JP4276190B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）の制御装置に係り、特に、エンジン停止時の停止状態を検出して筒内噴射によりエンジン始動を行う内燃機関の制御装置に関する。

エンジン停止状態時に、クランク角センサの信号とカム角センサの信号に基づいて膨張行程にある気筒（再始動初回噴射気筒）を検出し、その気筒に対して燃料噴射を行い、点火を行うことにより、膨張気筒に燃焼を生起させ、その燃焼圧だけで、エンジン始動を行う内燃機関（以下、エンジンと略称することがある）が知られている（例えば、特許文献１）。

また、エンジンが停止する時に、特定気筒が所定のクランク角位置で停止するように、クランク軸をセルモータによって回転させて停止位置制御を行うエンジンが知られている（例えば、特許文献２）。筒内噴射方式エンジンでは、所定の停止位置制御が実現されることにより、膨張行程にある気筒からの燃焼により、エンジンの再始動が可能となる。

また、エンジン停止時の惰性回転時に、クランク角度の特定位相あるいは極大位置エネルギ位相以外の回転位相において、前後のクランク角度信号と異なる周期で検出された場合には、停止間際の回転ゆり戻しが発生したものとして、エンジンが逆転していると判定し、これに対して、前記特定位相あるいは極大位置エネルギ位相に重複していた場合には、エンジンは逆転したとは判定せずに、次回の逆転判定された場合に、逆転したと検出することで、所定範囲内の停止精度を確保し、エンジンの停止絶対角度を検出することが知られている（例えば、特許文献３）。

特開２００２−４９８５号公報 特開平１１−１０７８９１号公報 特開２００２−７０６２９号公報

従来技術にあっては、前述したように、例えば、アイドルストップによるエンジン停止後の再始動を行う場合に、通常制御の気筒判別及びクランク角度判定を行う前に、所望の燃料噴射及び点火制御を行うことで、円滑なエンジン始動制御を実現するべく、再始動初回噴射気筒及び停止角度を正確に検出するために、エンジン停止時のクランク角センサによるクランク角検出と、エンジンの位相による再始動初回噴射気筒と停止角度を判定している。

しかしながら、上記方法では、エンジン停止時の逆転（ゆり戻し）が特定位相または極大位置エネルギ位相と重なる位置で発生した場合には、大凡の停止角度は判定できるものの、正確な停止角度の判定精度には限界がある。

また、停止間際にクランク角センサにノイズが入った場合には、逆転検出ができないことから、停止角度検出精度を保てないことが考えられる。

このようなことから、エンジン停止角度をベースに、エンジン始動（再始動）時の燃料噴射や点火時期制御を行うための角度制御が的確に行えない場合がある。加えて、正転と逆転検出を識別するためのクランク角検出周期は、エンジンの諸元や停止時のエンジン負荷により異なるために、各種適合が必要になると考えられる。

この発明は、前記点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、適合工数を必要とすることなく、エンジン停止時の停止状態の検出を高精度に行い、エンジン始動時における的確な燃料噴射及び点火時期制御を実現する内燃機関の制御装置を提供することである。

この発明による内燃機関制御装置は、内燃機関の停止時に再始動初回噴射気筒と停止角度を検出する内燃機関制御装置において、再始動初回噴射気筒と停止角度を検出する手段は、内燃機関の回転数に応じて少なくても２つ以上の角度位相が互いに異なる角度信号を出力するクランク角センサを有する。

この発明による内燃機関制御装置は、角度位相が互いに異なる角度信号の出力立上りと立下りの順序を検出することにより内燃機関のクランク角度を検出する。

この発明による内燃機関制御装置は、好ましくは、再始動初回噴射気筒と停止角度は、内燃機関が通常運転時に燃料噴射及び点火制御を行うための気筒判別とクランク角度検出手段とは異なり、内燃機関停止または始動時の何れか専用の気筒判別演算及びクランク角演算を行う。

この発明による内燃機関制御装置は、好ましくは、内燃機関停止または始動時の何れか専用の気筒判別演算及びクランク角演算は、前記内燃機関が通常運転時に行う気筒判別とクランク角度検出手段により、校正する。

この発明による内燃機関制御装置は、好ましくは、前記内燃機関停止または始動時の何れか専用の気筒判別演算及びクランク角演算校正は、内燃機関の低回転数域では禁止する。

この発明による内燃機関制御装置は、好ましくは、内燃機関の再始動初回噴射気筒及び停止角度を演算する手段は、制御装置の演算処理負荷が大きい高回転数域では、演算を実行しない。

この発明による内燃機関制御装置は、好ましくは、内燃機関の再始動初回噴射気筒及び停止角度の演算値は、内燃機関制御装置の電源が遮断された場合でも記憶保持する記憶手段を有する。

この発明による内燃機関制御装置は、内燃機関の回転数に応じて少なくても２つ以上の角度位相が互いに異なる角度信号を出力するクランク角センサと、内燃機関の通常運転時に燃料噴射及び点火制御を行うための気筒判別、クランク角度検出とは別に、前記クランク角センサの出力信号によって内燃機関の停止時に再始動初回噴射気筒と停止角度を検出する手段とを有し、内燃機関始動時は、少なくても通常運転時の気筒判別及びクランク角演算が正確に判定できるまでの期間、再始動初回噴射気筒と停止角度を検出する前記手段により求められる内燃機関の角度情報に基づいて燃料噴射及び点火制御を行う。

この発明による内燃機関制御装置は、好ましくは、通常制御までの始動時の燃料噴射及び点火制御は、再始動初回噴射気筒判定値に基づいて、噴射及び点火を行う気筒及び制御気筒順序を決定する。

この発明による内燃機関制御装置は、好ましくは、噴射実行及び点火実行クランク角度は、各実行される気筒の所定行程の特定角度を基準とした予め設定された定数に基づいて気筒間のオフセットの補正を演算して設定する。

この発明による内燃機関制御装置は、内燃機関の回転数に応じて少なくても２つ以上の角度位相が互いに異なる角度信号を出力するクランク角センサを用いることにより、正確な内燃機関の停止角度と再始動初回噴射気筒を算出することができ、停止角度と再始動初回噴射気筒判定方法に基づいて、始動時の噴射タイミングと点火時期制御において、停止位置に影響されない容易な適合設定と制御ロジックを提供することができる。これにより、円滑な内燃機関の始動時制御が実現できる。

以下、本発明の内燃機関の制御装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
まず、図１は、本実施形態の内燃機関の制御装置が適用される筒内噴射エンジンの制御システムである。

エンジン１は、複数個の燃焼室（気筒）２（図１では、その一つのみが示されている）有し、多気筒エンジンをなしている。

エンジン１に吸入される空気は、エアクリーナ３の入力部４から取り入れられ、吸入空気計５を通り、吸入流量を制御する絞り弁６を設置した絞り弁ボディ７を通り、コレクタ８に入る。

ここで、絞り弁６は、これを駆動するモータ１０と駆動連結されており、モータ１０を駆動することによって絞り弁６を操作することにより、モータ１０の駆動制御によって吸入空気量を制御できるようになっている。

コレクタ８に至った吸入空気は、エンジン１の各燃焼室２に連通接続された吸気管１９に分配され、各燃焼室２に導かれる。

ガソリン等の燃料は、燃料タンク１１から燃料ポンプ１２により吸引、加圧され、各燃焼室２毎の燃料噴射弁１３と、燃圧を所定の範囲内に制御する可変燃圧レギュレータ１４を配管されている燃料系に供給される。燃圧は、燃圧センサ（図示省略）によって測定される。

燃料は、燃料噴射弁１３によって各燃焼室２内に直接噴射される。これにより、エンジン１は、筒内噴射方式エンジンをなす。

燃焼室２内に流入した空気と噴射燃料は、燃焼室２内で混合され、点火コイル１７からの圧電により点火プラグ３５によって点火され、燃焼する。

エンジン１の燃焼室２で燃焼したガス、つまり、排気ガスは、排気管２８に導かれ、触媒（図示省略）を介してエンジン１外に放出される。

空気量計５からは、吸気流量を示す信号が出力され、その出力信号はコントロールユニット１５に入力される。絞り弁ボディに７には、絞り弁６の開度を検出するスロットルセンサ１８が取り付けられており、スロットルセンサ１８の出力信号はコントロールユニット１５に入力される。

コントロールユニット１５は、クランク角センサ１６の出力信号（クランク角センサ信号）と、カム角センサ２７の出力信号（カム角センサ信号）を入力する。

クランク角センサ１６は、クランク軸２１の回転位置（回転角度）を、少なくとも１〜１０°程度の精度をもって検出する。

カム角センサ２７は、吸気側のカム軸２５の回転位置（回転角度）を検出する。
排気管２８に設けられたＡ／Ｆセンサ２０は、排気ガスの成分から実運転空燃比を検出し、その出力信号も同じくコントロールユニット１５に入力される。

エンジン１に取り付けられた水温センサ２２は、エンジン１の冷却水温度を検出し、その出力信号も同じくコントロールユニット１５に入力される。

踏み量センサ９は、アクセルペダル２９の踏込量を検出し、その出力信号もコントロールユニット１５に入力される。

コントロールユニット１５は、マイクロコンピュータを含む電子制御式のものであり、上述の各センサからの信号によって燃料の噴射タイミング、噴射流量（燃料噴射弁１３のパルス幅制御）、点火のタイミング等を制御する。

なお、図１において、２３は各気筒毎に設けられているピストンを、２６はコントロールユニット１５が内蔵するＣＰＵを、３０は電源を、３１はリレースイッチを、３２は表示灯を、３３はイグニッションスイッチを各々示している。

つぎに、内燃機関制御装置の一つの実施形態の要部を、図２を参照して説明する。
コントロールユニット１５内のＣＰＵ２６は、上述の各センサからの信号によってエンジン１の運転状態を検出し、アイドルストップ条件演算ブロック２６１によって、アイドルストップ条件演算を行い、アイドルストップを実行するか否かの判定を行う。

ＣＰＵ２６は、アイドルストップ条件演算ブロック２６１でアイドルストップ許可判定された場合には、アイドルストップ制御ブロック２６２によってアイドルストップ制御として、アイドルストップを行うための燃料カット制御を行ない、エンジン１を停止（アイドルストップ）させる。

停止角度検出ブロック２６３では、クランク角センサ１６の出力信号、つまりクランク角センサ信号Ｓｃを元に、エンジン１の停止クランク角度（停止角度）を検出する。

再始動初回噴射気筒判定ブロック２６４では、カム角センサ２７が出力するカム軸センサ信号に基づく気筒判別と、停止角度検出ブロック２６３での停止クランク角度検出結果より、再始動初回噴射気筒判定を行う。

なお、停止角度検出ブロック２６３と再始動初回噴射気筒判定ブロック２６４の詳細については後述する。

停止角度検出ブロック２６３による停止クランク角度と、再始動初回噴射気筒判定ブロック２６４による再始動初回噴射気筒判定の情報は、バックアップＲＡＭ、ＥＥＰ−ＲＯＭ等、エンジン制御装置の電源が遮断（Ｋｅｙ：ＯＦＦ）されても、記憶情報を保持する記憶手段１５１に格納される。

これにより、イグニッションスイッチ３３がオフされても、停止クランク角度と再始動初回噴射気筒判定値の記憶値が保持され、その後のエンジン始動時でも、その記憶値を読み出すことにより、後述する始動時制御が可能となる。

以上の各演算処理や検出処理、判定処理等を行うことで、例えば、アイドルストップ時のエンジン停止角度及び気筒判別が行われ、エンジン再始動時の最適な燃料噴射タイミングや点火制御を行うことが可能となる。

図３（ａ）は、エンジン停止時のシリンダ内容積が、エンジン停止時のピストン位置、つまりクランク角位置（停止角度）により異なることを示している。

エンジン再始動のために、エンジン停止状態にある燃焼室２に燃料噴射を行う場合には、エンジン停止時のシリンダ内容積（空気量）に適した噴射量による燃料噴射を、その燃焼室２に対して行なうことが必要となる。このことから、エンジン停止角度を正確に検出することが必要になる。

図３（ｂ）は、エンジン停止角度θｓｔに対するシリンダ内容積Ｖｃと要求燃料噴射量Ｑｆの関係を示している。ピストン２３が下死点（ＢＤＣ）にある時にシリンダ内容積Ｖｃは最大となり、上死点方向に停止角度θｓｔがある場合に、シリンダ内容積Ｖｃは停止角度θｓｔに従って小さくなる。この気筒の燃焼室２内に燃料噴射を行なう場合には、シリンダ内容積Ｖｃに見合った量を行なう事が望ましいことは、説明を必要としない既知のことである。

エンジン停止角度検出を行うクランク角センサ１６の詳細構成を、図４を参照して説明する。クランク角センサ１６は、等回転角ピッチで検出歯部１６１を有していてクランク軸２１と同期回転するクランク角ピックアッププレート１６２と、クランク角ピックアッププレート１６２に対して互いに所望の位相差Δθを付けて配置された二つの検出器（ピックアップ器）１６３、１６４とを有する。

このクランク角センサ１６では、二つの検出器１６３、１６４の出力値そのものの位相差が発生すればよいので、二つの検出器１６３、１６４は、必ずしも隣り合わせである必要はない。例えば、ピックアッププレート１６２の検出歯部１６１の歯数分だけ、両検出器１６３、１６４の間隔をあけて配置すればよい。また、１つの検出器によって位相差の出る信号を出力するもの（例えば、内蔵されている）であってもよい。

図５は、クランク角センサ１６の出力信号の波形チャートの１例を示している。なお、図５において、Ｓｃ１は検出器１６３の出力信号（パルス信号）を、Ｓｃ２は検出器１６４の出力信号（パルス信号）を各々示している。位相差を設けた二つの検出器１６３、１６４は、パルス信号周期に対し、例えば１／４位相差を設けられている。

この信号形態とすることで、エンジン１が通常運転と同じ正転方向で回転している場合には、信号Ｓｃ１の立ち上がり→信号Ｓｃ２の立ち上がり→信号Ｓｃ１の立ち下がり→信号Ｓｃ２の立ち下がりの順序で発生することになる。

これに対し、エンジン停止直前のゆり戻し（停止直前の圧縮気筒の圧縮仕事により、逆転する場合があり、この現象をゆり戻しと称する）によって反転方向で回転している場合には、信号Ｓｃ２の立ち上がり→信号Ｓｃ１の立ち上がり→信号Ｓｃ２の立ち下がり→信号Ｓｃ１の立ち下がりという順序で発生することになる。

このように、正転方向でのクランク角センサ信号形態と逆転方向でのクランク角センサ信号形態とが異なることにより、正転と反転の回転を区別することができる。

正転と逆転回転方向の区別方法の別手段としては、正転方向で回転している場合には、信号Ｓｃ１がハイの状態で信号Ｓｃ２の立上りが発生する。同様に、信号Ｓｃ２の出力がローの状態で信号Ｓｃ１の立ち上がりが発生する。反転方向で回転している場合には、信号Ｓｃ１の出力がハイの状態で信号Ｓｃ２の立下りが発生し、同様に信号Ｓｃ２の出力がローの状態で信号Ｓｃ１の立ち下がりが発生する。このように、位相差の信号を生成する検出器１６３、１６４の配置と、該検出器１６３、１６４の信号の発生状態を検出することで、エンジン１の回転方向と角度を判定することができ、正確な停止角度を求めることが可能となる。

図５で示したクランク角センサ信号の入力処理の一例を、図６を参照して説明する。互いに位相差を設けられた検出器１６３の信号Ｓｃ１と検出器１６４の信号Ｓｃ２をＤ−フリップフロップＩＣ２４に入力し、ＩＣ２４の論理処理を活用することで、正転と反転を容易にＣＰＵ２６で処理する例を示したものである。

この例によれば、図５で示した信号Ｓｃ１と信号Ｓｃ２のハイ／ローの関係と、立ち上がり／立下りの組合せを活用して、反転方向に回転している場合には、その期間中、該Ｄ−フリップフロップＩＣ２４からハイ信号（反転信号）を出力する論理を活用すれば実現できる。

この方法を用いた場合には、ＣＰＵ２６の処理は、Ｄ−フリップフロップＩＣ２４からの信号を入力することで、容易に、正転／反転を判定することができ、併せて信号Ｓｃ１または信号Ｓｃ２の何れか１つ以上の入力との組合せで正確なクランク角検出を行なうことができる。ただし、この方法は、ＣＰＵ２６の処理や演算負荷に負担がかからないという効果はあるものの、安価ではあるが、Ｄ−フリップフロップＩＣ２４を別途必要とする。

Ｄ−フリップフロップＩＣ２４を必要としない方法として、ＣＰＵ２６の処理で、図５で示した信号Ｓｃ１と信号Ｓｃ２の立ち上がり／立下りの順序を監視して、正転／反転方向の回転を識別してもよい。

図７は、６気筒エンジンを例にした前述のクランク角センサ信号の入力処理（図６に示されている入力処理）による回転方向及びクランク角度検出によるタイミングチャートを示している。

図７のカウント値ａは、例えば＃１気筒の圧縮ＴＤＣを基点に７２０ＣＡ（クランク角）間を周期的にカウントするカウンタで、カウント値ｂは、カウント値ａに基づいて、＃１気筒〜＃６気筒の各気筒の行程毎にカウントする別のカウンタである。

カウント値ａは、図６で示した正転／反転方向の回転識別方法により、正転方向と判定された場合には、パルス信号入力毎に角度認識値をカウントアップし、＃１気筒の圧縮行程ＴＤＣ相当の位置でイニシャライズするものである。

カウント値ｂは、カウント値ａに基づいて、カウントａと同様にカウントアップ処理を行ない、６気筒エンジンであれば、各気筒の差分である１２０ＣＡ毎（各気筒のＴＤＣ毎）にイニシャライズ処理を行なうものである。このカウント値ｂにより、図３で示したエンジン停止時の各気筒のシリンダ内容積を求めることができる。

図８（ａ）は、カウント値ａの校正方法の一例を示している。カウント値ａは、エンジン停止角度や再始動初回噴射気筒を判定する基本となるカウンタ値であることから、例えば、ノイズ等により、カウント値ａが誤った演算を行ってしまった場合には、停止角度及び再始動初回噴射気筒判定精度が損なわれてしまい、所望の制御、例えば、アイドルストップ後の再始動時の燃料噴射や点火時期制御を正確に行えなくなってしまう。

このことから、カウント値ａは、正確にクランク角度を判定させるために、正確な角度情報に基づいて校正、つまり、誤った値を適性値に修正する必要がある。

その方法として、通常運転中のクランク角度基点であるＲＥＦ位置信号により、カウント値ａを校正する例がある。ここで、ＲＥＦ位置とは、通常運転時の燃料噴射タイミングや点火時期制御を行なうための基準となる角度である。ＲＥＦ位置信号は、例えば、各気筒の圧縮行程１１０ＢＴＤＣ毎に発生する。なお、図８のＰＯＳ信号は、クランク角センサ１６が出力するクランク角センサ信号より生成されるクランク角度（位置）信号である。

ここでは、正確な角度情報として、ＲＥＦ位置信号の例を用いて説明したが、その他の信号で正確なクランク角度を示すものがあれば、その信号によりカウント値ａを校正してもよい。

図８（ｂ）は、カウントａの校正をＲＥＦ位置信号で行う場合に、誤った校正を行う場合の１例を示している。エンジン１が停止する直前は、圧縮行程にある気筒の圧縮仕事（エンジン１の回転方向に対して、抵抗となる逆の働き）に打ち負けて、エンジン１が逆回転する部分に注目したものである。

ＲＥＦ位置信号は、例えば、圧縮行程１１０ＢＴＤＣとなるＰＯＳ信号のタイミングであり、ＲＥＦ位置信号の生成は、ＰＯＳ信号をカウントして所定値毎に発生させるものである。

このことに対してエンジン停止直前に逆回転をしてしまう場合には、ＲＥＦ位置信号は正確な角度ではなくなってしまう。この場合でも、カウント値ａを単純にＲＥＦ位置信号で校正してしまうと誤った校正を行う事になる。

この誤校正を回避するためには、エンジン１の逆回転は低回転時のみ発生することから、所定回転数以下では、ＲＥＦ位置信号による校正を行わない（禁止する）ことで対応可能となる。

このように、通常運転時に、低回転時を除いて定期周期毎にカウント値ａを校正することで、正確な停止角度及び再始動初回噴射気筒の判定を行うことができる。

図９は、エンジン１が正転及び逆転した時のクランク角演算方法の一例を示している。クランク角度のカウント値ａは、正転方向に回転している場合には、カウントアップしていけばよく、例えば、＃１気筒の圧縮ＴＤＣの位置（７２０ＣＡ）でカウント値ａ＝０にイニシャライズする。その後、正転が継続された場合には、０の値からカウントアップを行えばよい。これに対し、逆転した場合には、正転とは逆に、カウント値ａをカウントダウンするものである。

ここで、カウント値ａ＝０にイニシャライズする位置（例えば＃１気筒の圧縮ＴＤＣ）に来た場合には、単純にカウントダウンすることができない。そのため、イニシャライズ位置に来た場合には、図９に示されているように、カウント値ａをイニシャライズ直前の値に値を大きくする。この方法により、カウントａの値を正確に全行程（７２０ＣＡ）の範囲で演算することが可能となる。

本発明のエンジン停止角度検出及び再始動初回噴射気筒判別処理を、単一ＣＰＵによるエンジン制御に追加することによる対応について、図１０（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。

本発明では、エンジン停止角度及び再始動初回噴射気筒を算出するために、通常のエンジン１を運転する制御に対し、当該制御を追加することでクランク角センサ１６の信号入力時に行なう処理が増加することになる。これは、エンジン１の回転数に比例して、ＣＰＵ２６での処理負荷を圧迫することになる。

図１０（ａ）は低回転時の割込処理のタイムチャートであり、図１０（ｂ）は高回転時の割込処理のタイムチャートである。図１０（ａ）、（ｂ）において、白抜き部分Ｐａがクランク角センサ処理の優先度よりも低い定期的に行なう処理部分であり、網掛け部分Ｐｂがクランク角センサ入力時に優先的に割込み処理として行なう部分（期間）である。

低回転運転領域では、図１０（ａ）に示されているように、クランク角センサ処理の周期が長いため、本発明の新たな制御を追加した場合でも、ＣＰＵ２６の演算負荷への圧迫は少なく、問題がない。

これに対し、高回転運転領域では、図１０（ｂ）に示されているように、クランク角センサ１６の入力周期が速くなることで、クランク角センサ入力時の処理頻度が大きくなる。これにより、優先度が低い定期的に行なう制御処理を行なう期間が短くなり、ＣＰＵ２６の演算負荷を圧迫すると共に、的確な演算処理を達成することができなくなる可能性がある。

ＣＰＵ２６の演算負荷を軽減して、あらゆる運転領域でも的確な演算処理を行なうために、高回転領域では、例えば、図１０（ｃ）に示されているように、エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎｅｓｅｔ以上である場合には、エンジン停止角度及び再始動初回噴射気筒処理ためのクランク角センサ入力時の割込み処理を禁止し、エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎｅｓｅｔ未満である場合にのみクランク角センサ入力時の割込み処理を許可すればよい。

つまり、エンジン回転数Ｎｅによって、エンジン停止角度及び再始動初回噴射気筒処理ためのクランク角センサ入力時の割込み処理によるＣＰＵ２６の演算負荷は大きく影響を受けるから、高回転領域では、そのクランク角センサ入力時の割込み処理を停止（禁止）すればよい。

その判定方法は、回転数Ｎｅ≧所定値Ｎｅｓｅｔを判定して行えばよい。ここで、所定値（回転数比較値）Ｎｅｓｅｔは、エンジン停止角度を正確に判定できる以上のエンジン回転数ＮｅとＣＰＵ２６の演算負荷を成立できる範囲、例えば、２０００ｒ／ｍｉｎ程度を設定すればよい。

これにより、如何なる運転領域でも、的確なエンジン制御を行なうことができ、且つ停止角度及び再始動初回噴射気筒判定の処理の両立を図ることができる。

以上の説明が、本発明によるエンジンの停止直前の正転および反転方向に複雑に回転した場合でも正確に、停止角度及び再始動初回噴射気筒を判定でき、通常の運転領域でもＣＰＵ２６の演算負荷を圧迫させない。

次に、前述のエンジンの停止角度情報を用いて行うエンジン始動時の燃料噴射及び点火時期制御について説明する。

通常のエンジンの始動時制御は、クランク角センサ１６及びカム角センサ２７の何れか一つあるいは組合せにより気筒判別を行うが、正確な気筒判別を行うためには、クランキング中の所定角度または時間が必要であることは、既知の事実である。

本発明では、前記したエンジンのクランク角度検出値を用いて、上記したこれまでの始動に要する時間（気筒判別までの時間）を待たずに、燃料噴射及び点火制御を行うことで、アイドルストップ後の再始動や通常の始動性の早期化を実現し、エンジンの商品性の向上を実現するものである。

つぎに、エンジン停止後の再始動時に行う燃料噴射タイミング及び点火時期制御を、図１１を参照して説明する。

燃料噴射タイミング及び点火時期制御は、最適なタイミング制御を行うことから同じである。したがって、ここでは、噴射タイミング制御を例にとっている。所望のタイミングで点火時期制御を行う場合も同様であり、特に、燃料噴射タイミングと別のブロック図を用いて点火時期制御を説明しなくても、本発明の内容は、充分に理解できるため、点火時期制御の説明は割愛する。なお、図１１において、符号ｎは、燃料噴射、点火の順序を示す。

まず、ブロック１１１では、噴射気筒順序に対する噴射タイミング・テーブルを参照して各気筒の噴射タイミングを設定する。ここで、噴射気筒順序とは、通常運転時の噴射順序と同じである。噴射タイミング・テーブルは、予め評価適合された噴射タイミング角度ＳＴＩＴＡＮＧｎを、各気筒の基準位置、例えば圧縮行程ＴＤＣに設定する。

次に、ブロック１１２では、ブロック１１１で設定された各気筒の噴射タイミングの気筒間隔オフセットを補正する。本ブロック１１２では、６気筒エンジンの例を示している。６気筒エンジンの場合には、１２０ＣＡ毎に気筒周期が発生する。この倍数Ｍ分（２４０、３６０、４８０、６００）を補正することで、全行程７２０ＣＡ（４サイクル）に対する要求クランク角度ＢＡＩＴＡＮＧｎを下式により算出する。

ＢＡＩＴＡＮＧｎ＝Ｍ＋（７２０−ＳＴＩＴＡＮＧｎ）
これにより、ブロック１１１で説明した各気筒毎の基準位置設定ＳＴＩＴＡＮＧｎに対する要求クランク角度ＢＡＩＴＡＮＧｎを算出することが可能となる。

次に、ブロック１１３では、ＢＡＩＴＡＮＧｎに対する補正を下式に従って行う。
ＴＡＩＴＡＮＧｎ＝ＢＡＩＴＡＮＧｎ＋（再始動初回噴射気筒−１）×１２０

ブロック１１２では、気筒間の補正算出を行ったが、実際に噴射する気筒は、再始動初回噴射気筒に応じて設定しなければ噴射気筒の制御が行えなくなり、異なる気筒に燃料噴射を行った場合には、エンジンの始動性悪化に加えて、排気エミッション悪化となってしまう。

従って、噴射気筒を元に、ブロック１１２で算出した気筒間タイミングと組み合わせることにより、正確な気筒に所定の噴射タイミングＴＡＩＴＡＮＧｎで燃料噴射を行う。

ブロック１１４では、全行程７２０ＣＡ（４サイクル）に対して、ブロック１１３の演算値ＴＡＩＴＡＮＧｎが大きい値となった場合の補正演算を下式に従って行う。
ＩＴＡＮＧｎ＝ＴＡＩＴＡＮＧｎ／７２０
ＴＡＩＴＡＮＧｎ＝ＴＡＩＴＡＮＧｎ−ＩＴＡＮＧｎ×７２０

ブロック１１１では、各気筒の基準位置（例えば圧縮行程ＴＤＣ）に対し、大きく離れた位置の設定をした場合、ブロック１１３の演算値ＴＡＩＴＡＮＧｎが７２０ＣＡを上回ることがあり得る。これは、演算上の問題であり、所望の位置で噴射を行う必要がある。加えて、図７及び図８の説明でクランク角度は７２０ＣＡ周期で求めるものに対し、実在しない値となってしまう。

例えば、ＴＡＩＴＡＮＧｎ＝７３０ＣＡと演算された場合には、ＴＡＩＴＡＮＧｎ＝１０ＣＡと同じ位置である。この関係は、全行程７２０ＣＡ（４サイクル）で除算した値ＩＴＯＦｎの余りＩＴＡＮＧｎで算出することができる。

以上の処理を行うことで、実際に適合を行うユーザ側に対し、設定値を混乱させることもなく、再始動初回噴射気筒に対する個々の制御を必要としないエンジンの始動時制御を提供できる。

図１２は、図１１に示されている制御によるタイミングチャートである。再始動判定により、本発明の燃料噴射及び点火時期制御が実行された場合には、図１２の例では、３回目の噴射タイミングから、図１１に示されている制御により算出した噴射タイミングＩＴＡＮＧ１、ＩＴＡＮＧ２と続いて制御を実行する。一方の点火時期制御も同様に行えばよいのは、図１１で説明した通りであり、図１２の例でも点火実行のタイミングチャートは割愛している。

１回目の噴射は、始動許可成立時に、再始動初回噴射気筒（＃ｎ)に対して即座に行い、２回目の噴射は、始動許可成立後、所定時間Ｔｘが経過した後に時間制御によって行い、３回目以降は、エンジン回転によって変化する角度情報が得られるとして、ＴＡＩＴＡＮＧｎに基づく角度制御によって燃料噴射を行う。

つぎに、本発明によるエンジン制御を、図１３を参照して説明する。
ステップＳ１３１では、エンジンのクランク角度を検出するクランク角センサ入力処理を行ない、クランク角度を演算する。

ステップＳ１３２では、アイドルストップの許可判定を行う。アイドルストップ許可が成立した場合には、燃料カット等を行い、エンジンを停止させる。

ステップＳ１３３では、ステップＳ１３２で行われたエンジン停止の際の停止角度と再始動初回噴射気筒を判定する。判定方法は図４、図５、図６、図７、図８、図９を用いて説明した方法で演算するものである。

次に、ステップＳ１３４では、アイドルストップ後の再始動またはクランキングによる通常の始動要求を判定し、始動要求が成立した時には、ステップＳ１３５にて噴射タイミング演算を行う。

ステップＳ１３６では、始動によりエンジンの回転が始まり、ステップＳ１３１で算出したクランク角度処理とステップＳ１３５で算出した噴射タイミングＩＴＡＮＧｎが合致したか否かを判定する。合致した場合には、ステップＳ１３７により、実際に燃料噴射を実行する。

次にステップＳ１３８では、ステップＳ１３５の燃料噴射タイミング同様に点火時期の演算を行う。ステップＳ１３９では、ステップＳ１３６の燃料噴射タイミング同様に、始動によりエンジンの回転が始まり、ステップＳ１３１で算出したクランク角度処理とステップＳ１３８で算出した点火時期ＡＤＶＡＮＧｎが合致したか否かを判定し、合致した場合には、ステップＳ１４０により、実際に点火を実行する。

以上説明した、燃料噴射タイミングのステップＳ１３５とステップＳ１３６及び、点火時期のステップＳ１３８とステップＳ１３９は、図１１と図１２で説明した本発明による制御を行うものである。

図１４は、図１２、図１３で示したアイドルストップ後の再始動時のタイミングチャートと通常始動時制御切り替え時のタイミングチャートである。

通常始動時制御とは、下記するが本発明とは直接関係しないため、詳細の説明を必要としないが便宜上、一般に知られているエンジンの燃料噴射や点火制御の事を示した定義とする。通常始動時制御は、エンジンの気筒判別及びＲＥＦ位置及びエンジンの角度情報に基づいて燃料噴射や点火制御を行うもので、エンジンを始動させるために一般に知られている内容であること、更に通常始動時制御が実行される場合には、本発明の制御は行わないことから、詳細の説明を割愛する。

まず、図１４で用いている符号について説明する。ＴＯＰとは、エンジンの状態がわかり易いように、便宜上示したものであり、該位置が圧縮行程のＴＤＣ（上死点）となる位置である。ＰＯＳとは、エンジンの通常角度制御を行うためのものであり、クランク角センサ１６による信号である。

ＰＯＳ−１６（カウントａ用）とは、本発明のエンジンの停止角度及び気筒判別や再始動時の燃料噴射や点火制御を行うための信号（Ｓｃ１、Ｓｃ２）によるものである。

ＲＥＦ判定とは、ＲＥＦ位置の判定を示したものである。始動直後の圧縮行程１１０ＢＴＤＣの位置でＲＥＦが生成されないのは、前記図１で説明したクランク角センサ１６の情報が確定されていないため、生成されない事を示す。

ＣＹＬＢＵＮは、図６で説明した出力信号Ｓｃ１とＳｃ２信号に基づいて算出する気筒判別値であり、ＣＹＬＣＮＴは通常制御で用いる気筒判別値である。エンジン始動時にＣＹＬＣＮＴ＝０となっている領域では、通常制御での気筒判別が行われていない状態を示す。

初回ＲＥＦ判定までの領域での各気筒に対する燃料噴射や点火制御は、図１１及び図１２で説明した再始動制御方法で行うものである。再始動制御によりエンジンは自転し、クランク角センサ１６の情報により本発明の対象とならない通常制御により、気筒判別後にＲＥＦ位置信号が発生する。

本夕イミング以降は、通常始動時制御により所望の燃料噴射及び点火制御を行い、円滑にエンジンは始動及び運転が可能となる。

本発明の再始動時制御は、初回ＲＥＦ判定まで行えば、通常始動時制御により、それ以降円滑に内燃制御できるが、本発明の再始動時制御を初回ＲＥＦ判定された場合でも行った場合には、２つ（本発明の再始動制御と通常始動時制御）の制御により、燃料噴射と点火制御を実行する事になり、複数回同一気筒に実行される事になり、空燃比のアンマツチ（複数噴射によりリッチ）や不適切な点火実行（例えば、燃料噴射中に点火を実行するなど）により、的確な燃焼が実現できなくなり、排気エミツションや運転性悪化を誘発する事になる。

従って、本発明による再始動時制御は、初回ＲＥＦ判定＝通常始動時制御実行までとすることで、排気エミッションや運転性悪化とならず、円滑なエンジンの始動を提供する事が可能となる。

本実施形態の効果を要約すると、以下の通りである。
（１）内燃機関の回転数に応じて少なくても２つ以上の角度位相が互いに異なる角度信号を出力するクランク角センサを用いることにより、正確な内燃機関の停止角度と再始動初回噴射気筒を算出することができ、停止角度と再始動初回噴射気筒判定方法に基づいて、始動時の噴射タイミングと点火時期制御において、停止位置に影響されない容易な適合設定と制御ロジックを提供することができ、円滑な内燃機関の始動時制御が実現できる。

（２）角度位相が互いに異なる角度信号の出力立上りと立下りの順序を検出することにより、正転、ゆり戻しによる反転を考慮して内燃機関のクランク角度を正確に検出することができる。

（３）再始動初回噴射気筒と停止角度は、内燃機関が通常運転時に燃料噴射及び点火制御を行うための気筒判別とクランク角度検出手段とは異なり、内燃機関停止または始動時の何れか専用の気筒判別演算及びクランク角演算を行うから、内燃機関停止または始動時の気筒判別演算、クランク角演算を通常運転時の燃料噴射、点火制御とは別に、適正に行うことができる。

（４）内燃機関停止または始動時の何れか専用の気筒判別演算及びクランク角演算は、内燃機関が通常運転時に行う気筒判別とクランク角度検出手段により校正することにより、内燃機関停止、始動時の気筒判別演算、クランク角演算を、誤差なく正確に行うことができる。

（５）内燃機関停止または始動時の何れか専用の気筒判別演算及びクランク角演算校正は、内燃機関の低回転数域では禁止するから、誤った校正が行われることがない。

（６）内燃機関の再始動初回噴射気筒及び停止角度を演算する手段は、制御装置の演算処理負荷が大きい高回転数域では、演算を実行しないから、演算負荷を過剰にすることなく、如何なる運転領域でも的確な内燃機関制御を行うことができる。

（７）内燃機関の再始動初回噴射気筒及び停止角度の演算値は、内燃機関制御装置の電源が遮断された場合でも記憶保持する記憶手段を有するから、イグニッションスイッチがオフされた後のエンジン始動時でも、記憶値を読み出すことにより、筒内噴射による始動時制御が可能となる。

（８）内燃機関の回転数に応じて少なくても２つ以上の角度位相が互いに異なる角度信号を出力するクランク角センサと、内燃機関の通常運転時に燃料噴射及び点火制御を行うための気筒判別、クランク角度検出とは別に、前記クランク角センサの出力信号によって内燃機関の停止時に再始動初回噴射気筒と停止角度を検出する手段とを有しているから、内燃機関始動時は、通常運転時の気筒判別及びクランク角演算が正確に判定できるまでの期間、再始動初回噴射気筒と停止角度を検出する前記手段により求められる内燃機関の角度情報に基づいて燃料噴射及び点火制御を的確に行うことができる。

（９）通常制御までの始動時の燃料噴射及び点火制御は、再始動初回噴射気筒判定値に基づいて、噴射及び点火を行う気筒及び制御気筒順序を決定するから、この時の燃料噴射及び点火制御を的確に行うことができる。

（１０）噴射実行及び点火実行クランク角度は、各実行される気筒の所定行程の特定角度を基準とした予め設定された定数に基づいて気筒間のオフセットの補正を演算して設定するから、実際に適合を行うユーザ側に対し、設定値を混乱させることもなく、再始動初回噴射気筒に対する個々の制御を必要としないエンジンの始動時制御を実現できる。

本実施形態の内燃機関制御装置が適用される筒内噴射エンジンの制御システム図。 本発明による内燃機関制御装置の一つの実施形態の要部を示すブロック図。 （ａ）はエンジン停止時のシリンダ内容積を示す説明図であり、（ｂ）は、エンジン停止角度に対するシリンダ内容積と要求燃料噴射量との関係を示すグラフ。 エンジン停止角度を検出するためのクランク角センサの一つの実施形態を示す図。 クランク角センサの出力信号の波形チャート。 クランク角センサの入力処理部の一つの実施形態を示すブロック図。 ６気筒を例にした回転方向及びクランク角度検出によるタイミングチャート。 （ａ）はカウント値校正の一例を示すタイミングチャート、（ｂ）は誤ったカウント値校正を行う一例を示すタイミングチャート。 エンジンが正転、逆転した時のクランク角演算の一例を示す説明図。 （ａ）は低回転時の割込み処理タイミンクを示すタイミングチャート、（ｂ）は高回転時の割込み処理タイミンクを示すタイミングチャート、（ｃ）はエンジン回転数とＣＰＵ負荷との関係を示すグラフ。 本実施形態の内燃機関制御装置によるエンジン停止後の再始動時に行う噴射タイミング処理を示すブロック図。 本実施形態の内燃機関制御装置によるエンジン停止後の再始動時に行う噴射タイミングを示す本タイミングチャート。 本実施形態の内燃機関制御装置によるエンジン制御フローを示すフローチャート。 アイドルストップ後の再始動時のタイミングチャートと通常始動時制御切り替え時のタイミングチャート。

符号の説明

１ エンジン
２ 燃焼室（気筒）
３ エアクリーナ
４ 入力部
５ 吸入空気計
６ 絞り弁
７ 絞り弁ボディ
８ コレクタ
９ 踏み量センサ
１０ モータ
１１ 燃料タンク
１２ 燃料ポンプ
１３ 燃料噴射弁
１４ 可変燃圧レギュレータ
１５ コントロールユニット
１６ クランク角センサ
１７ 点火コイル
１８ スロットルセンサ
１９ 吸気管
２０ Ａ／Ｆセンサ
２１ クランク軸
２２ 水温センサ
２３ ピストン
２４ Ｄ−フリップフロップＩＣ
２５ カム軸
２６ ＣＰＵ演算手段（演算手段）
２７ カム角センサ
２８ 排気管
２９ アクセルペダル
３０ 電源
３１ リレースイッチ
３２ 表示灯
３３ イグニッションスイッチ
３５ 点火プラグ
１５１ 記憶手段
１６１ 検出歯部
１６２ クランク角ピックアッププレート
１６３、１６４ 検出器
２６１ アイドルストップ条件演算ステップＳ
２６２ アイドルストップ制御ステップＳ
２６３ 停止角度検出ステップＳ
２６４ 再始動初回噴射気筒判定ステップＳ

Claims (5)

1. クランク軸と同期回転するクランク角ピックアッププレートと、該クランク角ピックアッププレートに等回転角ピッチで設けられた検出歯部と、該検出歯部を検出すべく前記クランク角ピックアッププレートに対して互いに位相差を付けて配置された第一の検出器と第二の検出器を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記第一の検出器からの第１角度信号と前記第二の検出器からの第２角度信号に基づいて前記クランク軸の回転方向を判定する回転方向判定手段と、
   該回転方向判定手段によって正転方向の回転と判定された場合に、前記第一の検出器からの第１角度信号と前記第二の検出器からの第２角度信号の入力に応じて角度認識値をカウントアップし、予め設定された回転角度位置でイニシャライズするカウントアップ手段と、
   該カウントアップ手段によりカウントアップされる角度認識値を、通常運転中のクランク角度基点位置信号に基づいて校正する校正手段を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記校正手段は、前記内燃機関の低回転数域では前記校正を禁止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記回転方向判定手段は、
   第１角度信号がハイの状態で第２角度信号の立ち上がりが発生した場合、
   第１角度信号がローの状態で第２角度信号の立ち下がりが発生した場合、
   第２角度信号がローの状態で第１角度信号の立ち上がりが発生した場合、
   第２角度信号がハイの状態で第１角度信号の立ち下がりが発生した場合のいずれかに該当するときは正転方向の回転と判定し、
   第１角度信号がハイの状態で第２角度信号の立ち下がりが発生した場合、
   第１角度信号がローの状態で第２角度信号の立ち上がりが発生した場合、
   第２角度信号がローの状態で第１角度信号の立ち下がりが発生した場合、
   第２角度信号がハイの状態で第１角度信号の立ち上がりが発生した場合のいずれかに該当するときは逆転方向の回転と判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記回転方向判定手段は、
   第１角度信号の立ち上がり、第２角度信号の立ち上がり、第１角度信号の立ち下がり、第２角度信号の立ち下がりを順番に検出したときは正転方向の回転と判定し、第２角度信号の立ち上がり、第１角度信号の立ち上がり、第２角度信号の立ち下がり、第１角度信号の立ち下がりを順番に検出したときは逆転方向の回転と判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関の始動時に、前記クランク軸の前回の停止角度と、前記第１角度信号及び第２角度信号に基づいて、燃料噴射制御及び点火時期制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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