JP6347562B1 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で、二輪自動車等の車両に搭載された内燃機関の燃焼状態の検出精度を向上させることができる内燃機関制御装置を提供する。【解決手段】本実施形態における内燃機関制御装置１００は、クランク軸の回転角に対して規定される所定の角度範囲に対応して順に発生するパルス出力の立ち上がりエッジ及びパルス出力の立ち下がりエッジを検出し、その演算処理は、立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの一方を検出したことに対応して実行される演算処理である第１クランク処理と、立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの他方を検出したことに対応して実行される演算処理である第２クランク処理と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関制御装置に関し、特に車両に搭載された内燃機関の燃焼状態を監視する内燃機関制御装置に関する。

近年、二輪自動車等の車両に搭載された内燃機関の失火状態等の燃焼状態を監視するために、内燃機関のクランク軸に連結されたリラクタの回転角、つまりクランク角をクランク角センサで検出して、クランク角の変化量等を算出することにより、内燃機関の燃焼状態を監視する内燃機関制御装置が実現されている。

かかる状況下で、特許文献１は、内燃機関制御装置に関し、あるサイクルにおけるクランク角速度変化量Δωと、その直前のサイクルにおけるクランク角速度変化量Δωとの差異であるサイクル間変動量差分ΔΔωが所定の変動大しきい値ΔΔωｔｈを越えると、そのサイクルを変動大サイクルとしてカウントし、予め設定されたサイクル数の監視サイクル内で変動大サイクルの数が所定の失火検知回数に達した場合、エンジン１２の失火を推測検知する構成を開示する。

特開２０１４−１９９０４０号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成は、クランク角速度差を用いて精度よく失火の推測検知を行うことを企図したものであるが、更にその精度を向上しようとすると、リラクタの歯数を増やしてクランク角速度を検出する分解能を増やすことが必要となる。具体的には、本発明者の検討によれば、複数の失火や単発の失火等、失火の検出対象には多様なパターンがあることから、四輪自動車向けの内燃機関制御装置では、失火の推測検知の精度を向上させるために、リラクタの歯数を増やして分解能を増やしている。

ところが、リラクタの歯数が増えれば、クランク角センサのパルス出力毎に起動される演算処理が制御部に及ぼす処理負荷が大きくなり、制御部の演算処理能力に余裕がないと内燃機関の高回転数領域で処理が破綻する可能性がある。かかる場合に対処するには、二輪自動車の制御部の演算処理能力には余裕代が少ないことが多いので演算処理能力が高い制御部を用いる必要があり、そのような対処ではコスト増となる。また、二輪自動車のリラクタ径は四輪自動車のリラクタ径と比較して小さいので、リラクタの歯数を増加させる加工は難しく、リラクタの歯数を増加させると同様にコスト増となる。

このように、特に二輪自動車の内燃機関は、四輪自動車の内燃機関と比較して、高回転数領域まで駆動される機会が多い一方で、二輪自動車向けの内燃機関制御装置は廉価であることが求められることから、四輪自動車向けの内燃機関制御装置を適用することは困難であり、新規な構成の内燃機関制御装置の実現が待望された状況にある。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、簡便な構成で、二輪自動車等の車両に搭載された内燃機関の燃焼状態の検出精度を向上させることができる内燃機関制御装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、内燃機関のクランク軸に連結されたリラクタの円板状の本体部の径方向の周縁部に設けられた複数の凸歯部を検出することにより、前記クランク軸の回転状態を検出するクランク角センサからのパルス出力を用いて前記内燃機関の運転状態を制御する制御部を有する内燃機関制御装置において、前記リラクタの前記複数の凸歯部は、複数の短凸歯部と、前記複数の短凸歯部の前記本体部の周方向の長さよりも長い前記周方向の長さを有する複数の長凸歯部と、有し、前記複数の長凸歯部は、前記リラクタの所定の装着位置関係で、前記内燃機関の上死点に対する遅角側の９０度の遅角側角度範囲内及び前記上死点に対する進角側の９０度の進角側角度範囲内の第１領域に位置される一方で、前記複数の短凸歯部は、前記所定の装着位置関係で、前記第１領域外の第２領域に位置されるものであり、前記制御部は、前記クランク角センサが前記複数の短凸歯部及び前記複数の長凸歯部のいずれかの凸歯部の周方向端部を検出することに応じ時系列的に順に発生する前記パルス出力の立ち上がりエッジ及び前記パルス出力の立ち下がりエッジを検出し、前記制御部の演算処理は、前記制御部が、前記クランク角センサが前記複数の短凸歯部及び前記複数の長凸歯部のいずれかの前記周方向端部の一方である第１歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジの一方である第１パルス端部を検出したことに対応して、実行する演算処理である第１クランク処理と、前記制御部が、前記クランク角センサが前記複数の長凸歯部の前記前記周方向端部の他方である第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジの他方である第２パルス端部を検出したことに対応して、実行する演算処理である第２クランク処理と、を含むことを第１の局面とする。

また、本発明は、第１の局面に加えて、前記制御部は、前記第２クランク処理では、前記クランク角センサが前記第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記第２パルス端部を検出した場合に、その実行タイミングに応じて前記クランク軸の角速度を算出し、前記第１クランク処理では、前記クランク角センサが前記第１歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記第１パルス端部を検出した場合に、その実行タイミングに応じて前記角速度の算出をすると共に、前記第１クランク処理で算出された前記角速度及び前記第２クランク処理が実行されている場合には前記第２クランク処理で算出された前記角速度を用いてそれらの経時変化から前記内燃機関の失火の判定を行うことを第２の局面とする。

また、本発明は、第２の局面に加えて、前記複数の長凸歯部は、前記リラクタの所定の装着位置関係で前記遅角側角度範囲に位置される１つのみの第１長凸歯部と、前記リラクタの所定の装着位置関係で前記進角側角度範囲に位置される１つのみの第２長凸歯部と、からなり、前記クランク角センサが前記第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力は、前記遅角側角度範囲で第１の対をなす前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジのみを含むと共に前記進角側角度範囲で第２の対をなす前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジのみを含むことを第３の局面とする。

また、本発明は、第２又は第３の局面に加えて、前記制御部は、前記クランク角センサが前記第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記第２パルス端部を検出した場合に、前記内燃機関に対する外部負荷が無い状態では、前記第２クランク処理を実行する一方で、前記内燃機関に対する外部負荷が有る状態では、前記第２クランク処理を実行しないことを第４の局面とする。

また、本発明は、第２から第４のいずれかの局面に加えて、前記制御部は、前記クランク角センサが前記第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記第２パルス端部を検出した場合に、前記内燃機関の回転数が所定回転数以下のときには、前記第２クランク処理を実行する一方で、前記内燃機関の回転数が所定回転数を超えるときには、前記第２クランク処理を実行しないことを第５の局面とする。

また、本発明は、第２から第５のいずれかの局面に加えて、前記制御部は、前記クランク角センサが前記第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記第２パルス端部を検出した場合に、前記内燃機関に対するアクセル開度の変化量が所定値以下又は前記内燃機関の回転数の変化量が所定値以下であるときには、前記第２クランク処理を実行する一方で、前記アクセル開度の前記変化量が前記所定値を越えるか又は前記回転数の前記変化量が前記所定値を越えるときには、前記第２クランク処理を実行しないことを第６の局面とする。

また、本発明は、第１から第６のいずれかの局面に加えて、前記制御部は、前記内燃機関の１サイクル中で、前記第１クランク処理を、前記第２クランク処理の実行回数よりも多い実行回数で実行することを第７の局面とする。

また、本発明は、第１から第７のいずれかの局面に加えて、前記制御部は、前記内燃機関の１サイクル中で、前記第１クランク処理を、前記第２クランク処理の実行回数よりも多い実行回数で実行することを第８の局面とする。

以上の本発明の第１の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、リラクタの複数の凸歯部は、複数の短凸歯部と、複数の短凸歯部の本体部の周方向の長さよりも長い周方向の長さを有する複数の長凸歯部と、有し、複数の長凸歯部は、リラクタの所定の装着位置関係で、内燃機関の上死点に対する遅角側の９０度の遅角側角度範囲内及び上死点に対する進角側の９０度の進角側角度範囲内の第１領域に位置される一方で、複数の短凸歯部は、所定の装着位置関係で、第１領域外の第２領域に位置されるものであり、制御部は、クランク角センサが複数の短凸歯部及び複数の長凸歯部のいずれかの凸歯部の周方向端部を検出することに応じ時系列的に順に発生するパルス出力の立ち上がりエッジ及びパルス出力の立ち下がりエッジを検出し、制御部の演算処理は、制御部が、クランク角センサが複数の短凸歯部及び複数の長凸歯部のいずれかの前記周方向端部の一方である第１歯端部を検出することに応じ発生するパルス出力の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの一方である第１パルス端部を検出したことに対応して、実行する演算処理である第１クランク処理と、制御部が、クランク角センサが複数の長凸歯部の前記周方向端部の他方である第２歯端部を検出することに応じ発生するパルス出力の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの他方である第２パルス端部を検出したことに対応して、実行する演算処理である第２クランク処理と、を含むものであるため、簡便な構成で、二輪自動車等の車両に搭載された内燃機関の燃焼状態の検出精度を向上させることができる。特に、制御部の演算処理負荷を抑制した態様で、クランク角速度変動の監視分解能を向上させることができると共に、クランク角の必要十分な角度範囲で、第２クランク処理を実行することができる。

また、本発明の第２の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部は、第２クランク処理では、クランク角センサが第２歯端部を検出することに応じ発生するパルス出力の第２パルス端部を検出した場合に、その実行タイミングに応じてクランク軸の角速度を算出し、第１クランク処理では、クランク角センサが第１歯端部を検出することに応じ発生するパルス出力の第１パルス端部を検出した場合に、その実行タイミングに応じて角速度の算出をすると共に、第１クランク処理で算出された角速度及び第２クランク処理が実行されている場合には第２クランク処理で算出された角速度を用いてそれらの経時変化から内燃機関の失火の判定を行うものであるため、制御部の演算処理負荷を抑制した態様で、クランク角速度変動の監視分解能を向上させて、内燃機関の失火の判定を適切に行うことができる。

また、本発明の第３の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、複数の長凸歯部は、リラクタの所定の装着位置関係で遅角側角度範囲に位置される１つのみの第１長凸歯部と、リラクタの所定の装着位置関係で進角側角度範囲に位置される１つのみの第２長凸歯部と、からなり、クランク角センサが第２歯端部を検出することに応じ発生するパルス出力は、遅角側角度範囲で第１の対をなす立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのみを含むと共に進角側角度範囲で第２の対をなす立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのみを含むものであるため、クランク角の必要最小限の角度範囲で、第２クランク処理を簡素化して実行することができる。

また、本発明の第４の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部は、クランク角センサが第２歯端部を検出することに応じ発生するパルス出力の第２パルス端部を検出した場合に、内燃機関に対する外部負荷が無い状態では、第２クランク処理を実行する一方で、内燃機関に対する外部負荷が有る状態では、第２クランク処理を実行しないものであるため、制御部の演算処理負荷を確実に抑制した態様で、第２クランク処理を実行することができる。

また、本発明の第５の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部は、クランク角センサが第２歯端部を検出することに応じ発生するパルス出力の第２パルス端部を検出した場合に、内燃機関の回転数が所定回転数以下のときには、第２クランク処理を実行する一方で、内燃機関の回転数が所定回転数を超えるときには、第２クランク処理を実行しないものであるため、制御部の演算処理負荷を確実に抑制した態様で、第２クランク処理を実行することができる。

また、本発明の第６の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部は、クランク角センサが第２歯端部を検出することに応じ発生するパルス出力の第２パルス端部を検出した場合に、内燃機関に対するアクセル開度の変化量が所定値以下又は内燃機関の回転数の変化量が所定値以下であるときには、第２クランク処理を実行する一方で、アクセル開度の変化量が所定値を越えるか又は回転数の変化量が所定値を越えるときには、第２クランク処理を実行しないものであるため、制御部の演算処理負荷を確実に抑制した態様で、第２クランク処理を実行することができる。

また、本発明の第７の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部は、内燃機関の１サイクル中で、第１クランク処理を、第２クランク処理の実行回数よりも多い実行回数で実行するものであるため、制御部の演算処理負荷を確実に抑制した態様で、第１クランク処理及び第２クランク処理を実行することができる。

また、本発明の第８の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部は、第１クランク処理で、クランク軸の角度基準位置の検出を行うものであるため、制御部の演算処理負荷を確実に抑制した態様で、より確実にクランク軸の角度基準位置の検出を行うことができる。

図１は、本発明の実施形態における内燃機関制御装置の構成を、それが適用される内燃機関の構成を示す模式図と共に示すブロック図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本実施形態における内燃機関制御装置で失火監視区間を説明するための図である。 図３は、本実施形態における内燃機関制御装置が適用される内燃機関に装着されるリラクタの構成を示す模式図であり、図３（ａ）は、本実施形態におけるリラクタの構成の一例を示す模式図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す領域Ｒ３を直線的に示す拡大模式図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本実施形態における内燃機関制御装置が適用される内燃機関に装着されるリラクタの変形例の構成を示す模式図である。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における内燃機関制御装置につき、詳細に説明する。

〔内燃機関の構成〕
まず、図１を参照して、本実施形態における内燃機関制御装置が適用される内燃機関の構成について、以下、詳細に説明する。

図１は、本実施形態におけるにおける内燃機関制御装置の構成を、それが適用される内燃機関の構成を示す模式図と共に示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態における内燃機関制御装置１００が適用される内燃機関１は、図示を省略する二輪自動車等の車両に搭載される内燃機関であり、気筒２ａを有するシリンダブロック２を備えている。シリンダブロック２の気筒２ａに対応する部分の側壁内には、シリンダブロック２を冷却するためのクーラントが流通するクーラント通路３が形成されている。なお、本実施形態における内燃機関制御装置１００が適用される内燃機関１は、典型的には４ストローク１サイクル（吸入行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程を１サイクルとして順に含む）の内燃機関である。また、図中では、説明の便宜上、１個の気筒２ａを有する単気筒の内燃機関１を示しているが、複数個の気筒を有する内燃機関であってもよいし、その冷却方式は、水冷式に限らず空冷式であってもよい。

気筒２ａの内部には、ピストン４が配置されている。ピストン４は、コンロッド５を介してクランクシャフト６に連結されている。クランクシャフト６には、それと共に同軸に回転するリラクタ７が設けられている。リラクタ７は、本体部７ａ及び複数の凸歯部７ｂを備えている。本体部７ａは、クランクシャフト６と同軸かつ同期して回転する回転軸を有するようにクランクシャフト６に連結された円形板状の部材である。複数の凸歯部７ｂは、本体部７ａの径方向の周縁部における所定の配列領域に本体部７ａの周方向に配列して立設されている。なお、以下、本体部７ａの径方向を単に径方向と記し、本体部７ａの周方向を単に周方向と記す。

シリンダブロック２の上部には、シリンダヘッド８が組み付けられている。シリンダブロック２の内壁面、ピストン４の上面、及びシリンダヘッド８の内壁面は、協働して気筒２ａの燃焼室９を画成している。

シリンダヘッド８には、燃焼室９内の燃料及び空気から成る混合気に点火する点火プラグ１０が設けられている。燃焼室９に対する点火プラグ１０の個数は、単数に限らず複数であってもよい。

シリンダヘッド８には、燃焼室９と対応して連通する吸気管１１が組み付けられている。シリンダヘッド８内には、燃焼室９と吸気管１１とを対応して連通する吸気通路１１ａが形成されている。燃焼室９と吸気通路１１ａとの対応する接続部位には、吸気バルブ１２が設けられている。

吸気管１１には、その内部に燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。吸気管１１には、インジェクタ１３の上流側にスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４は、図示を省略するスロットル装置の構成部品であり、スロットル装置の本体部が吸気管１１に組み付けられている。なお、インジェクタ１３は、対応する燃焼室９に燃料を直接噴射するものであってもよい。また、インジェクタ１３及びスロットルバルブ１４の個数は、各々単数に限らず複数であってもよい。

また、シリンダヘッド８には、燃焼室９と対応して連通する排気管１５が組み付けられている。シリンダヘッド８内には、燃焼室９と排気通路１５ａとを対応して連通する排気通路１５ａが形成されている。燃焼室９と排気管１５との対応する接続部位には、排気バルブ１６が設けられている。

〔内燃機関制御装置の構成〕
次に、図１を参照して、本実施形態における内燃機関制御装置１００の構成について、以下、詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態における内燃機関制御装置１００は、クランク角センサ１０１、車速センサ１０２、スロットル開度センサ１０３、吸気圧センサ１０４、及びエンジン温度センサ１０５に電気的に接続されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に相当する。なお、リラクタ７、クランク角センサ１０１及び内燃機関制御装置１００を含む構成が、内燃機関制御システムを構成しているとして考えてもよい。

クランク角センサ１０１は、リラクタ７の凸歯部７ｂに対向した態様でシリンダブロック２の下部に組み付けられた図示を省略するロアケース等に装着され、クランクシャフト６の回転に伴って回転する凸歯部７ｂを検出することによって、内燃機関１の回転角速度に相当するクランクシャフト６の回転角速度（クランク角速度）を検出する。クランク角センサ１０１は、このように検出したクランク角速度を示す矩形パルス出力である電気信号を内燃機関制御装置１００に入力する。なお、クランク角センサ１０１は、クランクシャフト６の回転角（クランク角）や回転速度（クランク回転速度）を検出するものであってもよいし、かかるクランク角やクランク回転速度は、クランク角速度から算出することも可能である。

車速センサ１０２は、車速を検出し、このように検出した車速を示す電気信号を内燃機関制御装置１００に入力する。

スロットル開度センサ１０３は、スロットル装置の本体部に装着され、スロットルバルブ１４の開度をスロットル開度として検出し、このように検出したスロットル開度を示す電気信号を内燃機関制御装置１００に入力する。

吸気圧センサ１０４は、吸気管１１内に侵入した態様で吸気管１１に装着され、吸気管１１内に流入する空気の圧力を吸気圧として検出し、このように検出した吸気圧を示す電気信号を内燃機関制御装置１００に入力する。

エンジン温度センサ１０５は、クーラント通路３に侵入した態様でシリンダブロック２に装着され、クーラント通路３内を流通するクーラントの温度を内燃機関１の温度（エンジン温度）として検出し、このように検出したエンジン温度を示す電気信号を内燃機関制御装置１００に入力する。なお、内燃機関１が空冷式である場合には、その潤滑油の温度をエンジン温度として検出してもよい。

内燃機関制御装置１００は、車両が備えるバッテリからの電力を利用して動作する。内燃機関制御装置１００は、制御部に相当する演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）の他に、点火系駆動回路（ＩＧ）１２０、及び燃料噴射系駆動回路（ＦＩ）１３０を備えている。

ＣＰＵは、クランク角センサ１０１、車速センサ１０２、スロットル開度センサ１０３、吸気圧センサ１０４、及びエンジン温度センサ１０５からの電気信号に従って内燃機関制御装置１００全体の動作を制御する。また、ＣＰＵは、制御プログラムを実行することにより、エンジン回転数算出処理部１１１、車速算出処理部１１２、スロットル開度算出処理部１１３、吸気圧算出処理部１１４、エンジン温度算出処理部１１５、燃料噴射・点火制御部１１６、失火検知許可判定部１１７、失火検知部１１８、及び診断管理部１１９として機能する各々の機能ブロックを備えている。

エンジン回転数算出処理部１１１は、クランク角センサ１０１から入力された電気信号に基づいてクランク角速度を算出すると共に内燃機関１の回転数（エンジン回転数）を算出し、このようにエンジン回転数算出処理部１１１が算出したエンジン回転数は、燃料噴射・点火制御部１１６及び失火検知部１１８で用いられる。

車速算出処理部１１２は、車速センサ１０２から入力された電気信号に基づいて車速を算出し、このように車速算出処理部１１２が算出した車速は、燃料噴射・点火制御部１１６及び失火検知許可判定部１１７で用いられる。

スロットル開度算出処理部１１３は、スロットル開度センサ１０３から入力された電気信号に基づいてスロットル開度を算出し、このようにスロットル開度算出処理部１１３が算出したスロットル開度は、燃料噴射・点火制御部１１６、失火検知許可判定部１１７、及び失火検知部１１８で用いられる。

吸気圧算出処理部１１４は、吸気圧センサ１０４から入力された電気信号に基づいて吸気圧を算出し、このように吸気圧算出処理部１１４算出した吸気圧は、燃料噴射・点火制御部１１６、失火検知許可判定部１１７、及び失火検知部１１８で用いられる。

エンジン温度算出処理部１１５は、エンジン温度センサ１０５から入力された電気信号に基づいてエンジン温度を算出し、このようにエンジン温度算出処理部１１５が算出したエンジン温度は、燃料噴射・点火制御部１１６、失火検知許可判定部１１７、及び失火検知部１１８で用いられる。

燃料噴射・点火制御部１１６は、エンジン回転数算出処理部１１１、車速算出処理部１１２、スロットル開度算出処理部１１３、吸気圧算出処理部１１４、及びエンジン温度算出処理部１１５から入力された各々の算出値に基づいて点火系駆動回路（ＩＧ）１２０及び燃料噴射系駆動回路（ＦＩ）１３０を制御することによって、内燃機関１の点火時期及び燃料噴射量を制御する。

失火検知許可判定部１１７は、エンジン回転数算出処理部１１１、車速算出処理部１１２、スロットル開度算出処理部１１３、吸気圧算出処理部１１４、及びエンジン温度算出処理部１１５から入力された各々の算出値に基づいて、内燃機関１の失火状態等の燃焼状態の検知動作を許可するか否かを判定し、このように失火検知許可判定部１１７が判定した判定結果は、失火検知部１１８で用いられる。

失火検知部１１８は、エンジン回転数算出処理部１１１、スロットル開度算出処理部１１３、吸気圧算出処理部１１４、エンジン温度算出処理部１１５、及び失火検知許可判定部１１７から入力された各々の算出値に基づいて、内燃機関１の失火状態等の燃焼状態を検知し、このように失火検知部１１８が検知した検知結果は、診断管理部１１９で用いられる。

診断管理部１１９は、失火検知部１１８によって内燃機関１の失火が検知された場合、警告灯１０７を点灯する等して内燃機関１の失火を運転者等に報知すると共に、その情報を図示を省略するメモリに格納する等して適切に管理する。

点火系駆動回路（ＩＧ）１２０は、燃料噴射・点火制御部１１６からの制御信号に従ってオン／オフ制御されるスイッチング素子を備え、このスイッチング素子がオン／オフ動作することによって、燃焼室９内の燃料及び空気の混合気に点火する点火プラグ１０の動作を制御する。

燃料噴射系駆動回路（ＦＩ）１３０は、燃料噴射・点火制御部１１６からの制御信号に従ってオン／オフ制御されるスイッチング素子を備え、このスイッチング素子がオン／オフ動作することによって、インジェクタ１３のコイルの通電／非通電状態を切り換えて吸気管１１の内部に燃料を噴射する。

〔失火監視〕
次に、更に図２（ａ）及び図２（ｂ）をも参照して、本実施形態における内燃機関制御装置１００が適用される内燃機関１の失火によるクランク角速度の影響区間を失火監視区間として、内燃機関制御装置１００の失火監視について、以下、詳細に説明する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本実施形態における内燃機関制御装置１００で失火監視区間を説明するための図である。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、横軸は、区タンクシャフト６の回転角（クランク角）を示し、縦軸は、トルク（クランク角速度に比例する）を示す。また、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、点線は、内燃機関１の失火発生時のそのトルクの変化を示し、実線は、内燃機関１の正常燃焼時のそのトルクの変化を示す。

内燃機関１の失火は、典型的には、クランクシャフト６の回転角速度（クランク角速度）の減少という事象で現れてくることから、この失火の影響を最も受ける内燃機関１の行程は、爆発行程及び圧縮行程である。具体的には、図２（ａ）に示すように、内燃機関１に失火が発生した場合、爆発行程では、ピストン４を下死点へ押し下げるトルクが生じないため、クランク角速度は、失火が発生していない正常燃焼時のクランク角速度に比べて低下する（領域Ｒ１）。併せて、この失火後の圧縮行程においては、爆発行程時のクランク角速度の惰性で圧縮しなければならないために、爆発行程時と同様、クランク角速度は、正常燃焼時に比べて更に低下する（領域Ｒ２）。

一方、リラクタ７の凸歯部７ｂの数（クランク歯数）が相対的に少ない場合、すなわちクランク角速度の計測区間が相対的に広い場合には、図２（ｂ）に示すように、圧縮行程及びそれに引き続く爆発行程における計測区間内の計測結果内に内燃機関１の失火による影響を受けた成分とその失火による影響を受けていない成分とが混在する区間が生じる（図２（ａ）において、例えば、区間Ａ２は、失火の影響を受けた成分のみを含むが、区間Ａ１は、失火による影響を受けた成分と失火による影響を受けていない成分とを含む）。このため、かかる場合、内燃機関１の失火の影響によるクランク角速度の変動情報が不明瞭になる。これに対して、クランク歯数が相対的に多い場合、すなわちクランク角速度の計測区間が相対的に狭い場合には、内燃機関１の失火の影響を受けた成分（区間ａ２から区間ａ６）と失火の影響を受けていない成分（区間ａ１）とを分離することができる。従って、クランク歯数を増やすことによって、クランク角速度の変動情報の監視分解能が向上することが分かる。

ところが、クランク歯数が増えれば、クランク角センサ１０１のパルス出力毎に起動される演算処理が内燃機関制御装置１００のＣＰＵに及ぼす負荷が大きくなり、その処理能力が充分でない場合には、特に内燃機関１の高回転数領域でその処理が破綻する可能性がある。この場合、かかる高回転数領域に対する典型的な対処はＣＰＵを演算処理能力の高いものに換装することであるため、それにより内燃機関制御装置１００にコスト増が生じる。また、二輪自動車のリラクタ径は四輪自動車のリラクタ径と比較して小さいものであるため、クランク歯数を増加させる加工が高度なものとなり、内燃機関１、又はリラクタ７、クランク角センサ１０１及び内燃機関制御装置１００を含む内燃機関制御システムにコスト増が生じることとなる。

そこで、本実施形態では、以下に示すようにリラクタ７を構成することにより、二輪自動車で一般的な凸歯部の間隔を維持したまま、失火検出のためのクランク角速度変動の監視分解能を向上させて失火の検出精度を高める。以下、本実施形態におけるリラクタ７の構成及びこのリラクタ７を用いた失火検知処理について、詳細に説明する。

〔失火検知処理及びリラクタの構成〕
一般的なリラクタの構成では、凸歯部７ｂの一方の周方向端部、つまりクランク角センサ１０１のパルス出力の一方のエッジを検出したことに対応して、内燃機関制御装置１００のＣＰＵが所定の演算処理を実行していた。これに対して、本実施形態では、凸歯部７ｂの一方及び他方の双方の周方向端部、つまりクランク角センサ１０１のパルス出力において時系列的に順に発生する一方及び他方の双方のエッジを検出したことに対応して、ＣＰＵが所定の演算処理を実行する。なお、以下では、一般的な構成における一方のエッジ（立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの一方）を検出したことに対応して実行される所定の演算処理を第１クランク処理と呼び、本実施形態で導入される構成における他方のエッジ（立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの他方）を検出したことに対応して実行される所定の演算処理を第２クランク処理と呼ぶこととする。

また、第２クランク処理を実行するエッジを出力するためのリラクタ７の仕様は、クランクシャフト６の角速度が一定である場合に、第１クランク処理の実行間隔の半分となるタイミングでクランク角センサ１０１のパルス出力の他方のエッジが出力される仕様とする。リラクタ７をこのような仕様とすることにより、第１クランク処理の実行はそのまま維持しながら、その実行間隔の半分となるタイミングで第２クランク処理を実行することができ、第１クランク処理のみの実行時に比較してクランク角速度の計測間隔を半分に細かくすることができるため、クランク角速度変動の監視分解能が向上し、失火監視の検出精度を高めることができる。なお、失火によるクランク角速度の変動を計測するための第２クランク処理を起動する区間は、内燃機関１の圧縮行程及び爆発行程における所定区間のみでよいので、失火監視の検出精度を向上させるための凸歯部は、かかる所定区間のみに設ければ足りる。

ここで、第２クランク処理では、エンジン回転数算出処理部１１１は、その実行タイミングに応じてクランク角速度を算出する一方で、第１クランク処理では、エンジン回転数算出処理部１１１は、その実行タイミングに応じてクランク角速度の算出をすると共に、失火検知部１１８は、第１クランク処理及び第２クランク処理で各々算出されたクランク角速度を用いてそれらの経時変化から内燃機関１の失火の判定を行うことが好ましい。これにより、ＣＰＵの演算処理負荷を抑制した態様で、クランク角速度変動の監視分解能を向上させて、内燃機関の失火の判定を適切に行うことができる。

この際、失火検知許可判定部１１７は、内燃機関１に対する外部負荷が無い状態又は所定負荷以下の状態で第２クランク処理を実行させ、内燃機関１に対する外部負荷が有る状態又は所定負荷を超える状態では第２クランク処理を実行させないようにすることが好ましい。これにより、ＣＰＵの演算処理負荷を確実に抑制した態様で、第２クランク処理を実行することができる。なお、かかる外部負荷に関する状態は、失火検知許可判定部１１７がエンジン回転数やスロットル開度等に基づき判定する。

また、失火検知許可判定部１１７は、エンジン回転数が所定回転数以下のときに第２クランク処理を実行させ、エンジン回転数が所定回転数を超えるときに第２クランク処理を実行させないようにすることが好ましい。これにより、ＣＰＵの演算処理負荷を確実に抑制した態様で、第２クランク処理を実行することができる。

また、失火検知許可判定部１１７は、内燃機関１に対するアクセル開度の変化量が所定値以下又はエンジン回転数の変化量が所定値以下であるときには、第２クランク処理を実行させ、アクセル開度の変化量が所定値を越えるか又はエンジン回転数の変化量が所定値を越えるときには、第２クランク処理を実行させないようにすることが好ましい。これにより、ＣＰＵの演算処理負荷を確実に抑制した態様で、第２クランク処理を実行することができる。なお、かかるアクセル開度の変化量は、失火検知許可判定部１１７が図示を省略するアクセル開度センサから入力されたアクセル開度を示す電気信号に基づき算出する。

また、第２クランク処理の実行を禁止する場合、その禁止を簡便かつ確実に行う観点から、失火検知許可判定部１１７は、所定の区間にわたり第２クランク処理を停止、又は、所定の条件を満足するまで第２クランク処理の実行を禁止することが好ましい。

また、ＣＰＵは、内燃機関１の１サイクル中で、第１クランク処理を、第２クランク処理の実行回数よりも多い実行回数で実行することが好ましい。これにより、ＣＰＵの演算処理負荷を確実に抑制した態様で、第１クランク処理及び第２クランク処理を実行することができる。

以下、更に図３及び図４をも参照して、上述した失火検知処理を実現するためのリラクタ７の具体的な構成について、詳細に説明する。

図３（ａ）は、本実施形態における内燃機関制御装置１００が適用される内燃機関１に装着されるリラクタ７の構成の一例を示す模式図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す領域Ｒ３を直線的に示す拡大模式図である。なお、図３（ａ）は、クランクシャフト６に対して所定の装着位置関係になるよう装着した状態のリラクタを示す。また、図３（ａ）で、図示の便宜上、周方向の長さＡ及びＢ２を模式的に径方向に偏位させて示している。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本実施形態における最も単純化したリラクタ７では、複数の凸歯部７ｂは、凸歯部７ｂの配列領域内の第１配列領域内に設けられた複数の短凸歯部７ｂ１と、凸歯部７ｂの配列領域内で第１配列領域外の第２配列領域内に設けられると共に複数の短凸歯部７ｂ１の各々の周方向の長さＢ１よりも長い周方向の長さＢ２を各々有する一対の長凸歯部７ｂ２と、を備えている。

リラクタ７をクランクシャフト６に対して所定の装着位置関係になるよう装着した場合、本体部７ａは、その周方向において内燃機関１の上死点に対応する上死点角度位置ＴＤＣを有し、一対の長凸歯部７ｂ２は、上死点角度位置ＴＤＣを各々挟んで、正方向（進角方向）側の配列領域に画成される第１角度領域と、負方向（遅角方向）側の配列領域に画成される第２角度領域と、にわたって設けられている。第１角度領域は、上死点角度位置ＴＤＣから正方向に向かって９０度の角度範囲内に設定され、第２角度領域は、上死点角度位置ＴＤＣから負方向に向かって９０度の角度範囲内に設定されている。ここで、一対の長凸歯部７ｂ２の一方と他方とは、周方向において上死点角度位置ＴＤＣについて対称な位置関係を呈している。また、一対の長凸歯部７ｂ２の一方と他方との周方向における間隔（一対の長凸歯部７ｂ２の周方向の正方向側にあるものの周方向の負方向側の端部と、一対の長凸歯部７ｂ２の周方向の負方向側にあるものの周方向の正方向側の端部と、の間の長さ）は、一対の長凸歯部７ｂ２の各々の周方向の長さＢ２に等しく設定されている。

また、複数の短凸歯部７ｂ１の各々の一方の端部（図中では一例として立ち下がりエッジである端部７ｂ１２）、及び複数の長凸歯部７ｂ２の各々において短凸歯部７ｂ１の一方の端部（図中では一例として立ち下がりエッジである端部７ｂ１２）に対応する端部（図中では一例として立ち下がりエッジである端部７ｂ２２）は、それらの隣接するもの同士の間隔が周方向に均等になるように配置されている。つまり、かかる場合、ＣＰＵは、これらの立ち下がりエッジを検出したことに対応して第１クランク処理を等間隔で実行することになる。併せて、一対の長凸歯部７ｂ２の周方向の長凸歯部長さＢ２は、一対の長凸歯部７ｂ２の周方向の正方向側にあるものの周方向の正方向側の第１端部７ｂ２１と、一対の長凸歯部７ｂ２の周方向の負方向側にあるものの周方向の正方向側で第１端部に対応する第２端部７ｂ２１と、の間の周方向の長さＡ、及び一対の長凸歯部７ｂ２の周方向の正方向側にあるものの周方向の負方向側の第３端部７ｂ２２と、一対の長凸歯部７ｂ２の周方向の負方向側にあるものの周方向の負方向側で第３端部７ｂ２２に対応する第４端部７ｂ２２と、の間の周方向の長さＡの各々半分になるように設定されている。

このような構成によれば、内燃機関１の失火状態の検出精度を向上させることができる。特に、リラクタ７の凸歯部間の角度間隔を実質変更することなく、かつ、リラクタ７の凸歯部の個数も増加することのないリラクタ７の簡便な構成で、ＣＰＵの演算処理負荷を抑制しながら、クランク角速度変動の監視分解能を向上させることができる。また、長さＢ１と長さＢ２との比を特定の比に設定しておくことによって原理的には欠歯部を設けなくてもクランクシャフト６の角度基準位置の検出を行うことができると共に、内燃機関１の高回転数域でのクランクシャフト６の動的な偏心を抑制して、内燃機関１の失火の検出精度を向上させることができる。

また、このような構成を有するリラクタ７を用いて、ＣＰＵは、上死点角度位置ＴＤＣに対する負方向（遅角方向）側の９０度の遅角側角度範囲及び上死点角度位置ＴＤＣに対する正方向（進角方向）側の９０度の進角側角度範囲に対応した区間内でクランク角センサ１０１から出力されたパルス出力を用いて第２クランク処理を実行する。これにより、クランク角の必要十分な角度範囲で、第２クランク処理を実行することができる。

また、上述した区間内でクランク角センサ１０１が検出したクランク角に対応してクランク角センサ１０１から出力されるパルス出力は、遅角側角度範囲で第１の対をなす立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのみを含むと共に進角側角度範囲で第２の対をなす立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのみを含む。そして、ＣＰＵは、第１の対及び第２の対に含まれる立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのいずれかのエッジ（一例として立ち上がりエッジ）を検出したことに対応して第２クランク処理を実行する。これにより、クランク角の必要最小限の角度範囲で、第２クランク処理を簡素化して実行することができる。

なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すリラクタ７の構成では、長凸歯部７ｂ２は２個設けていたが、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、長凸歯部７ｂ２を３個以上設けてもよい。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本実施形態における内燃機関制御装置１００が適用される内燃機関１に装着されるリラクタの変形例の構成を示す模式図である。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、クランクシャフト６に対して所定の装着位置関係になるよう装着した状態のリラクタを示す。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）で、図示の便宜上、周方向の長さＡ及びＢ２を模式的に径方向に偏位させて示している。

図４（ａ）に示す変形例の欠歯部７ｃでは、長凸歯部７ｂ２を４個設けていること、及び欠歯部７ｃを設けていることが、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すリラクタ７との相違点であり、これに対応して、短凸歯部７ｂ１の個数が減少している。

また、図４（ｂ）に示す変形例のリラクタ７’’では、長凸歯部７ｂ２を９個設けていること、及び欠歯部７ｃを設けていることが、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すリラクタ７との相違点であり、これに対応して、長凸歯部７ｂ２の周方向の長さが減少し、短凸歯部７ｂ１の個数が増加している。なお、かかるリラクタ７’’では、周方向で最も負方向側に位置する長凸歯部７ｂ２は、その中心が上死点角度位置ＴＤＣに対する負方向側の９０度の角度位置に設定されており、かかる態様も長凸歯部７ｂ２が上死点角度位置ＴＤＣから９０度の角度範囲内に配置される構成に含まれる。

ここで、図４（ａ）及び図４（ｂ）示すように、欠歯部７ｃは、本体部７ａの径方向の周縁部において、短凸歯部７ｂ１及び長凸歯部７ｂ２が配列される配列領域外のこれらが配列されない領域に設けられる。かかる欠歯部７ｃは、周方向における吸気行程又は爆発行程の後半の９０度、又は圧縮行程又は排気行程の前半の９０度に対応した角度領域に設定されていることが好ましい。これにより、長凸歯部７ｂ２の配置に影響を与えない態様で欠歯部７ｃを設けることができ、クランクシャフト６の角度基準位置の検出をより確実なものにすることができる。

以上のように、本発明は、簡便な構成で、二輪自動車等の車両に搭載された内燃機関の失火状態の検出精度を向上させることができる内燃機関制御装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から車両等の内燃機関制御装置に広く適用され得るものと期待される。

１…内燃機関
２…シリンダブロック
２ａ…気筒
３…クーラント通路
４…ピストン
５…コンロッド
６…クランクシャフト
７、７’、７’’…リラクタ
７ａ…本体部
７ｂ…凸歯部
７ｂ１…短凸歯部
７ｂ２…長凸歯部
７ｃ…欠歯部
８…シリンダヘッド
９…燃焼室
１０…点火プラグ
１１…吸気管
１１ａ…吸気通路
１２…吸気バルブ
１３…インジェクタ
１４…スロットルバルブ
１５…排気管
１５ａ…排気通路
１６…排気バルブ
１００…内燃機関制御装置
１０１…クランク角センサ
１０２…車速センサ
１０３…スロットル開度センサ
１０４…吸気圧センサ
１０５…エンジン温度センサ
１１１…エンジン回転数算出処理部
１１２…車速算出処理部
１１３…スロットル開度算出処理部
１１４…吸気圧算出処理部
１１５…エンジン温度算出処理部
１１６…燃料噴射・点火制御部
１１７…失火検知許可判定部
１１８…失火検知部
１１９…診断管理部

Claims (8)

1. 内燃機関のクランク軸に連結されたリラクタの円板状の本体部の径方向の周縁部に設けられた複数の凸歯部を検出することにより、前記クランク軸の回転状態を検出するクランク角センサからのパルス出力を用いて前記内燃機関の運転状態を制御する制御部を有する内燃機関制御装置において、
   前記リラクタの前記複数の凸歯部は、複数の短凸歯部と、前記複数の短凸歯部の前記本体部の周方向の長さよりも長い前記周方向の長さを有する複数の長凸歯部と、有し、
   前記複数の長凸歯部は、前記リラクタの所定の装着位置関係で、前記内燃機関の上死点に対する遅角側の９０度の遅角側角度範囲内及び前記上死点に対する進角側の９０度の進角側角度範囲内の第１領域に位置される一方で、前記複数の短凸歯部は、前記所定の装着位置関係で、前記第１領域外の第２領域に位置されるものであり、
   前記制御部は、前記クランク角センサが前記複数の短凸歯部及び前記複数の長凸歯部のいずれかの凸歯部の周方向端部を検出することに応じ時系列的に順に発生する前記パルス出力の立ち上がりエッジ及び前記パルス出力の立ち下がりエッジを検出し、
   前記制御部の演算処理は、前記制御部が、前記クランク角センサが前記複数の短凸歯部及び前記複数の長凸歯部のいずれかの前記周方向端部の一方である第１歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジの一方である第１パルス端部を検出したことに対応して、実行する演算処理である第１クランク処理と、前記制御部が、前記クランク角センサが前記複数の長凸歯部の前記周方向端部の他方である第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジの他方である第２パルス端部を検出したことに対応して、実行する演算処理である第２クランク処理と、を含むことを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記第２クランク処理では、前記クランク角センサが前記第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記第２パルス端部を検出した場合に、その実行タイミングに応じて前記クランク軸の角速度を算出し、
   前記第１クランク処理では、前記クランク角センサが前記第１歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記第１パルス端部を検出した場合に、その実行タイミングに応じて前記角速度の算出をすると共に、前記第１クランク処理で算出された前記角速度及び前記第２クランク処理が実行されている場合には前記第２クランク処理で算出された前記角速度を用いてそれらの経時変化から前記内燃機関の失火の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記複数の長凸歯部は、前記リラクタの所定の装着位置関係で前記遅角側角度範囲に位置される１つのみの第１長凸歯部と、前記リラクタの所定の装着位置関係で前記進角側角度範囲に位置される１つのみの第２長凸歯部と、からなり、
   前記クランク角センサが前記第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力は、前記遅角側角度範囲で第１の対をなす前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジのみを含むと共に前記進角側角度範囲で第２の対をなす前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジのみを含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記制御部は、前記クランク角センサが前記第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記第２パルス端部を検出した場合に、前記内燃機関に対する外部負荷が無い状態では、前記第２クランク処理を実行する一方で、前記内燃機関に対する外部負荷が有る状態では、前記第２クランク処理を実行しないことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記制御部は、前記クランク角センサが前記第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記第２パルス端部を検出した場合に、前記内燃機関の回転数が所定回転数以下のときには、前記第２クランク処理を実行する一方で、前記内燃機関の回転数が所定回転数を超えるときには、前記第２クランク処理を実行しないことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の内燃機関制御装置。
6. 前記制御部は、前記クランク角センサが前記第２歯端部を検出することに応じ発生する前記パルス出力の前記第２パルス端部を検出した場合に、前記内燃機関に対するアクセル開度の変化量が所定値以下又は前記内燃機関の回転数の変化量が所定値以下であるときには、前記第２クランク処理を実行する一方で、前記アクセル開度の前記変化量が前記所定値を越えるか又は前記回転数の前記変化量が前記所定値を越えるときには、前記第２クランク処理を実行しないことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の内燃機関制御装置。
7. 前記制御部は、前記内燃機関の１サイクル中で、前記第１クランク処理を、前記第２クランク処理の実行回数よりも多い実行回数で実行することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関制御装置。
8. 前記制御部は、前記第１クランク処理で、前記クランク軸の角度基準位置の検出を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の内燃機関制御装置。