JP6717185B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、クランク信号の一時的な遮断を検出する技術に関する。

クランクシャフトの回転に伴い所定の角度間隔で発生するクランク信号において、信号の欠落部が示すクランクシャフトの基準回転位置に基づいて、クランクシャフトの回転位置を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１の技術によると所定の角度間隔で発生するクランク信号中の信号のエッジ間隔に所定の係数を乗算した値よりも信号のエッジ間隔が大きくなっている箇所を、欠落部として検出している。

特開２００７−２０５２４２号公報

クランク信号は、クランク信号を出力するクランクセンサの一時的な異常、あるいは信号線の接触不良等により、欠落部以外のクランクシャフトの回転位置でクランク信号が一時的に遮断されることがある。この場合、特許文献１の技術のように、クランク信号中の信号のエッジ間隔を比較して欠落部を検出すると、一時的に信号が遮断される箇所を欠落部と誤判定することがある。

その結果、欠落部が示すクランクシャフトの基準回転位置がずれるので、クランクシャフトの回転位置に基づいて適正なエンジン制御を行えなくなるという問題がある。
本開示は、クランク信号の一時的な遮断を欠落部と誤判定することを抑制する技術を提供する。

本開示の一態様は、欠落検出部（Ｓ４０４〜Ｓ４０８）と、インターバル取得部（Ｓ４１４、Ｓ４１６）と、遮断判定部（Ｓ４１８、Ｓ４２０）と、を備える。
欠落検出部は、クランクシャフトの回転に伴い所定の角度間隔で発生するクランク信号において、予測されるクランクシャフトの基準回転位置に基づいて、基準回転位置を示す信号の欠落部を検出する。

インターバル取得部は、所定の角度間隔の倍数で表される基準角度間隔毎に、基準角度間隔のインターバル時間を取得する。遮断判定部は、インターバル取得部が取得するインターバル時間に基づいて、クランク信号が一時的に遮断されているか否かを判定する。

この構成によれば、欠落検出部は、予測されるクランクシャフトの基準回転位置に基づいて欠落部を検出するので、基準回転位置だと予測される回転位置以外でクランク信号が一時的に遮断されて欠落しても、欠落部として検出しない。これにより、基準回転位置以外でクランク信号が一時的に遮断された箇所を、欠落部と誤判定することを抑制できる。

クランク信号が一時的に遮断されているか否かの判定は、インターバル取得部が取得するインターバル時間に基づいて行われる。
尚、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

本実施形態によるエンジン制御システムを示すブロック図。 エンジン始動時と始動後における欠落部の検出を示すタイムチャート。 クランク信号の欠落部検出処理と遮断判定処理とを示すフローチャート。 クランク信号遮断時のエンジン制御を示すフローチャート。 クランク位置と位置情報との対応を示す図。 クランク信号の一時的な遮断を示すタイムチャート。

以下、本開示の実施形態を図に基づいて説明する。
［１．構成］
図１に示すエンジン制御装置１０は、図示しないガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関に対するエンジン制御を実行する。エンジン制御装置１０は、波形整形部２０と、マイクロコンピュータ３０とを備えている。以下、マイクロコンピュータをマイコンとも言う。

クランクセンサ２は、図示しないクランクシャフトとともに回転するクランクロータがクランクシャフトの回転方向に沿って所定の角度間隔毎に有するクランク歯を検出し、図２に示すようにクランク歯毎にパルス状のクランク信号を出力する。本実施形態では、クランク歯は６°ＣＡ毎に設置されている。ＣＡはCrank Angleの略である。

クランクロータには、クランクシャフトの基準回転位置を検出するために、クランク歯が連続して設置されていない欠歯部が形成されている。クランクセンサ２は、欠歯部においてクランク信号のパルスを出力しない。クランク信号において、欠歯部のためにパルスが出力されない箇所を欠落部と言う。本実施形態では、欠歯部として４個のクランク歯が設置されていないので、図２に示す欠落部２００の前後のクランク信号のパルスの角度間隔は３０°ＣＡである。

カムセンサ４は、図示しないカムシャフトとともに回転するカムロータがカムシャフトの所定の回転角度位置に有するカム歯を検出してカム信号を出力する。エンジン制御装置１０は、クランク信号とカム信号とに基づき気筒判別を行う。

波形整形部２０は、クランクセンサ２とカムセンサ４とが出力するアナログ信号を波形整形し、ハイレベルとローレベルとに変化するパルスを出力する。
マイコン３０は、ＣＰＵ３２と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ３４とにより主に構成されている。以下、半導体メモリを単にメモリとも言う。尚、エンジン制御装置１０を構成するマイコン３０の数は一つでも複数でもよい。

また、マイコン３０は、クランク信号のパルス毎に図示しないクランクカウンタの値を＋１する。また、マイコン３０は、欠落部を検出する毎に、欠落部が示す基準回転位置に対応する値をクランクカウンタに設定する。クランクカウンタのカウント値は０〜５９である。クランクカウンタの値は、５９になると０に戻される。

エンジン制御装置１０の各種機能は、ＣＰＵ３２が非遷移的実体的記録媒体に記憶されているプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ３４が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。このプログラムをＣＰＵ３２が実行することで、プログラムに対応する方法が実行される。

エンジン制御装置１０の各種機能を実現する手法は、ソフトウェアに限るものではなく、その一部または全部の要素を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いてもよい。

エンジン制御装置１０は、クランク信号のパルス毎に、パルス間のインターバル時間に基づいてクランク信号よりも周期の短い制御信号を生成する。エンジン制御装置１０は、生成した制御信号に基づいて高精度なエンジン制御を実行する。また、エンジン制御装置１０は、クランク信号の基準角度間隔である３０°ＣＡ毎に、設定されたエンジン制御を実行する。

［２．処理］
（１）クランク信号正常時
マイコン３０は、クランク信号のパルス毎に、図３のフローチャートが示す処理を実行する。

Ｓ４００においてマイコン３０は、欠落部２００を検出済みであるか否かを判定する。エンジンの始動時には、欠落部２００はまだ検出されていない。Ｓ４００の判定がＹｅｓであり、欠落部２００を検出済みの場合、Ｓ４０２においてマイコン３０は、クランクカウンタを＋１して処理をＳ４０４に移行する。

Ｓ４００の判定がＮｏであり、欠落部２００をまだ検出していない場合、マイコン３０は、エンジン始動時のためにクランクシャフトの回転位置がまだ確定していないので、クランクカウンタの値を設定せず、処理をＳ４０４に移行する。以下、クランクシャフトの回転位置をクランク位置とも言う。

Ｓ４０４においてマイコン３０は、エンジン始動時で欠落部２００をまだ検出していない場合には図５の上側の対応テーブル、エンジン始動後で欠落部２００を検出済みの場合には図５の下側の対応テーブルに基づいて、欠落部２００の検出処理を実行するクランク位置であるか否かを判定する。

エンジン始動時には、クランク信号が示すクランク位置が決定されていないので、図５の上側の対応テーブルに示すように、クランク位置の位置情報には１が設定されている。また、クランク位置として、図５の上側の対応テーブルが示すように６０が設定されている。

クランク信号の位置情報として１が設定され、クランク位置として６０が設定されている組み合わせは、信号処理として欠落部２００を検出する６°ＣＡ処理を実行することを表している。

欠落部２００を検出済みの場合、クランク位置には、図５の下側の対応テーブルが示すように、欠落部２００において欠落している４個のパルスを含め、０〜５９の数字が設定されている。

さらに、本実施形態では、クランク位置の位置情報として、１、２、３、４、５の５個の値が設定されている。１〜５のいずれかを示すｎは、今回検出したクランク信号のパルスからｎ個目のパルスを検出すると、信号処理として３０°ＣＡ処理を実行することを表している。６°ＣＡ処理は、後述するように、今回検出したクランク信号のパルスからｎ個目のパルスを検出しても、欠落部２００と予測される基準回転位置の周辺以外のクランク位置では実行されない。

図５の下側の対応テーブルにおいて、次に欠落部２００になると予測されるクランク位置の手前、つまり４０が示すクランク位置では、位置情報は５ではなく４に戻る。そして、４から順次−１されて４３が示すクランク位置で位置情報が１になると、欠落部２００の終了直後の５０の手前の４９が示すクランク位置まで、位置情報として１が設定されている。

これにより、マイコン３０は、欠落部２００の手前の４４が示すクランク位置から欠落部２００の直後の５０が示すクランク位置までの間のクランク信号のパルス毎に、欠落部２００であるか否かを判定する６°ＣＡ処理を実行することを決定する。実際には、欠落部２００にはパルスが存在しないので、欠落部２００を既に検出済みの場合に６°ＣＡ処理が実行されるのは、４４、４５、５０のクランク位置だけである。

欠落部２００を検出済みの場合、クランクカウンタには、クランク位置に対応した値が設定されている。したがって、マイコン３０は、図５の下側の対応テーブルにおいて、クランクカウンタの値と同じクランク位置と、クランク位置に対応する位置情報とを参照して、６°ＣＡ処理を実行するクランク位置であるか否かを判定する。

Ｓ４０４の判定がＮｏであり、欠落部２００を検出するクランク位置ではない場合、マイコン３０は処理をＳ４１２に移行する。
Ｓ４０４の判定がＹｅｓであり、欠落部２００を検出するクランク位置の場合、マイコン３０は、欠落部２００を検出するまで、Ｓ４０６、Ｓ４０８において６°ＣＡ処理を実行する。

具体的には、Ｓ４０６においてマイコン３０は、前回のクランク信号のパルスと今回のクランク信号のパルスとのインターバル時間をフリーランカウンタから取得する。フリーランカウンタは、例えば、クランク信号の最小の周期よりも遙かに短い周期のマイコン３０のクロック毎にカウントアップする。

そして、Ｓ４０８においてマイコン３０は、前回取得したクランク信号のパルス間のインターバル時間よりも、今回取得したクランク信号のパルス間のインターバル時間の方が、例えば２．５倍以上長いか否かに基づいて、欠落部２００であるか否かを判定する。

マイコン３０は、前回取得したクランク信号のパルス間のインターバル時間よりも、今回取得したクランク信号のパルス間のインターバル時間の方が２．５倍以上長い場合、欠落部２００であると判定する。Ｓ４０８の判定がＮｏであり、欠落部２００ではない場合、マイコン３０は処理をＳ４０６に戻す。

Ｓ４０８の判定がＹｅｓであり、欠落部２００を検出すると、Ｓ４１０においてマイコン３０は、クランクカウンタの値を５０に設定する。５０が示すクランク位置は、クランクシャフトの基準回転位置を表している。このように、今回欠落部２００を検出してクランクカウンタに基準回転位置を表す５０を設定することにより、次回検出する欠落部２００の基準回転位置を予測できる。

これにより、例えばクランクセンサ２がクランク歯を途中で１個検出できず、クランクカウンタの値と実際のクランク位置とが一致していない場合にも、欠落部２００が検出されるとクランクカウンタに正しいクランク位置を示す値が設定される。

Ｓ４１２においてマイコン３０は、クランクカウンタの値が５で割り切れるか否かに基づいて、クランクカウンタの値が基準角度間隔の位置を示しているか否かを判定する。クランクカウンタの値が５で割り切れるので、基準角度間隔は３０°ＣＡである。

マイコン３０は、クランクカウンタの値が５で割り切れる場合、クランクカウンタの値が基準角度間隔のクランク位置を示していると判定し、クランクカウンタの値が５で割り切れない場合、クランクカウンタの値が基準角度間隔のクランク位置を示していないと判定する。

Ｓ４１２の判定がＮｏであり、クランクカウンタの値が基準角度間隔のクランク位置を示していない場合、マイコン３０は本処理を終了する。
Ｓ４１２の判定がＹｅｓであり、クランクカウンタの値が基準角度間隔のクランク位置を示している場合、Ｓ４１４においてマイコン３０は、前回の３０°ＣＡ処理で今回の３０°ＣＡのインターバル時間としてフリーランカウンタが計測した３０°ＣＡのインターバル時間を、前回の３０°ＣＡのインターバル時間として設定し更新する。

Ｓ４１６においてマイコン３０は、今回の３０°ＣＡ処理でフリーランカウンタが計測した３０°ＣＡのインターバル時間を取得し、今回の３０°ＣＡのインターバル時間として設定し更新する。

Ｓ４１８においてマイコン３０は、次のＳ４２０の処理において次式（１）で使用する係数をエンジン回転数に基づいて設定する。
前回取得した３０°ＣＡのインターバル時間×係数
＜今回取得した３０°ＣＡのインターバル時間 ・・・（１）
式（１）の係数は、エンジン回転数に対してエンジン回転数の変動率が大きくなるエンジン回転数が低くなるほど大きく設定される。これは、エンジン回転数が低くなり、エンジン回転数の変動率が大きくなるほど、基準角度間隔のインターバル時間の変動率が大きくなるからである。

Ｓ４２０においてマイコンは、式（１）が成立するか否か、つまり、今回取得した３０°ＣＡのインターバル時間が、前回取得した３０°ＣＡのインターバル時間に係数を乗算した時間よりも大きいか否かを判定する。Ｓ４２０の判定がＮｏであり、式（１）が成立しない場合、マイコン３０は本処理を終了する。

Ｓ４２０の判定がＹｅｓであり、式（１）が成立する場合、マイコン３０は、図６に示すように、クランク信号が一時的に遮断されたと判定する。クランク信号が一時的ではなく、断線等により遮断される異常は、別の異常検出処理により検出される。

クランク信号が遮断されず正常な場合には、クランク信号が一時的に遮断されたか否かが判定されるのは、クランクカウンタの値が５で割り切れるとき、位置情報としては５のときである。これに対し、クランク信号が一時的に遮断される場合には、遮断状態から復帰するまでクランクカウンタは更新されず、対応する位置情報も更新されない。

したがって、図６において位置情報の３からクランク信号が遮断される場合には、遮断から復帰したクランク信号のパルスに対応するクランクカウンタの値は遮断前の値から＋１され、位置情報は３である。その結果、遮断から復帰してクランク信号が一時的に遮断されたか否かが判定されるクランク位置は、クランク信号が正常なときに対してずれるこがある。

クランク信号が一時的に遮断される原因として、例えば以下のことが考えられる。
（１）クランクセンサ２とエンジン制御装置１０とを接続する信号線が切れかけているか、信号線の接触不良等で信号が一時的に遮断される。

（２）クランクセンサ２が壊れかけており、クランク信号が一時的に出力されない。
（３）クランクセンサ２への電力供給が一時的に遮断される。
（４）クランクセンサ２とエンジン制御装置１０とを接続する信号線をエンジン制御装置１０に接続するコネクタとエンジン制御装置１０のターミナルとの接触不良により、クランク信号が一時的に遮断される。

Ｓ４２２においてマイコン３０は、クランク信号が一時的に遮断された異常時の処理を実行する。Ｓ４２２の処理については、以下に説明する。
（２）クランク信号異常時
図４のフローチャートに基づいて、図３のＳ４２２で実行される処理を説明する。

Ｓ４３０においてマイコン３０は、カム信号が正常であるか否かを判定する。カム信号がハイレベルまたはローレベルで変化しないか、あるいはカム信号のレベルがカムセンサ４の出力範囲から外れている場合、マイコン３０はカム信号が異常であると判定する。

Ｓ４３０の判定がＮｏであり、カム信号が異常の場合、Ｓ４３２においてマイコン３０は、クランク信号とカム信号との両方が異常であるからエンジン制御を正常に実行できないと判断し、インジェクタからの燃料噴射を停止するなどして、エンジンを停止させる。

Ｓ４３０の判定がＹｅｓであり、カム信号が正常の場合、Ｓ４３４においてマイコン３０は、例えば公知の技術として、カム信号の信号間隔に基づいてクランク信号の角度間隔を表す擬似のクランク信号を生成する。そして、エンジン制御装置１０は、生成した擬似のクランク信号に基づいてエンジン制御を実行する。

［３．効果］
以上説明した上記実施形態によると、以下の効果を得ることができる。
（１）エンジン制御装置１０は、クランクカウンタが示すクランク位置とクランク位置の位置情報との対応関係に基づいて、クランク信号の欠落部２００と予測されるクランクシャフトの基準回転位置の周辺以外のクランク位置では、欠落部２００の検出処理を実行しない。これにより、欠落部２００と予測される基準回転位置の周辺以外のクランク位置でクランク信号が一時的に遮断されても、欠落部２００と誤判定することを抑制できる。

（２）クランク信号のパルス毎に欠落部２００の検出処理を実行するのではなく、欠落部２００と予測される基準回転位置の周辺のクランク位置のパルスを検出すると、欠落部２００の検出処理を実行する。これにより、欠落部２００の検出に要する処理負荷を低減できる。

（３）前回取得した３０°ＣＡのインターバル時間に係数を乗算した時間と、今回取得した３０°ＣＡのインターバル時間とを比較してクランク信号の一時的な遮断を判定するときに、エンジン回転数に基づいて係数を設定する。例えば、クランク信号のパルス間のインターバル時間が変動しやすいエンジン回転数が低いときに係数を大きくする。

これにより、エンジン回転数の変動により３０°ＣＡのインターバル時間が増加することを、クランク信号の一時的な遮断と誤判定することを抑制できる。
（４）欠落部２００の判定と、クランク信号の一時的な遮断の判定とをマイコン３０によるソフトウェア処理で実行するので、欠落部２００の判定と、クランク信号の一時的な遮断の判定とをマイコンのハードウェアで実行する場合に比べ、判定用の閾値等をマイコンがレジスタに設定する処理を省略できる。

以上説明した上記実施形態において、エンジン制御装置１０がエンジン制御装置に対応し、欠落部２００が欠落部に対応する。
また、Ｓ４０４〜Ｓ４０８が欠落検出部の処理に対応し、Ｓ４１２〜Ｓ４１６がインターバル取得部の処理に対応し、Ｓ４１８、Ｓ４２０が遮断判定部の処理に対応する。

［４．他の実施形態］
（１）クランク位置とクランク位置の位置情報との組み合わせに基づいて、欠落部２００と予測される基準回転位置の周辺以外のクランク位置で欠落部２００を検出しないようにするのであれば、位置情報は、上記実施形態で説明した数字に限らず、欠落部２００の検出許可、検出禁止を示すフラグでもよい。

（２）上記実施形態では、欠落部の前後のクランク信号の角度間隔が、エンジン制御を実行する基準角度間隔である３０°ＣＡと一致しているが、欠落部の角度間隔は基準角度間隔と異なっていてもよい。

（３）上記実施形態では、前回取得した３０°ＣＡのインターバル時間に係数を乗算した時間と、今回取得した３０°ＣＡのインターバル時間とを比較してクランク信号の一時的な遮断を判定している。これに対し、前回取得した３０°ＣＡのインターバル時間と今回取得した３０°ＣＡのインターバル時間との比率に基づいて、クランク信号の一時的な遮断を判定してもよい。

（４）エンジン回転数と計測した３０°ＣＡのインターバル時間の変動とに基づいて、式（１）で使用する係数を適宜修正してもよい。
（５）上記実施形態における一つの構成要素が有する複数の機能を複数の構成要素によって実現したり、一つの構成要素が有する一つの機能を複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を一つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される一つの機能を一つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。尚、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（６）上述したエンジン制御装置の他、当該エンジン制御装置を構成要素とするエンジン制御システム、当該エンジン制御装置としてコンピュータを機能させるためのエンジン制御プログラム、このエンジン制御プログラムを記録した記録媒体、エンジン制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

２：クランクセンサ、４：カムセンサ、１０：エンジン制御装置、２００：欠落部

Claims (7)

1. クランクシャフトの回転に伴い所定の角度間隔で発生するクランク信号において、予測される前記クランクシャフトの基準回転位置に基づいて、前記基準回転位置を示す信号の欠落部を検出する前記クランクシャフトの複数の検出回転位置を設定し、前記検出回転位置のいずれかで前記欠落部を検出すると、前記欠落部を検出した前記検出回転位置を前記基準回転位置として設定する欠落検出部（Ｓ４０４〜Ｓ４０８）と、
   前記所定の角度間隔の２倍以上の倍数で表される基準角度間隔毎に、前記基準角度間隔のインターバル時間を取得するインターバル取得部（Ｓ４１４、Ｓ４１６）と、
   前記インターバル取得部が取得する前記インターバル時間に基づいて、前記クランク信号が一時的に遮断されているか否かを判定する遮断判定部（Ｓ４１８、Ｓ４２０）と、
   を備えるエンジン制御装置（１０）。
2. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   前記欠落検出部は、今回検出した前記欠落部の回転位置に基づいて、次回検出する前記欠落部の前記基準回転位置を予測する、
   エンジン制御装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジン制御装置において、
   前記インターバル取得部は、フリーランカウンタから前記インターバル時間を取得する、
   エンジン制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン制御装置において、
   前記遮断判定部（Ｓ４２０）は、前記インターバル取得部が前回取得した前記インターバル時間に所定の係数を乗算した時間よりも、前記インターバル取得部が今回取得した前記インターバル時間が長い場合、前記クランク信号が一時的に遮断されていると判定する、
   エンジン制御装置。
5. 請求項４に記載のエンジン制御装置において、
   前記遮断判定部（Ｓ４１８）は、エンジン回転数に応じて前記係数を設定する、
   エンジン制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジン制御装置において、
   前記欠落検出部は、前記基準回転位置を基準として前記クランク信号のそれぞれが示す前記クランクシャフトの回転位置と、前記クランクシャフトの回転位置に対応して設定される位置情報とに基づいて、前記欠落部の検出を実行するか否かを決定する、
   エンジン制御装置。
7. 請求項６に記載のエンジン制御装置において、
   前記欠落検出部は、前記クランクシャフトの回転位置と前記クランクシャフトの回転位置に対応する前記位置情報とに基づいて、前記欠落部の手前から前記欠落部の検出を開始する、
   エンジン制御装置。

Images