JP2009085080A - エンジンの気筒判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一つのセンサから得られる信号が異常でも、残りの正常なセンサから得られる信号だけで気筒判定を行うことが可能なエンジンの気筒判定装置を提供する。
【解決手段】クランクシグナルプレートの外周には、歯、突起等からなる多数の被検知部が、所定角度範囲にわたり配列された等間隔部と、該等間隔部よりも大きな角度間隔の少なくとも２種類の不等間隔部を有し、カムシグナルプレートの外周には、歯、突起等からなる複数の被検知部が設置され、カムシグナルプレートは気筒数と同数のエリアに分割され、該各エリアは、少なくとも３つの領域α、β、γに分割され、該領域α、β、γの各領域には、それぞれ所定の角度位置に被検出部が設置されて、該領域αと該領域βに設置された前記被検出部は、該被検出部が発生する２値化ビット情報の組合せが気筒毎に全て異なるように設定されていること。
【選択図】図５

Description

本発明は、多気筒エンジンにおいて、クランク角センサ等の回転角センサから得られる信号に基づき、いずれの気筒が特定の行程にあるかを判別するエンジンの気筒判定装置に係り、特に、クランク角センサまたはカム角センサ（からの信号）の一方に異常が生じても気筒判定を可能ならしめるようにされたエンジンの気筒判定装置に関する。

エンジンは、その動作の１サイクルが、例えば２又は４の複数の行程で成り立っており、このため２気筒以上の多気筒エンジンでは、点火時期や燃料噴射時期等の制御のために、いずれの気筒が特定の行程、例えば圧縮行程にあるかを識別する必要があり、そこで気筒判定装置が必要となる。

このような気筒判定装置は、通常、クランク角センサやカム角センサ等の回転角センサを備える。この回転角センサは、通常、シグナルプレート（円形回転部材）とこの外周に近接配置される検知器とからなっており、例えば、クランク軸等の回転部に装着されるシグナルプレートの外周部に多数の突起等（被検知部）を所定の配列状態で設け、前記検知器は、前記被検知部を検知する度に信号としてのパルスを発生するようにされ、この検知器から得られる信号に基づいて、所定気筒の所定のクランク角度位置を検出することにより気筒判定を行う。前記回転角センサ一つだけで気筒判定を行う場合には、前記センサから得られる信号が異常であると気筒判定不能となり、点火時期や燃料噴射時期等の制御が行えず、始動不能となる。

かかる異常事態に対処すべく、例えば特許文献１に見られるように、三個の回転角センサから得られる信号を基に気筒判定を行うようにしたものが知られている。ここでは、一つのセンサは等間隔部分と不等間隔部分からなり、各気筒の所定行程において同一クランク角度位置をあらわす信号Ａが得られるようにされ、残りの二つのセンサからは、不等間隔で各気筒の所定行程において異なるクランク角度位置をあらわす信号Ｂ、Ｃが得られるようにされ、前記信号Ａが異常であるとき、異常でない二つの信号Ｂ、Ｃから気筒判定を行うようになすことが提案されている。

また、特許文献２では、特定気筒に燃料噴射し、初爆を検出することで気筒判定を行うようになすことが提案されている。

特開２００１−２３４７９５号公報 特開２００６−２２００９７号公報

しかしながら、前記従来提案の気筒判定装置では、二つのセンサから得られる信号が異常である場合、気筒判定を行うことができない。つまり、複数のセンサから得られる信号に基づいて気筒判定を行う場合、正常な一つのセンサから得られる信号だけでは気筒判定を行うことができない。また、燃料供給によって発生する初爆によって気筒判定を行う場合でも、最悪事は点火プラグがくすぶってしまい、始動不能に至る可能性がある。

本発明は、上記した従来の問題点を解決をしようとしてなされたもので、その目的とするところは、一つのセンサから得られる信号が異常である場合に、残りの一つの正常なセンサから得られる信号だけで、誤りなくかつ燃料噴射をしなくても気筒判定を行うことができ、更に点火時期や燃料噴射時期等の制御を支障なく適切に行えるようにされたエンジンの気筒判定装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のエンジンの気筒判定装置は、エンジンのクランクシャフトと一体的に回転せしめられるクランクシグナルプレートと該クランクシグナルプレートの外周に近接配置された検知器からなる一つ又は複数のクランク角センサと、前記エンジンのカムシャフトと一体的に回転せしめられるカムシグナルプレートと該カムシグナルプレートの外周に近接配置された検知器からなる一つまたは複数のカム角センサとを備えて、該クランク角センサと該カム角センサから得られる信号に基づいて気筒判定を行う制御手段を備えたエンジンの気筒判定装置であって、前記クランクシグナルプレートの外周には、歯、突起、凹部、凸部、孔等からなる多数の被検知部が、等角度間隔で所定角度範囲にわたって配列された等間隔部と、該等間隔部よりも大きな角度間隔であって、その大きさが異なる少なくとも２種類の不等間隔部であって、該不等間隔部が７２０°を気筒数で除した数だけ設置され、該不等間隔に対応する発生信号Ａは、同一行程における同一クランク角度位置で発生するように配置された不等間隔部を有し、同時に、前記カムシグナルプレートの外周には、歯、突起、凹部、凸部、孔等からなる複数の被検知部が設置され、前記カムシグナルプレートは気筒数と同数のエリアに分割され、該各エリアは、少なくとも３つの領域α、β、γに分割され、該領域α、β、γの各領域には、それぞれ所定の角度位置に被検出部が設置されて、該領域αと該領域βに設置された前記被検出部は、該被検出部が発生する２値化ビット情報の組合せが気筒毎に全て異なるように設定されていることを特徴とする。

また、本発明のエンジンの気筒判定装置は、カムシグナルプレートに設けた前記領域γに設置される被検知部は、少なくとも２つ設置されることを特徴とする。

また、本発明のエンジンの気筒判定装置は、前記クランク角センサと前記カム角センサが正常の場合には、前記クランク角センサで検出した発生信号Ａを検出後に、前記カムシグナルプレートの前記領域αと前記領域βの被検出部の組合せ結果に応じて気筒判定を行うことを特徴とする。

また、本発明のエンジンの気筒判定装置は、前記クランク角センサが異常で前記カム角センサが正常の場合には、前記カムシグナルプレートに設置された被検出部の配列に応じて気筒判定を行うことを特徴とする。

また、本発明のエンジンの気筒判定装置は、前記クランク角センサが正常で前記カム角センサが異常の場合には、前記クランクシグナルプレートに設置された等間隔部の検出数に応じて２種類の不等間隔部を判別し、気筒グループを判定することを特徴とする。

また、本発明のエンジンの気筒判定装置は、前記クランク角センサが異常で前記カム角センサが正常の場合には、前記カムシグナルプレートに設けられた前記領域γのカム角信号に基づいて、燃料噴射タイミングと点火通電開始タイミングを設定することを特徴とする。

本発明に係る気筒判定装置は、一つの回転角センサから得られる信号が異常である場合に、残りの正常な回転角センサから得られる信号だけで誤りなく気筒判定を行うことができる。そのため、点火時期制御や燃料噴射時期の制御を、適切に行うことが可能である。

本発明のエンジンの気筒判定装置の実施形態を、以下、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る気筒判定装置の一実施形態を、車載用直列４気筒エンジンに適用した概略構成図である。

図１において、エンジン１は、４つの気筒（＃１〜＃４）が設けられたシリンダと各気筒に摺動自在に嵌挿されたピストンとを備え、ピストン上方の燃焼室には、点火プラグ（イグニッションコイルに接続）１６が臨設されるとともに、吸気弁及び排気弁が設けられている。また、吸気系（吸気管７を含む吸気通路）にはエアクリーナ３１、吸気管圧力を計測するエアフローセンサ２、吸入空気量を調整するスロットル弁を備えたスロットルボディ４、スロットル弁の開度を検出するスロットルセンサ６、アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）３等が適宜に配置され、吸気管７には、電子制御式の燃料噴射弁８が設けられている。また、排気系には、空燃比センサ１５や排気浄化用触媒コンバータ等が設けられている。

燃料供給経路は、図示していないが燃料ポンプにより吸い出され、燃料配管を経てプレッシャーレギュレータで調圧されて前記燃料噴射弁８に導かれ、該燃料噴射弁８から吸気ポートに向けて噴射される。また、エンジン１には、後で詳述するように、気筒判定に使用されるクランク角センサ１８、カム角センサ２９、及びコントロールユニット（ＥＣＵ）１００が備えられている。

コントロールユニット１００には、エアフローセンサ２、スロットルセンサ６、空燃比センサ１５、水温センサ１７、クランク角センサ１８及びカム角センサ２９等からの信号が入力され、コントロールユニット１００は、それらの信号に基づいて、燃料噴射弁８による燃料噴射制御、点火プラグ１６による点火時期の制御等を行うようになっている。

クランク角センサ１８は、クランク軸と一体的に回転せしめられるクランク軸用シグナルプレート及び該シグナルプレートの外周に近接配置されたクランク軸用検知器から成るホール式のものとされ、前記クランク軸用シグナルプレートの外周部には、歯、突起、凹部、凸部又は孔等からなる多数の被検知部が等角度間隔（ここでは、１０°ＣＡ）で所定角度範囲にわたって配列された等間隔部と、少なくとも２個の前記被検知部が前記等間隔部より大きな角度間隔（ここでは、３０°ＣＡと４０°ＣＡ）で配列された不等間隔部（歯欠け部）とが、エンジン１の気筒数の１／２（ここでは、２）だけ交互に設けられている。それゆえ、クランク軸が２回転する間に前記歯欠け部をあらわす信号が４回到来する。

前記クランク軸用検知器は、前記被検知部がその真向かいを通過する毎に発生する磁界の変化をとらえ（被検知部を検知）、内部処理回路で信号としてのパルスを生成し、これをコントロールユニット１００に供給する。そのため、前記クランク軸用検知器（クランク角センサ１８）からは、図３に示されるように、各気筒の所定工程における同一クランク角度位置をあらわす信号（基準信号）が得られる。

カム角センサ２９は、カム軸と一体的に回転せしめられるカム軸用シグナルプレート及び該シグナルプレートの外周に近接配置されたカム軸用検知器から成る磁気式のものであり、前記カム軸用シグナルプレートの外周部には歯、突起、凹部、凸部又は孔等からなる複数の被検知部が不等間隔で設けられている。前記カム軸用検知器（カム角センサ２９）は、前記被検知部がその真向かいを通過する毎に発生する磁界の変化をとらえ（被検知部を検知）、内部処理回路で信号としてのパルスを生成し、これをコントロールユニット１００に供給する。そのため、カム角センサ２９からは、図３に示されるように、各気筒の所定工程における異なるクランク角度位置をあらわす信号が得られる。

図２はコントロールユニット１００の内部構成を示したものである。コントロールユニット１００は、入力回路１９１、Ａ／Ｄ変化部１９２、中央演算部１９３、ＲＯＭ１９４、ＲＡＭ１９５、及び出力回路１９６を含んだマイクロコンピュータにより構成されている。

入力回路１９１は、入力信号１９０がアナログ信号の場合（例えば、水温センサ１７、スロットルセンサ６等からの信号）、入力信号からノイズ成分の除去等を行ってＡ／Ｄ変換部１９２に出力するものである。中央演算部１９３は、Ａ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ１９４等の媒体に記憶された燃料噴射制御プログラムやその他の制御プログラムを実行することによって、前記各制御及び診断等を実行する機能を備えている。なお、演算結果、及び、前記Ａ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ１９５に一時保管され、また、この演算結果は、出力回路１９６を通じて制御信号１９７として出力され、燃料噴射弁、点火コイル等の制御に用いられる。

一方、クランク角センサ１８とカム角センサ２９の信号は、入力回路１９１で信号の有無を識別し、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ信号として、信号線１９８により、中央演算部１９３へ送られる。中央演算部１９３では、信号線１９８の電圧レベルが、ＬｏｗからＨｉｇｈに変化したとき、つまり、図３及び図４のクランク角センサ信号、及びカム角センサ信号の立下りのタイミングで割り込み処理が行われる構成となっている。

図３及び図４は、本実施形態の気筒判定装置により気筒判定を行う際の各部の動作状態、すなわち、各気筒（＃１〜＃４）の行程、クランク角センサ信号及びカム角センサ信号の発生（到来）状態並びにクランク角センサ信号とカム角センサ信号の発生（到来）位置関係からの気筒判定データのビットパターン生成状態を示した図である。

以下、図３から図６を参照しながら、クランク角センサ１８の信号とカム角センサ２９の信号が正常である場合の気筒判定について説明する。

図３は、エンジン２回転におけるクランク角センサ信号、カム角信号、直列４気筒エンジンの各行程の関係を示した図である。

図４は、クランク軸用シグナルプレート１８ａとカム軸用シグナルプレート２９ａの信号配置例である。これらのシグナルプレートの外周には、図３に示した通りの信号を発生させる多数の凸部からなる被検知部が配置されている。

図５は、気筒判別するためのクランク角信号とカム角信号の位置関係の一例である。

図６は、図５に示された関係により、領域αと領域βにおけるカム角信号を用いた気筒判別の識別例（直列４気筒の例）である。

そして、気筒判別の手順は、クランク角センサ１８の信号情報で基準クランク角度（発生信号Ａ）を検出し、発生信号Ａから所定クランク角度内に検出されたカム角信号情報に基づき気筒判別を行う。

次に、まず基準クランク角度である発生信号Ａの判別について説明する。クランク角信号は、クランク角度１０°毎の等間隔部と、信号間隔が３０°または４０°の不等間隔部（歯欠け部）がある。この不等間隔部は、図５に示されているように、ＢＴＤＣ３０°を起点として、クランク角信号ＣＲのＢＴＤＣ６０〜３０°とＢＴＤＣ７０〜３０°の２通りがある。そして、このＢＴＤＣ３０°が基準クランク角度（発生信号Ａ）に該当する。

基準クランク角度であるＢＴＤＣ３０°を判定する、換言すると、不等間隔部を判定するために、クランク角センサ信号検出毎に、クランク角センサの信号間隔の時間（時間間隔）を計測する。一回前のクランク角センサ信号の時間ＣＲＴ２と今回のクランク角センサ信号間の時間間隔ＣＲＴ１を比較する。そして、ＣＲＴ２×係数（例えば２）＜ＣＴＲ１が成立した場合に、不等間隔と判定し、ＢＴＤＣ３０°信号（発生信号Ａ）を特定することができる。

発生信号Ａを特定できたら、すぐに気筒判定を開始する。気筒判定は、図５と図６に示したように、基準クランク角度に対し、カム角信号がどのタイミングで入力したかのパターン識別で判定する。図５に示したように、基準クランク角度はＢＴＤＣ３０°起点なので、そこから所定角度（本例では、３０°）までのクランク角度領域をα（ＢＴＤＣ３０°〜ＴＤＣまで）、α終点から所定角度（本例では、３０°）までのクランク角度領域をβ（ＴＤＣ〜ＡＴＤＣ３０°）と定義する。またα、β以外をγとする。

そして、気筒判別用信号は、図４に示したようにカム軸用シグナルプレート２９ａのαとβの領域に設置されることを特徴とするもので、本例では、α領域のＢＴＤＣ１０°の位置に、β領域のＢＴＤＣ１６０°（ＡＴＤＣ２０°）の位置に設置される。

そして、図６に示したとおり、基準クランク角度を検出後、α領域のＢＴＤＣ１０°のカム角信号の２値、すなわちＢＴＤＣ１０°信号の有無と、β領域のＢＴＤＣ１６０°（ＡＴＤＣ２０°）のカム角信号の２値、すなわち信号の有無を判定し、これらの組合せパターンで気筒判別を行う。図５を使って説明すると、ＢＴＤＣ１０°信号とＢＴＤＣ１６０°信号を両方検出した場合は、３番気筒が圧縮行程にあると判定される。このようにα領域とβ領域におけるカム角センサ信号の２値情報の関係から気筒を特定する。

次に、図７を参照しながら、クランク角センサ１８は正常だが、カム角センサ２９が異常の場合における対応について説明する。この場合、クランク角センサ信号情報だけで気筒を特定することは不可能であるため、気筒群やグループ判別を行なって対応する。

図３、図４から判るように、クランク軸用シグナルプレート１８ａ上に設置されたクランク角信号は、１８０°毎に異なる不等間隔部、前記のとおり、ＢＴＤＣ６０〜ＢＴＤＣ３０までの３０°間隔と、ＢＴＤＣ７０〜ＢＴＤＣ３０°までの４０°間隔部の２箇所の不等間隔部を有する。ここでは、４サイクルエンジンの２回転の角度である７２０°を気筒数４で除した数である１８０°毎に不等間隔部が設けられるのである。

このようにして設けた不等間隔部を識別することにより、気筒群やグループ判別を行うが、本例では、クランク角センサ信号検出毎に、クランク角センサの信号間隔の時間（時間間隔）を計測し、一回前のクランク角センサ信号の時間間隔ＣＲＴ２と今回のクランク角センサ信号間の時間間隔ＣＲＴ１を比較する。そして、ＣＲＴ２×係数（例えば２）＜ＣＴＲ１が成立した場合に、不等間隔と判定し、それ以外の場合は等間隔と判定する。そして、基準クランク角度であるＢＴＤＣ３０°信号（発生信号Ａ）までの等間隔の信号数をカウントＣＮＴＲする。

なお、不等間隔は３０°と４０°の２種類であるので、それぞれの検出数の違いで判別できる。図７に示した動作状態を示す例では、基準クランク角信号を検出時に、等間隔の信号数をリセットして、不等間隔を検出するまで順次カウントアップしている。そして、不等間隔４０°を検出するまで計測する場合、カウンタは１４となる。一方、不等間隔３０°を検出するまで計測する場合には、カウンタは１５となる。こうして、カウント数が１４→０になった時点で、３番気筒又は２番気筒の圧縮ＢＴＤＣ３０°と判り、グループ判別できる。

次に、クランク角センサ１８が異常時、カム角センサ２９による気筒判別方法について説明する。クランク角センサが正常時は、上記のとおり、カム角センサの信号位置の発生位置をクランク角信号（領域αやβ）で識別して気筒判別を行うが、クランク角センサが故障した場合には、この判定方法を用いることができない。そこで、図８に示したカム角信号の配置と図９に示したビットパターンを用いて気筒判別を行う。

図８は、カム角信号の配置の一例である。カム角信号は、クランク角センサが正常時に用いる気筒判別用信号を前記の領域αとβに設置している。しかし、クランク角センサが異常時は、領域αとβに設置した気筒判別用のカム角信号は、意味を持たない。それは、これらαやβ領域の信号だけで気筒判別しても、気筒判別後の燃料噴射時期や点火時期の制御を実行するのが非常に困難なためである。これは、図６に示したように１番気筒が圧縮行程と判定できるのは、α領域とβ領域に信号が無い場合であるが、クランク角の情報が無いためαやβ領域を特定できない。したがって、いつ１番気筒の行程になったか判定できない。もし判定できたとしても、点火時期を設定するのに適切なカム信号情報が無いため、点火時期の不適により発生する過進角によるノッキングや過遅角による触媒過熱を誘発し、エンジン破損に至る可能性が高い。

そこで、本例では、前記した各気筒の領域γに、燃料噴射制御や点火制御用の基準信号を併設することで、この問題を解消している。具体的には、図８に示したように、燃料噴射制御の基準信号は各気筒のＢＴＤＣ１００°ＣＡに設置、点火時期用の基準信号は各気筒のＢＴＤＣ７０°ＣＡにカム角信号を設置した。この結果、本例ではカム軸用シグナルプレート２９ａに１２個の信号が配置されている。そして、このカム角信号による気筒判別は、カム角信号の間隔（時間間隔）を計測し、その比率情報を用いて以下のように判別する。

一回前のカム角センサ信号の時間間隔ＣＡＭＴ２（図８のＡ点とＢ点）と、今回のカム角センサ信号間の時間間隔ＣＡＭＴ１（図８のＢ点とＣ点）を比較し、長短を決定する。例えば、ＣＡＭＴ２×Ｋ（Ｋ：係数＝０．５）＞ＣＡＭＴ１が成立した場合には“短”、不成立時は“長”とし、“短＝１”、“長＝０”とする。これらの“１”と“０”の情報を８個連続して取り込み図９に示したような関係に基づいて気筒判定を行う。具体的には、Ｎｏ１２となる＃２気筒のＢＴＤＣ７０°信号から３番気筒のＢＴＤＣ１０°信号までの連続８個のＢｉｔ情報を用いると“１０１０１０１０”（１０進数で１７０）になる。この８つのＢｉｔ並びは、他の１１パターンと比較すると全て異なっている。それゆえ、“１０１０１０１０”の並びは、３番気筒の圧縮行程ＢＴＤＣ１０°と特定できる。このようにカム角信号を設置することによって、カム角センサの信号だけで気筒判定ができ、更に燃料や点火を高精度に制御することが可能となる。

上記したのは直列４気筒エンジンの例ではあるが、本発明は、水平対向エンジンやＶ型エンジン等の種々様々なエンジンに適用可能である。その例を図１０から図１３に示す。

図１０と図１１は、水平対向４気筒エンジンへの適用例を示し、図１２と図１３はＶ型６気筒エンジンへの適用例を示す。

水平対向４気筒エンジンの２回転におけるクランク角センサ信号、カム角信号、各気筒の各行程は、図１０に示された関係となる。右バンクと左バンクの吸気側にカム角信号が設置されている。

クランク角には、前記した直列４気筒エンジンと同じクランク角信号が設置されている。クランク角度１０°毎の等間隔部と、信号間隔が３０°又は４０°の不等間隔部（歯欠け部）がある。この不等間隔部は、図５について前記したとおりＢＴＤＣ３０°を起点として、クランク角信号ＣＲのＢＴＤＣ６０〜３０°とＢＴＤＣ７０〜３０°の２通りが設置され、このＢＴＤＣ３０°が基準クランク角度（発生信号Ａ）に該当する。そして、図１１に示したように、左右バンクのＣＡＭ（カム角）信号とクランク角信号の不等間隔部（歯欠け部）の関係により、気筒を特定できる。仮に、右バンクのカムセンサ異常のときは、クランク角信号の不等間隔３０°間隔（ＢＴＤＣ６０〜ＢＴＤＣ３０）を検出後にＢＴＤＣ１６５°信号を検出することで圧縮行程３番気筒を認識できる。左バンクのカムセンサ異常のときも同様に、クランク角信号の不等間隔３０°間隔（ＢＴＤＣ６０〜ＢＴＤＣ３０）を検出後にＢＴＤＣ１６５°信号を検出した場合、圧縮行程４番気筒を認識できる。両方のカム角センサが故障した場合は、図７についての前記したのと同様のクランク角信号による方法で対応できる。

また、クランク角センサ異常でも、左右のカム信号の組合せで気筒を特定することができる。具体的には、図８と同様に、一回前のカム角センサ信号の時間間隔ＣＡＭＴ２と、今回のカム角センサ信号間の時間間隔ＣＡＭＴ１を比較し、ＣＡＭＴ２×Ｋ（Ｋ：係数＝１．５）＞ＣＡＭＴ１が成立した場合に“短＝１”とする。この場合、右バンクなら圧縮＃４のＢＴＤＣ１６５〜圧縮＃１ＢＴＤＣ１５°（クランク角度間隔３３０°）と圧縮＃１のＢＴＤＣ１５〜圧縮＃３のＢＴＤＣ１５°（クランク角度間隔１８０°）の時だけ“１”となり、３番気筒圧縮行程ＢＴＤＣ１５°信号を認識できる。これによって気筒判別が完了し、各バンクの各気筒に設置したＢＴＤＣ１５°信号を着火タイミング（点火時期固定）とすることで、極端なエンジントルクの低下を防止できる。

Ｖ型６気筒エンジンでの２回転におけるクランク角センサ信号とカム角信号と各行程は図１２に示された関係となる。右バンクと左バンクの吸気側にカム角信号が設置されている。クランク角には、前記の４気筒エンジンと同様に、クランク角度１０°毎の等間隔部と、信号間隔が３０°又は４０°の不等間隔部（歯欠け部）がある。この不等間隔部は、４気筒と異なるＢＴＤＣ５０°を起点とし、クランク角信号ＣＲのＢＴＤＣ１００〜５０°、ＢＴＤＣ９０〜５０°、ＢＴＤＣ８０〜５０°の３通りが設置され、このＢＴＤＣ５０°が基準クランク角度（発生信号Ａ）に該当する。そして前記した図８と同様に、基準クランク角度信号に対する気筒判定領域α，βに対し、左右バンクのＣＡＭ（カム角）に設置されたＢＴＤＣ３５°信号、ＢＴＤＣ５°信号、クランク角信号の３つの不等間隔部（歯欠け部）の関係から、図１３に示すように、気筒を特定できる。

仮に右バンクのカムセンサ異常の場合、クランク角信号の不等間隔４０°間隔（ＢＴＤＣ９０〜ＢＴＤＣ５０）を検出後に、気筒判定領域αのＢＴＤＣ３５°信号と、領域βのＢＴＤＣ５°信号を検出すれば、圧縮行程３番気筒と認識でき、その後にクランク角の不等間隔３０°間隔（ＢＴＤＣ８０〜ＢＴＤＣ５０）を検出すれば、圧縮行程３番気筒のＢＴＤＣ５０°と特定できる。また、仮に左バンクのカムセンサ異常の場合のときも同様に、クランク角信号の不等間隔４０°間隔（ＢＴＤＣ９０〜ＢＴＤＣ５０）を検出後にＢＴＤＣ３５°信号とＢＴＤＣ５°信号を検出した場合、圧縮行程６番気筒と認識でき、その後クランク角の不等間隔３０°間隔（ＢＴＤＣ８０〜ＢＴＤＣ５０）を検出すれば、圧縮行程６番気筒のＢＴＤＣ５０°と特定できる。

両方のカム角センサが故障した場合は、前記の図７と同様に、クランク角信号の不等間隔の信号数情報で、＃３と＃６，＃１と＃４，＃２と＃５のグループ分けができる。

また、クランク角センサ異常でも、左右のカム信号の組合せで気筒を特定することができる。具体的には、図８と同様に、一回前のカム角センサ信号の時間間隔ＣＡＭＴ２と、今回のカム角センサ信号間の時間間隔ＣＡＭＴ１を比較し、ＣＡＭＴ２×Ｋ（Ｋ：係数＝０．５）＞ＣＡＭＴ１が成立した場合に“短＝１”とする。この場合、右バンクなら圧縮＃３のＢＴＤＣ３５〜圧縮＃１ＢＴＤＣ３５°（クランク角度間隔２４０°）と圧縮＃１のＢＴＤＣ３５〜圧縮＃１のＢＴＤＣ５°（クランク角度間隔３０°）の時のだけ“１”となり、１番気筒圧縮行程ＢＴＤＣ５°信号を認識できる。これによって気筒判別が完了する。

次に、コントロールユニット１００が前記の如くの気筒判定を行う際に実行する処理を図１４、図１５、図１６のフローチャートを参照しながら説明する。

図１４はクランク角センサとカム角センサが正常時に行うルーチンである。ステップ１０１では、クランク角センサの信号を読み取り、現在と前回（一回前）のクランク角センサ信号間ＣＲＴ１とＣＲＴ２を計測する。そしてステップ１０３で不等間隔部を判定し、基準クランク角度であるＢＴＤＣ３０°信号の判定を行う。ＢＴＤＣ３０°信号と判定されたら、ステップ１０４で気筒判定前半領域αと判定し、カム角信号の読み取りを行う。

気筒判定前半領域α終了までにカム角信号が入力された場合は、ステップ１０５に移りＢＴＤＣ１０°信号が入力されたので、α領域でのカム信号入力状態を示すフラグ１０が１にセットされる。一方、信号未入力の場合にはフラグ１０が０となる。気筒判定前半領域αが終了したら、ステップ１０８にて気筒判定後半エリアβに移行する。気筒判定前半領域β終了までにカム角信号が入力された場合は、ステップ１０９に移りＢＴＤＣ１６０°信号が入力されたので、β領域でのカム信号入力状態を示すフラグ１６０を１にセットする。一方、信号未入力の場合には、ステップ１１１にてフラグ１６０を０とする。そして、ステップ１１２において、フラグ１０とフラグ１６０の結果を図６に示したマトリックスに基づいて気筒判定を実行し、本フローを終了する。

図１５と図１６は、クランク角センサ信号が異常時に、カム角信号だけで気筒判定する場合の具体例のフローチャートを示す。図１５は、図１６のステップ３０１のＢｉｔパターン認識方法の一例である。ステップ２０１ではカム角信号を入力する。ステップ２０２で、最新の時間間隔判定結果をBit０の位置に入力できるように、前回のBit情報をBitシフトしてBit１に入れ替えておく。そして、ステップ２０３で、最新のカム角信号の入力に伴い、前記のＣＡＭＴ２×Ｋ（Ｋ：係数＝０．５）＞ＣＡＭＴ１が成立するか否かを判定し、成立時にはステップ２０４で“短＝１”、不成立時はステップ２０５で“長＝０”として処理し、ステップ３０１の処理を終了する。

ステップ３０２では、図９に示された全１２パターンのいずれが成立しておるのかを判定する処理である。本例では、図８に示した３番気筒の圧縮行程ＢＴＤＣ１０°ＣＡ信号を示すＢｉｔパターン“１０１０１０１０”が成立するか否かを判定する。不成立の場合は、ステップ３０５にて気筒判定未完了とする。一方、成立した場合には、ステップ３０３で３番気筒の圧縮行程ＢＴＤＣ１０°ＣＡと判定され、ステップ３０４にて気筒判定とクランク角判定の完了処理を行う。

なお、本例では、１つのＢｉｔパターンを使って説明したが、ステップ３０２の処理において全１２パターンについて、どこかに該当するか否かという方法もある。

図１７は、カム角センサが異常時に、クランク角信号だけで気筒グループ判定する場合のフローチャートの一例を示す。ステップ４０１にてクランク角センサの信号を読み取り、現在と前回（１回前）のクランク角センサ信号間ＣＲＴ１とＣＲＴ２を計測する。ステップ４０２では、不等間隔部を判定し、基準クランク角度であるＢＴＤＣ３０°信号の判定を行う。

ＢＴＤＣ３０°信号と判定されない場合には、ステップ４０４にてクランク角信号の入力数カウンタCNTRをインクリメントしていく。一方、ＢＴＤＣ３０°信号と判定される場合は、ステップ４０３にてクランク角信号の入力数カウンタCNTRを０にクリアする。ステップ４０５において、クランク角信号の入力数カウンタCNTR＝１５かどうかを判定する。CNTR＝１５の時は、ステップ４０６にて気筒GrA（１番気筒か４番気筒の圧縮行程）を判定できる。

以上により、カム角センサやカム角センサのいずれかが異常であっても、気筒判定や気筒グループの判定が可能となり、かつ、燃料や点火について、正常時と同等の制御を行うことが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について、詳述したが、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく、設計上、種々の変更ができるものである。

本発明に係る気筒判定装置の一実施形態を、車載用直列４気筒エンジンに適用した概略構成図。 コントロールユニットの内部構成図。 エンジン２回転におけるクランク角センサ信号とカム角信号とクランク直列４気筒エンジンの各行程の関係を示す図。 カム角プレート形状とクランク角プレート形状の具体例（直列４気筒の例）。 気筒判定するためのクランク角信号とカム角信号の位置関係の一例を示す図（直列４気筒の例）。 領域αと領域βにおけるカム角信号を用いた気筒判別を示す図（直列４気筒の例）。 カム角センサ（信号）異常時における気筒判定を行う際の動作状態を示す図（直列４気筒の例）。 クランク角センサ（信号）異常時における気筒判定を行う際の動作状態を示す図（直列４気筒の例）。 クランク角センサ（信号）異常時に気筒判定を行う際のビットパターンと各気筒の基準位置の関係を示す図（直列４気筒の例）。 カム角信号、クランク角信号および各気筒の行程の関係を示す図（水平対向４気筒の例）。 カム角信号とクランク角信号による気筒判定を示す図（水平対向４気筒の例）。 カム角信号、クランク角信号、各気筒の行程の関係を示す図（Ｖ型６気筒の例）。 カム角センサとクランク角センサによる気筒判定を示す図（Ｖ型６気筒の例）。 クランク角センサとカム角センサが正常時にコントロールユニットが気筒判定を行う際に実行する一つのルーチンの例を示すフローチャート。 クランク角センサが異常時に、コントロールユニットが実行するＢｉｔ情報を発生させる一つのルーチンの例を示すフローチャート。 クランク角センサが異常時に、コントロールユニットが実行するＢｉｔパターン認識の一つのルーチンの例を示すフローチャート。 カム角センサが異常時に、クランク角信号だけで気筒グループ判定する場合に実行する一つのルーチンの例を示すフローチャート。

符号の説明

１・・・エンジン
＃１〜＃６・・・気筒番号
１０・・・気筒判定装置
１６・・・点火プラグ
１８・・・クランク角センサ
１８ａ・・・シグナルプレート
２９・・・カム角センサ
２９ａ・・・シグナルプレート
１００・・・コントロールユニット

Claims (6)

1. エンジンのクランクシャフトと一体的に回転せしめられるクランクシグナルプレートと該クランクシグナルプレートの外周に近接配置された検知器からなる一つ又は複数のクランク角センサと、前記エンジンのカムシャフトと一体的に回転せしめられるカムシグナルプレートと該カムシグナルプレートの外周に近接配置された検知器からなる一つまたは複数のカム角センサとを備えて、該クランク角センサと該カム角センサから得られる信号に基づいて気筒判定を行う制御手段を備えたエンジンの気筒判定装置であって、
   前記クランクシグナルプレートの外周には、
   歯、突起、凹部、凸部、孔等からなる多数の被検知部が、等角度間隔で所定角度範囲にわたって配列された等間隔部と、
   該等間隔部よりも大きな角度間隔であって、その大きさが異なる少なくとも２種類の不等間隔部であって、該不等間隔部が７２０°を気筒数で除した数だけ設置され、かつ該不等間隔に対応する発生信号Ａは、同一行程における同一クランク角度位置で発生するように配置された不等間隔部を有し、
   前記カムシグナルプレートの外周には、歯、突起、凹部、凸部、孔等からなる複数の被検知部が設置され、
   前記カムシグナルプレートは気筒数と同数のエリアに分割され、
   該各エリアは、少なくとも３つの領域α、β、γに分割され、
   該領域α、β、γの各領域には、それぞれ所定の角度位置に被検出部が設置されて、
   該領域αと該領域βに設置された前記被検出部は、該被検出部が発生する２値化ビット情報の組合せが気筒毎に全て異なるように設定されていることを特徴とするエンジンの気筒判定装置。
2. 請求項１に記載されたエンジンの気筒判定装置において、
   カムシグナルプレートに設けた前記領域γに設置される被検知部は、少なくとも２つ設置されることを特徴とするエンジンの気筒判定装置。
3. 請求項１又は２に記載されたエンジンの気筒判定装置において、
   前記クランク角センサと前記カム角センサが正常の場合には、前記クランク角センサで検出した発生信号Ａを検出後に、前記カムシグナルプレートの前記領域αと前記領域βの被検出部の組合せ結果に応じて気筒判定を行うことを特徴とするエンジンの気筒判定装置。
4. 請求項１又は２に記載されたエンジンの気筒判定装置において、
   前記クランク角センサが異常で前記カム角センサが正常の場合には、前記カムシグナルプレートに設置された被検出部の配列に応じて気筒判定を行うことを特徴とするエンジンの気筒判定装置。
5. 請求項１又は請求項２に記載されたエンジンの気筒判定装置において、
   前記クランク角センサが正常で前記カム角センサが異常の場合には、前記クランクシグナルプレートに設置された等間隔部の検出数に応じて２種類の不等間隔部を判別し、気筒グループを判定することを特徴とするエンジンの気筒判定装置。
6. 請求項２に記載されたエンジンの気筒判定装置において、
   前記クランク角センサが異常で前記カム角センサが正常の場合には、前記カムシグナルプレートに設けられた前記領域γのカム角信号に基づいて、燃料噴射タイミングと点火通電開始タイミングを設定することを特徴とするエンジンの気筒判定装置。

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