(57)【要約】      （修正有）【課題】クランク角センサの異常時にクランク角の動きをより正確に反映させた模擬クランク角信号を生成し得る内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０は、前記クランク角センサの異常時に、連続して出力される前記カム角信号ｇ間の時間間隔に対し不等間隔をなす複数の模擬クランク角信号を制御パラメータに基づいて生成し、当該模擬クランク角信号と前記カム角信号ｇとに基づいて燃焼制御を行うようにしている。【選択図】図５
2014105696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランク角信号を出力するクランク角センサと、
エンジンのカム角信号を出力するカム角センサと、
前記クランク角センサ及びカム角センサから内燃機関の気筒判別を行う内燃機関の制御装置であって、
前記クランク角センサの異常時に、連続して出力される前記カム角信号間の時間間隔に対し不等間隔をなす複数の模擬クランク角信号を制御パラメータに基づいて生成し、当該模擬クランク角信号と前記カム角信号とに基づいて燃焼制御を行う内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク角センサ及びカム角センサを具備する内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンのクランク角信号を出力するクランク角センサと、エンジンのカム角信号を出力するカム角センサと、前記クランク角センサ及びカム角センサから内燃機関の気筒判別を行う内燃機関の制御装置が種々提案されている。なかでも特許文献１に記載したようなものは、前記クランク角センサの異常時に、連続して出力される前記カム角信号間の時間間隔に対し等間隔をなす模擬クランク角信号を制御パラメータに基づいて生成し、当該模擬クランク角信号と前記カム角信号とに基づいて燃焼制御を行うようにしたものである(例えば、特許文献１参照)。これにより、クランク角センサの出力が断線等故障をしたときでも緊急回避行動を行い得る。
【０００３】
しかしながら、上記特許文献のものは、カム角信号の出力タイミングの時間間隔を複数に等分して、クランク角信号の擬似的なタイミングを生成している。そのため、実際のクランク角信号の動き（回転変動）との乖離が起こるため、当該乖離により点火時期を過度に早くしてしまった場合にはノッキングの原因となる。つまり、上記公知技術のような制御を行う場合、上述したようなノッキング防止ため、点火時期や燃料噴射量の制御においては安全マージンを大きく設けることが必要となる。具体的には点火時期を大きく遅角させることが必要となる。そうなると前記乖離により逆に点火時期が遅角となり過ぎるとトルク不足を招来したり排気が高温となりすぎたりして触媒を損傷させてしまうといったことも起こり得る。特に点火時期が遅角となり過ぎる上記不具合は、特に、小排気量の内燃機関や気筒数の少ない内燃機関に対しては特にトルク不足につながり、クランク角センサ故障時の緊急退避行動そのものに支障を来してしまう事態にも繋がってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０８５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような不具合に着目したものであり、クランク角センサの異常時にクランク角の動きをより正確に反映させた模擬クランク角信号を生成し得る内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００７】
すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、エンジンのクランク角信号を出力するクランク角センサと、エンジンのカム角信号を出力するカム角センサと、前記クランク角センサ及びカム角センサから内燃機関の気筒判別を行う内燃機関の制御装置であって、前記クランク角センサの異常時に、連続して出力される前記カム角信号間の時間間隔に対し不等間隔をなす複数の模擬クランク角信号を制御パラメータに基づいて生成し、当該模擬クランク角信号と前記カム角信号とに基づいて燃焼制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、クランク角センサが断線等故障したときであっても、実際のクランク角に近いタイミングで制御を行うことができる。そのため点火時期を遅角させるといった従前より行われていたクランク角センサ故障時に行う燃焼制御の、いわゆる安全マージンを抑えることができる。その結果、当該安全マージンを設けたことにより起こるトルクの低下を抑えることができるので、特に気筒数や排気量が小さい内燃機関であっても、出力が担保された確実な緊急回避行動を行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、クランク角センサの異常時にクランク角の動きをより正確に反映させた模擬クランク角信号を生成し得る内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態の内燃機関に付随するクランク角センサの態様を模式的に示す図。
【図３】同実施形態の内燃機関に付随するカム角センサの態様を模式的に示す図。
【図４】同実施形態の内燃機関において実行される気筒判別処理の内容を説明するタイミング図。
【図５】同実施形態に係る作用説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、例えば排気量が６６０ｃｃであるポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、三つの気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。それら気筒１は直列配置されており、各気筒１の圧縮上死点は等間隔、即ち２４０°ＣＡ毎に出現する。
【００１２】
各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１３】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１４】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１５】
内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１６】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、車載のバッテリの電圧（または、バッテリ電流）を検出するセンサから出力されるバッテリ電圧信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却液（または、冷却水）の温度を検出する液温センサから出力される冷却液温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｈ等が入力される。アクセル開度は、いわば要求負荷である。内燃機関の冷却液温は、内燃機関の温度を示唆する。
【００１７】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。
【００１８】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火時期といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。
【００１９】
また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、電動機たるスタータモータ（または、セルモータ。図示せず）に制御信号ｏを入力し、スタータモータにより内燃機関のクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が冷却液温等に応じて定まる閾値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。
【００２０】
ここで、クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇに関して補足する。図２に示すように、クランク角センサは、クランクシャフトに固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータ７の回転角度をセンシングするものである。そのロータ７には、クランクシャフトの回転方向に沿った所定角度毎に、歯または突起７１が形成されている。典型的には、クランクシャフトが１０°回転する毎に、歯または突起７１が配置される。
【００２１】
クランク角センサは、ロータ７の外周に臨み、個々の歯または突起７１が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度クランク角信号ｂとしてパルス信号を発信する。ＥＣＵ０は、このパルスをクランク角信号ｂとして受信する。
【００２２】
但し、クランク角センサは、クランクシャフトが一回転する間に三十六回のパルスを出力するわけではない。クランクシャフトのロータ７の歯または突起７１は、その一部が欠けている。図２に示す例では、十七番目、十八番目及び二十番目、二十一番目の欠歯部分７２、並びに、三十五番目、三十六番目の欠歯部分７３という、大きく分けて二つの欠歯部分７２、７３が存在する。欠歯部分７２、７３はそれぞれ、クランクシャフトの特定の回転位相角に対応する。即ち、連続する欠歯部分７２は１８０°ＣＡ及び５４０°ＣＡに対応しており、単独の欠歯部分７３は０°及び３６０°ＣＡに対応している。
【００２３】
そして、図４に示すように、上記の欠歯部分７２、７３に起因して、クランク角信号ｂのパルス列もまた一部が欠損する。この欠損を基にして、クランクシャフトの絶対的な角度を知ることが可能である。欠損した三十六番目のパルスの次の一番目のパルスのタイミングを０°ＣＡ（または、３６０°ＣＡ）とおくと、欠損した十八番目のパルスに続く十九番目のパルスのタイミングが１８０°ＣＡ（または、５４０°ＣＡ）ということになる。上記の０°ＣＡのパルスのタイミングは、特定の気筒（図示例では、第二気筒）１の圧縮上死点に略等しい。
【００２４】
図３に示すように、カム角センサもまた、カムシャフトに固定されカムシャフトと一体となって回転するロータ８の回転角度をセンシングするものである。そのロータ８には、少なくともカムシャフトの一回転を気筒数で割った角度毎に、歯または突起８１が形成されている。三気筒エンジンの場合、カムシャフトが１２０°回転する毎に、歯または突起８１が配置される。
【００２５】
カムシャフトは、巻掛伝動機構（チェーン及びスプロケット。図示せず）等を介してクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて回転するもので、その回転速度はクランクシャフトの二分の一である。故に、上記の歯または突起８１は、クランク角度に換算すれば２４０°ＣＡ毎に配置されていることになる。
【００２６】
カム角センサは、ロータ８の外周に臨み、個々の歯または突起８１が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度カム角信号ｇとしてパルス信号を発信する。ＥＣＵ０は、このパルスをカム角信号ｇとして受信する。
【００２７】
歯または突起８１に起因して発生するカム角信号ｇは、何れかの気筒１が所定の行程に至ったことを表す。吸気カムシャフトにカム角センサが付随している場合、そのカム角センサが出力するカム角信号ｇは、図４に示しているように、各気筒１における圧縮上死点の近傍、または圧縮上死点から所定クランク角度（３０°ＣＡないし７０°ＣＡの範囲内の値）だけ進角側に偏倚したタイミングを示唆する。いわゆる位相変化型の可変バルブタイミング機構が付随している内燃機関にあっては、カム角信号ｇが当該機構により調節されるバルブタイミングをも表す。
【００２８】
ＥＣＵ０は、クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇの双方を参照して各気筒１の現在の行程を知得し、各気筒１で適切な燃料噴射タイミングにて燃料を噴射する同期噴射を行い、また適切な点火時期にて混合気への点火を行う。
【００２９】
しかして本実施形態に係る内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０は、前記クランク角センサの異常時に、連続して出力される前記カム角信号ｇ間の時間間隔に対し不等間隔をなす複数の模擬クランク角信号（模擬Ｎ信号）を制御パラメータに基づいて生成し、当該模擬クランク角信号と前記カム角信号ｇとに基づいて燃焼制御を行うようにしている。
【００３０】
図４上部は、内燃機関の各行程におけるクランクシャフトが３０°ＣＡ回転するために必要な所要時間を示している。同図に示すように、クランクシャフトの回転速度は何れかの気筒１が圧縮上死点近傍にあるときにはクランクシャフトが回転する所要時間が大きくなる、すなわち回転速度が低くなる傾向にある。これが実際にはクランクシャフトの脈動として現れる。当該脈動に係る前記所要時間の差、つまり同図に示される回転速度差Ａは、エンジン回転数、要求負荷、点火時期、冷却液温、補機による負荷といった各種制御パラメータにより異なる。
【００３１】
本実施形態では、ＥＣＵ０に予め前記カム角信号ｇ間の時間間隔に対し不等間隔をなす複数の模擬クランク角信号ｂの信号パターンを例えば複数のマップとして記憶させてある。この信号パターンは、各種制御パラメータにより予測されるクランクシャフトの回転速度差Ａの値に応じて適宜選択され得るようになっている。そして図５に示すように、模擬クランク角信号の信号パターンは、何れかの気筒１が圧縮上死点にある近傍での広間隔領域αと、当該広間隔領域α間に介在する狭間隔領域βとを有している。広間隔領域αでは３０°ＣＡ回転するために必要な所要時間が上記カム角信号ｇ間の時間間隔を８等分した時間よりも長い時間間隔となるよう模擬クランク角信号が設定されている。また狭間隔領域βでは３０°ＣＡ回転するために必要な所要時間が前記カム角信号ｇ間の時間間隔を８等分した時間よりも短い時間間隔となるよう模擬クランク角信号が設定されている。そしてＥＣＵ０に記憶されている各信号パターンはそれぞれ広間隔領域α及び狭間隔領域βの時間間隔が異なるものとなっている。すなわちクランクシャフトの回転の脈動が大きい場合には広間隔領域αと狭間隔領域βとの時間の差が大きい信号パターンがＥＣＵ０から読み出される。
【００３２】
以下、本実施形態に係るクランク角センサの異常時における燃焼制御について図４及び図５に示して説明する。
【００３３】
以下、本実施形態おけるクランク角センサ異常時の制御について具体的に説明する。まず、断線等によりクランク角センサの異常が起こると、制御パラメータから図４における脈動の原因となる回転速度差Ａの値を予測し、当該回転速度差Ａの値から、ＥＣＵ０に記憶されている複数の信号パターンのうち任意の信号パターンを読み出す。そしてこれまで発信されてきたカム角信号ｇのタイミングから次回カム角信号ｇが発信されるタイミングを予測するとともに、最新のカム角信号ｇと予測されたカム角信号ｇとの時間差と前記信号パターンから模擬クランク角信号を生成し、当該模擬クランク角信号に基づいて燃焼制御を行う。ここで、クランク角センサの異常に応じて従来同様点火時期や燃料噴射量の制御すなわち燃焼制御に所謂安全マージンを設けても良い。換言すればクランク角センサの異常に応じて点火時期を遅角側に補正するとともに燃料噴射量を減じる従来行われていた補正を併せて行っても良い。さらには上記複数の信号パターンに対応付けて上記安全マージンにおける補正量を異ならせたり、例えば回転速度差Ａの値が小さい場合の信号パターンなど、読み出される信号パターンによっては安全マージンを設けない態様としたりしても良い。
【００３４】
以上のようにすることにより、本実施形態に係る内燃機関の制御装置であるＥＣＵ０は図５に示すように、上記のクランクシャフトの脈動に応じるべく前記クランク角センサの異常時に、連続して出力される前記カム角信号ｇ間の時間間隔に対し不等間隔をなす複数の模擬クランク角信号を制御パラメータに基づいて生成し、当該模擬クランク角信号と前記カム角信号ｇとに基づいて燃焼制御を行うようにしているので、実際のクランク角信号ｂが出力されるタイミングにより近いクランク角の値を得ることができ、燃焼制御を的確に行い得る。特に本実施形態では模擬クランク角信号の信号パターンが圧縮上死点近傍に広間隔領域αを位置付けているために圧縮上死点近傍では単にカム角信号ｇ間を等分した時間よりも遅いタイミングで模擬クランク角信号が生成される。これにより、カム角信号ｇ間を等分した時間に基づいて点火時期を設定した場合よりも点火時期が進角側となり過ぎることが有効に回避されるようになっている。その結果、点火時期を遅角側に補正する所謂安全マージンを設けなくとも、ノッキングが回避された燃焼制御が実現される。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００３６】
例えば、上記実施形態ではエンジン回転数や要求負荷により模擬クランク角信号の態様を決定したが勿論、上記の制御パラメータの他、ＥＧＲ量、ＥＧＲ率やＣＶＴの状態といった他の制御パラメータも勘案してもよい。また実際のクランク角信号を発生するパルス列やカム角信号が出力される具体的なタイミングといった態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。
【００３７】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に用いることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…気筒
ｂ…クランク角信号
ｇ…カム角信号
０…内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）
【図１】
2014105696.tif 000003
【図２】
2014105696.tif 000004
【図３】
2014105696.tif 000005
【図４】
2014105696.tif 000006
【図５】
2014105696.tif 000007