JP6206094B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関の制御装置に関する。

環境問題が注目されるなか、車両の燃料消費を低減する手法の一つとして、停車時のアイドリングのときにエンジンを自動停止させる技術が注目されている。一般に、アイドリングストップシステムでは、エンジン停止時のクランク角を記憶しておき、エンジン再始動時に予め記憶しておいたクランク角に基づいて制御を開始することによりエンジンの始動性を向上させている。ところが、クランク角はエンジン停止中にクランクロータに不測の回転が生じたりクランク角信号やカム角信号等にノイズが発生すること等により、エンジン始動時の実際のクランク角と、記憶された停止時のクランク角と、にズレが生じる場合がある。そこで、始動後に予め記憶した停止時のクランク角に対して最初にカム角信号が出力されるべき時機でカム角信号の出力されなかった場合に、２回のカム角信号とクランク角信号から現在のクランク角を再判定させる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。これにより、エンジン始動性のさらなる向上を図っている。

特開２００５−３５１２１０号公報

しかしながら、特許文献１に係るエンジン制御装置によると、カム角信号の出力位置近傍でエンジンを停止させた場合は、始動後の最初のカム角信号が想定通りの時期で得られないことがある。例えば、クランクロータとカムロータの組み付け公差やタイミングチェーンの伸び等が原因で、カム角信号が想定通りの時期に得られず、ズレる場合があり、この場合には停止時のクランク角が異常として判定されてしまう。そのため、クランクロータの基準回転位置（欠歯位置）の再判定が行われることになり基準回転位置の判定の時期が遅くなってしまい、エンジンの始動時間に時間がかかり良好にエンジンの始動が完了しないという問題が生じることになる。

そこで、本開示は、早期に点火制御を開始して始動性を向上させることができる内燃機関の制御装置の提供を目的とする。

本開示の一局面によれば、内燃機関のクランクロータの回転角を検出し、クランク角信号を出力するクランク角センサと、前記内燃機関のカムロータの回転角を検出し、カム角信号を出力するカム角センサであって、前記クランクロータの１回転につき複数回のカム角信号を出力するカム角センサと、クランク角センサの出力に基づき、前記内燃機関の停止時のクランク角を算出する停止クランク角算出手段と、前記停止時の次の始動時に前記停止クランク角算出手段により算出されたクランク角に基づき、初回の前記カム角センサの出力が発生する第１の予想クランク角の範囲を算出する第１の予想クランク角範囲算出手段と、始動後の前記クランク角センサと前記カム角センサの出力に基づき、前記第１の予想クランク角の範囲内で前記カム角センサの出力が得られたか否かを判定する第１のカム角センサ出力判定手段と、前記第１のカム角センサ出力判定手段により前記第１の予想クランク角の範囲内で前記カム角センサの出力が得られなかった場合に、次回の前記カム角センサの出力が発生する第２の予想クランク角の範囲を算出する第２の予想クランク角範囲算出手段と、始動後の前記クランク角センサと前記カム角センサの出力に基づき、前記第２の予想クランク角の範囲内で前記カム角センサの出力が得られたか否かを判定する第２のカム角センサ出力判定手段と、前記第２のカム角センサ出力判定手段により前記第２の予想クランク角の範囲内で前記カム角センサの出力が得られた場合、または、前記第１のカム角センサ出力判定手段により前記第１の予想クランク角の範囲内で前記カム角センサの出力が得られた場合には、前記停止クランク角算出手段により算出された前記停止時のクランク角に基づき、前記始動時に前記内燃機関の制御を行う制御手段と、を備える、内燃機関の制御装置が提供される。

本開示によれば、早期に点火制御を開始して始動性を向上させることができる内燃機関の制御装置が得られる。

一実施例に係る内燃機関の制御装置の「停止過程」、「停止中」、「始動」におけるクランク角信号、カム角信号、エンジン回転数及びクランク角の推移を示すタイミングチャートである。 一実施例に係る内燃機関の制御装置の行う処理動作を示すフローチャートである。 変形例に係る内燃機関の制御装置の「停止過程」、「始動」におけるクランク角信号、カム角信号、スタータモータ駆動、エンジン回転数及びクランク角の推移を示すタイミングチャートである。 変形例に係る内燃機関の制御装置の行う処理動作を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
＜一実施例に係る内燃機関の制御装置による動作の推移＞
まず、一実施例に係る内燃機関のアイドリングストップ時における動作について、図１に示すタイミングチャートを参照して説明する。図１は、一実施例に係る内燃機関の制御装置の「停止過程」、「停止中」、「始動」におけるクランク角信号、カム角信号、エンジン回転数及びクランク角の推移を示すタイミングチャートである。

図１は、車両走行状態から内燃機関の自動停止を実施し、運転者操作に基づき再始動条件が成立すると、内燃機関の点火制御を再開し、その後、スタータモータによるクランキング制御によって、内燃機関の再始動を行った場合の動作を示す。

アイドリングストップシステムにおいては、上述したように、再始動時におけるエンジン停止時のクランク角に対する実際のクランク角のズレの有無を、クランクロータの基準回転位置に基づいて確認する方法が知られている。

ところが、上述した方法でクランク角のズレの有無を確認しようとすると、欠歯のタイミングは、クランクロータ１回転当たり一度しか到来しないため、最長、クランクロータが１回転するまでズレの有無を確認することができない場合が生じ得る。なお、この問題は、クランクロータ１回転につき複数回の信号が得られるカム角信号をクランク角のズレの確認に使用することにより解決でき、これにより、より早期にエンジンの点火制御を行い始動性を向上させることは可能である。

しかしながら、図１に示すように、カム角信号の出力位置近傍でエンジンを自動停止させた場合、クランクロータとカムロータの組み付け公差等が原因で、停止直前にカム角信号が出力され（図１中Ａ部）てしまう場合がある。この場合には、始動時にはカム角信号が出力されないことになる（図１中Ｂ部）。すなわち、停止時のクランク角に基づいて算出される初回のカム角センサの出力が発生する第１の予想クランク角の範囲（以下、「初回カム角センサ出力予想範囲」という、図１中Ｄ部）内でカム角信号が出力されないことになる。そのため、クランク角にズレが生じていると誤判定してしまう可能性があり、これによりエンジンの始動が中止されてしまうことになる。

そこで、本実施形態では、アイドリングストップ停止時のクランク角（図１中Ｃ部）が、上述のように公差等を考慮した初回カム角センサ出力予想範囲内（図１中Ｄ部）にあるが、カム角信号の出力がこの範囲内に認められない場合は、クランク角αのズレの有無判定は行わない構成とした。そして、カム角信号の出力があった場合にのみ、このズレの有無判定を行うこととした。なお、上述の場合には、次回のカム角センサの出力が発生する第２の予想クランク角の範囲（以下、「次回カム角センサ出力予想範囲」という、図１中Ｅ部）において、カム角信号の出力の有無の確認を行う。すなわち、初回カム角センサ出力予想範囲内にカム角信号の出力が認められなかった場合は、カム角信号の出力の有無の確認を次回カム角センサ出力予想範囲に先送りする。一方、次回カム角センサ出力予想範囲内にカム角信号の出力があった場合（図１中Ｆ部）は、クランク角αにズレはない（ズレ無し判定）との判定を行う。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、費用を抑えることができ、かつ、単純な判断条件でクランク角αのズレの誤判定を防止することができる。これにより、誤った異常判定により生じるアイドリングストップ始動時の始動性の悪化を効果的に防止することができる。
＜一実施例に係る内燃機関の制御装置の動作処理フロー＞
次に、一実施例に係る内燃機関の制御装置の動作処理フローについて図２のフローチャートを参照して説明する。図２は、一実施例に係る内燃機関の制御装置の行う処理動作を示すフローチャートである。また、図２は、１回のクランク角信号の出力に対する一実施例に係る内燃機関の制御処理動作を示している。

まず、ステップＳ１により、クランクロータの回転角を検出するクランク角センサからクランク角信号が出力されると、一実施例に係る内燃機関に内蔵されているエンジン制御マイコン（制御装置）に該クランク角信号が入力される。

次に、ステップＳ２において、このクランク角信号の出力に基づき運転者からエンジン始動要求があったか否かについて判定が行われる。ここで、始動要求があると判定された場合には、ステップＳ３に進み、クランク角信号の出力に伴う、カム角センサによるカム角信号出力の有無について判定が行われる。

カム角センサからカム角信号の出力があったと判定された場合は、ステップＳ４に進み、現在のクランク角が初回カム角センサ出力予想範囲内にあるか否かについて判定が行われる。この初回カム角センサ出力予想範囲は、停止時のクランク角に基づき算出される。現在のクランク角が初回カム角センサ出力予想範囲内で認められた場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）は、ステップＳ５に進む。すなわち、エンジンの再始動時にクランク角αにズレは生じていないとの判定（ズレ無し判定）がなされ、ステップＳ６においてエンジンの点火許可が行われ、内燃機関の制御装置の処理動作は終了する。

一方、ステップＳ４において、現在のクランク角が初回カム角センサ出力予想範囲内に認められないと判定された場合（ステップＳ４：Ｎｏ）は、ステップＳ７において、エンジンの再始動時にクランク角αにズレは生じているとの判定（ズレ有り判定）がなされる。この場合には、ステップＳ８においてエンジンの始動が失敗し点火許可が行われない。ここで、現在とは、ステップＳ２のエンジン始動要求に伴い、スタータモータが駆動されクランク角センサからクランク角信号が出力された時点のことをいう。

そして、ステップＳ３において、カム角センサからカム角信号が出力されていないと判定された場合は、ステップＳ９に進むことになり、現在のクランク角が初回カム角センサ出力予想範囲内に検知されているか否かについて判定が行われる。

なお、上述したように、カム角信号の出力位置の近傍でエンジンを停止させた場合、停止時のクランク角と現在のクランク角にズレが生じていると誤判定される場合があった。このことは、エンジン再始動時に始動性が悪化する一因となっていた。

そこで、現在のクランク角が初回カム角センサ出力予想範囲内であっても（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、カム角センサからカム角信号が出力されない場合は（ステップＳ３：なし）、エンジンの再始動時におけるクランク角αのズレの有無は判定しないこととした。これにより、エンジンの始動性悪化を効果的に防止することができる。

一方、現在のクランク角が初回カム角センサ出力予想範囲内でない場合は（ステップＳ９：Ｎｏ）、ステップＳ１０に進み、停止時のクランク角が初回カム角センサ出力予想範囲内にあるか否かを判定する。停止時のクランク角が初回カム角センサ出力予想範囲内にある場合は（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、初回カム角センサ出力予想範囲内でカム角信号の出力が認められていないため、カム角信号出力の有無の確認が、次回カム角センサ出力予想範囲内に先送りされる。すなわち、エンジン制御マイコンにおいて、次回カム角センサ出力予想範囲の演算を行い、初回カム角センサ出力予想範囲を次回カム角センサ出力予想範囲に置き換えてカム角信号出力の有無の確認が行われ、上述と同様の制御処理が行われる。

そして、停止時のクランク角も次回カム角センサ出力予想範囲内にない場合は（ステップＳ１０：Ｎｏ）、ステップＳ７において、エンジンの再始動時にクランク角αにズレは生じているとの判定（ズレ有り判定）がなされることとした。この場合には、ステップＳ８においてエンジンの始動は失敗し点火許可が行われない。

一方、ステップＳ２において、クランク角信号の出力に基づき運転者からエンジン始動要求がないと判定された場合は、制御を行うことなく内燃機関の制御装置の処理動作は終了する。
＜一実施例に係る内燃機関の制御装置の構成＞
続いて、一実施例に係る内燃機関の制御装置の構成について説明する。

内燃機関には、エンジン制御マイコンが内蔵されている。

エンジン制御マイコンは、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読込専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、を備えている。ＣＰＵは、内燃機関制御に係る各種演算処理を実施する。ＲＯＭは、内燃機関制御用の制御プログラムや各種データ等を記憶する。ＲＡＭは、ＣＰＵの演算処理結果や各種センサの検出結果等を一時的に記憶する。

本実施形態において、ＣＰＵは、停止クランク角算出手段と、第１の予想クランク角範囲算出手段と、第２の予想クランク角範囲算出手段と、を含んで構成され、各演算処理を行っている。

そして、エンジン制御マイコンには、クランクロータの外周に設けられた歯の通過に応じて信号の出力を行うクランク角センサと、カムロータの外周に設けられた歯の通過に応じて信号の出力を行うカム角センサとが接続されている。他にも、エンジン制御マイコンには、クランク角センサやカム角センサ以外のセンサ、例えば、アクセルセンサが接続されている。

さらに、エンジン制御マイコンには、エンジンの設置された各種アクチュエータの駆動回路が接続されている。そして、エンジン制御マイコンは、燃料噴射時期の指令信号に応じて燃料噴射を実施させたり、点火時期の指令信号に応じて点火を実施させるようになっている。

まず、クランク角センサとカム角センサの出力信号が、エンジン制御マイコン内に入力され、ＣＰＵで各種演算処理が実施される。具体的には、クランク角センサにより計測された停止時のクランク角信号を検出し、ＣＰＵ内の停止クランク角算出手段によって、停止時のクランク角の演算処理を行う。そして、上述により算出したクランク角を用いて、ＣＰＵ内の第１および第２の予想クランク角範囲算出手段によって、ステップＳ４、Ｓ９〜Ｓ１１における判定基準となる初回および次回カム角センサ出力予想範囲の演算処理を行う。このカム角センサ出力予想範囲の演算処理は、クランクロータやカムロータ等、本実施形態に係る内燃機関を構成する部品の設計公差等を加味して決定される。

また、上述により算出した初回および次回カム角センサ出力予想範囲にカム角信号の出力があったか否かの判定を、エンジン制御マイコン内の第１および第２のカム角センサ出力判定手段によって行う。

そして、ＣＰＵにより、上述のように「停止時のクランク角」や「初回および次回カム角センサ出力予想範囲」等の各種演算を行った後、所定の場合にのみクランク角αのズレの有無判定を行うこととした。

一実施例に係る内燃機関の制御装置は上述のように制御が行われるため、クランク角αのズレが無いと判定された場合は、停止時のクランク角に基づき早期にエンジンの制御を行うことが可能になる。また、カム角信号が検出されなかったことで停止時のクランク角を異常と判定し、判定のタイミングが遅れたり再判定に移行することによりエンジンの始動時間が長くなることもない。そのため、エンジンの始動時間をより短縮することができる。

なお、クランクロータ１回転につき複数回信号が得られるカム角信号を適用した場合は、以下のような問題も生じ得る。すなわち、図３に示すように、エンジンの停止直前にクランクロータが逆回転する場合があり（Ｇ部）、このとき、クランクロータによる逆回転に伴い、カム角信号も逆回転してしまうため（Ｈ部）、クランク角αのズレを誤判定してしまう。すなわち、クランクロータが正回転であればＯＮ→ＯＦＦと出力されるべきカム角信号が、逆回転することによりＯＦＦ→ＯＮと出力されることになるため、クランク角αがズレていると誤判定されてしまうことになる。

しかしながら、通常、アイドリングストップ制御による再始動では、スタータモータを駆動してエンジン始動のためのクランキング制御を行っているため、再始動時にクランクロータが逆回転することはない。一方、エンジンが完全に停止する前に運転者が再始動要求をした場合の始動パターン、いわゆるチェンジマインド始動時では、スタータモータが駆動しない場合があったり、スタータモータが駆動していても駆動直後は、まだ逆回転が発生している場合もある。ところが、クランク角αのズレは、主に、クランクロータの停止中に発生するため、クランクロータが継続して回転しているチェンジマインド始動時には、クランク角のズレは発生しにくい。そのため、かかる場合には図４の太線に示すように、カム角信号によるズレの有無の確認を実施しない構成にしてもよい。

Claims (1)

1. 内燃機関のクランクロータの回転角を検出し、クランク角信号を出力するクランク角センサと、
   前記内燃機関のカムロータの回転角を検出し、カム角信号を出力するカム角センサであって、前記クランクロータの１回転につき複数回のカム角信号を出力するカム角センサと、
   クランク角センサの出力に基づき、前記内燃機関の停止時のクランク角を算出する停止クランク角算出手段と、
   前記停止時の次の始動時に前記停止クランク角算出手段により算出された前記停止時のクランク角に基づき、初回の前記カム角センサの出力が発生する第１の予想クランク角の範囲を算出する第１の予想クランク角範囲算出手段と、
   始動後の前記クランク角センサと前記カム角センサの出力に基づき、前記第１の予想クランク角の範囲内で前記カム角センサの出力が得られたか否かを判定する第１のカム角センサ出力判定手段と、
   前記第１のカム角センサ出力判定手段により前記第１の予想クランク角の範囲内で前記カム角センサの出力が得られなかった場合に、次回の前記カム角センサの出力が発生する第２の予想クランク角の範囲を算出する第２の予想クランク角範囲算出手段と、
   始動後の前記クランク角センサと前記カム角センサの出力に基づき、前記第２の予想クランク角の範囲内で前記カム角センサの出力が得られたか否かを判定する第２のカム角センサ出力判定手段と、
   前記第２のカム角センサ出力判定手段により前記第２の予想クランク角の範囲内で前記カム角センサの出力が得られた場合、または、前記第１のカム角センサ出力判定手段により前記第１の予想クランク角の範囲内で前記カム角センサの出力が得られた場合には、前記停止クランク角算出手段により算出された前記停止時のクランク角に基づき、前記始動時に前記内燃機関の制御を行う制御手段と、を備える、
   内燃機関の制御装置。
   

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