JPS6325180B2

JPS6325180B2 -

Info

Publication number: JPS6325180B2
Application number: JP57079227A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Kanegae; Katsunori Oshiage; Akio Hosaka; Akito Yamamoto
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1988-05-24
Also published as: JPS58197452A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は内燃機関の点火装置と燃料噴射弁とを
制御する電子制御装置に関し、特にクランク角セ
ンサ故障時の点火機能及び燃料噴射機能維持技術
に関する。

従来の電子制御装置としては、例えば第１図に
示すごときものがある（その他特開昭55−160132
号や特開昭55−137361号等）。

第１図において、制御回路１は、CPU２、入
出力インタフエース３、RAM４及びROM５か
らなるマイクロコンピユータで構成されている。

またクランク角センサ６は、内燃機関のクラン
ク軸と連動し、クランク軸が単位角度（例えば
1゜）回転する毎に単位角信号S₁を出力し、また気
筒数に応じて定まる基準角度（４気筒の場合は
180゜、６気筒の場合は120゜）回転する毎に基準角
信号S₂を出力する。

制御回路１は、上記の単位角信号S₁、基準角信
号S₂及び機関回転速度に対応した回転数信号S₃、
吸入空気量に対応した吸気量信号S₄を入力し、所
定の演算を行なつて所定の点火時期に低レベルと
なる点火信号S₅を出力する。

この点火信号S₅が低レベルになるとトランジス
タ７がオフになり、そのとき点火コイル８の２次
側に発生した数十kVの高電圧が、デイストリビ
ユータ９を介して各気筒毎に設けられた点火プラ
グ１０Ａ〜１０Ｆ中の点火に該当しているものに
与えられ、その点火プラグで火花放電が発生して
当該気筒で点火が行なわれる。

制御回路１における演算は次のようにして行な
われる。

制御回路１内のROM５には、例えば第２図に
示すごとき最適進角値が回転数と吸入空気量との
関数として記憶されている。

制御回路１は、基準角信号S₂が入力する毎に、
その時の回転数信号S₃と吸気量信号S₄とに応じた
最適進角値を上記のROM５から読み出し、かつ
基準角信号S₂が入力した時点から入力する単位角
信号S₁の数を計数し、基準角信号S₂と上死点との
差から上記の最適進角値を減算した値に単位角信
号S₁の計数値が一致したとき、すなわち上死点か
ら最適進角値だけ進角した時点で点火信号S₅を出
力する。

例えば基準角信号S₂が上死点前70゜で出力され、
最適進角値が上死点前30゜であるとすれば、70−
30＝40であるから、基準角信号S₂が入力した時点
から単位角信号S₁を40個計数した時点が最適点火
時期に一致していることになる。

また制御回路１は、次のごとき演算によつて燃
料噴射量を算出する。

すなわち、吸気量信号S₄やその他の図示しない
水温信号、スタータ信号、アイドル信号等の機関
動作状態を示す各種の信号を入力し、それらの値
に応じて燃料噴射量を算出する。

そして基準角信号S₂に同期して、上記の算出結
果に対応したデユーテイ（パルス巾）をもつ噴射
パルスS₆を出力する。

この噴射パルスS₆は、例えば６気筒機関でクラ
ンク軸１回転につき１回噴射する場合は、基準角
信号S₂が３個入力する毎に出力される。

上記の噴射パルスS₆が高レベルの間は、燃料噴
射駆動回路を構成すトランジスタ１１がオンにな
り、燃料噴射弁１２が開弁して機関に燃料を噴射
する。

燃料噴射弁１２に印加される燃料圧力は、常に
一定になつている。したがつて一回の噴射量は、
開弁時間すなわち噴射パルスS₆のデユーテイに対
応した値となる。

なお上記の燃料噴射量は例えば下記(1)式によつ
て算出される。

燃料噴射量Ti ＝T_P×Ｃ＋T_S＝（ＫＱ／Ｎ）×Ｃ＋T_S ……(1) ただし T_P……基本噴射量＝ＫＱ／ＮＣ＝各種補正係数 T_S＝電圧補正分Ｋ…機関の種類による定数Ｑ…吸入空気量Ｎ…機関の回転速度また上記の回転速度Ｎは、通常、クランク角セ
ンサ６から与えられる単位角信号S₁を計数するこ
とによつて算出する。

上記のように従来の電子制御装置においては、
クランク角センサ６から与えられる単位角信号S₁
と基準角信号S₂とに基づいて点火時期、燃料噴射
量の演算及び燃料噴射のタイミング制御が行なわ
れていた。そのためクランク角センサが故障して
その信号が得られなくなると、ただ一個のセンサ
の故障のために内燃機関が全く動作しなくなつて
しまうという問題があつた。

上記の問題を解決するため、クランク角センサ
を二重に備え、一方が故障しても他方のクランク
角センサで動作させるという方法も考えられるが
クランク角センサを二重に備えるとコストが大巾
に上昇し、また取付けスピースの問題等もあつて
現実的な解決策ではない。

本発明の上記の問題を解決するためになされた
ものであり、クランク角センサが故障した場合で
も支障なく点火動作及び燃料噴射を行なうことの
出来る電子制御装置を提供することを目的とす
る。

上記の目的を達成するため本発明においては、
クランク角センサの信号が出力されなくなつた場
合にクランク角センサが故障したものと判定し、
その場合には、クランク角センサの信号以外の運
転状態信号（例えば吸気量信号S₄）から機関の回
転速度を検出し、その値に対応した周波数の信号
を点火信号及び噴射パルスの代りとするように自
動的に切換えるように構成している。

上記のように構成したことにより、クランク角
センサが故障した場合でも、広い回転範囲にわた
つて安定した運転を行なうことが可能となる。

以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する。

第３図は本発明の一実施例図であり、第１図と
同符号は同一物を示す。

第３図において、クランク角センサ６が故障す
ると、単位角信号S₁と基準角信号S₂とのいずれか
一方又は両方が出力されなくなる。

この現象をCPU２で判定し、故障時に高レベ
ルとなる切換信号S₁₂を出力する（故障判定の詳
細は後述）。

一方、電圧制御発振器１７，１８は、機関の回
転速度に対応した電圧信号S₈，S₉（詳細後述）に
応じた周波数のパルス信号S₁₀，S₁₁を出力する。

また選択回路１９，２０は、クランク角センサ
６が故障して本来の点火信号S₅をと噴射パルスS₆
とが出力されなくなつた場合に、パルス信号S₁₀
を点火信号S₁₃として出力し、またパルス信号S₁₁
を噴射パルスS₁₄として出力するための回路であ
り、例えば第４図に示すごとき構成を有してい
る。

第４図において、３４及び３５はアンド回路、
３６はオア回路である。

切換信号S₁₂が低レベル（正常時）の場合には、
アンド回路３５の出力は常に低レベルであり、ア
ンド回路３４の出力は本来の点火信号S₅と同一に
なる。したがつてオア回路３６の出力すなわち点
火回路のトランジスタ７に与えられる点火信号
S₁₃は本来の点火信号S₅と同一になる。

一方、故障時に切換信号S₁₂が高レベルになる
と、前記とは逆にパルス信号S₁₀が点火信号S₁₃と
して出力されることになる。

噴射パルスも上記と同様に、正常時は本来の噴
射パルスS₆が出力され、故障時には、パルス信号
S₁₁が噴射パルスS₁₄として出力される。

また電圧制御発振器１７，１８は、例えば第５
図に示すごとき構成を有しており、電圧信号S₈又
はS₉の電圧値に対応した周波数のパルス信号S₁₀
又はS₁₁を出力する。なお第５図において、３７
は集積回路であり、例えばシグネテイクス社製の
タイマ用ICのNE555である。

次に、パルス信号S₁₀とSS₁₁とについて詳細に
説明する。

まず故障時に点火信号S₁₃として用いられるパ
ルス信号S₁₀について説明する。

このパルス信号S₁₀のパルス巾（高レベルの巾）
は、いずれの場合でも約2ms程度であり、これは
点火コイル８に通電すべき時間（ドウエル時間）
の最小限の値（これ以下にすると点火エネルギー
が不足する）に合せて設定する。

前記のごとく、クランク角センサ６が故障し、
パルス信号S₁₀が点火信号S₁₃として点火装置に与
えられた場合の点火の状態を第６図に示す。

第６図イは４サイクル６気筒機関の場合におけ
る各気筒の行程関係図、ロは各気筒の点火タイミ
ングの関係図、ハは一つの気筒の行程と点火タイ
ミングとの関係図である。

ハから判るように、デイストリビユータのロー
タ電極の取付け方によつて多少の差はあるが、各
気筒の圧縮上死点（TDC）前約60℃から圧縮上
死点後約30゜の間すなわちクランク角で約120゜の
範囲で点火プラグに火花放電が生じることにな
る。

そしてパルス信号S₁₀の周波数が例えば300Hzの
場合には、機関の回転速度が600rpmのとき10回、
300rpmのとき２回、火花放電が生じる。

回転速度が低い時は、上記のように一定クラン
ク角当りの火花放電の密度が高いので、TDCか
らかなり進角した位置で点火（混合気爆発）する
確率が高いが、低負荷では別段支障はない。

しかし高負荷の場合には、あまり進角した位置
で点火すると過度のノツキングが発生し、機関を
損傷するおそれがある。

それを防止するためには、一定クランク角当り
の火花放電の密度を機関の回転速度に拘りなく、
常に適当な値に保つことが必要である。

すなわち、一定クランク角当りの火花放電の密
度は、上死点の前後120゜の間に５〜10回程度が適
当であると考えられるが、機関の回転速度に拘り
なく、常に上記の密度で火花放電を行なわせるた
めには、パルス信号S₁₀の周波数を回転速度に比
例して変化させることが必要である。

次に故障時に噴射パルスS₁₄として用いられる
パルス信号S₁₁について説明する。

パルス信号S₁₁としては、基本的には一定周期、
一定デユーテイ（パルス巾一定）のパルス信号で
もよい。

しかし一定周期、一定デユーテイのパルス信号
を噴射パルスとして用いると、内燃機関の動特性
に対応できないので、不十分な制御になつてしま
う。

すなわち、デユーテイが一定であると、燃料噴
射量が常に一定になるから、吸入空気量が変化す
るにつれて混合気の空燃比が変動し、機関回転が
不安定になる。

したがつて、少なくともデユーテイを吸入空気
量に応じて変化させることが望ましい。

またデユーテイのみを変化させ、周期を常に一
定にした場合には、次のごとき問題がある。

すなわち、周期を長めに設定すると、内燃機関
の回転速度が大きくなつたときに、燃料の噴射と
噴射との間に、吸入行程が２回以上来てしまい、
燃料が吸入されない気筒が出てしまうので、機関
出力が低下してしまう。

逆に周期を短めに設定すると、低回転、低負荷
でデユーテイ（パルス巾）の小さいときに、パル
ス巾の誤差の割合が大きくなり、そのため空燃比
が変動して機関回転が不安定になるおそれがあ
る。

また現在用いられている通常の燃料噴射弁は、
開弁時間が小さい範囲すなわち駆動パルスのパル
ス巾が小さい範囲では、噴射量とパルス巾が比例
しなくなるので、パルス巾をあまり小さい値にす
ると制御が不正確になる。

上記のごとき問題を解決するためには、パルス
信号S₁₁の周波数を機関の回転速度に応じて変化
させれば良い。

上記のごとく、パルス信号S₁₀とS₁₁は、共に機
関の回転速度に比例してその周波数を変化させれ
ば、良好な制御を行なうことが出来るが、そのた
めには回転速度を検出する必要がある。

しかし回転速度は、通常クランク角センサの単
位角信号S₁から算出しているので、クランク角セ
ンサが故障すると、回転速度も検出不能になるこ
とが多い。

そのためこの場合には、クランク角センサの信
号以外の運転状態を示す信号に基づいて回転速度
を検出する必要がある。

クランク角センサの信号以外から回転速度を検
出するには、次のごとき方法がある。

(イ) 吸入空気量又は吸入負圧に対応した吸気量信
号S₄は、燃料供給量を算定するための最も基本
となる信号であるが、その信号には第７図に示
すごとく、各気筒の吸気弁の開閉に同期した脈
動があり、この脈動の周波数は回転速度に比例
している。したがつて上記の周波数を検出すれ
ば回転速度を知ることが出来る。そのために
は、例えば吸気量信号S₄をハイパスフイルタに
通して脈動分のみを分離したのち、波形整形し
てパルス信号とし、そのパルス信号を一定時間
のあいだカウントして周波数を検出するか、又
はそのパルス信号の入力間隔のあいだに入力す
るクロツクパルスをカウントすることによつて
周期を検出すれば良い。またハイパスフイルタ
で分離した脈動分を増巾し、それを周波数・電
圧変換器に与えて周波数に比例した電圧信号を
求めることも出来る。

(ロ) 電源として用いられるバツテリの電圧には、
第８図に示すごとく、内燃機関によつて駆動さ
れている充電用のオルタネータの交流分のリツ
プルが多少残存しており、そのリツプルの周波
数は回転速度に比例している。したがつてリツ
プルの周波数を検出すれば回転速度を知ること
が出来る。

リツプルの周波数を検出する方法は、前記(イ)
と同様である。

(ハ) 車速Ｖ（通常変速機の出力軸の回転速度から
検出）、変速機の変速比Ｐ及び機関の回転速度
Ｎの間には、Ｖ＝ＫＮ／Ｐ（Ｋは定数）の関係があり、かつ変速比Ｐの値は変速機の変速位置に応
じて定まつている。したがつて車両が走行してい
る場合には、車速と変速位置から機関の回転速度
を算出することが出来る。

(ニ) ニツクセンサ機関の振動を検出することによ
つてノツク状態を検出するもの）の信号の振巾
は、通常、機関の回転速度が大きくなるに従つ
て増大する。

したがつてノツクセンサの振巾からも大体の
回転速度を検出することが出来る。

また気筒内圧センサを備えている場合は、そ
の信号の周波数が回転速度に比例しているの
で、それからも回転速度を検出することが可能
である。

上記(イ)〜(ニ)に記したごとく、クランク角センサ
以外で通常用いられている各種の信号からも機関
の回転速度を検出することが可能である。

そして上記のごとき方法で検出した回転速度に
対応してパルス信号S₁₀，S₁₁の周波数を変化（回
転速度大で周波数大）させてやれば、常に良好な
制御を行なうことが出来る。

第３図の実施例においては、上記の(イ)を用いた
場合を例示している。

すなわち、吸気量信号S₄バイパスフイルタ１３
と増巾器１４に与えて脈動分の信号S₇を作り、そ
れを周波数・電圧変換器１５，１６に与えて、脈
動の周波数すなわち回転速度に比例し、かつ点火
と燃料噴射とのそれぞれに適応した値の電圧信号
S₈，S₉を作り、それらの電圧信号S₈，S₉によつて
電圧制御発振器１７，１８を制御するように構成
している。

次に、クランク角センサ６の故障は、恒久的に
故障する場合もあるが、時々故障するということ
もある。このような故障の場合における故障個所
の発見は非常に難しい。

したがつてクランク角センサ６の故障が判別さ
れてパルス信号S₁₀，S₁₁に切換えられた場合は、
その履歴を記憶しておくことが望ましい。

そのため第３図の実施例においては、不揮発性
メモリ２１を用いてクランク角センサ６が故障し
たことを記憶させておき、それによつてサービス
工場等でクランク角センサの故障発見を容易に行
なうことが出来るように構成している。

なおメモリとして不揮発性のものを用いたの
は、電源がオフ（機関停止時）になつたとき記憶
内容が消去してしまうのを防止するためであり、
不揮発性メモリ２１としては、メモリ自体が不揮
発性のRAMを用いるか、又はバツテリバツクア
ツプ方式（常に電圧を印加しておく方式）を用い
てもよい。

次に、本発明を適用した車両においては、クラ
ンク角センサ６が故障しても一応の走行が可能で
あるため、運転者が故障に気付かない場合もある
また本発明の方式では、一応の運転は可能である
が、完全に正常な運転が行なわれる訳ではないか
ら、その状態で長時間運転を継続すると機関を損
傷するおそれもある。

そのため第３図の実施例においては、トランジ
スタ３２と警報ランプ３３とを設け、クランク角
センサ６が故障して切換信号S₁₂が高レベルにな
ると、警報ランプ３３を点火させて故障発生を表
示するように構成している。

なお警報ランプ３３の代りにブザー等の発音器
を用いてもよい。

次に、クランク角センサが故障した場合に、内
燃機関の出力を一定値以下に制限する手段を設け
れば、機関の保護と故障発生警報とを兼用させる
ことが出来る。

前記のごとく、本発明によれば、クランク角セ
ンサ故障時でも一応の運転は出来るが、完全に正
常な運転ではないので、あまり高負荷の運転を継
続すると、機関を損傷するおそれがある。

したがつてクランク角センサが故障した場合
は、機関出力を一定値以下に制限して、高負荷運
転が出来ないようにした方が良い。

具体的には、クランク角センサが故障して切換
信号S₁₂が高レベルになつた場合には、機関回転
速度、車速、吸入空気量等の機関出力に関連する
量が一定値以上になつたとき、燃料噴射又は点火
動作を停止させるように構成すれば良い。この演
算はマイクロコンピユータで処理することが出来
る。

また機関出力を一定値以下に制限すると、運転
者がアクセルペダルを操作しても出力がある値か
ら増加しなくなるので、運転者に異常発生を気付
かせることが出来る。そのため特別な警報ランプ
等を設けなくても、故障発生警報を行なうことが
出来、警報器の設置スペースや費用が節約出来る
という効果がある。

次に、第３図の実施例においては、電圧制御発
振器１７，１８と選択回路１９，２０とを特別に
設けた場合と例示したが、上記の両回路の機能を
入出力インタフエース３で兼用させることも出来
る。

すなわち第３図の装置のように、マイクロコン
ピユータを用いた装置においては、入出力インタ
フエース３は種々の用途に対応できるように、汎
用性を持たせた機能のLSIで構成されていること
が多い。

例えば入出力インタフエース３は、第９図に示
すごとく、カウンタ２２、内部クロツクパルスの
発振器２３、モード選択レジスタ２４及びレジス
タ２５〜２８、コンパレータ３１等から構成され
ている。なお２９はCPU２からの信号を伝える
アドレスバス、３０は同じくデータバスである。

上記の入出力インタフエースには、三つの出力
モードがある。

第１のモードMODE１は、外部クロツクと外
部トリガ信号による単安定マルチバイブレータの
モードであり、第２のモードMODE２は、内部
クロツクによる非安定マルチバイブレータのモー
ドである。

また第３のモードMODE３は、内部クロツク、
外部トリガ信号による単安定マルチバイブレータ
のモードである。

本発明の場合には、第９図の回路が点火系用と
噴射系用との二つ備えられているが、両者同一で
あるので便宜上一つだけを示した。なお２３から
３１までの符号は、点火系用の場合はそのまま用
い、噴射系用の場合は同一符号にダツシユをつけ
て区別する。

点火系用の回路においては、通常（正常時）は
第１のモードで動作しており、外部クロツクとし
てクランク角センサ６の単位角信号S₁を用い、外
部トリガ信号として基準角信号S₂を用いている。

そしてカウンタ２２を用いて基準角信号S₂が入
力した時点から後に入力した単位角信号S₁を計数
する。コンパレータ３１はカウンタ２２の計数値
がレジスタ２５に書かれている所定の値に達した
とき高レベルとなり、かつレジスタ２６に書かれ
ている所定の値に達したとき低レベルになるパル
ス信号S₁₃を出力し、それと同時にカウンタ２２
をリセツトする。このパルス信号S₁₃が前記した
正常時の点火信号S₅に相当する。

次にクランク角センサ６が故障して単位角信号
S₁や基準角信号S₂が入力しなくなつた場合は、
CPU２からの信号によつてモード選択レジスタ
２４を書き換えることにより、第２のモードに
し、カウンタ２２は発振器２３から与えられる内
部クロツクパルスを計数し、コンパレータ３１は
カウンタ２２の計数値がレジスタ２７に書かれて
いる値になると低レベル、レジスタ２８に書かれ
ている値になると高レベルになるパルス信号S₁₃
を出力し、同時にカウンタ２２をリセツトする。
このパルス信号S₁₃が前記第３図のパルス信号S₁₀
に相当し、故障時の点火信号となる。

一方、噴射系用の回路においては、通常（正常
時）第３のモードで動作しており、外部トリガ信
号として基準角信号S₂を用い、内部クロツク信号
として発振器２３′のクロツクパルスを用いてい
る。そしてカウンタ２２′を用いて基準角信号S₂
が入力した時点から後のクロツクパルスを計数す
る。

コンパレータ３１′はカウンタ２２′の計数値が
レジスタ２５′に書かれている所定値に達したと
き低レベルになり、かつレジスタ２６′に書かれ
ている所定値に達したとき高レベルになるパルス
信号S₁₄を出力し、同時にカウンタ２２′をリセツ
トする。

このパルス信号S₁₄が正常時の噴射パルスS₆に
相当する。

次にクランク角センサ６が故障して単位角信号
S₁や基準角信号S₂が入力しなくなつた場合は、
CPU２からの信号によつてモード選択レジスタ
２４′を書き換えることにより、第２のモードに
し、レジスタ２７′，２８′に所定の値を書き込ん
で、前記点火系の場合と同様の非安定マルチバイ
ブレータとしての動作を行なわせ、パルス信号
S₁₄を出力する。このパルス信号S₁₄が前記第３図
のパルス信号S₁₁に相当し、故障時の噴射パルス
となる。

上記のように、クランク角センサの故障時には
レジスタ２７，２８又は２７′，２８′に書き込ま
れた値に応じた周波数のパルス信号が出力される
から、入出力インタフエース３に入力される吸気
量信号S₄から回転速度を検出し、その値に応じた
データをレジスタ２７，２８，２７′，２８′に書
き込んでやれば、回転速度に対応した周波数の点
火信号及び噴射パルスを得ることが出来る。

なお、レジスタ２７′，２８′に書き込まれる値
によつて噴射パルスのパルス巾（デユーテイ）も
定まるので、その値を機関の負荷量（例えば吸入
空気量）に応じて変化させれば、常に機関の要求
する最適燃料量を供給することが出来る。

第１０図は上記の動作のフローチヤートであ
る。

第１０図において、FCRはクランク角センサ
故障判別フラグであり、FCR＝１は故障時、
FCR＝０は正常時を示す。またレジスタ２７，
２８の値M₁，N₁及びレジスタ２７′，２８′の値
をM₂，N₂は、それぞれP₆で求めた回転数に応じ
た周波数に相当する値である。

なお第１０図のフローチヤートにおいて、P₃
の判断を設けたのは次の理由による。

すなわち、電源がオン（イグニシヨンキースイ
ツチがオン）にされてからスタータスイツチがオ
ンにされてスタータモータが回転し始めるまでの
間は、機関が回転していないのであるから、クラ
ンク角センサの出力は無く、したがつてクランク
角センサが故障していなくてもP₁はNOになつて
しまう。

そのためP₃の判断を設け、スタータスイツチ
がオン（P₃＝YHS）になつてもクランク角セン
サの出力がない場合（P₁＝NO）に始めてP₄で
FCR＝１にしてクランク角センサが故障したも
のと判断するように構成している。

なお、一旦P₄でFCR＝１になれば、次回の演
算からはP₂がYESになるので、直ちにP₅へ行き、
吸気量信号S₄から回転速度を検出する。

また第１０図の演算は、例えば一定時間毎に繰
返し行なわれる。

また第３図の実施例においては、点火装置と燃
料噴射弁との両方を制御する場合を例示したが、
いずれか一方のみを制御するものでも良い。

次に、前記のクランク角センサ６の故障判定に
ついて詳細に説明する。

第１１図は故障検出手段の基本構成を示すブロ
ツク図である。

第１１図において、エンジン状態信号S₁₅（詳細
後述）は、回転判定手段４０に入力され、エンジ
ンが回転中かどうかが判定される。クランク角セ
ンサ６から出力される単位角信号S₁と基準角信号
S₂とは信号有無判定手段４１に入力され、クラン
ク角センサ６からのパルス信号が出ているかいな
いかが判定される。４０，４１の両手段の判定結
果の信号S₁₆，S₁₇が論理判定手段４２に入力さ
れ、エンジンが回転中にクランク角センサ信号が
出ていなければ、クランク角センサが故障と論理
判定し、そうでなければ故障ではないと判定し、
判定結果信号S₁₈を出力する。この判定結果信号
S₁₈が前記第３図の切換信号S₁₂に相当し、これに
よつて点火や燃料噴射の制御を切換える。

次に第１２図は回転判定手段４０の一実施例図
である。

第１２図において、エアフローメータ４３は、
エンジンに吸入される空気量に応じてポテンシヨ
メータが動作して高圧信号を発する。本例では空
気量が少ない時に高電圧を、多い時に低電圧を発
するこの電圧信号をエンジン状態信号S₁₅として
用いる。コンパレータ４４には抵抗R₁とR₂で決
められた所定電圧が基準電圧として与えられてい
る。従つて、所定値以上の空気量が吸入されてい
る時、即ち、エンジンが所定値以上の回転数の
時、コンパレータ４４の出力すなわち前記の信号
S₁₆は“１”となる。

エンジンが回転している場合には必ず空気が吸
入されているので、これによつてエンジンの回転
判定ができる。

なお、吸入空気量以外に、例えばインテークマ
ニホールドの吸入負圧に応じた電圧を発する圧力
センサの信号の大小を判定しても同様に判定でき
る。また、所定の空気量あるいは吸入負圧以上か
以下かでスイツチングするスイツチ（例えば圧力
スイツチ）を用いてもよい。この場合にはコンパ
レータ４４は不要で、次の論理判定手段４２の特
性に合つたレベルに変換するだけでよい。

なお図示してないが、常識的に、入力信号に乗
る雑音を除去するフイルタ回路などの波形整形回
路が間に入ることもある。

また、アナログ・デイジタル変換回路を有する
マイクロコンピユータを用いたシステムの場合、
デイジタル値に変換し、その大小を判定するプロ
グラムを適用すれば、ハードウエアとしてのコン
パレータは不要になる。

また、吸入空気量あるいは吸入負圧は、エンジ
ンの制御を行なう場合、必須の入力信号であるた
め、クランク角センサの故障検出のために特別な
センサを必要としないというメリツトがある。

次に第１３図は、回転判定手段４０の他の実施
例図である。

第１３図において、４５はカルマン渦を利用し
たエアフロアーセンサで、吸入空気量に応じた周
波数のパルスを発生するセンサである。このパル
ス信号をエンジン状態信号S₁₅として用いる。

このパルス信号が（当然波形整形されて）再ト
リガ可能や単安定マルチバイブレータ４６に入力
される。再トリガ可能な単安定マルチバイブレー
タ４６は例えばモトローラ社製のMC14538で、
パルスが入らなければ出力は“０”であるが、パ
ルスが入つてトリガされると、所定時間の間出力
が“１”になる。出力“１”の間にさらに次のパ
ルスが入ると、そのパルスによつて再度トリガさ
れ、その時から所定時間出力は“１”を続ける。
従つて、パルスが所定の間隔以下の間隔（所定以
上の周波数）で入力されると、出力は“１”を続
けることになる。パルスの周波数は空気量に比例
しているので、所定量以上の空気量かどうか、即
ち、エンジンが回転しているかどうかが判定でき
る。

なお、この場合、入力パルスの周波数あるいは
周期を測定するパルス入力インタフエースを有す
るマイクロコンピユータの場合には、そのパルス
の周波数あるいは周期を測定し、そのデータを所
定値と比較することによつて、エンジンが回転し
ているかどうかをマイクロコンピユータで判定で
きる。

さらに、いわゆる周波数・電圧（FV）変換回
路を用い、変換された電圧をコンパレータやAD
変換後に比較する手段などを用いて判定すること
もできる。

次に第１４図は信号有無判定手段４１の一実施
例図である。

クランク角センサ６からの基準角信号S₂は再ト
リガ可能な単安定マルチバイブレータ４８に入力
され、前述のエアフローセンサ４５のパルスの有
無判定と同様に、基準角信号S₂のパルスが所定の
周波数（例えばエンジン回転20rpm以上に相当）
以上で発生していれば、出力は“１”になるが、
故障してパルスが発生しなくなると“０”にな
る。

単位角信号S₁は別の再トリガ可能な単安定マル
チバイブレータ４７に入力され、同様に（単安定
マルチバイブレータの１トリガに対する出力時間
は本例では基準角信号S₂に対するものの1/60に設
定する）パルスが発生していれば“１”、発生し
ていなければ“０”の出力が得られる。

両出力はNAND回路４９に入力される。両出
力が“１”ならば、即ち、基準角信号S₂と単位角
信号S₁の両方共発生していれば、NAND回路の
出力すなわち前記の信号S₁₇は“０”になる。

どちらか一方の出力が“０”ならば、即ち、基
準角信号S₂と単位角信号S₁のうちのどちらか一方
でも（両方の場合を含めて）発生していないと、
NAND回路の出力S₁₇は“１”になる。

なお前記エアフローセンサ４５の例でも述べた
ように、マイクロコンピユータのインタフエース
を用いて、基準角信号S₂および単位角信号S₁の周
波数、周期を測定して判定したり、FV変換して
判定する方法も適用できる。また、例えば、基準
角信号S₂だけのクランク角センサの場合には当然
その信号だけで判定する。

次に第１５図は論理手段４２の一実施例図であ
り、AND回路５０で構成される。信号S₁₆と信号
S₁₇が両方共“１”の時、即ち、エンジンが所定
回転以上で、基準角信号S₂あるいは単位角信号S₁
のどちらか一方でも発生していない時、判定結果
信号S₁₈は“１”になり、クランク角センサが故
障していることを示す。

信号S₁₆とS₁₇のどちらか一方でも“０”の時
は、判定結果信号S₁₈は“０”になり、クランク
角センサは正常である（あるいは故障しているか
もしれないが信号の発生を必要とされていない）
ことを示す。

上記の結果をまとめると第１６図に示すように
なる。

なお上記の論理判定も当然マイクロコンピユー
タで行なうことが出来る。

次にエンジン状態信号S₁₅について詳細に説明
する。

エンジン状態信号S₁₅としては前述の吸入空気
量や吸入負圧の他に以下のようなものが利用でき
る。

(1) スタータ・モータの作動信号例えば、スタータ・スイツチの開閉信号を用い
る。スイツチが閉じている場合には、スタータ・
モータが作動するので、エンジンは回転するはず
である。従つて、スイツチが閉じていることを、
スタータ・モータにかかる電圧や電流などで検出
し、エンジンが回転していると判定すればよい。
この場合、スイツチが閉じてから実際にエンジン
が所定の回転に達するまでには、エンジンの回転
部分の慣性のため、時間遅れがある。また、エン
ジン回転の検出をスイツチが閉じている間しかで
きないこともあるため、若干の工夫が必要である
が、特別にセンサ類を必要としないというメリツ
トと、始動（クランキング）時に素早く故障検出
ができるというメリツトがある。

第１７図は、スタータ・スイツチ５１の信号を
使う場合の具体的例図である。回転判定手段４０
は抵抗R₃、コンデンサC₁、ダイオードD₁、ツエ
ナーダイオードZD₁で構成されている。

スタータ・スイツチ５１が閉じると、スター
タ・モータ５２が回転し始めると共に、＋12Vの
バツテリ電圧が入力され、R₃とC₁の回路で遅延
され、ZD₁で5Vに波形整形された信号S₁₆が出力
される。即ち、スタータ・スイツチ５１が閉じて
から所定時間遅れで論理レベル“１”になり、エ
ンジンが回転中であることを示す。スイツチ５１
が開くと、ダイオードD₁を介して急速に放電さ
れ、直ちに“０”となる。

信号有無判定手段４１は第１４図と同じで、ク
ランク角センサの信号が無いと信号S₁₇は“１”
になる。

論理判定手段４２は、AND回転５３とセツト
（Ｓ）、リセツト（Ｒ）入力を有するフリツプ・フ
ロツプ５５、インバータ５４で構成される。正常
時にはクランク角センサ信号が発生しているので
信号S₁₇は“０”になり、インバータ５４で反転
されて、リセツト入力Ｒに“１”が入り、フリツ
プ・フロツプ５５のＱ出力すなわち判定結果信号
S₁₈は“０”になる。クランク角センサ６が故障
していると、信号S₁₇は“１”であり、スター
タ・スイツチ５１が閉じて、エンジンが回転して
いるはずの時は、信号S₁₆も“１”になる。

そのためAND回路５３の出力が“１”になる
ので、セツト入力Ｓに“１”が入り、フリツプ・
フロツプ５５のＱ出力は“１”となつて故障であ
ることを示す。スタータ・スイツチが開くと、信
号S₁₆は“０”になり、セツト入力も“０”にな
るが、リセツト入力も“０”なので、Ｑ出力は
“１”に保持され、故障状態である出力が保持さ
れる。その後、クランク角センサ６が正常に復帰
した場合には、リセツト入力が“１”になり、Ｑ
出力が“０”になつて正常であるという出力とな
る。

(2) 油圧信号エンジンが回転している時には、エンジン潤滑
油はオイルポンプによつて加圧されるので圧力が
高くなる。通常の車両には油圧計あるいは油圧警
報ランプが付いており、あらたなセンサを追加し
なくても、これらの回路から信号を取つて、前述
の各例と同様な構成の回転判定手段に入力すれ
ば、エンジン回転中の信号が得られる。

(3) 車速信号車両走行中にはエンジンが回転しているはずで
あるので車速信号からもエンジンの回転を判定で
きる。但し、トランスミツシヨンがニユートラル
の場合や、クラツチが切れている場合には、車速
はゼロでなくてもエンジンが回転していないこと
もある。即ちクランク角センサは正常でも信号が
出ないということもあるので、エンジン回転中と
いう判定の中に、これらの状態を示す信号を入れ
て判定する必要がある。

(4) バツテリ電圧、オルタネータ信号バツテリはエンジンで駆動されるオルタネータ
によつて充電され、充電中は通常よりも高い電圧
になる。従つて、比較器等を用いて、通常レベル
より高いかどうかを判定し、エンジン回転中であ
ることを判定することができる。この場合も特別
なセンサを必要としないという利点がある。

なお、オルタネータは交流電圧を発生するの
で、その電圧波形を波形整形してパルスに変換す
れば、エンジン回転に比例した周波数のパルスが
得られ、エンジン回転に直結した信号が得られる
ので、正確にエンジン回転が判定できる。

また通常の車両には、バツテリへの充電を示す
チヤージ・ランプが付いている。これはエンジン
が回転して、バツテリへ充電していることを示す
表示である。従つて、このランプにかかる電圧を
測定すれば、エンジンの回転を判定できる。

(5) エンジン振動エンジン回転中はエンジンが振動する。従つ
て、加速度（振動）ピツクアツプでエンジンの振
動に応じた信号を得て、これを増幅、整流、平滑
して所定のレベル以上か以下かを判定すれば、エ
ンジン回転を判定できる。

また、エンジン回転の判定は上述のものを組合
せて用いると、さらに確実な判定ができる。

例えば、吸入空気量信号のみでエンジン回転の
検出を行なう場合、エンジンがかかつている状態
では吸入空気量がかなり大きく、かかつている状
態から停止状態への遷移は確実に検出できる。し
かし、始動時の吸入空気量は非常に小さく、停止
時と区別するのが非常に困難である。そのため始
動時は、スタータ・スイツチによつてエンジンの
回転検出を行なつてやれば、停止状態から、エン
ジンの回転している状態への遷移を早く確実に検
出できる。

よつて、これら２つを組み合せて、スタータ・
スイツチの閉でエンジン回転を検出して故障判定
を行ない、バツクアツプ回路を作動させ、また吸
入空気量信号でエンジン停止を判定してバツクア
ツプ回路の作動を停止するようにすれば、エンジ
ンの回転判定を早く確実に行なうことができる。

この場合には、第１７図の例で、フリツプ・フ
ロツプ５５のリセツト入力Ｒに、信号S₁₇の反転
出力の代りに第１２図の例で示したコンパレータ
４４の出力を反転して入力すればよい。

以上説明したごとき故障検出手段を用いれば、
エンジン回転中で、クランク角センサからの信号
が発生していなければならない時に発生しないと
いう故障を正確に検出することが出来る。

以上説明したごとく本発明によれば、クランク
角センサが故障した場合にも、機関が支障なく作
動出来る程度の運転機能は維持することが出来る
ので、修理工場や自宅まで自走することが可能と
なる。特に機関の回転速度に応じて周波数を変え
るように構成したことにより、低回転域から高回
転域まで比較的良好な運転を行なうことが出来る
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の一例図、第２図は最適点火
進角値の特性図、第３図は本発明の一実施例図、
第４図は選択回路の一実施例図、第５図は電圧制
御発振器の一実施例図、第６図は各気筒の行程と
火花放電タイミングとの関係図、第７図は吸気量
信号S₄の波形図、第８図はオルタネータの電圧波
形の一例図、第９図は入出力インタフエースの一
実施例図、第１０図は本発明の演算を示すフロー
チヤートの一実施例図、第１１図はクランク角セ
ンサ故障検出手段の基本構成を示すブロツク図、
第１２図及び第１３図はそれぞれ回転判定手段の
一実施例図、第１４図は信号有無判定手段の一実
施例図、第１５図は論理判定手段の一実施例図、
第１６図は論理判定の真理値を示す図、第１７図
は故障検出手段の他の実施例図である。符号の説明、１……制御回路、２……CPU、
３……入出力インタフエース、４……RAM、５
……ROM、６……クランク角センサ、７……ト
ランジスタ、８……点火コイル、９……デイスト
リビユータ、１０Ａ〜１０Ｆ……点火プラグ、１
１……トランジスタ、１２……燃料噴射弁、１３
……ハイパスフイルタ、１４……増巾器、１５，
１６……周波数・電圧変換器、１７，１８……電
圧制御発振器、１９，２０……選択回路、２１…
…不揮発性メモリ、２２……カウンタ、２３……
発振器、２４……モード選択レジスタ、２５〜２
８……レジスタ、２９……アドレスバス、３０…
…データバス、３１……コンパレータ、３２……
トランジスタ、３３……警報ランプ、３４，３５
……アンド回路、３６……オア回路、３７……集
積回路。

Claims

【特許請求の範囲】１内燃機関のクランク軸の回転に同期して所定
のクランク角度で第１の信号を出力するクランク
角センサと、点火装置と燃料噴射弁とのうちの少
なくとも一方を上記第１の信号に基づいて制御す
る第１の手段とを備えた内燃機関の電子制御装置
において、上記第１の信号以外の運転状態信号か
ら内燃機関の回転速度を検出し、それに対応した
周波数の第２の信号を出力する第２の手段と、上
記第１の信号の少なくとも一部が出力されなくな
つた場合に上記クランク角センサが故障したもの
と判断して上記第１の信号の代りに上記第２の信
号に基づいて点火装置と燃料噴射弁とのうちの少
なくとも一方を制御する第３の手段とを備えた内
燃機関の電子制御装置。２前記第２の手段は、内燃機関の吸入空気量又
は吸入負圧に対応した信号の脈動の周波数から回
転速度を検出するものであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の内燃機関の電子制御装
置。３前記第２の手段は、内燃機関で駆動されるオ
ルタネータによつて充電されるバツテリ電圧の脈
動の周波数から回転速度を検出するものであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃
機関の電子制御装置。４前記第２の手段は、車速と変速機の変速位置
とから回転速度を検出するものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の電
子制御装置。５前記第１の手段がマイクロコンピユータで構
成されている場合に、上記マイクロコンピユータ
内の入出力インタフエースの動作モードを切換え
ることによつて正常時の点火信号又は噴射パルス
の代りに前記第２の信号を出力するように構成し
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
内燃機関の電子制御装置。６内燃機関のクランク軸の回転に同期して所定
のクランク角度で第１の信号を出力するクランク
角センサと、点火装置と燃料噴射弁とのうちの少
なくとも一方を上記第１の信号に基づいて制御す
る第１の手段とを備えた内燃機関の電子制御装置
において、上記第１の信号以外の運転状態信号か
ら内燃機関の回転速度を検出し、それに対応した
周波数の第２の信号を出力する第２の手段と、上
記第１の信号の少なくとも一部が出力されなくな
つた場合に上記クランク角センサが故障したもの
と判断して上記第１の信号の代りに上記第２の信
号に基づいて点火装置と燃料噴射弁とのうちの少
なくとも一方を制御する第３の手段と、該第３の
手段がクランク角センサ故障と判定した場合に作
動して故障発生を表示する警報手段と、その故障
情報を記憶しておく不揮発性メモリとを備えた内
燃機関の電子制御装置。７内燃機関のクランク軸の回転に同期して所定
のクランク角度で第１の信号を出力するクランク
角センサと、点火装置と燃料噴射弁とのうちの少
なくとも一方を上記第１の信号に基づいて制御す
る第１の手段とを備えた内燃機関の電子制御装置
において、上記第１の信号以外の運転状態信号か
ら内燃機関の回転速度を検出し、それに対応した
周波数の第２の信号を出力する第２の手段と、上
記第１の信号の少なくとも一部が出力されなくな
つた場合に上記クランク角センサが故障したもの
と判断して上記第１の信号の代りに上記第２の信
号に基づいて点火装置と燃料噴射弁とのうちの少
なくとも一方を制御する第３の手段と、該第３の
手段がクランク角センサ故障と判定した場合に作
動して内燃機関の出力を制限する第４の手段とを
備えた内燃機関の電子制御装置。