(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４サイクルエンジンのエンジン制御装置であって、
前記エンジンのクランク軸の回転に同期した矩形波信号を発生する矩形波信号発生手段と、
前記エンジンのクランキング１回転内における、前記矩形波信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの時間であるパルス幅と、前記矩形波信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間であるパルス周期とに基づいて、圧縮工程と排気工程の識別を行う制御手段と、
を備え、
前記矩形波信号発生手段は、前記クランク軸に固定されたロータと、前記ロータからパルス信号を生成するパルス発生器と、前記パルス発生器で生成された前記パルス信号から前記矩形波信号を生成する波形整形回路と、を有し、
前記ロータは、外周部分に、複数の短歯と、前記短歯よりも円周方向の長さが大きい長歯と、を有し、
前記制御手段は、積分演算を用いず、直前の前記矩形波信号の前記パルス幅を含む連続した複数の前記パルス幅に基づき算出される基準位置判定用演算値Ｆｎと、直前の前記矩形波信号の前記パルス周期を含む連続した複数の前記パルス周期に基づき算出される裏火判定用演算値Ｂｎとに基づいて、前記圧縮工程と前記排気工程の識別を行うエンジン制御装置。
【請求項２】
前記基準位置判定用演算値Ｆｎは、
Ｆｎ＝Ｔｗｎ−１２／（Ｔｗｎ−２×Ｔｗｎ）
により算出され、
Ｔｗｎは直前の前記矩形波信号の前記パルス幅であり、Ｔｗｎ−１はＴｗｎの１つ前の前記矩形波信号の前記パルス幅であり、Ｔｗｎ−２はＴｗｎの２つ前の前記矩形波信号の前記パルス幅であり、
前記裏火判定用演算値Ｂｎは、
Ｂｎ＝（Ｒｃｎ−３×Ｒｃｎ−２）／（Ｒｃｎ−１×Ｒｃｎ）
により算出され、
Ｒｃｎは直前の前記矩形波信号の前記パルス周期であり、Ｒｃｎ−１はＲｃｎの１つ前の前記矩形波信号の前記パルス周期であり、Ｒｃｎ−２はＲｃｎの２つ前の前記矩形波信号の前記パルス周期であり、Ｒｃｎ−３はＲｃｎの３つ前の前記矩形波信号の前記パルス周期であり、
前記制御手段は、前記裏火判定用演算値Ｂｎが１以上であり且つ前記基準位置判定用演算値Ｆｎが所定値以上であると判定した場合、前記排気工程が行われると判別し、裏火を廃止する請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記エンジンのクランキング時のファイアリング前に、前記圧縮工程と前記排気工程の識別を行う請求項１又は２に記載のエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４サイクルエンジンのエンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
４サイクルエンジンでは、吸入、圧縮の２工程でクランク軸が１回転し、続く爆発、排気の２工程でクランク軸が１回転する構成となっている。このような４サイクルエンジンの点火に関しては、通常、ピストンがシリンダ内を上昇する圧縮行程の終端（上死点）付近で行われる。一方、同じ上昇工程であっても、排気工程終端での点火は不要である。
【０００３】
このような排気工程での不要な点火（捨て火または裏火という）の発生をなくすための方法が、例えば特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載の方法では、点火用パルス信号を発生する４サイクルエンジンにおいて、連続する２回転の各点火パルス信号のパルス幅を比較し、相対的に長いパルス幅の回転を圧縮行程と、短いパルス幅の回転を排気工程と判別し、排気工程での裏火の発生をなくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２８２９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の裏火廃止方法を複数の気筒を有するエンジンに適用した場合、次のような手順で裏火の発生をなくしている。
【０００６】
すなわち、（１）所定スロットル開度、所定吸気圧のときにのみエンジン工程を判定する。（２）任意の回転とその前の回転の連続する２回転の各点火パルス信号のパルス幅を比較して、圧縮行程と排気工程とを判定する。（３）（２）の判定を複数回実施し、結果が全て同じ場合にエンジン工程を決定する。（４）（３）で決定されたエンジン工程に基づいて１気筒分の裏火を廃止する。（５）（４）を実施後に異常がない場合は、他の気筒の裏火を廃止する。
【０００７】
このように、従来の裏火廃止方法では、判定手順が多く、また運転条件が整った時にのみエンジン工程を判定している。そのため、全ての気筒の裏火を廃止するまでに長時間を要するという問題がある。
【０００８】
特に、ガスヒートポンプに適用されるエンジンの場合、運転時間が一定時間になると点火プラグを交換するが、裏火廃止までの時間が長いと、無駄な点火を多く行うことになるので、運転時間に対して点火プラグが想定以上に劣化して、失火やエンストが発生するおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、短時間で正規の点火と裏火を判別できるエンジン制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、４サイクルエンジンのエンジン制御装置において、前記エンジンのクランク軸の回転に同期した矩形波信号を発生する矩形波信号発生手段と、前記エンジンのクランキング１回転内における、前記矩形波信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの時間であるパルス幅と、前記矩形波信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間であるパルス周期とに基づいて、圧縮工程と排気工程の識別を行う制御手段と、を備え、前記矩形波信号発生手段は、前記クランク軸に固定されたロータと、前記ロータからパルス信号を生成するパルス発生器と、前記パルス発生器で生成された前記パルス信号から前記矩形波信号を生成する波形整形回路と、を有し、前記ロータは、外周部分に、複数の短歯と、前記短歯よりも円周方向の長さが大きい長歯と、を有し、前記制御手段は、積分演算を用いず、直前の前記矩形波信号の前記パルス幅を含む連続した複数の前記パルス幅に基づき算出される基準位置判定用演算値Ｆｎと、直前の前記矩形波信号の前記パルス周期を含む連続した複数の前記パルス周期に基づき算出される裏火判定用演算値Ｂｎとに基づいて、前記圧縮工程と前記排気工程の識別を行う。
【００１１】
また、前記制御手段は、前記エンジンのクランキング時のファイアリング（点火）前に、圧縮工程と排気工程の識別を行っても良い。
【００１２】
また、前記制御手段は、前記エンジンのクランキング１回転内における、前記矩形波信号の前記パルス幅と、少なくとも４つの連続する前記矩形波信号における前記パルス周期とに基づいて、圧縮工程と排気工程の識別を行っても良い。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、エンジンのクランキング１回転内で圧縮工程と排気工程の識別を行うことができるので、短時間で正規の点火と裏火を判別することが可能となる。また、矩形波信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの時間であるパルス幅と、矩形波信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間であるパルス周期とに基づいて、圧縮工程と排気工程の識別を行うことで、エンジンの工程判定と裏火判定とを同じタイミングで行うことができるので、裏火を廃止するまでの時間を短縮することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明によれば、エンジンを起動させる前であるクランキング時に正規の点火と裏火を判別することができるので、裏火の発生をなくすことが可能となる。このため、失火やエンストを抑制することができる。
【００１５】
また、制御手段が、エンジンのクランキング１回転内における、矩形波信号のパルス幅と、少なくとも４つの連続する矩形波信号におけるパルス周期とに基づいて、圧縮工程と排気工程の識別を行う構成によれば、矩形波信号のパルス幅と、少なくとも４つの連続する矩形波信号におけるパルス周期とに基づいて、圧縮工程と排気工程の識別を行うので、より確実に正規の点火と裏火を判別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る３気筒４サイクルエンジンの説明図である。
【図２】ロータの詳細を示す説明図である。
【図３】パルス発生器で発生するパルス信号波形と、波形整形回路で整形された矩形波形を示す図である。
【図４】エンジン制御装置のＣＰＵがＲＯＭ等に格納された制御プログラムにしたがって行う裏火廃止制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】基準位置判定用演算値Ｆｎの算出方法を説明するための説明図である。
【図６】裏火判定用演算値Ｂｎの算出方法を説明するための説明図である。
【図７】クランキング時間とクランク角立ち上がり時間（パルス周期）との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明のエンジン制御装置をガスヒートポンプの３気筒４サイクルエンジンに適用している。
【００１８】
３気筒４サイクルエンジンは、第１気筒、第２気筒、第３気筒の３つの気筒を有しているが、図１においては第１気筒のみを図示し、第２気筒および第３気筒の図示を省略している。
【００１９】
図１に示すように、３気筒４サイクルエンジン１は、点火プラグ２と、バルブ３と、シリンダ４内を往復運動するピストン５と、ピストン５からの往復運動を回転運動に変換するクランク軸１０と、矩形波信号発生手段としてのクランクポジションセンサ６とを備えている。クランクポジションセンサ６は、クランク軸１０に固定されたロータ２０と、ロータ２０からパルス信号を生成する１つのパルス発生器３０と、パルス発生器３０で生成されたパルス信号から矩形波を生成する波形整形回路４０とを有している。なお、パルス発生器３０のセンサは、電磁誘導方式を用い、ロータ２０の凹凸形状による磁束変化に応じて、電磁誘導作用で電圧を出力するものである。
【００２０】
図２に示すように、ロータ２０は、クランク軸１０に固定され外周部分に５つの短歯２１と、円周方向の長さが短歯２１より長い１つの長歯２２を備えている。
【００２１】
図３に示すように、クランク軸１０が回転するとパルス発生器３０は、ロータ２０の短歯２１、長歯２２が近づいた時に正電圧３２を発生し、ロータの短歯２１、長歯２２が離れた時に負電圧３３を発生する。パルス信号波形３１を波形整形回路４０にて矩形波形４１に変換する。この矩形波形４１の周期およびＤＵＴＹ比から長歯と短歯を判別する。
【００２２】
制御手段としてのエンジン制御部（ＥＣＵ）５０は、クランクポジションセンサ６からの入力信号等に基づいて、点火プラグ２の作動を制御するもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。
【００２３】
次に、本実施形態のエンジン制御装置の裏火廃止制御について図４に基づいて説明する。
【００２４】
図４の制御フローは、４サイクル３気筒エンジン１を起動させる前、すなわちクランキング時のファイアリング前にスタートする。本実施形態では、クランク軸１０の回転が安定した状態で裏火判定制御を行えるよう、図示しないスタータが動作してから０．８秒後にスタートする。
【００２５】
まず、ステップＳ１では、基準位置判定用演算値Ｆｎを算出する。基準位置判定用演算値Ｆｎは、図５に示すように、波形整形回路４０で生成された矩形波の立ち上がりから立ち下がりまでの時間、すなわちパルス幅Ｔｗに基づいて算出される値である。詳細は後述するが、基準位置判定用演算値Ｆｎを所定の判定値と比較することで、エンジン工程を判定することができる。本実施形態の波形整形回路４０は、パルス発生器３０（センサ）によって出力された電圧が予め実験等により設定された数値より大きくなった際に矩形波の立ち上がりを形成し、当該立ち上がり後にパルス発生器３０の出力電圧が予め実験等により設定された数値より小さくなった際に立ち下がりを形成する。パルス幅Ｔｗは、上記で得られた矩形波形の幅から求められる。
【００２６】
本実施形態では、基準位置判定用演算値Ｆｎは、次の数式１により算出される。
（数１）
Ｆｎ＝Ｔｗｎ−１２／（Ｔｗｎ−２×Ｔｗｎ）
但し、Ｔｗｎは直前の矩形波のパルス幅Ｔｗとし、Ｔｗｎ−１はＴｗｎの１つ前の矩形波のパルス幅Ｔｗとし、Ｔｗｎ−２はＴｗｎの２つ前の矩形波のパルス幅Ｔｗとする。
【００２７】
パルス幅Ｔｗｎ−１がパルス幅Ｔｗｎ及びパルス幅Ｔｗｎ−２よりも長い場合、Ｆｎは６以上となる。ただし、この数値（６）は、本実施形態に合わせて設定した閾値であって、例えば１以上に設定でき、ロータ２０の歯形状等によって変更しても良い。したがって、Ｆｎが６以上の場合、Ｔｗｎ−１が長歯２２のパルス幅であることがわかる。本実施形態では、長歯２２の立ち上がりパルスからその次の短歯２１の立ち上がりパルスまでの時間に、第１気筒において圧縮工程または排気工程のいずれかが行われるようになっている。
【００２８】
続くステップＳ２では、裏火判定用演算値Ｂｎを算出する。裏火判定用演算値Ｂｎは、図６に示すように、波形整形回路４０で生成された矩形波の立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間、すなわちパルス周期Ｒｃに基づいて算出される値である。詳細は後述するが、ステップＳ２で算出された裏火判定用演算値Ｂｎを所定の判定値と比較することで、圧縮工程か排気工程か、すなわち正規の点火タイミングか裏火かを判定することができる。
【００２９】
本実施形態では、裏火判定用演算値Ｂｎは、次の数式２により算出される。
（数２）
Ｂｎ＝（Ｒｃｎ−３×Ｒｃｎ−２）／（Ｒｃｎ−１×Ｒｃｎ）
但し、Ｒｃｎは直前の矩形波のパルス周期Ｒｃとし、Ｒｃｎ−１はＲｃｎの１つ前の矩形波のパルス周期Ｒｃとし、Ｒｃｎ−２はＲｃｎの２つ前の矩形波のパルス周期Ｒｃとし、Ｒｃｎ−３はＲｃｎの３つ前の矩形波のパルス周期Ｒｃとする。
【００３０】
エンジン回転速度が一定の場合、Ｂｎは１となる。しかし実際は、圧縮工程ではシリンダ４内のガスをピストン５で圧縮するため、クランク軸１０の回転は遅くなる。排気工程では、バルブ３が開いているためガスの圧縮がなく、クランク軸１０の回転は圧縮工程と比べて速くなる。つまり、圧縮工程ではパルス周期Ｒｃが長くなり、排気工程ではパルス周期Ｒｃが短くなる。
【００３１】
具体的には、本発明者の実験検討により、連続する４つの矩形波におけるパルス周期Ｒｃは図７の特性図に示すような関係を有することがわかった。すなわち、パルス周期Ｒｃｎ−３とパルス周期Ｒｃｎ−２とが連続して短い（本例では３０ｍｓ前後）ときは、パルス周期Ｒｃｎ−１とパルス周期Ｒｃｎとが連続して長くなる（本例では４０ｍｓ以上）。一方、パルス周期Ｒｃｎ−３とパルス周期Ｒｃｎ−２とが連続して長い（本例では４０ｍｓ以上）ときは、パルス周期Ｒｃｎ−１とパルス周期Ｒｃｎとが連続して短くなる（本例では３０ｍｓ前後）。
【００３２】
この特性を用いると、Ｂｎが１より小さい場合、すなわちパルス周期Ｒｃｎ−１とパルス周期Ｒｃｎとを掛けた値が、パルス周期Ｒｃｎ−３とパルス周期Ｒｃｎ−２とを掛けた値よりも大きい場合は、現在に近い工程が圧縮工程と排気工程のうち、クランク軸１０の回転が遅くなる圧縮工程であると判別できる。
【００３３】
一方、Ｂｎが１以上である場合、すなわちパルス周期Ｒｃｎ−１とパルス周期Ｒｃｎとを掛けた値が、パルス周期Ｒｃｎ−３とパルス周期Ｒｃｎ−２とを掛けた値以下である場合は、現在に近い工程が圧縮工程と排気工程のうち、クランク軸１０の回転が圧縮工程と比べて速くなる排気工程であると判別でき、このときの裏火を廃止する。
【００３４】
続くステップＳ３では、Ｂｎが１より小さく、かつＦｎが６以上か否かを判定する。
ここで、上述したように、Ｆｎが１より大きい場合は、図５に示すように、１つ前の矩形波Ｐｎ−１のパルス幅Ｔｗｎ−１が、直前の矩形波Ｐｎのパルス幅Ｔｗｎおよび２つ前の矩形波Ｐｎ−２のパルス幅Ｔｗｎ−２よりも長い状態になっている。すなわち、Ｆｎが１より大きい場合、直前の矩形波Ｐｎは、パルス幅Ｔｗが他の矩形波より長い矩形波の次の矩形波であり、１つ前の矩形波Ｐｎ−１の立ち上がりパルスから直前の矩形波Ｐｎの立ち上がりパルスまでの時間に、第１気筒において圧縮工程または排気工程が行われることが判別できる。
【００３５】
なお、本実施形態では、誤差を無視できるように、Ｆｎが６以上になっている場合に、第１気筒において圧縮工程または排気工程のいずれかが行われることを判別する。
また、Ｂｎが１より小さい場合、上述したように、判別対象が圧縮工程と排気工程のうち圧縮工程であること、すなわち正規の点火タイミングであることを判別する。
【００３６】
したがって、ステップＳ３にて、Ｂｎが１より小さく且つＦｎが６以上であると判定された場合（Ｂｎ＜１、Ｆｎ≧６）は、第１気筒で圧縮工程が行われることを判別する。そして、ステップＳ４へ進み、圧縮工程と判定したパルス幅Ｒｃｎの期間における矩形波Ｐｎの立ち上がり位置に対して、パルスカウンタの値を「１１」とする。ここで、パルスカウンタとは、「０〜１１」の間でサイクリックにカウントアップされるカウンタで、パルスカウンタの値が「５、１１」のいずれかに切り替わったばかりの状態は、第１気筒のピストン５が上死点となったタイミングを示している。つまり、本実施形態では、１１を第１気筒の点火位置、５を第１気筒の裏火位置として制御することとなる。エンジン制御部５０は、パルスカウンタが５（裏火位置）において、第１気筒では点火を行わない。
【００３７】
一方、ステップＳ３にて、Ｂｎが１より小さく且つＦｎが６以上でないと判定された場合は、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、Ｂｎが１以上であり且つＦｎが６以上か否かを判定する。上述したように、Ｆｎが６以上になっている場合に、第１気筒において圧縮工程または排気工程のいずれかが行われることが判別できる。また、Ｂｎが１以上である場合、判別対象が圧縮工程及び排気工程のうち排気工程であること、すなわち裏火のタイミングであることを判別する。
【００３８】
したがって、ステップＳ５にて、Ｂｎが１以上であり且つＦｎが６以上であると判定された場合（Ｂｎ≧１、Ｆｎ≧６）は、第１気筒で当該期間Ｒｃｎに排気工程が行われることが判別され、ステップＳ６へ進み、パルスカウンタの値を「５」とし、パルスカウンタに基づいて裏火を廃止する。
【００３９】
一方、ステップＳ５にて、Ｂｎが１以上かつＦｎが６以上でないと判定された場合は、ステップＳ１へ戻る。
【００４０】
本実施形態によると、クランキング１回転内に裏火判定を行うことができるので、短時間で正規の点火と裏火を判別することが可能となる。さらに、上述の制御フローに示すように、エンジンの工程判定（ステップＳ１、Ｓ３〜Ｓ６）と裏火判定（ステップＳ２、Ｓ３〜Ｓ６）とを同じタイミングで行うことができるので、裏火を廃止するまでの時間を短縮することができる。また、裏火判定にかかる時間を短縮することで、スタータの起動時間を短縮することができるので、スタータ部品の劣化を抑制できる。
【００４１】
また、４サイクル３気筒エンジン１を起動させる前、すなわちクランキング時のファイアリング前に裏火判定制御を行うことで、裏火が全く発生しないようにできる。これにより、失火やエンストの発生を抑制することができる。特に、運転時間が一定時間になると点火プラグを交換するガスヒートポンプ用のエンジンの場合、運転時間に対して点火プラグが想定以上に劣化しているという状態を回避できるので、実用上の利益が大である。
【００４２】
また、４サイクル３気筒エンジン１を起動させる前に裏火判定制御を行うことで、判定を失敗した場合であってもエンストの発生を抑制できる。
【００４３】
（他の実施形態）
上記実施形態では、本発明のエンジン制御装置を、ガスヒートポンプ用エンジンに適用した例について説明したが、これに限らず、例えば車両の走行用駆動力源として用いられるエンジンに適用してもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、エンジンとして３気筒エンジンを採用した例について説明したが、これに限らず、単気筒エンジンを採用してもよいし、２気筒もしくは４気筒以上のエンジンを採用してもよい。
【００４５】
Ｆｎの閾値（本実施形態では６）は、上記以外であっても良い。当該閾値は、実験によりエンジンに合わせて設定することもできる。また、Ｆｎ及びＢｎの演算式は、上記に限られない。Ｆｎの演算式は判別対象（期間）が４サイクルのうち圧縮工程又は排気工程であることを判別するものであれば良く、Ｂｎの演算式は判別対象（期間）が圧縮工程か否か（又は排気工程か否か）を判別するものであれば良い。ただし、図７の特性を利用することでより確実に工程判定が可能となる。
【００４６】
また、ステップＳ１とステップＳ２の実行順は同時でも反対でも良い。同様に、ステップＳ３とステップＳ５の実行順は同時でも反対でも良い。１つのクランク軸１０を各気筒で共通に用いているため、第１気筒における点火・裏火の判別ができれば、他の気筒の点火・裏火も判別できる。
【符号の説明】
【００４７】
１：エンジン、  ６：クランクポジションセンサ（矩形波信号発生手段）、
１０：クランク軸、  ５０：エンジン制御部（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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