マイコンは、
前記短周期出力信号に基づくカウントを行い、そのカウント値に基づいてクランク角を算出するクランクカウントと、
前記カウント値が示すクランク角と前記特定クランク角信号が示すクランク角とが整合していない場合に、前記ジカ線を経由して前記第1マイコンに対して検知信号を送信する異常検知処理と、
前記カウント値が示すクランク角と前記特定クランク角信号が示すクランク角とが整合していない場合に、所定の運転条件に基づいて、前記特定クランク角信号に従って前記カウント値を修正するクランク角修正と、所定区間又は所定条件成立までクランク角センサに基づくクランク角検出を中断するクランククリアと、を選択的に実行するクランクカウンタ修正処理と、
前記クランククリアによるクランク角検出の中断期間を除いて、前記データ通信線を介して、各気筒の前記燃焼関連情報を前記第1マイコンに送信するデータ送信処理と、
を実行し、
前記第1マイコンは、
前記ジカ線を経由して前記検知信号を受信したときに異常検出フラグをオンとする異常検出フラグオン処理と、
前記異常検出フラグがオンとなった後に、前記異常検知処理で前記検知信号を送信する根拠として用いられた第1の特定クランク角信号と当該第1の特定クランク角信号の前の第2の特定クランク角信号とで決まる特定クランク角区間内に筒内圧データ検出区間が存在する複数の気筒のうちで最も点火順序が遅い気筒である特定気筒の燃焼関連情報を受信したときに、前記異常検出フラグをオフとする異常検出フラグオフ処理と、
を実行し、前記異常検出フラグがオンであるときには前記特定クランク角区間内に筒内圧データ検出区間が存在する複数の気筒それぞれの燃焼関連情報を前記内燃機関の制御に使用せず、前記異常検出フラグがオフとなったときは前記特定気筒より後の点火順の気筒についての燃焼関連情報を前記内燃機関の制御に使用することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記第1マイコンは、
前記複数の気筒それぞれについて少なくとも1つずつ割り当てられた、複数のデータ信頼性フラグと、
内燃機関の制御異常の有無に基づいて前記複数のデータ信頼性フラグのオンとオフを切り替える信頼性フラグ処理と、
前記データ信頼性フラグがオフであるときは、オフとされている前記データ信頼性フラグが割り当てられた気筒についての前記燃焼関連情報を前記内燃機関の制御へ使用することを制限する情報使用制限処理と、
を備え、
前記信頼性フラグ処理は、前記異常検出フラグがオンである期間には前記複数のデータ信頼性フラグをオフとし、かつ、前記異常検出フラグがオフである期間には前記複数のデータ信頼性フラグをオンとするものであ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。 - 前記異常検出フラグがオフである間は前記燃焼関連情報を前記内燃機関のフィードバック制御に使用し、前記異常検出フラグがオンである間は前記燃焼関連情報を前記内燃機関のフィードバック制御に使用しないことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
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