(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の始動に際し、各気筒の圧縮上死点の到来に遅れることなく気筒判別を完遂できるようにする。【解決手段】クランクシャフトに付随するクランク角センサを、クランクシャフトが単位角度回転する毎にクランク角信号を出力しつつ、クランクシャフトの特定の回転位相角においてはそのクランク角信号を出力せずに欠損させるものとし、クランクシャフトに従動して回転し吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに付随するカム角センサを、各気筒の所定行程に対応して基本カム角信号を出力することに加えて、カムシャフトの特定の回転位相角において追加カム角信号を出力するものとした。その上で、追加カム角信号と基本カム角信号のうちの一つとが、クランク角信号の欠損を挟むことなく出力されたことに基づき、各気筒の行程を判別する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトに付随するクランク角センサが、クランクシャフトが単位角度回転する毎にクランク角信号を出力しつつ、クランクシャフトの特定の回転位相角においてはそのクランク角信号を出力せずに欠損させるものであり、
クランクシャフトに従動して回転し吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに付随するカム角センサが、各気筒の所定行程に対応して基本カム角信号を出力することに加えて、カムシャフトの特定の回転位相角において追加カム角信号を出力するものであり、
追加カム角信号と基本カム角信号のうちの一つとが、クランク角信号の欠損を挟むことなく出力されたことに基づいて各気筒の行程を判別できることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、始動の際の各気筒の行程の判別を適時に行い得る内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の気筒を備える４ストローク内燃機関では、各気筒が現在どの行程にあるのかを知得して、燃料噴射制御及び点火制御を実施する必要がある。内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）は、内燃機関を始動する際のクランキングに伴い発生するクランク角信号（Ｎ信号）及びカム角信号（Ｇ信号）を受信して各気筒の行程を判別し、しかる後に各気筒毎の行程に合わせた燃料噴射（同期噴射）及び点火を開始する。
【０００３】
尤も、内燃機関を可及的速やかに始動させる必要から、近時では、クランキングの開始と略同時に全ての気筒に一斉に燃料を噴射（非同期噴射）することが通例となっている（例えば、下記特許文献を参照）。予め非同期噴射を実施しておくことにより、気筒判別の完了直後に点火タイミング即ち圧縮上死点を迎えた気筒に対し、同期噴射による燃料噴射を待つことなく即座に点火することが可能となり、クランキング期間の短縮に資する。
【０００４】
図５は、従来のクランク角信号及びカム角信号の配列を示している。クランク角信号を出力するクランク角センサは、クランクシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングする。そのロータには、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、歯または突起が配置される。クランク角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起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としてパルス信号を発信する。
【０００５】
但し、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の歯または突起は一部欠けており、その欠歯部分に起因して、クランク角信号のパルス列もまた一部が欠損する。図示例では、十七番目、十八番目、二十番目、二十一番目、三十五番目及び三十六番目に該当するパルスが欠損している。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ということになる。
【０００６】
カム角信号を出力するカム角センサは、吸気カムシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングする。そのロータには、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、歯または突起が配置される。カムシャフトは、巻掛伝動機構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。
【０００７】
カム角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起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としてパルス信号を発信する。図示例において、カム角信号は、各気筒の排気上死点の近傍、または排気上死点からあるクランク角度だけ進角側に偏倚したタイミングを示唆している。
【０００８】
従来の気筒判別方法は、以下の通りである。即ち、クランク角信号に含まれる三十五番目及び三十六番目のパルスの欠損が検出され、かつその欠損と同時期にカム角信号のパルスが検出されている場合、第一気筒が圧縮行程中であることが判明する。さすれば、その後に訪れる第一気筒の圧縮上死点のタイミングで火花点火を実行し、非同期噴射された燃料に着火して燃焼させる膨張行程を営むことができる。
【０００９】
また、クランク角信号に含まれる十七番目、十八番目、二十番目及び二十一番目のパルスの欠損が検出され、同時期にカム角信号のパルスが検出されない場合、第三気筒が圧縮上死点に到達したことが判明する。このとき、第三気筒にて火花点火を実行し、非同期噴射された燃料に着火して燃焼させる膨張行程を営むことができる。
【００１０】
これに対し、クランク角信号に含まれる三十五番目及び三十六番目のパルスの欠損が検出されたが、同時期にカム角信号のパルスが検出されなかった場合には、第二気筒が既に圧縮上死点を超えた後であることが判明する。
【００１１】
詳述すると、クランク角信号のパルスの欠損を検出するためには、欠損したパルスの直前のパルスと直後のパルスとの間隔に等しい３０°ＣＡ分のパルス列をさらに受信することが必要となる。第二気筒の圧縮上死点は、三十五番目及び三十六番目のパルスの欠損の後の一番目のパルスのタイミングに合致しているが、三十五番目及び三十六番目のパルスの欠損が存在していたことを確認するためには、一番目から三番目までのパルス列を受信して、三十四番目のパルスと一番目のパルスとの間の時間差との比較を行わなければならない。
【００１２】
よって、第二気筒の圧縮上死点の到来を知ることができるのは、三番目のパルスの受信後、つまりは第二気筒の圧縮上死点から３０°ＣＡ以上経過した後ということになる。第一気筒が圧縮上死点を迎えた直後に内燃機関のクランクシャフトの回転が停止したとすると、内燃機関の再始動時に最初に訪れる第二気筒の圧縮上死点のタイミングに合わせて点火を実施することができず（気筒判別が第二気筒の圧縮上死点に間に合わず）、その分だけクランキングに費やされる時間が延びる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１２−０８７７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、内燃機関の始動に際し、各気筒の圧縮上死点の到来に遅れることなく気筒判別を完遂できるようにすることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では、クランクシャフトに付随するクランク角センサが、クランクシャフトが単位角度回転する毎にクランク角信号を出力しつつ、クランクシャフトの特定の回転位相角においてはそのクランク角信号を出力せずに欠損させるものであり、クランクシャフトに従動して回転し吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに付随するカム角センサが、各気筒の所定行程に対応して基本カム角信号を出力することに加えて、カムシャフトの特定の回転位相角において追加カム角信号を出力するものであり、追加カム角信号と基本カム角信号のうちの一つとが、クランク角信号の欠損を挟むことなく出力されたことに基づいて各気筒の行程を判別できることを特徴とする内燃機関を構成した。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、内燃機関の始動の際の不要な燃料噴射を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】従来の内燃機関において実行される気筒判別の内容を説明するタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、点火タイミング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。
【００２６】
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水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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
加えて、本実施形態においては、ロータ８に、追加的なカム角信号ｇを発生させるための歯または突起８２が、２４０°ＣＡ毎の歯または突起８１の間に一つ設けられる。
【００３４】
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、８２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。
【００３５】
歯または突起８１に起因して発生する基本カム角信号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基本カム角信号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。
【００３６】
歯または突起８２に起因して発生する追加カム角信号ｇは、カムシャフト（及び、クランクシャフト）の特定の回転位相角に対応しており、各気筒１の行程を判別するための補助となるものである。図４に示している例では、第一気筒１の圧縮上死点を表す基本カム角信号ｇのパルスから６０°ＣＡ進角したタイミングに、追加カム角信号ｇのパルスが存在している。クランク角信号ｂのパルス列から明らかとなる６０°ＣＡの間隔を隔ててこれら二つのカム角信号ｇのパルスを連続して受信したとき、後者のパルスの直後が第一気筒１の圧縮上死点であることが分かる。
【００３７】
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、また適切な点火タイミングにて混合気への点火を行う。
【００３８】
本実施形態のＥＣＵ０は、停止している内燃機関の始動に際し、スタータモータによりクランクシャフトを回転駆動するクランキングを行い、かつそのクランキングの開始と略同時（クランキングの開始の直前、開始と同時または開始した直後）に、三気筒１の全てに一斉に燃料を噴射する非同期噴射を実施する。
【００３９】
そして、クランクシャフトの回転に伴い発生するクランク角信号ｂ及びカム角信号ｇを受信して、各気筒１の行程の判別を行う。各気筒１の行程の判別が完了したならば、気筒１毎に個別に燃料を噴射する同期噴射及び火花点火を開始する。内燃機関のクランキング中は、各気筒１毎に、排気上死点の直前のタイミングで同期噴射を実施するとともに、圧縮上死点の直後のタイミングで火花点火を実施する。
【００４０】
以降、内燃機関のクランキングを開始した後の各気筒１の行程の判別の手法を述べる。クランキングの開始後、クランク角信号ｂに含まれる三十五番目及び三十六番目のパルスの欠損（欠歯部分７３に起因する）が検出され、かつその欠損と同時期にカム角信号ｇのパルスが検出されない場合、第一気筒１が圧縮行程中であることが判明する。さすれば、その後に訪れる第一気筒１の圧縮上死点のタイミング（そのタイミングは、基本カム角信号ｇにより明らかとなる）で火花点火を実行し、非同期噴射された燃料に着火して燃焼させる膨張行程を営むことができる。
【００４１】
厳密には、クランク角信号ｂのパルスの欠損を検出するためには、欠損したパルスの直前のパルスと直後のパルスとの間隔に等しい３０°ＣＡ分のパルス列をさらに受信することが必要である。故に、三十五番目及び三十六番目のパルスの欠損が検出されて気筒判別が完了するのは、クランク角信号ｂの三番目のパルスを受信した後である。
【００４２】
クランキングの開始後、クランク角信号ｂに含まれる十七番目、十八番目及び二十番目、二十一番目のパルスの欠損（欠歯部分７２に起因する）が検出され、同時期に基本カム角信号ｇのパルスが検出された場合には、第三気筒１が圧縮上死点に到達したことが判明する。このとき、第三気筒１にて火花点火を実行し、非同期噴射された燃料に着火して燃焼させる膨張行程を営むことができる。
【００４３】
既に述べた通り、十七番目、十八番目及び二十番目、二十一番目のパルスの欠損が検出されて気筒判別が完了するのは、クランク角信号ｂの二十四番目のパルスを受信した後である。だが、第三気筒１の圧縮上死点のタイミングを表す基本カム角信号ｇが二十四番目のクランク角信号ｂ以前に検出される上、この二十四番目のクランク角信号ｂが第三気筒１の圧縮上死点近傍のタイミングにあることから、気筒判別が点火タイミングに間に合い、当該圧縮上死点にて第三気筒に点火することが可能となる。
【００４４】
あるいは、クランキングの開始後、追加カム角信号ｇ（歯または突起８２に起因する）が検出され、その後クランク角信号ｂのパルスの欠損が検出されることなく次の基本カム角信号ｇ（歯または突起８１に起因する）が検出された場合には、第二気筒１が圧縮上死点に到達する直前であることが判明する。よって、次に検出される一番目のクランク角信号ｂに合わせて第二気筒１にて火花点火を実行し、非同期噴射された燃料に着火して燃焼させる膨張行程を営むことができる。
【００４５】
図４に示しているように、第二気筒１の圧縮上死点のタイミングを表す基本カム角信号ｇよりも先に追加カム角信号ｇが発生し、しかも両者の間にはクランク角信号ｂの欠損は存在しないことから、気筒判別が点火タイミングに間に合い、当該圧縮上死点にて第三気筒に点火することが可能となる。カム角信号ｇ間でクランク角信号ｂの欠損が検出されないのは、上記の追加カム角信号ｇと基本カム角信号ｇとの間だけであるので、第二気筒１の圧縮上死点を誤判別するおそれはない。
【００４６】
本実施形態では、クランクシャフトに付随するクランク角センサが、クランクシャフトが単位角度回転する毎にクランク角信号ｂを出力しつつ、クランクシャフトの特定の回転位相角においてはそのクランク角信号ｂを出力せずに欠損させるものであり、クランクシャフトに従動して回転し吸気バルブを開閉駆動するカムシャフトに付随するカム角センサが、各気筒１の所定行程に対応して基本カム角信号ｇを出力することに加えて、カムシャフトの特定の回転位相角において追加カム角信号ｇを出力するものであり、追加カム角信号ｇと基本カム角信号ｇのうちの一つとが、クランク角信号ｂの欠損を挟むことなく、所定クランク角度の間隔を隔てて出力されたことに基づいて各気筒１の行程を判別できることを特徴とする内燃機関を構成した。
【００４７】
本実施形態によれば、内燃機関の始動に際し、各気筒１の圧縮上死点の到来に遅れることなく気筒判別を完遂でき、最初の点火及び燃焼を早期に実施できるようになる。ひいては、クランキング期間の短縮に寄与し得る。
【００４８】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、内燃機関の始動の際にクランクシャフトを回転駆動するための電動機は、クランクシャフトから回転駆動力の供給を受けて発電（特に、回生制動）する発電機の機能を兼ね備えたモータジェネレータであることがある。
【００４９】
上記実施形態における内燃機関はポート噴射式のものであったが、各気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式の内燃機関の始動制御に本発明を適用することも可能である。
【００５０】
カム角センサは、排気バルブを回転駆動する排気カムシャフトに固設されたロータの回転を検出して基本カム角信号及び追加カム角信号を出力するものであってもよい。
【００５１】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、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】
【００５２】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の始動制御に用いることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…気筒
ｂ…クランク角信号
ｇ…カム角信号
【図１】
2014101845.tif 000003
【図２】
2014101845.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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