(57)【要約】【課題】新たにセンサやロータを設けることなく、且つ、速やかに内燃機関の逆回転発生を検出することのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１の逆回転の検出は、バルブタイミング可変機構９の駆動に用いるべく吸気カムシャフト７に連結された電動機１０を駆動制御するために電動機１０に設けられた第１〜第３の回転センサ１８〜２０という、既存のセンサを利用して行われる。これら回転センサ１８〜２０は電動機ロータ１７周りに等間隔に配設されており、各センサ１８〜２０からの信号の立ち上がり及び立ち下がりはクランク角３０°毎という比較的短い間隔で生じる。従って、エンジン１の逆回転が発生すると、各回転センサ１８〜２０の信号の立ち上がり及び立ち下がりがエンジン１の正回転時の状態から変化するという同信号の出力パターンの変化が速やかに生じ、そのことに基づいて逆回転が発生したことを速やかに検出することができる。【選択図】      図１
2006226226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフト及びカムシャフトのうちの一方に回転電機が連結される内燃機関に適用され、この回転電機のロータ周りに配設されて同ロータの回転によって生じる誘起電圧に応じた信号を出力する複数の回転センサからの信号を加味して前記回転電機を制御する内燃機関の制御装置において、
前記複数の回転センサからの信号の出力パターンが正回転時の出力パターンと異なることに基づき内燃機関での逆回転発生を検出する検出手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
前記クランクシャフトが一定角度回転する毎にクランク信号を出力するクランクポジションセンサを備え、
前記検出手段は、前記クランク信号に基づき各回転センサからの信号の機関正回転時における理論上の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングを判別し、そのタイミングにて同信号の立ち上がり及び立ち下がりが実際に生じているか否かを判断し、そのときに同信号の立ち上がり及び立ち下がりが生じてない旨判断されることに基づき、内燃機関の逆回転が発生していることを検出する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置において、
前記検出手段によって内燃機関の逆回転発生が検出されたとき、同機関の点火を禁止する点火禁止手段を更に備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記点火禁止手段は、機関運転時からの異常停止過程で機関回転速度がアイドル回転速度未満の低回転になり、且つ、前記検出手段によって内燃機関の逆回転発生が検出されているときのみ同機関の点火を禁止する
請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は前記カムシャフトに連結された電動機の駆動制御を通じて同カムシャフトの前記クランクシャフトに対する相対回転位相を変更するバルブタイミング可変機構を備えるものであり、前記回転電機は前記バルブタイミング可変機構の電動機である
請求項１〜４のいずれか一項に記載の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、内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジン等の内燃機関における通常の運転停止では、運転者によるイグニッションスイッチのオフ操作に基づき内燃機関での燃料噴射や点火が停止される。その結果、機関回転速度が圧縮行程での燃焼室内の圧力等による回転抵抗によって徐々に低下してゆき、最終的に上記燃焼室内の圧力によって内燃機関が一旦逆回転した後に機関回転が停止する。
【０００３】
しかし、機関始動中でのイグニッションスイッチの操作ミスにより内燃機関が自立運転しきらずに機関運転が停止されたり、機関運転中でのストールによって機関運転が停止されるような場合、すなわち内燃機関の異常停止に際しては、機関停止過程での回転速度低下中に自立運転を行おうとして燃料噴射や点火が続けられる。このため、機関停止過程での逆回転中にも燃料噴射及び点火が行われ、逆回転状態での燃料の燃焼によって内燃機関の故障を招くおそれがある。
【０００４】
このような問題を回避するため、内燃機関の運転中、機関回転速度が機関回転の停止に繋がる可能性のあるレベル（例えば２００ｒｐｍ）まで低下したときには、同機関での点火を禁止することが行われている。この場合、内燃機関が異常停止する際の停止過程では、機関回転速度が上述したレベル未満になると点火が禁止される。このため、当該停止過程での内燃機関の逆回転時に点火が行われることはなく、逆回転状態での燃料の燃焼を回避することができる。
【０００５】
ところで、内燃機関のクランキング中や自立運転中、何らかの理由により機関回転速度が上述したレベル未満に低下したとしても、そのときから逆回転が生じるまでの間は、点火を続行して自立運転の実現を図ることが好ましい。しかし、上記の点火の禁止を行うと、機関回転速度が上述したレベル未満になった時点から逆回転が生じるまでの間については、上記点火禁止により内燃機関の自立運転を実現する可能性がなくなってしまい、点火が必要以上に禁止されることになる。
【０００６】
また、内燃機関の逆回転を検出できれば、内燃機関の逆回転時のみ点火を禁止することにより、上述したように点火が必要以上に禁止されるのを抑制することは可能である。このため、例えば内燃機関のクランク信号やカム信号を用いて同機関の逆回転を検出することが考えられている。
【０００７】
ここで、上記クランク信号は、内燃機関のクランク角の検出などに用いられるものであって、クランクシャフトに取り付けられたクランクロータ近傍のクランクポジションセンサから同シャフトの回転に伴い例えばクランク角１０°毎に出力される。すなわち、このような等間隔のクランク信号がクランクポジションセンサから出力されるよう、上記クランクロータの外形が形成されている。
【０００８】
一方、上記カム信号は、内燃機関の気筒判別などに用いられるものであって、カムシャフトに取り付けられたカムロータ近傍のカムポジションセンサから、カムシャフトの一定速度での回転に対し不等間隔で出力される。すなわち、このようなカム信号がカムポジションセンサから出力されるよう、上記カムロータの外形が形成されている。そして、内燃機関での気筒判別は上記カム信号及び上記クランク信号に基づいてなされる。なお、上記カム信号の出力間隔については、同カム信号が気筒判別等に用いられるだけであり、クランク信号のように１０°ＣＡ毎といった短い出力間隔とする必要はないことから、通常はクランク信号の出力間隔に比べて長い間隔とされている。
【０００９】
そして、内燃機関の逆回転が生じた場合、クランク角１０°毎の等間隔で出力されるクランク信号の出力パターンは正回転時と変わらないものの、不等間隔で出力されるカム信号の出力パターンは正回転時と異なるものとなる。このため、内燃機関の逆回転に伴うカム信号のクランク信号に対する出力パターンの変化に基づき、同機関での逆回転発生を検出することができる。
【００１０】
ただし、カム信号の出力間隔は上述したように比較的長い間隔とされているため、内燃機関が実際に逆回転してから同逆回転の影響がカム信号の出力パターンに現れるのに時間がかかる。従って、内燃機関の逆回転発生を検出したときには、既に逆回転が進んでおり、その状態での点火が行われているということも生じかねない。こうしたことを回避するため、カム信号の出力間隔が短くなるような外形を有するカムロータを用いることも考えられる。しかし、この場合は新たにカムロータを用意しなければならず、そのための手間やコストアップは避けられない。
【００１１】
また、上記外形を有するカムロータを用いる代わりに、特許文献１の技術を適用して内燃機関の逆回転発生を検出することも考えられる。この特許文献１では、二つのクランクポジションセンサを設け、機関正回転時に二つのクランクポジションセンサから交互にクランク信号が出力されるように各センサを配置している。そして、一方のクランクポジションセンサからのクランク信号出力間に、他方のクランクポジションセンサからのクランク信号が複数回出力されることに基づき、内燃機関の逆回転発生を検出するようにしている。従って、特許文献１の技術を適用することで、カムロータを逆回転検出用のものに変更することなく、内燃機関の逆回転発生を検出することができる。
【特許文献１】特開平１０−２２０３３０公報（段落番号［００５１］〜［００５６］、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のように特許文献１の技術を適用して内燃機関の逆回転発生を検出すれば、カムロータを逆回転検出用のものに変更することなく、内燃機関の逆回転発生を検出することはできる。しかし、内燃機関の逆回転発生の検出のために二つのクランクポジションセンサを設けなければならず、余分にクランクポジションセンサを設ける分の手間やコストアップが新たに生じる。
【００１３】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、新たにセンサやロータを設けることなく、且つ、速やかに内燃機関の逆回転発生を検出することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、クランクシャフト及びカムシャフトのうちの一方に回転電機が連結される内燃機関に適用され、この回転電機のロータ周りに配設されて同ロータの回転によって生じる誘起電圧に応じた信号を出力する複数の回転センサからの信号を加味して前記回転電機を制御する内燃機関の制御装置において、前記複数の回転センサからの信号の出力パターンが正回転時の出力パターンと異なることに基づき内燃機関での逆回転発生を検出する検出手段を備えた。
【００１５】
内燃機関においては、通常、クランクシャフトやカムシャフトに各種回転電機が接続されている。こうした回転電機としては、例えばクランクシャフトに連結された発電機があげられる。また、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関においては、クランクシャフトに同機関の回転をアシストする電動機が回転電機として連結される。更に、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更するバルブタイミング可変機構を備える内燃機関であって、そのバルブタイミング可変機構として電動式のものを採用した場合には、カムシャフトに連結された上記相対回転位相を変更するための電動機が回転電機として連結される。そして、上述した各種回転電機は、クランクシャフト及びカムシャフトと一体的に回転する。また、回転電機のロータの回転によって誘起電圧が生じると、その誘起電圧に応じた信号が各回転センサから出力される。回転電機は各回転センサからの信号を加味して制御される。
【００１６】
上記各回転センサからの信号の立ち上がり及び立ち下がりについては、それら回転センサがロータ周りに配設されているため、回転センサ毎に異なるタイミングで生じる。すなわち、内燃機関の正回転時における各回転センサからの信号の出力パターンについては、同信号の立ち上がり及び立ち下がりがそれぞれ異なるタイミングで生じるというパターン、言い換えれば比較的短い間隔で上記立ち上がり及び立ち下がりが生じるというパターンになる。そして、内燃機関の逆回転が発生して回転電機のロータも逆回転すると、すぐに、上記信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングが正回転時と異なるようになり、その信号の出力パターンの変化に基づき同機関の逆回転発生を速やかに検出することができる。また、こうした逆回転発生の検出では、回転電機を制御するのに用いられる回転センサという既存の部品を利用しているため、新たなセンサやロータを設けることなく当該逆回転発生の検出が可能になる。
【００１７】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記クランクシャフトが一定角度回転する毎にクランク信号を出力するクランクポジションセンサを備え、前記検出手段は、前記クランク信号に基づき各回転センサからの信号の機関正回転時における理論上の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングを判別し、そのタイミングにて同信号の立ち上がり及び立ち下がりが実際に生じているか否かを判断し、そのときに同信号の立ち上がり及び立ち下がりが生じてない旨判断されることに基づき、内燃機関の逆回転が発生していることを検出することを要旨とした。
【００１８】
内燃機関の正回転時における各回転センサからの信号の理論上の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングについては、クランクポジションセンサからのクランク信号に基づき判別することができる。そして、それらタイミングがきたときに同信号の立ち上がり及び立ち下がりが実際に生じることとなる。一方、内燃機関の逆回転が生じると、回転電機のロータが逆回転して各回転センサからの信号の出力パターンが変化するのに対し、クランク信号の出力パターンは正回転時と変わらない。このため、内燃機関の逆回転時にも、正回転時と同じように、各回転センサからの信号の理論上の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングの判別が行われる。ただし、逆回転時には、ロータ逆回転に伴う上記信号の出力パターンの変化が生じていることから、クランク信号に基づき把握される上記信号の理論上の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングがきたとしても、そのときに実際に上記信号の立ち上がり及び立ち下がりが生じることはない。上記構成によれば、こうした現象が発生しているか否かが判断され、発生している旨判断されることに基づき、内燃機関の逆回転発生を的確に検出することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記検出手段によって内燃機関の逆回転発生が検出されたとき、同機関の点火を禁止する点火禁止手段を更に備えた。
【００２０】
上記構成によれば、内燃機関が逆回転したときには、その逆回転が速やかに検出されて同機関の点火が禁止されるため、逆回転の発生後に点火が行われて燃料の燃焼するのを抑制することができる。従って、逆回転状態での燃料の燃焼による同機関の故障を抑制することができる。
【００２１】
請求項４記載の発明では、請求項３記載において、前記点火禁止手段は、機関運転時に機関回転速度がアイドル回転速度未満の低回転になり、且つ、前記検出手段によって内燃機関の逆回転発生が検出されているときのみ同機関の点火を禁止するものとした。
【００２２】
内燃機関のクランキング中や自立運転中といった機関運転時、何らかの理由により機関回転速度がアイドル回転速度未満に低下したときには、同機関の逆回転が生じるまでは点火を続行して自立運転の実現を図ることが好ましい。上記構成によれば、機関運転時からの異常停止過程で機関回転速度がアイドル回転速度未満に低下しても、逆回転が生じるまでの間は点火が禁止されずに続行される。このため、上記機関回転速度がアイドル回転速度未満になってから逆回転が生じるまでの期間においても、内燃機関の自立運転を実現できる可能性があり、その期間中に必要以上の点火禁止が行われて機関運転が停止してしまうのを抑制することができる。
【００２３】
請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記内燃機関は前記カムシャフトに連結された電動機の駆動制御を通じて同カムシャフトの前記クランクシャフトの相対回転位相を変更するバルブタイミング可変機構を備えるものであり、前記回転電機は前記バルブタイミング可変機構の電動機であることを要旨とした。
【００２４】
上記構成によれば、内燃機関は電動機の駆動制御を通じてクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更するバルブタイミング可変機構を備えており、同機構の電動機はカムシャフトと一体回転するようになる。また、電動機のロータの回転によって誘起電圧が生じると、その誘起電圧に応じた信号が各回転センサから出力される。この電動機は各回転センサからの信号を加味して駆動制御される。上記各回転センサからの信号出力パターンについては、同信号の立ち上がり及び立ち下がりがそれぞれ異なるタイミングであって比較的短い間隔で生じるというパターンになる。そして、内燃機関の逆回転が発生して電動機のロータも逆回転すると、すぐに、上記信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングが正回転時と異なるようになり、その信号の出力パターンの変化に基づき同機関の逆回転発生を速やかに検出することができる。また、こうした逆回転発生の検出では、バルブタイミング可変機構の電動機を駆動制御するのに用いられる回転センサという既存の部品を利用しているため、新たなセンサやロータを設けることなく当該逆回転発生の検出が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を自動車用の多気筒エンジンに適用した一実施形態について図１〜図５を参照して説明する。
図１のエンジン１においては、その燃焼室２に燃料噴射弁３から噴射された燃料と吸気通路４から吸入される空気とが供給され、それら燃料と空気とからなる混合気に対し点火プラグ５による点火が行われる。このように混合気に対する点火が行われて同混合気が燃焼すると、その際の燃焼エネルギによりエンジン１が駆動されてクランクシャフト６が回転する。なお、クランクシャフト６には、エンジン１の始動時に同シャフト６を強制回転（クランキング）させるためのスタータ２５が接続される。
【００２６】
また、クランクシャフト６の回転は、吸気カムシャフト７及び排気カムシャフト８に伝達される。これらカムシャフト７，８は、クランクシャフト６からの回転伝達により、クランクシャフト６が７２０°回転するに当たり３６０°回転する。こうした吸気カムシャフト７及び排気カムシャフト８の回転を通じてエンジン１の吸気バルブ及び排気バルブが開閉駆動される。
【００２７】
吸気カムシャフト７には、クランクシャフト６に対する吸気カムシャフト７の相対回転位相を変更して、吸気バルブのバルブタイミングを進角又は遅角させるバルブタイミング可変機構９が設けられている。このバルブタイミング可変機構９としては、吸気カムシャフト７に出力軸１０ａを連結した電動機１０の駆動制御を通じて、クランクシャフト６に対する吸気カムシャフト７の相対回転位相を変更する電動式のものが用いられている。上記電動機１０は、その出力軸１０ａに連結される電動機ロータ１７に巻線された励磁コイルと、ステータ（図示せず）に配設されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイルとを備える巻線界磁式の三相交流回転電気機として構成されている。この電動機１０の出力軸１０ａは、吸気カムシャフト７に連結され、同シャフト７と一体回転する。
【００２８】
上記出力軸１０ａの回転速度は電動機１０の駆動制御を通じて増減される。そして、出力軸１０ａの回転速度を吸気カムシャフト７の回転速度よりも速くすると、吸気カムシャフト７の回転が増速されて同シャフト７のクランクシャフト６に対する相対回転位相が進角側に変更される。その結果、吸気バルブのバルブタイミングが進角されるようになる。また、出力軸１０ａの回転速度を吸気カムシャフト７の回転速度よりも遅くすると、吸気カムシャフト７の回転が減速されて同シャフト７のクランクシャフト６に対する相対回転位相が遅角側に変更される。その結果、吸気バルブのバルブタイミングが遅角されるようになる。
【００２９】
次に、クランクシャフト６、吸気カムシャフト７、及び、電動機１０の出力軸１０ａといったエンジン１の各種回転軸の回転状態を検出する検出装置について説明する。
クランクシャフト６にはクランクロータ１３が取り付けられ、同クランクロータ１３の近傍にはクランクポジションセンサ１４が設けられている。そして、クランクポジションセンサ１４は、クランクシャフト６の回転に伴うクランクロータ１３の回転時、図２（ａ）に示されるような信号をクランク信号として出力する。同図から分かるように、クランクシャフト６の回転時、クランクポジションセンサ１４からは、クランク角が１０°進む毎にパルス状のクランク信号が出力される。すなわち、このような等間隔のクランク信号が出力されるよう、クランクロータ１３の外形形状、及び、クランクポジションセンサ１４の位置が設定されている。そして、クランクポジションセンサ１４から出力されるクランク信号は、エンジン回転速度を求める際などに用いられる。
【００３０】
吸気カムシャフト７にはカムロータ１５が取り付けられ、同カムロータ１５の近傍にはカムポジションセンサ１６が設けられている。そして、カムポジションセンサ１６は、吸気カムシャフト７の回転に伴うカムロータ１５の回転時、図２（ｂ）に実線で示されるような信号をカム信号として出力する。同図から分かるように、吸気カムシャフト７の回転時、カムポジションセンサ１６からはクランク角が約０°、１８０°、３６０°になったとき、パルス状のカム信号が出力される。すなわち、このような不等間隔のカム信号が出力されるよう、カムロータ１５の外形形状、及び、カムポジションセンサ１６の位置が設定されている。そして、カムポジションセンサ１６から出力されるカム信号は、エンジン１の気筒判別や吸気バルブのバルブタイミング検出などに用いられる。
【００３１】
電動機１０においては、その出力軸１０ａに取り付けられた電動機ロータ１７の周囲に合計三つの回転センサ、すなわち第１〜第３の回転センサ１８〜２０が等間隔に設けられている。そして、これら第１〜第３の回転センサ１８〜２０は、クランクシャフト６及び吸気カムシャフト７と一体回転する出力軸１０ａの回転に伴う電動機ロータ１７の回転時、その回転によって生じる誘起電圧に応じた矩形の信号、例えば図２（ｃ）〜（ｅ）に示されるような信号を出力する。同図から分かるように、第１〜第３の回転センサ１８〜２０からそれぞれ出力される矩形の信号は、クランク角９０°毎に立ち上がりと立ち下がりを繰り返し、互いにクランク角６０°分ずれた状態となる。そして、第１〜第３の回転センサ１８〜２０からの信号は、吸気バルブのバルブタイミングを変更すべく電動機１０の駆動制御するにあたって、同電動機１０（出力軸１０ａ）の回転速度や回転位置を求める際などに用いられる。
【００３２】
次に、エンジン１の制御装置の電気的構成について図１を参照して説明する。
この制御装置は、エンジン１の燃料噴射制御や点火時期制御、及び、吸気バルブのバルブタイミング制御といったエンジン１の運転制御、並びに、スタータ２５の駆動制御を行うエンジン制御用コンピュータ１１を備えている。エンジン制御用コンピュータ１１は、エンジン１の制御にかかる演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。
【００３３】
エンジン制御用コンピュータ１１には、上述したクランクポジションセンサ１４及びカムポジションセンサ１６が接続されるほか、更に以下のセンサを含む各種センサが接続されている。
【００３４】
・自動車の運転者によって踏み込み操作されるアクセルペダルの踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ２１。
・エンジン１の吸気通路４に設けられたスロットルバルブの開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ２２。
【００３５】
・上記吸気通路４を通じて燃焼室２に吸入される空気の量を検出するエアフローメータ２３。
・「オフ」、［アクセサリ］、「オン」、及び、「スタート」といった四つの切換位置のいずれかに切り換え操作され、現在の切換位置に対応した信号を出力するイグニッションスイッチ２４。
【００３６】
また、エンジン制御用コンピュータ１１には電動機１０を駆動するための電動機駆動ドライバ１２が接続されており、この電動機駆動ドライバ１２には上述した第１〜第３の回転センサ１８〜２０が接続されている。エンジン制御用コンピュータ１１は、電動機駆動ドライバ１２に対し指令信号を出力することで電動機１０を駆動制御する。一方、電動機駆動ドライバ１２は、第１〜第３の回転センサ１８〜２０からの図２（ｃ）〜（ｅ）に示されるような信号を入力すると、それら各信号をエンジン制御用コンピュータ１１に出力する。
【００３７】
エンジン制御用コンピュータ１１は、上記各種センサから入力した検出信号に基づきエンジン運転状態を把握する。そして、その把握したエンジン運転状態に応じて燃料噴射弁３、点火プラグ５、及び、電動機１０を駆動することで、燃料噴射弁３からの燃料噴射の制御、及び、点火プラグ５の点火時期の制御、吸気バルブのバルブタイミング制御が行われる。なお、吸気バルブのバルブタイミング制御を行うべく電動機１０を駆動制御する際には、上記回転センサ１８〜２０からの各信号に基づき現在の電動機１０の駆動状態、すなわち出力軸１０ａの回転速度や回転位置などが把握され、その現在の駆動状態を加味しつつ電動機１０の駆動が行われる。このように電動機１０を駆動する際に現在の電動機１０の駆動状態を加味するのは、その電動機１０の駆動を的確に行うためである。
【００３８】
次に、エンジン１の始動及び停止について説明する。
通常、エンジン１の始動及び停止は、イグニッションスイッチ２４の操作に基づき、エンジン制御用コンピュータ１１によるスタータ２５の駆動制御、並びに、燃料噴射及び点火の制御を通じて行われる。
【００３９】
すなわち、エンジン停止中、自動車の乗員によりイグニッションスイッチ２４が「オフ」から「アクセサリ」、「オン」、「スタート」へと順次切り換えられると、同スイッチ２４が「スタート」に切り換えられた時点でエンジン１の始動指令がなされ、スタータ２５の駆動を通じてエンジン１のクランキングが開始される。そして、クランキング中に、燃焼室２への燃料と空気との供給、及び、それら燃料と空気とからなる混合気への点火が行われることで、エンジン１の自立運転が開始される。エンジン１の自立運転開始後は、イグニッションスイッチ２４が「オン」に操作され、スタータ２５の駆動によるクランキングが停止される。
【００４０】
また、エンジン運転中、自動車の乗員によりイグニッションスイッチ２４が「オン」から、「アクセサリ」、「オフ」へと順次切り換えられると、同スイッチ２４が「アクセサリ」に切り換えられた時点で燃料噴射弁３からの燃料噴射、及び、点火プラグ５による点火が停止され、混合気の燃焼が行われなくなってエンジン１が停止開始される。なお、上記イグニッションスイッチ２４の「オン」から「アクセサリ」への切り換えは通常、アイドル運転中に行われることから、上記のようにエンジン１が停止開始された後には、エンジン回転速度が圧縮行程での燃焼室２内の圧力等による回転抵抗によってアイドル回転速度から徐々に低下してゆく。そして、最終的には、上記燃焼室２内の圧力によってエンジン１が一旦逆回転し、その後にエンジン回転が停止することとなる。
【００４１】
ところで、エンジン１の運転停止としては、上述したような通常の運転停止以外に、予期せぬ運転停止である異常停止も生じる。例えば、エンジン始動のためのクランキング中であって自立運転開始前、イグニッションスイッチ２４の操作ミスにより同スイッチ２４が「スタート」から「オン」に戻されてしまったような場合、エンジン１が自立運転しきらずにエンジン１が停止するという異常停止が生じる。また、エンジン１が自立運転している状況下では、何らかの理由によりエンジン１がストールするというエンジン１の異常停止が生じる。
【００４２】
こうした異常停止に際しては、エンジン停止過程でのエンジン回転速度の低下中に自立運転を行おうとして燃料噴射や点火が続けられる。その結果、エンジン停止過程でのエンジン１の逆回転中にも燃料噴射及び点火が行われ、逆回転状態での燃料の燃焼によってエンジン１の故障を招くおそれがある。こうした故障を抑制するため、エンジン１の逆回転の検出を行うとともに、同逆回転の発生を検出したときには点火を禁止することが望まれている。そして、上記エンジン１の逆回転の検出としては、例えば［背景技術］の欄に記載した検出の仕方を採用することが考えられている。しかし、［背景技術］の欄に記載した逆回転の検出では、逆回転発生の検出を発生後に速やかに行おうとすると、新たにカムロータを設けたりクランクポジションセンサを追加したりしなければならず、そのための手間やコストアップは避けられないという問題がある。
【００４３】
そこで本実施形態では、第１〜第３の回転センサ１８〜２０からの信号を利用してエンジン１の逆回転発生を検出する。この逆回転発生の検出では、バルブタイミング可変機構９の電動機１０を駆動制御するのに用いるべく当該電動機１０に設けられた第１〜第３の回転センサ１８〜２０という既存の部品を利用しているため、新たなセンサやロータを設けることなく逆回転発生を検出することが可能になる。
【００４４】
次に、第１〜第３の回転センサ１８〜２０からの信号を利用したエンジン１の逆回転の検出について、図２のタイミングチャートを参照して説明する。
このタイミングチャートの横軸は、エンジン１の正回転時におけるクランク角の変化を表している。このクランク角は、図２（ａ）に示されるクランク信号、及び、図２（ｂ）に示されるカム信号に基づき確定される。
【００４５】
また、クランク角の変化に対する第１〜第３の回転センサ１８〜２０からの信号の出力パターンは、上述したように図２（ｃ）〜（ｅ）に示されるようなものになる。この図から分かるように、上記各回転センサ１８〜２０の信号は、クランク角９０°毎に立ち上がりと立ち下がりを繰り返し、互いにクランク角６０°分ずれた状態となる。これは上記各回転センサ１８〜２０が電動機ロータ１７の周囲に等間隔に設けられているためである。以上のことから、上記信号の立ち上がり及び立ち下がりは、回転センサ毎に異なるタイミング、より詳しくはクランク角３０°毎という比較的短い間隔毎に生じる。従って、エンジン正回転時における各回転センサ１８〜２０からの信号の出力パターンについては、同信号の立ち上がり及び立ち下がりがそれぞれ異なるタイミングで生じるというパターン、言い換えればクランク角３０°毎という比較的短い間隔で上記立ち上がり及び立ち下がりが生じるというパターンになる。
【００４６】
エンジン正回転時における各回転センサ１８〜２０からの信号の理論上の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングについては、クランク信号に基づき判別することができる。すなわち、本実施形態の場合には、クランク角が１５°、４５°、７５°・・・と３０°進む毎に上記立ち上がり及び立ち下がりが生じ、このタイミングを上記理論上の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングと判別することができる。そして、エンジン正回転時には、それらのタイミングがきたときに、上記信号の実際の立ち上がり及び立ち下がりが生じることとなる。
【００４７】
ここで、例えばクランク角３００°でエンジン１の逆回転が開始された場合を例に、エンジン１の逆回転について考えてみる。
エンジン１が正回転してクランク角３００°になったとき、同エンジン１が逆回転したとすると、それ以後のクランク信号の出力パターン及び各回転センサ１８〜２０からの信号の出力パターンは、クランク角３００°前の各出力パターンを図中の破線Ｌ１を中心に反転させたパターンとなる。
【００４８】
クランク信号は、正回転時には等間隔毎（クランク角１０°毎）に出力されるものであるため、上記逆回転に伴いクランク信号の出力パターンが破線Ｌ１を中心に反転したとしても、その出力パターンは正回転時とほとんど変わらない。このため、逆回転後も正回転と同じようにクランク信号に基づき現在のクランク角が確定され、当該確定されたクランク角について１５°ＣＡ、４５°ＣＡ、７５°ＣＡ・・・となる時点が、各回転センサ１８〜２０からの信号の理論上の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングであると判別される。
【００４９】
一方、各回転センサ１８〜２０からの信号の出力パターンには、正回転から逆回転への移行に伴い図３のタイミングチャートに示されるような変化が生じる。同図３において、（ａ）〜（ｃ）は正回転時における第１〜第３の回転センサからの信号の出力パターンを示している。そして、クランク角３００°にてエンジン１が逆回転すると、それ以後の上記信号の出力パターンは、電動機ロータ１７の逆回転に伴って図３（ｄ）〜（ｆ）に示されるような出力パターン、すなわちクランク角３００°前の出力パターンを図中の破線Ｌ１を中心に反転させた出力パターンとなる。
【００５０】
この実施形態では、第１〜第３の回転センサ１８〜２０からの信号の出力パターンがエンジン１の逆回転に伴い正回転時の出力パターンと異なるものになると、そのことに基づきエンジン１の逆回転が発生していることを検出する。
【００５１】
上記信号の立ち上がり及び立ち下がりは、エンジン１の正回転時、クランク角３０°毎という比較的短い間隔で生じている。このため、エンジン１の逆回転が生じると、それに伴い上記信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングが正回転時と異なるようになるという、上記信号の出力パターンの変化が速やかに生じる。従って、当該出力パターンの変化に基づき逆回転発生を速やかに検出することができる。
【００５２】
なお、上記出力パターンの変化に基づく逆回転の検出は、より具体的には、図４のフローチャートに示される手順に従って以下のように行われる。
すなわち、上述したようにエンジン１の正回転時と逆回転時とのいずれの場合であれ、クランク角の確定はクランク信号に基づいて行われ、当該クランク角について１５°ＣＡ、４５°ＣＡ、７５°ＣＡ・・・となる時点が、各回転センサ１８〜２０からの信号の理論上の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングであると判別される（Ｓ１０１）。
【００５３】
ここで、例えばクランク角３００°でエンジン１の逆回転が生じたとすると、クランク信号に基づき確定されたクランク角が３１５°になった時点が、各回転センサ１８〜２０からの信号の理論上の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングであると判別される。そして、エンジン正回転時には、上記のように判別されたタイミング（３１５°ＣＡ）がくると、対応する信号の立ち上がり又は立ち下がり（この場合は第１の回転センサ１８からの信号の立ち下がり（図３（ａ）参照））が実際に生じる。しかし、エンジン１が逆回転している場合には、各回転センサ１８〜２０からの信号の出力パターンは正回転時の状態から変化するため、上記タイミング（３１５°ＣＡ）がきても、対応する信号の立ち上がり又は立ち下がりは生じない（図３（ｄ）参照）。
【００５４】
こうした現象の有無は、上記タイミングがきたとき（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、対応する信号の立ち上がり又は立ち下がりが実際に生じているか否か（Ｓ１０３）によって判断される。すなわち、このタイミングにおいて、上記対応する信号の立ち上がり又は立ち下がりが実際に生じていない場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、上述した現象が発生していることになる。そして、その現象が発生していることに基づき、エンジン１の逆回転が発生していることが検出される（Ｓ１０４）。
【００５５】
以上のような各回転センサ１８〜２０からの信号の出力パターンを利用した逆回転の検出は、電動機駆動ドライバ１２を通じて行われる。そして、エンジン１の逆回転発生が検出されたときには電動機駆動ドライバ１２からエンジン制御用コンピュータ１１に図３（ｇ）に示されるように逆回転信号「Ｈｉ」が出力される。また、エンジン１の逆回転発生が検出されていないときには、電動機駆動ドライバ１２からエンジン制御用コンピュータ１１に正回転信号「Ｌｏ」が出力される。
【００５６】
次に、エンジン１の逆回転発生時における点火禁止の手順について、点火禁止ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して説明する。この点火禁止ルーチンは、エンジン制御用コンピュータ１１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００５７】
同ルーチンにおいて、ステップＳ２０１の処理では、エンジン回転速度がアイドル回転速度未満であって、且つ、エンジン回転の停止に繋がる可能性のあるレベル（例えば２００ｒｐｍ）以下であるか否かが判断される。ここで肯定判定がなされる状況としては、エンジン１における通常の運転停止や異常停止の過程で、エンジン回転速度が低下しているという状況があげられる。そして、ステップＳ２０１で肯定判定がなされると、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２の処理では、イグニッションスイッチ２４が「オン」であるか否かが判断される。ここで肯定判定であれば、上述したエンジン回転速度の低下がエンジン１の異常停止の過程で生じていることになる。そして、ステップＳ２０２で肯定判定がなされると、ステップＳ２０３に進む。このステップＳ２０３の処理では、電動機駆動ドライバ１２から逆回転信号「Ｈｉ」が出力されているか否かに基づき、エンジン１の逆回転発生が検出されているか否かが判断される。そして、ステップＳ２０３で肯定判定がなされると、ステップＳ２０４に進んで点火が禁止される。
【００５８】
従って、エンジン１の逆回転が発生している場合には、エンジン１の点火が禁止されるため、逆回転状態での燃焼の燃焼が行われて同機関が故障するのを抑制することができる。一方、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理のうち、いずれかで否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５に進んで通常とおり点火制御が実行される。すなわち、イグニッションスイッチ２４の［オン］から「アクセサリ」及び「オフ」への操作によるエンジン１の通常の運転停止に際しては点火が停止され、その以外の場合はエンジン１の異常停止の過程で逆回転が発生したときを除いて点火が実行される。このため、クランキング中や自立運転中、エンジン１の異常停止に起因してエンジン回転速度がアイドル回転速度未満に低下したとしても、エンジン１が逆回転するまでの期間は点火が続行される。仮に、この期間中に点火が禁止されてしまうとエンジン１の自立運転を実現できる可能性がなくなってしまい、点火を続ければエンジン１が自立運転する可能性があるのにエンジン運転が停止されることになる。しかし、上述したように点火を続行することで、この期間中に必要以上の点火禁止が行われてエンジン運転が停止してしまうのを抑制することができる。
【００５９】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）エンジン１の逆回転発生の検出には、バルブタイミング可変機構９を駆動するための電動機１０に設けられた第１〜第３の回転センサ１８〜２０が利用される。これら回転センサ１８〜２０は、吸気バルブのバルブタイミング制御を行うべく電動機１０を駆動制御するために設けられたものである。このように既存のセンサである第１〜第３の回転センサ１８〜２０を用いてエンジン１の逆回転発生を検出しているため、その逆回転発生の検出のために新たなセンサやロータを設ける必要はない。
【００６０】
（２）第１〜第３の回転センサ１８〜２０は電動機ロータ１７の周りに等間隔をおいて配設されており、各センサ１８からの信号の立ち上がり及び立ち下がりはエンジン１の正回転時にはクランク角３０°毎という比較的短い間隔で生じる。そして、エンジン１の逆回転時には、それに伴い上記信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングが正回転時と異なるようになるという、上記信号の出力パターンの変化が速やかに生じる。従って、当該出力パターンの変化に基づき逆回転発生を速やかに検出することができる。
【００６１】
（３）第１〜第３の回転センサ１８〜２０からの信号の出力パターンが正回転時の状態から変化しているか否かは、クランク信号に基づき判別される上記信号の理論上の立ち上がり及び立ち下がりタイミングにて、実際に同信号の立ち上がり及び立ち下がりが生じているか否かに基づき判断される。逆回転が発生している場合、上記タイミングがきても、対応する信号の立ち上がり及び立ち下がりが実際に生じることはない。このため、上述した判断に基づき、各回転センサ１８〜２０からの信号の出力パターンの正回転時の状態からの変化、言い換えればエンジン１の逆回転発生を的確に検出することができる。
【００６２】
（４）エンジン１の逆回転は上記（２）に記載したように発生後に速やかに検出されるため、逆回転発生を検出したときのエンジン１の点火禁止も速やかに行うことができる。従って、エンジン１に逆回転が発生したとき、逆回転状態で燃料の燃焼が行われてエンジン１が故障するのを抑制することができる。
【００６３】
（５）クランキング中や自立運転中といったエンジン運転時からの異常停止に際しては、エンジン回転速度がエンジン回転の停止に繋がる可能性のあるレベル（例えば２００ｒｐｍ）以下になったとしても、エンジン１の逆回転が生じるまでの期間は点火が続行される。この期間中に仮に点火が禁止されると、当該期間中に自立運転を実現する可能性がなくなってしまう。しかし、上記のように点火を続行することで、上述した期間中に点火が必要以上に禁止されてエンジン運転が停止してしまうのを抑制することができる。
【００６４】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・第１〜第３の回転センサ１８〜２０からの信号の出力パターンが正回転時の状態から変化しているか否かの判断として、上記（３）に記載した仕方以外の仕方を採用することもできる。例えば、あるクランク角での各回転センサ１８〜２０からの信号の状態（「Ｈｉ」か「Ｌｏ」か）をエンジン正回転時の状態と比較し、ここで正回転時の状態と異なっている場合に、上記信号の出力パターンが正回転時の状態から変化していること、言い換えればエンジン１の逆回転が発生していることを検出するようにしてもよい。
【００６５】
・クランクシャフトやカムシャフトに連結される回転電機として、バルブタイミング可変機構９の電動機１０を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、エンジンのクランクシャフトには通常は発電機が連結されるが、この発電機を上記回転電機として用いてもよい。また、ハイブリッド自動車に搭載されるエンジンにおいては、クランクシャフトに同エンジンの回転をアシストする電動機が連結されるが、この電動機を上記回転電機として用いてもよい。
【００６６】
・クランクポジションセンサ１４及びクランクロータ１３については、必ずしもクランクシャフト６側に設ける必要はなく、例えば排気カムシャフト８側に設けて同シャフト８の回転に基づきクランクシャフト６の回転状態を検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態の制御装置が適用されるエンジン全体を示す略図。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、クランク角が変化したときのクランクポジションセンサからのクランク信号、カムポジションセンサからのカム信号、及び、第１〜第３の回転センサからの信号の波形を示すタイミングチャート。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はエンジン正回転時における第１〜第３の回転センサからの信号、（ｄ）〜（ｆ）はエンジン逆回転時における第１〜第３の回転センサからの信号、（ｇ）は電動機駆動ドライバから出力される正逆回転信号の波形をそれぞれ示すタイミングチャート。
【図４】エンジンの逆回転発生を検出する手順を示すフローチャート。
【図５】エンジンの逆回転時に点火を禁止する手順を示すフローチャート
【符号の説明】
【００６８】
１…エンジン、２…燃焼室、３…燃料噴射弁、４…吸気通路、５…点火プラグ、６…クランクシャフト、７…吸気カムシャフト、８…排気カムシャフト、９…バルブタイミング可変機構、１０…電動機（回転電機）、１０ａ…出力軸、１１…エンジン制御用コンピュータ（検出手段、点火禁止手段）、１２…電動機駆動ドライバ（検出手段）、１３…クランクロータ、１４…クランクポジションセンサ、１５…カムロータ、１６…カムポジションセンサ、１７…電動機ロータ、１８…第１の回転センサ、１９…第２の回転センサ、２０…第３の回転センサ、２１…アクセルポジションセンサ、２２…スロットルポジションセンサ、２３…エアフローメータ、２４…イグニッションスイッチ、２５…スタータ。
【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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