JP5983553B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランク角を判定する際の基準となる欠歯部を検出する内燃機関の制御装置に関する発明である。

一般に、エンジン（内燃機関）の制御システムにおいては、クランク軸に固定されたシグナルロータの外周部に複数の突起を等間隔で設けると共に特定のクランク角で突起が欠けた欠歯部を設け、このシグナルロータの外周部に対向するようにクランク角センサを設置する。このクランク角センサから出力されるクランク角信号（パルス信号）の間隔が欠歯部の位置（特定のクランク角）で長くなることを利用して欠歯部を検出し、この欠歯部の位置（特定のクランク角）を基準にしてクランク角信号とカム角信号を用いてクランク角を判定すると共に気筒を判別してエンジンの制御（例えば燃料噴射制御や点火制御等）を行うようにしている。

また、近年、エンジンを搭載した車両においては、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、アイドルストップ制御システム（エンジン自動停止始動制御システム）を採用したものがある。このアイドルストップ制御システムを採用した車両では、エンジンの再始動時には、通常始動時（例えばイグニッションスイッチのオン操作による始動時）よりも早期始動性が要求される。

そこで、例えば、特許文献１（特許第４３１０７４４号公報）に記載されているように、エンジン停止時のクランク角をエンジン停止位置情報として記憶すると共に、エンジン停止中のクランク角信号の変化の履歴をエンジン停止位置情報として記憶し、エンジン始動時にエンジン停止時及びエンジン停止中のエンジン停止位置情報に基づいて気筒判別を実施するようにしたものがある。

特許第４３１０７４４号公報

ところで、エンジンの回転が停止する間際には、クランク軸が正回転、逆回転、正回転といった揺り返し挙動を示すことがあり、クランク軸の逆回転後の正回転時には、エンジン回転速度が極低回転領域になってクランク角信号の時間間隔が長くなる傾向がある。このため、逆転検出機能を有するクランク角センサを用いて、クランク軸の正回転時にクランク角信号の時間間隔に基づいて欠歯部を検出しようとしても、クランク軸の逆回転が発生するような極低回転領域では、欠歯部ではないにも拘らずクランク角信号の時間間隔が長くなった状態を欠歯部であると誤検出する可能性がある。エンジンの停止時に欠歯部を誤検出すると、欠歯部の位置を基準にしたクランク角判定や気筒判別の精度が低下して、エンジンの再始動時に燃料噴射制御や点火制御を正常に行うことができなくなる可能性がある。しかし、上記特許文献１の技術では、上述した欠歯部の誤検出を防止することができない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、クランク角を判定する際の基準となる欠歯部の誤検出を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）のクランク軸（２８）に固定されたシグナルロータ（３１）の回転に同期して所定クランク角毎にクランク角信号を出力すると共にシグナルロータ（３１）の欠歯部（３４）の位置に相当する特定のクランク角でクランク角信号の間隔が長くなるクランク角センサ（３２）と、クランク角信号の時間間隔に基づいて欠歯部（３４）を検出し、該欠歯部（３４）の位置を基準にしてクランク角を判定すると共に気筒を判別して内燃機関（１１）を制御する制御手段（３０）とを備えた内燃機関の制御装置において、クランク角センサ（３２）は、クランク軸（２８）の正回転時と逆回転時とで異なるクランク角信号を出力する逆転検出機能を有し、制御手段（３０）は、クランク角信号に基づいてクランク軸（２８）の逆回転を検出した場合に欠歯部（３４）の検出を禁止し、内燃機関（１１）の始動要求が発生した場合に欠歯部（３４）の検出を許可するようにしたものである。

この構成では、クランク角信号に基づいてクランク軸の逆回転を検出した場合に欠歯部の検出を禁止することで、クランク軸の逆回転が発生するような極低回転領域で、欠歯部ではないにも拘らずクランク角信号の時間間隔が長くなった状態を欠歯部であると誤検出することを防止することができる。また、内燃機関の始動要求が発生した場合に欠歯部の検出を許可（欠歯部の検出禁止を解除）することで、内燃機関の始動時には欠歯部の検出を再開することができる。

図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２は欠歯検出判定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図３は欠歯部の誤検出を説明するタイムチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１（例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等）の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に接続された吸気ポート又はその近傍に、それぞれ吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている（或は、エンジン１１の各気筒に、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁が取り付けられている）。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２７が取り付けられている。

また、エンジン１１のクランク軸２８に固定されたシグナルロータ３１の外周部に対向してクランク角センサ３２が設置され、このクランク角センサ３２からシグナルロータ３１（クランク軸２８）の回転に同期して所定クランク角毎にクランク角信号（パルス信号）が出力される。シグナルロータ３１の外周部には、複数の突起３３が等間隔で設けられると共に、特定のクランク角で一つ又は複数の突起３３が欠けた欠歯部３４が設けられている。クランク角センサ３２は、シグナルロータ３１の回転に伴って突起３３が対向する毎にクランク角信号を出力し、欠歯部３４の位置（特定のクランク角）でクランク角信号の間隔が長くなる。このクランク角センサ３２は、クランク軸２８の正回転時と逆回転時とで異なるクランク角信号（例えばパルス幅が異なるクランク角信号）を出力する逆転検出機能付きのクランク角センサである。

更に、エンジン１１のカム軸（図示せず）に固定されたシグナルロータ（図示せず）の外周部に対向してカム角セン３５が設置され、このカム角センサ３５からシグナルロータ（カム軸）の回転に同期して所定のカム角でカム角信号（パルス信号）が出力される。

これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０（制御手段）は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

その際、ＥＣＵ３０は、クランク角信号の出力タイミング毎（例えばクランク角信号の立ち上がりタイミング又は立ち下がりタイミング毎）に、クランク角信号の時間間隔Ｔ（前回と今回のクランク角信号の出力タイミングの時間間隔）を算出する。このクランク角信号の時間間隔Ｔに基づいて欠歯部３４を検出し、この欠歯部３４の位置（特定のクランク角）を基準にしてクランク角信号とカム角信号を用いてクランク角を判定すると共に気筒を判別してエンジン１１の制御（例えば燃料噴射制御や点火制御等）を行う。

また、ＥＣＵ３０は、図示しないエンジン自動停止始動制御ルーチンを実行することで、エンジン自動停止始動制御（いわゆるアイドルストップ制御）を実行する。このエンジン自動停止始動制御では、例えば、エンジン１１の運転中に運転者が車両を停車又は減速させて自動停止条件が成立したときにエンジン１１を自動的に停止させ、その後、エンジン１１の自動停止中（アイドルストップ中）に運転者が車両を発進又は加速させようとする操作を行って自動始動条件（再始動条件）が成立したときに自動的にスタータ３６を駆動してエンジン１１をクランキングして再始動させる。

ところで、図３に示すように、エンジン１１の回転が停止する間際には、クランク軸２８が正回転、逆回転、正回転といった揺り返し挙動を示すことがあり、クランク軸２８の逆回転後の正回転時には、エンジン回転速度が極低回転領域になってクランク角信号の時間間隔が長くなる傾向がある。このため、逆転検出機能を有するクランク角センサ３２を用いて、クランク軸２８の正回転時にクランク角信号の時間間隔に基づいて欠歯部３４を検出しようとしても、クランク軸２８の逆回転が発生するような極低回転領域では、欠歯部３４ではないにも拘らずクランク角信号の時間間隔が長くなった状態を欠歯部３４であると誤検出する可能性がある。エンジン１１の停止時に欠歯部３４を誤検出すると、欠歯部３４の位置を基準にしたクランク角判定や気筒判別の精度が低下して、エンジン１１の再始動時に燃料噴射制御や点火制御を正常に行うことができなくなる可能性がある。

この対策として、本実施例では、ＥＣＵ３０により後述する図２の欠歯検出判定ルーチンを実行するこで、エンジン１１の停止要求が発生した後にクランク角信号に基づいてクランク軸２８の逆回転を検出した場合に欠歯部３４の検出を禁止し、エンジン１１の始動要求が発生した場合に欠歯部３４の検出を許可する。

以下、ＥＣＵ３０が実行する図２の欠歯検出判定ルーチンの処理内容を説明する。
図２に示す欠歯検出判定ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行される。

本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン１１の停止要求が発生したか否かを判定する。本実施例では、例えば、エンジン１１の運転中に次の(1) と(2) のいずれかの場合にエンジン１１の停止要求が発生したと判定する。
(1) 自動停止条件が成立した場合
(2) ＩＧスイッチ３７（イグニッションスイッチ）がオフ操作された場合

このステップ１０１で、エンジン１１の停止要求が発生した（エンジン１１の停止要求有り）と判定された場合には、ステップ１０２に進み、クランク角信号に基づいてクランク軸２８の逆回転が発生したか否かを判定し、クランク軸２８の逆回転が発生していないと判定された場合には、ステップ１０４に進み、欠歯部３４の検出を許可して、本ルーチンを終了する。

その後、上記ステップ１０２で、クランク軸２８の逆回転が発生したと判定された場合（クランク軸２８の逆回転を検出した場合）には、欠歯部３４ではないにも拘らずクランク角信号の時間間隔が長くなった状態を欠歯部３４であると誤検出する可能性があると判断して、ステップ１０５に進み、欠歯部３４の検出を禁止して、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、エンジン１１の停止要求が発生していない（エンジン１１の停止要求無し）と判定された場合には、ステップ１０３に進み、エンジン１１の始動要求が発生したか否かを判定する。本実施例では、例えば、エンジン１１の停止中に次の(3) 〜(6) のいずれかの場合にエンジン１１の始動要求が発生したと判定する。

(3) 自動始動条件が成立した場合
(4) ＩＧスイッチ３７がオン操作された場合
(5) スタータ３６が駆動された場合
(6) エンジン１１の回転速度又は回転量（回転角度量）が所定値以上になった場合

尚、上記(6) は、エンジン１１を押しがけする際にエンジン１１の回転速度又は回転量が所定値以上になった場合を想定したものである。
このステップ１０３で、エンジン１１の始動要求が発生していない（エンジン１１の始動要求無し）と判定された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。

その後、上記ステップ１０３で、エンジン１１の始動要求が発生した（エンジン１１の始動要求有り）と判定された場合には、ステップ１０４に進み、欠歯部３４の検出を許可（欠歯部３４の検出禁止を解除）して、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例では、逆転検出機能付きのクランク角センサ３２を備えたシステムにおいて、エンジン１１の停止要求が発生した後にクランク角信号に基づいてクランク軸２８の逆回転を検出した場合に欠歯部３４の検出を禁止するようにしたので、エンジン１１の停止時にクランク軸２８の逆回転が発生するような極低回転領域で、欠歯部３４ではないにも拘らずクランク角信号の時間間隔が長くなった状態を欠歯部３４であると誤検出することを防止することができる。これにより、クランク角を判定する際の基準となる欠歯部３４の誤検出を防止することができ、欠歯部３４の位置を基準にしたクランク角判定や気筒判別の精度の低下を防止することができる。また、エンジン１１の始動要求が発生した場合に欠歯部３４の検出を許可（欠歯部３４の検出禁止を解除）するようにしたので、エンジン１１の始動時には欠歯部３４の検出を再開することができる。

尚、上記実施例では、エンジン１１の停止要求が発生した後にクランク軸２８の逆回転を検出した場合に欠歯部３４の検出を禁止するようにしたが、これに限定されず、例えば、エンジン１１の停止要求の有無に拘らずクランク軸２８の逆回転を検出した場合に欠歯部３４の検出を禁止するようにしても良い。このようにすれば、エンジン１１の停止時であるか否かに拘らずクランク軸２８の逆回転が発生するような極低回転領域で、クランク角信号の時間間隔が長くなった状態を欠歯部３４であると誤検出することを防止することができる。この場合、システム起動後（ＥＣＵ３０の電源オン後）の最初のエンジン１１の始動時は、ＩＧスイッチ３７のオン操作による始動要求時であるため、クランク軸２８の逆回転を検出していたとしても欠歯部３４の検出を許可（欠歯部３４の検出禁止を解除）するようにすると良い。

また、逆転検出機能の無いクランク角センサを備えたシステムの場合には、エンジン１１の停止要求が発生した場合に欠歯部３４の検出を禁止し、エンジン１１の始動要求が発生した場合に欠歯部３４の検出を許可（欠歯部３４の検出禁止を解除）するようにしても良い。

１１…エンジン（内燃機関）、２８…クランク軸、３０…ＥＣＵ（制御手段）、３１…シグナルロータ、３２…クランク角センサ、３４…欠歯部

Claims (3)

1. 内燃機関（１１）のクランク軸（２８）に固定されたシグナルロータ（３１）の回転に同期して所定クランク角毎にクランク角信号を出力すると共に前記シグナルロータ（３１）の欠歯部（３４）の位置に相当する特定のクランク角で前記クランク角信号の間隔が長くなるクランク角センサ（３２）と、前記クランク角信号の時間間隔に基づいて前記欠歯部（３４）を検出し、該欠歯部（３４）の位置を基準にしてクランク角を判定すると共に気筒を判別して前記内燃機関（１１）を制御する制御手段（３０）とを備えた内燃機関の制御装置において、
   前記クランク角センサ（３２）は、前記クランク軸（２８）の正回転時と逆回転時とで異なるクランク角信号を出力する逆転検出機能を有し、
   前記制御手段（３０）は、前記クランク角信号に基づいて前記クランク軸（２８）の逆回転を検出した場合に前記欠歯部（３４）の検出を禁止し、前記内燃機関（１１）の始動要求が発生した場合に前記欠歯部（３４）の検出を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段（３０）は、前記内燃機関（１１）の停止要求が発生した後に前記クランク軸（２８）の逆回転を検出した場合に前記欠歯部（３４）の検出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. 前記制御手段（３０）は、前記内燃機関（１１）の停止中に、自動始動条件が成立した場合、イグニッションスイッチ（３７）がオン操作された場合、スタータ（３６）が駆動された場合、前記内燃機関（１１）の回転速度又は回転量が所定値以上になった場合のうちの少なくとも一つの場合に、前記内燃機関（１１）の始動要求が発生したと判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

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