JP6213483B2 - クランク角センサの故障診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランク角センサの故障診断装置に関する。

自動車等の車両に搭載される内燃機関の停止過程では、圧縮行程中の気筒内の圧力が上昇することにより、クランクシャフトの正回転を妨げる方向の力が作用するため、機関回転速度が低下してゆく。内燃機関の停止過程において、クランクシャフトの上記正回転時の機関回転速度が低下しきった後には、圧縮行程中の気筒内の圧力によってクランクシャフトが逆回転し始めて機関回転速度が上昇してゆく。

このクランクシャフトの逆回転時にも、圧縮行程中の気筒内の圧力に基づきクランクシャフトの逆回転を妨げる方向の力が作用するため、そのクランクシャフトの逆回転時には上述したように機関回転速度が上昇した後に低下してゆく。更に、こうしたクランクシャフトの逆回転時に機関回転速度が低下しきった後、今度は圧縮行程中の気筒内の圧力によってクランクシャフトが正回転し始める。そして、内燃機関は、その停止過程で上述したクランクシャフトの回転方向の反転を繰り返した後に停止する。

内燃機関には自動停止再始動を行うものがあり、同機関では自動停止したときのクランク角を検出しておき、そのクランク角を内燃機関の再始動で用いることによって速やかな再始動を行うことが望まれている。このことを実現するためには、内燃機関の停止時のクランク角を検出可能なクランク角センサを採用することが必要になる。同クランク角センサとしては、内燃機関のクランクシャフトが回転する際、その回転方向に応じてパルス信号を異なる態様で出力するものが知られている。こうしたクランク角センサを用いれば、同センサからのパルス信号の出力態様に基づきクランクシャフトの回転方向を判別できるため、その回転方向の判別と上記パルス信号の出力とに基づき、機関停止過程でのクランクシャフトの回転方向の反転から影響を受けることなくクランク角を正しく検出することができる。

また、上記クランク角センサの故障の有無を判定する装置としては、例えば特許文献１の故障診断装置が知られている。同装置では、クランクシャフトの回転方向が正回転にしかならないと想定される内燃機関の回転速度領域を設定しておき、その回転速度領域にてクランク角センサからのパルス信号の出力態様がクランクシャフトの逆回転に対応した態様であることに基づき、クランク角センサが故障していると判定する。なお、特許文献１では、上記回転速度領域の下限値として、アイドル回転速度未満の値（具体的には４００ｒｐｍ）が例示されている。

特開２０１１−２３８３公報

ところで、内燃機関の停止過程でクランクシャフトが逆回転したときの機関回転速度の上昇は、必ずしも一定の態様で生じるとは限らず、同機関の停止に至る状況等に応じて変わる。このため、上記故障診断装置におけるクランク角センサの故障の有無の判定に用いられる回転速度領域の設定の仕方によっては、内燃機関の停止過程でクランクシャフトが逆回転したときの機関回転速度が上記回転速度領域の下限値を越えて上昇する可能性がある。このようにクランクシャフトの逆回転時の機関回転速度が上記回転速度領域の下限値を越えて上昇すると、機関回転速度が上記回転速度領域内に入り、かつ、クランク角センサからのパルス信号の出力態様が逆回転に対応した態様となることから、クランク角センサが故障していると誤判定してしまう。

本発明の目的は、クランク角センサが故障しているとの誤判定を抑制することができるクランク角センサの故障診断装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するクランク角センサの故障診断装置は、クランク角センサからのパルス信号の出力態様がクランクシャフトの正回転に対応する態様から逆回転に対応する態様に変化したことが確認されたとき、その変化の確認時点の機関回転速度がアイドル回転速度よりも低い判定値以上であり、かつ、上記変化の確認時点から機関回転速度が上記判定値以上である状態が続いている、という故障判定条件が成立していることに基づきクランク角センサが故障していると判定する一方、上記故障判定条件が不成立であるときにはクランク角センサが故障していると判定しないよう構成される判定部を備える。

内燃機関の停止過程において、クランクシャフトの回転方向が正回転から逆回転に反転する際には、機関回転速度が低下して機関回転速度が「０」になることを伴う。このため、機関回転速度が低下して「０」になることを伴わずに、クランク角センサからのパルス信号の出力態様がクランクシャフトの正回転に対応する態様から逆回転に対応する態様に変化したときには、クランク角センサが故障している蓋然性が高い。機関回転速度が低下して「０」になったか否かを判断するためには、機関回転速度がアイドル回転速度よりも低い上記判定値未満に低下したか否かを判断すればよい。これは、機関回転速度がアイドル回転速度よりも低い上記判定値未満に低下すれば、内燃機関が自立運転できなくなり、機関回転速度が「０」まで低下したと判断できるためである。

上記故障診断装置では、上述した故障判定条件が成立していることに基づき、クランク角センサが故障していると判定される。このため、機関回転速度のアイドル回転速度未満への低下を伴わずにクランク角センサからのパルス信号の出力態様がクランクシャフトの正回転に対応する態様から逆回転に対応する態様に変化したとき、クランク角センサが故障していると判定されるようになる。

一方、機関回転速度がアイドル回転速度よりも低い上記判定値未満になった状態で、クランク角センサからのパルス信号の出力態様がクランクシャフトの正回転に対応する態様から逆回転に対応する態様に変化したときには、上述した故障判定条件が成立しないため、クランク角センサが故障しているとは判定されない。従って、内燃機関の停止過程で、クランクシャフトの回転方向が正回転から逆回転に反転した後、クランクシャフトが逆回転しつつ機関回転速度が上記判定値以上に上昇したとき、クランク角センサが正常であるにもかかわらず故障していると誤判定してしまうことを抑制できる。

また、上記判定部は、次のように構成することが考えられる。すなわち、上記変化時点の機関回転速度が上記判定値以上であれば、機関回転速度が上記判定値以上であるか否かの判定を定められた周期毎に行う判定処理を通じて、上記変化時点の後に機関回転速度が上記判定値以上であると判定された回数を数えるよう、上記判定部を構成する。更に、その回数が規定回数以上となることに基づきクランク角センサが故障していると判定するよう上記判定部を構成する。

クランク角センサの故障診断装置が適用される内燃機関全体を示す略図。 クランクシャフトの近傍に設けられたクランク角センサの内部構造、及び、同センサの周辺構造を示す略図。 クランクシャフトが正回転するときのメインセンサからのメイン信号及びサブセンサからのサブ信号の出力態様、並びに、クランク角センサからのパルス信号の出力態様を示すタイミングチャート。 クランクシャフトが逆回転するときのメインセンサからのメイン信号及びサブセンサからのサブ信号の出力態様、並びに、クランク角センサからのパルス信号の出力態様を示すタイミングチャート。 （ａ）及び（ｂ）は、クランクシャフトの回転方向が正回転から逆回転に反転するときの機関回転速度の変化、及び、クランク角センサのパルス信号の幅の変化を示すタイムチャート。 （ａ）及び（ｂ）は、クランク角センサが故障したときの機関回転速度の変化、及び、パルス信号の幅の変化を示すタイムチャート。 （ａ）及び（ｂ）は、ストール防止制御の実行後に内燃機関がストールするときの機関回転速度の変化、及び、クランク角センサのパルス信号の幅の変化を示すタイムチャート。 クランク角センサが故障しているか否かを判定する手順を示すフローチャート。

以下、クランク角センサの故障診断装置の一実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
図１に示す内燃機関１１において、気筒１２の内面とピストン１３の頂面とによって区画された燃焼室１４には、燃料噴射弁１５から噴射された燃料が吸気通路２１を介して空気とともに吸入される。そして、燃焼室１４内で空気と燃料とからなる混合気が点火プラグ１６による点火を通じて燃焼すると、そのときの燃焼エネルギによりピストン１３が往復移動してクランクシャフト３１が回転する。また、燃焼室１４内の混合気は燃焼した後に排気として排気通路２３に送り出される。

また、内燃機関１１のクランクシャフト３１には、同機関１１を始動させる際にクランクシャフト３１を強制的に回転（クランキング）させるスタータ３３が接続されている。停止中の内燃機関１１を始動させる際には、スタータ３３によるクランキングを行いつつ燃料噴射弁１５からの燃料噴射を行うことにより、燃焼室１４内に混合気が充填される。更に、燃焼室１４内の混合気に対し点火プラグ１６による点火が行われる。そして、燃焼室１４内の混合気が点火プラグ１６による点火を通じて燃焼（着火）すると、それに伴って内燃機関１１が自立運転を開始して同機関１１が始動する。

図２は、クランクシャフト３１の近傍に設けられたクランク角センサ４２、及び、その周辺の構造を示している。クランクシャフト３１の端部には、シグナルロータ５１が同クランクシャフト３１と一体回転可能に設けられている。このシグナルロータ５１の外周には、複数の歯５２が所定角度（１０°ＣＡ）毎に設けられるとともに、その一部には、基準角度を検知すべく２枚の歯５２を欠損させた欠歯部５３が形成されている。そして、クランク角センサ４２は、シグナルロータ５１の上記歯５２と対向する位置に配置されており、クランクシャフト３１の回転位置（クランク角ＣＡ）及び回転速度（機関回転速度ＮＥ）の検出に用いられる。

クランク角センサ４２は、歯５２と対向するメインセンサ６１と、同メインセンサ６１から上記シグナルロータ５１の周方向に所定間隔を空けて配置されるサブセンサ６２と、これらメインセンサ６１からのメイン信号Ｓｍ及びサブセンサ６２からのサブ信号Ｓｓに応じたパルス信号Ｓｐを出力する処理装置６３と、を備えている。なお、処理装置６３には、パルス信号Ｓｐのパルス幅を制御するためのタイマ６４が設けられている。そして、クランク角センサ４２は、クランクシャフト３１が所定角度回転する毎に、その回転方向に応じて異なるパルス幅のパルス信号Ｓｐを出力する。言い換えれば、クランク角センサ４２は、クランクシャフト３１の回転方向に応じてパルス信号Ｓｐを異なる出力態様で出力する。

次に、図１を参照して、クランク角センサ４２の故障診断装置の電気的構成について説明する。
上記故障診断装置は、内燃機関１１の各種制御を行う電子制御装置４１を備えている。電子制御装置４１には、内燃機関１１の制御にかかる演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部からの信号を入力するための入力ポート及び外部に信号を出力するための出力ポート等が設けられている。

電子制御装置４１の入力ポートには、内燃機関１１や車両の状態を把握するための各種センサが接続されている。この各種センサとしては、上記クランク角センサ４２の他、運転者により操作されるイグニッションスイッチ４４、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル操作量）を検出するためのアクセルポジションセンサ４５、ブレーキペダルの操作状態を検出するためのブレーキセンサ４６、及び、車両走行速度を検出するための車速センサ４７等があげられる。一方、電子制御装置４１の出力ポートには、燃料噴射弁１５、点火プラグ１６、及びスタータ３３等の機器の駆動回路がそれぞれ接続されている。

電子制御装置４１は、各種センサから入力した信号に基づき、内燃機関１１及び車両の実際の状態、並びに、内燃機関１１及び車両に対する駆動指令状態を把握し、それらに基づいて燃料噴射弁１５、点火プラグ１６、及びスタータ３３などの駆動回路に対し指令信号を出力する。こうして内燃機関１１の燃料噴射制御、停止始動制御、及び点火時期制御など、同機関１１の運転にかかわる各種制御が電子制御装置４１を通じて実施される。

電子制御装置４１は、運転者の手動によるイグニッションスイッチ４４の操作に基づき内燃機関１１の停止及び始動を行う。運転者の手動による内燃機関１１の停止は、同機関１１のアイドル運転状態のもとで行われることが普通であり、そのアイドル運転状態のもとで燃料噴射弁１５の燃料噴射を停止することによって実現される。更に、電子制御装置４１は、手動による内燃機関１１の停止及び始動の他、内燃機関１１のアイドル運転状態のもとでの車両の走行可能性の有無等に応じて同機関１１の自動停止、及び、自動再始動も行う。

一方、電子制御装置４１は、運転者の誤操作に起因して内燃機関１１の回転速度がアイドル回転速度未満に低下するとき、同機関１１がストールしないよう吸入空気量を増量するとともに点火時期を遅角させるストール防止制御を実行する。このストール防止制御では、内燃機関１１の吸入空気量の増加を通じて燃焼室１４に充填される混合気を増加させるとともに、その混合気に対する点火を同機関１１の点火時期の遅角により、内燃機関１１の回転速度の低下が抑制される。

次に、電子制御装置４１によるクランク角ＣＡ及び機関回転速度ＮＥの検出処理について説明する。
図３及び図４には、クランクシャフト３１が回転するときのメインセンサ６１からのメイン信号Ｓｍ及びサブセンサ６２からのサブ信号Ｓｓの出力態様、並びに、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの出力態様が示されている。クランクシャフト３１のシグナルロータ５１とクランク角センサ４２のメインセンサ６１及びサブセンサ６２とは、メイン信号Ｓｍ及びサブ信号Ｓｓの出力態様がクランクシャフト３１の正回転時には図３に示される態様となるように、かつ、クランクシャフト３１の逆回転時には図４に示される態様となるように設けられている。

図３に示すように、クランクシャフト３１の正回転時のメインセンサ６１のメイン信号Ｓｍは、同メインセンサ６１がシグナルロータ５１の歯５２と対向するときに電圧レベルがＬレベル（例えば０Ｖ）となり、歯５２と対向しないときに電圧レベルがＨレベル（例えば５Ｖ）となる。また、サブセンサ６２のサブ信号Ｓｓは、同サブセンサ６２がシグナルロータ５１の歯５２と対向するときに電圧レベルがＬレベルとなり、歯５２と対向しないときに電圧レベルがＨレベルとなる。

クランク角センサ４２の処理装置６３は、メイン信号Ｓｍの立ち下がり時にサブ信号ＳｓがＨレベルであれば、クランクシャフト３１が正回転していることを示す所定幅αのパルス信号Ｓｐを生成する。そして、クランク角センサ４２は、処理装置６３によって生成された上記パルス信号Ｓｐを電子制御装置４１に出力する。このときの、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの出力態様は、クランクシャフト３１の正回転に対応した態様となる。

図４に示すように、クランクシャフト３１の逆回転時のメインセンサ６１のメイン信号Ｓｍは、正回転時と同様、メインセンサ６１がシグナルロータ５１の歯５２と対向するときに電圧レベルがＬレベル（例えば０Ｖ）となり、歯５２と対向しないときに電圧レベルがＨレベル（例えば５Ｖ）となる。また、サブセンサ６２のサブ信号Ｓｓも、クランクシャフト３１の正回転時と同様、サブセンサ６２がシグナルロータ５１の歯５２と対向するときに電圧レベルがＬレベルとなり、歯５２と対向しないときに電圧レベルがＨレベルとなる。

クランク角センサ４２の処理装置６３は、メイン信号Ｓｍの立ち上がり時にサブ信号ＳｓがＨレベルであれば、クランクシャフト３１が逆回転していることを示す所定幅βのパルス信号Ｓｐを生成する。なお、この所定幅βは、上述した所定幅αとは異なる幅であって、この例では所定幅αよりも大きく設定されている。クランク角センサ４２は、処理装置６３によって生成された上記パルス信号Ｓｐを電子制御装置４１に出力する。このときの、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの出力態様は、クランクシャフト３１の逆回転に対応した態様となる。

電子制御装置４１は、クランク角センサ４２から出力されるパルス信号Ｓｐの立ち上がりタイミングと、そのパルス信号Ｓｐの次に出力されるパルス信号Ｓｐの立ち上がりタイミングとの間隔に基づき、クランクシャフト３１の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出する。また、電子制御装置４１は、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの出力態様に応じてクランクシャフト３１の回転方向を判別し、その回転方向の判別と上記パルス信号Ｓｐの出力とに基づき、クランク角ＣＡに対応した算出値であるクランクカウンタＣｃを増減させ、そのクランクカウンタＣｃに基づいてクランク角ＣＡを検出する。

詳しくは、電子制御装置４１は、パルス信号Ｓｐの立ち下がりを検出すると、クランク角ＣＡに対応するクランクカウンタＣｃを図３に示すように１つインクリメント（Ｃｃ←Ｃｃ＋１）する。更に、上記パルス信号Ｓｐのパルス幅が所定幅αである場合には、クランクシャフト３１が正回転していることを判別し、クランクカウンタＣｃの値を維持する。一方、パルス信号Ｓｐのパルス幅が所定幅βである場合には、クランクシャフト３１が逆回転していることを判別し、クランクカウンタＣｃを図４に示すように２つデクリメント（Ｃｃ←Ｃｃ−２）する。このようにクランクカウンタＣｃを増減させることにより、クランクシャフト３１の回転方向にかかわらず、クランクカウンタＣｃに基づきクランク角ＣＡを検出することができる。

ところで、アイドル運転中の内燃機関１１の手動による停止と自動停止とのいずれの場合も、その停止過程では圧縮行程中の気筒１２（燃焼室１４）内の圧力が上昇することにより、クランクシャフト３１の正回転を妨げる方向の力が作用するため、機関回転速度ＮＥが低下してゆく。内燃機関１１の停止過程において、クランクシャフト３１の正回転時の機関回転速度ＮＥが低下しきった後には、圧縮行程中の気筒１２内の圧力によってクランクシャフト３１が逆回転し始めて機関回転速度ＮＥが上昇してゆく。

このクランクシャフト３１の逆回転時にも、圧縮行程中の気筒１２内の圧力に基づきクランクシャフト３１の逆回転を妨げる方向の力が作用するため、そのクランクシャフト３１の逆回転時には上述したように機関回転速度ＮＥが上昇した後に低下してゆく。更に、こうしたクランクシャフト３１の逆回転時に機関回転速度ＮＥが低下しきった後、今度は圧縮行程中の気筒１２内の圧力によってクランクシャフト３１が正回転し始める。そして、内燃機関１１は、その停止過程で上述したクランクシャフト３１の回転方向の反転を繰り返した後に停止する。

このように内燃機関１１の停止過程でクランクシャフト３１の回転方向が正回転と逆回転との間で反転を繰り返すときでも、上記クランク角センサ４２を用いればクランク角ＣＡを正しく検出することができる。そして、内燃機関１１の停止が完了したときのクランク角ＣＡを、次回の始動時における燃料噴射及び点火の際に用いることにより、内燃機関１１の始動を速やかに行うことが可能になる。

次に、クランク角センサ４２の故障診断について説明する。
クランク角センサ４２のタイマ６４が故障すると、クランクシャフト３１が正回転しているにもかかわらず、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの出力態様がクランクシャフト３１の逆回転に対応する態様になるということが生じる。電子制御装置４１は、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの出力態様がクランクシャフト３１の正回転に対応する態様から逆回転に対応する態様に変化したとき、すなわちパルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化したとき、その変化時点及び同変化時点の後の機関回転速度ＮＥに応じて、次のようにクランク角センサ４２が故障しているか否かを判定する。

すなわち、電子制御装置４１は、（Ａ）上記変化時点の機関回転速度ＮＥがアイドル回転速度よりも低い値に設定された判定値Ｈ以上であり、かつ、（Ｂ）上記変化時点から機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上である状態が続いている、という故障判定条件が成立していることに基づき、クランク角センサ４２が故障していると判定する。また、電子制御装置４１は、上述した故障判定条件が不成立であるとき、言い換えれば上記（Ａ）の条件もしくは上記（Ｂ）の条件が不成立であるときには、クランク角センサ４２が故障していると判定しない。このように故障判定条件の成立または不成立に応じて、クランク角センサ４２が故障しているか否かを判定する電子制御装置４１は、クランク角センサ４２が故障していることを判定するための判定部としての役割を担う。

ちなみに、上記変化時点の機関回転速度ＮＥとしては、パルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化する直前のパルス信号Ｓｐの立ち上がりタイミングと同変化直後のパルス信号Ｓｐの立ち上がりタイミングとの間隔に基づいて検出される機関回転速度ＮＥを用いることが可能である。

図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、アイドル運転状態にある内燃機関１１の通常の停止過程でクランクシャフト３１の回転方向が正回転から逆回転に反転するときのクランク角センサ４２の正常時の機関回転速度ＮＥの変化、及び、パルス信号Ｓｐの幅の変化を示したタイムチャートである。

アイドル運転状態にある内燃機関１１を停止させるために燃料噴射弁１５からの燃料噴射が停止されると、図５（ａ）に示すように機関回転速度ＮＥがアイドル回転速度から徐々に低下する。こうした内燃機関１１の停止過程では、圧縮行程中の気筒１２内の圧力上昇によってクランクシャフト３１の正回転を妨げる方向の力が作用する。このため、クランクシャフト３１の正回転時に機関回転速度ＮＥが低下しきると（タイミングＴ１）、圧縮行程中の気筒１２内の圧力によってクランクシャフト３１が逆回転し始め、その逆回転に伴って機関回転速度ＮＥが上昇する。一方、クランクシャフト３１の回転方向が正回転から逆回転に反転することにより、図５（ｂ）に示すようにパルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化する。

アイドル運転時には内燃機関１１の吸入空気量が少なくなるため、そのアイドル運転状態からの内燃機関１１の停止では、クランクシャフト３１の正回転時に機関回転が停止したとき、圧縮行程中の気筒１２内の圧力がある程度は高くはなるものの、それほど高くはならない。従って、上記のように機関回転が停止した後、圧縮行程中の気筒１２内の圧力によってクランクシャフト３１が逆回転したとき、機関回転速度ＮＥがアイドル回転速度Ｎｉｄ（図５（ａ）の破線）よりも高くなることはないと考えられる。

こうしたことをふまえ、上記判定値Ｈは、例えば図５（ａ）の二点鎖線で示すように設定される。詳しくは、上記判定値Ｈは、内燃機関１１のアイドル運転からの通常の停止過程において、クランクシャフト３１の回転方向が正回転から逆回転に反転した後に上昇する機関回転速度ＮＥの最高値よりも高い値であり、且つ、アイドル回転速度Ｎｉｄ未満の可能な限り低い値に設定される。このように判定値Ｈをアイドル回転速度Ｎｉｄに対し可能な限り低い値に設定することにより、クランク角センサ４２が故障しているとの判定の機会を多くすることができる。

図６（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、クランク角センサ４２が故障したときの機関回転速度ＮＥの変化、及び、パルス信号Ｓｐの幅の変化を示したタイムチャートである。
内燃機関１１が通常の運転状態にあるときには、機関回転速度ＮＥが、アイドル回転速度Ｎｉｄ（図６（ａ）の破線）よりも低い値に設定された上記判定値Ｈ（図６（ａ）の二点鎖線）未満になることはない。こうした内燃機関１１の通常の運転状態のもと、例えば機関回転速度ＮＥが例えばアイドル回転速度Ｎｉｄに調整された状態のもと、クランク角センサ４２のタイマ６４の故障が発生すると、パルス信号Ｓｐの幅が図６（ｂ）に示すように所定幅αから所定幅βに変化する（タイミングＴ２）。

この場合、パルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化したときには、その変化時点の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ未満に低下することはなく、その変化時点の後も機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上となる状態が続く。その結果、上記（Ａ）の条件及び上記（Ｂ）の条件が共に成立するという上記故障判定条件の成立に基づき、クランク角センサ４２が故障していると判定される。すなわち、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化したとき、その変化時点（タイミングＴ２）の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であり、且つ、上記変化時点の後に機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上である状態が続くことに基づき、クランク角センサ４２が故障していると判定される。

ところで、内燃機関１１の停止過程でクランクシャフト３１が逆回転したときの機関回転速度ＮＥの上昇は、必ずしも一定の態様で生じるとは限らず、同機関１１の停止に至る状況等に応じて変わる。このため、クランクシャフト３１の上記逆回転時の機関回転速度ＮＥは、アイドル回転速度Ｎｉｄよりも高くならないとは必ずしも言い切れず、内燃機関１１の停止に至る状況によっては、クランクシャフト３１の上記逆回転時の機関回転速度ＮＥがアイドル回転速度Ｎｉｄよりも高くなり得る。なお、クランクシャフト３１の上記逆回転時の機関回転速度ＮＥがアイドル回転速度Ｎｉｄよりも高くなる状況としては、例えば、上述したストール防止制御を実行したにもかかわらず同機関１１がストールするという状況があげられる。

図７（ａ）及び（ｂ）は、ストール防止制御を実行したにもかかわらず内燃機関１１がストールするときの機関回転速度ＮＥの変化、及び、パルス信号Ｓｐの幅の変化を示すタイムチャートである。

上記ストール防止制御では、内燃機関１１の吸入空気量の増量によりクランクシャフト３１の逆回転前（正回転時）の気筒１２内の圧縮圧力が高くなるとともに、点火時期の遅角によって気筒１２内での燃料の燃焼が可能な限り維持される。従って、ストール防止制御を実行したにもかかわらず内燃機関１１がストールするという状況下で、クランクシャフト３１の逆回転が生じる場合には気筒１２内の圧力が高くなり、その逆回転時の機関回転速度ＮＥが大きく上昇する。

すなわち、クランクシャフト３１の正回転時の機関回転速度ＮＥが図７（ａ）に示すように低下しきると（タイミングＴ３）、気筒１２内の圧力に基づいてクランクシャフト３１の回転方向が正回転から逆回転に反転し、その逆回転時の機関回転速度ＮＥがアイドル回転速度Ｎｉｄを越えて上昇する。また、クランクシャフト３１の回転方向が正回転から逆回転に反転するとき、クランク角センサ４２が正常であればパルス信号Ｓｐの幅が図７（ｂ）に示すように所定幅αから所定幅βに変化する。

このため、上述した状況下でクランク角センサ４２が正常であれば、パルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化したとき（タイミングＴ３）、その変化時点の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ（図７（ａ）の二点鎖線）未満の低い値になる。その結果、クランク角センサ４２が故障していると判定するための上記（Ａ）の条件、すなわち上記変化時点の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であるという条件が成立することはなくなる。言い換えれば、上記（Ａ）の条件及び上記（Ｂ）の条件が共に成立するという上記故障判定条件が成立することはなくなり、その成立に基づきクランク角センサ４２が故障していると判定されることもなくなる。

従って、内燃機関１１の停止過程で、クランクシャフト３１の回転方向が正回転から逆回転に反転した後、クランクシャフト３１が逆回転しつつ機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈよりも高く上昇したとき、クランク角センサ４２が正常であるにもかかわらず故障していると誤判定してしまうことを抑制できる。

次に、クランク角センサ４２の故障診断装置の動作について説明する。
図８は、クランク角センサ４２が故障しているか否かを判定するための故障診断ルーチンを示すフローチャートである。この故障診断ルーチンは、電子制御装置４１を通じて、例えば所定クランク角毎（この例では１０°ＣＡ毎）の角度割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンのステップ１０１〜１０４（Ｓ１０１〜Ｓ１０４）の処理は、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの出力態様がクランクシャフト３１の逆回転に対応する態様に変化したとき、その変化時点の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であるか否か（上記（Ａ）の条件が成立したか否か）を判定するためのものである。

電子制御装置４１は、同ルーチンのステップ１０１（Ｓ１０１）の処理として、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの幅が所定幅βであるか否か、すなわちパルス信号Ｓｐの出力態様がクランクシャフト３１の逆回転に対応した態様であるか否かを判断する。ここで肯定判断であればＳ１０２に進む。電子制御装置４１は、Ｓ１０２の処理として、前回の故障診断ルーチンの実行時のパルス信号Ｓｐの幅が所定幅αであったか否か、すなわちパルス信号Ｓｐの出力態様がクランクシャフト３１の正回転に対応した態様であったか否かを判断する。

Ｓ１０２で肯定判断であればＳ１０３に進む。電子制御装置４１は、Ｓ１０３の処理として、パルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化したことを表すパルス幅変化履歴をオン（変化あり）に設定する。その後にＳ１０４に進む。また、Ｓ１０２で否定判断がなされた場合には、Ｓ１０３をスキップしてＳ１０４に進む。電子制御装置４１は、Ｓ１０４の処理として、機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であるか否かを判定する。そして、Ｓ１０４で機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であると判定されたときにはＳ１０５に進む。

このようにＳ１０５に進むということは、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの出力態様がクランクシャフト３１の逆回転に対応する態様に変化したとき、その変化時点の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であったこと（上記（Ａ）の条件が成立したこと）を意味する。故障診断ルーチンにおけるＳ１０４〜Ｓ１０８に処理は、上記変化時点の後に機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上となる状態が続いているか否か（上記（Ｂ）の条件が成立したか否か）を判断するためのものである。

この一連の処理では、上記変化時点の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であれば、機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であるか否かの判定を定められた周期毎（故障診断ルーチンの実行周期毎）に行う判定処理（Ｓ１０４）を通じて、上記変化時点の後に機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であると判定された回数を数える（Ｓ１０５）。更に、その回数が規定回数以上となることに基づき（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、クランク角センサ４２が故障していると判定する（Ｓ１０８）。

詳しくは、電子制御装置４１は、Ｓ１０４で肯定判定である場合にＳ１０５の処理として、パルス幅変更履歴がオンに設定されているか否かを判断する。ここで肯定判断であればＳ１０６に進む。電子制御装置４１は、Ｓ１０６の処理で故障カウンタＣ１を１つインクリメント（Ｃ１←Ｃ１＋１）し、続くＳ１０７の処理で故障カウンタＣ１の値が所定値Ｎよりも大きいか否かを判断する。なお、所定値Ｎとしては例えば自然数を用いることが可能である。そして、Ｓ１０７で否定判断であれば、電子制御装置４１は、故障診断ルーチンを一旦終了する。一方、Ｓ１０７で肯定判断であればＳ１０８に進む。

このようにＳ１０７で肯定判断がなされてＳ１０８に進むということは、パルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化したとき、その変化時点の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であり、且つ、上記変化時点の後に機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上となる状態が続いていることを意味する。言い換えれば、上記（Ａ）及び上記（Ｂ）の条件が共に成立するという上記故障判定条件の成立を意味する。そして、電子制御装置４１は、Ｓ１０８の処理としてクランク角センサ４２が故障していると判定し、その後に故障診断ルーチンを一旦終了する。なお、電子制御装置４１は、Ｓ１０８でクランク角センサ４２が故障していると判定すると、そのことを運転者に報知するために車室内のスピーカー等から警告音を発したり警告灯を点灯させたりするとともに、クランク角センサ４２の故障時における内燃機関１１のフェイルセーフ制御を実行する。

一方、故障診断ルーチンのＳ１０１でパルス信号Ｓｐの幅が所定幅βでないと判断された場合、すなわちパルス信号Ｓｐの幅が所定幅αであってパルス信号Ｓｐの出力態様がクランクシャフト３１の正回転に対応した態様である場合には、Ｓ１０９に進む。また、Ｓ１０４で機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ未満であると判定された場合にも、Ｓ１０９に進む。電子制御装置４１は、Ｓ１０９の処理として、パルス幅変化履歴をオフに設定する。その後にＳ１１０に進む。電子制御装置４１は、Ｓ１１０の処理として故障カウンタＣ１を「０」にリセットし、その後に故障診断ルーチンを一旦終了する。

クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化したとき、その変化時点の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ未満であれば（上記（Ａ）の条件が不成立であれば）、故障診断ルーチンにおけるＳ１０４で否定判定がなされる。その結果、上述したＳ１０９及びＳ１１０の処理が実行されることにより、Ｓ１０５〜Ｓ１０８の処理を通じてクランク角センサ４２が故障していると判定されることはなくなる。その結果、ストール防止制御の実行後に内燃機関１１がストールする等の状況下で、クランクシャフト３１が逆回転しつつ機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈよりも高く上昇するとき、クランク角センサ４２が正常であるにもかかわらず故障していると誤判定されることは抑制される。

なお、Ｓ１０４の処理で肯定判定がなされた後、次回以降のＳ１０４で否定判定がなされる場合（上記（Ｂ）の条件が不成立の場合）にも、上述したＳ１０９及びＳ１１０の処理が実行される。従って、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化した時点の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であっても、その変化時点の後に機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ未満に低下した場合には、Ｓ１０４で否定判定がなされる。その結果、Ｓ１０９及びＳ１１０の処理が実行されることにより、Ｓ１０５〜Ｓ１０８の処理を通じてクランク角センサ４２が故障していると判定されることはなくなる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ストール防止制御により内燃機関１１の吸入空気量の増量及び点火時期の遅角が行われたにもかかわらず同機関１１がストールする状況等に起因して、クランクシャフト３１の逆回転時の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈを越えて上昇する際、クランク角センサ４２が正常であるにもかかわらず故障していると誤判定することを抑制できる。

（２）電子制御装置４１によって実行される故障診断ルーチンでは、Ｓ１０７における故障カウンタＣ１の値が所定値Ｎよりも大きくなること（機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上と判定される回数が規定回数以上になること）により、クランク角センサ４２が故障していると判定される。すなわち、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化したとき、その変化時点の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であり、且つ、その後に機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上となる状態が続くことに基づき、クランク角センサ４２が故障していると判定される。言い換えれば、上記（Ａ）の条件及び上記（Ｂ）の条件が共に成立するという上記故障判定条件の成立に基づき、クランク角センサ４２が故障していると判定される。ここで、クランク角センサ４２の故障により、パルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化した場合、その変化時点の機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ未満に低くなることはなく、その変化時点の後も機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上となる状態が続く。従って、上記故障判定条件の成立に基づきクランク角センサ４２が故障していると判定することにより、その判定を正しく行うことができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・クランクシャフト３１の回転方向に応じてパルス信号Ｓｐを異なる態様で出力するクランク角センサとして、クランクシャフト３１の回転方向に応じてパルス信号Ｓｐの幅を変える代りにパルス信号Ｓｐの電圧レベルを変えるものを採用してもよい。

・クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化した時点の後に、機関回転速度ＮＥが上記判定値Ｈ以上であると判定される回数が規定回数以上であるとき、上記（Ｂ）の条件が成立したと判断したが、この（Ｂ）の条件が成立したとの判断は必ずしも上述した仕方で行う必要はない。例えば、クランク角センサ４２からのパルス信号Ｓｐの幅が所定幅αから所定幅βに変化した時点の後に、機関回転速度ＮＥが継続的に上記判定値Ｈ以上となっている時間を計測し、その時間が規定時間以上となったとき、上記（Ｂ）の条件が成立したと判断してもよい。

１１…内燃機関、１２…気筒、１３…ピストン、１４…燃焼室、１５…燃料噴射弁、１６…点火プラグ、２１…吸気通路、２３…排気通路、３１…クランクシャフト、３３…スタータ、４１…電子制御装置、４２…クランク角センサ、４４…イグニッションスイッチ、４５…アクセルポジションセンサ、４６…ブレーキセンサ、４７…車速センサ、５１…シグナルロータ、５２…歯、５３…欠歯部、６１…メインセンサ、６２…サブセンサ、６３…処理装置、６４…タイマ。

Claims (2)

1. 内燃機関のクランクシャフトが回転する際、その回転方向に応じてパルス信号を異なる態様で出力するクランク角センサの故障診断装置において、
   前記クランク角センサからのパルス信号の出力態様が前記クランクシャフトの正回転に対応する態様から逆回転に対応する態様に変化したことが確認されたとき、その変化の確認時点の機関回転速度がアイドル回転速度よりも低い判定値以上であり、かつ前記変化の確認時点から機関回転速度が前記判定値以上である状態が続いている、という故障判定条件が成立していることに基づき前記クランク角センサが故障していると判定する一方、前記故障判定条件が不成立であるときには前記クランク角センサが故障していると判定しないよう構成される判定部を備える
   ことを特徴とするクランク角センサの故障診断装置。
2. 前記判定部は、前記クランク角センサからのパルス信号の出力態様が前記クランクシャフトの正回転に対応する態様から逆回転に対応する態様に変化したとき、その変化時点の機関回転速度が前記判定値以上であれば、機関回転速度が前記判定値以上であるか否かの判定を定められた周期毎に行う判定処理を通じて、前記変化時点の後に機関回転速度が前記判定値以上であると判定された回数を数え、その回数が規定回数以上となることに基づき前記クランク角センサが故障していると判定する
   請求項１記載のクランク角センサの故障診断装置。