(57)【要約】    【課題】  クランク角センサの故障時にカムセンサのカム信号に基づいて検出される機関制御タイミングの精度を向上させる。    【解決手段】  クランク角センサが正常であるときに、カムシャフトの回転位相を変化させる可変バルブタイミング機構を最遅角側に制御させ、カム信号の出力位置のずれを学習する。そして、クランク角センサの故障時に、カム信号を基準とする制御タイミングの検出を、前記学習したずれに基づいて補正する。【選択図】  図５
2006220079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの所定回転位置毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ、及び、カムシャフトの所定回転位置毎にカム信号を発生するカムセンサを備え、
前記クランク角センサの故障診断を行い、
前記クランク角センサの正常時には、前記クランク角信号に基づいて機関制御タイミングを検出し、前記クランク角センサの故障時には、前記カム信号に基づいて機関制御タイミングを検出する内燃機関の制御装置において、
前記クランク角センサの正常時に、前記クランク角信号を基準にカム信号の出力位置のばらつきを学習し、
前記クランク角センサの故障時に、前記学習したカム信号の出力位置のばらつきに応じて、前記カム信号に基づく機関制御タイミングの検出を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、機関バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構を備え、
前記カム信号の出力位置のばらつき学習を、前記可変バルブタイミング機構を最遅角側に制御した状態で行わせることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記カム信号の出力位置のばらつき学習を、機関の完暖状態で行わせることを特徴とする請求項１又は２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、クランク角センサの故障時にカムセンサから出力されるカム信号に基づいて機関制御タイミングを検出する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、クランク角センサに異常が発生すると、カムセンサから出力されるパルス信号に基づいて疑似基準タイミングを生成し、該疑似基準タイミングを用いて燃料供給制御や点火時期制御を継続実行させる内燃機関用制御装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３４２８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、カムシャフトは、クランクシャフトの回転がタイミングチェーン等を介して伝達されるため、カムシャフトの所定回転位置毎にカム信号を発生するカムセンサによるピストン位置の検出誤差は、誤差要因の累積によってクランク角センサに比べて大きくなり、更に、前記タイミングチェーン等の伸びによって検出誤差が拡大する。
このため、クランク角センサの異常時に、カムセンサからのパルス信号に基づき検出される制御基準タイミングの精度が悪く、要求とは大きく異なる時期に燃料供給，点火が行われ、内燃機関の運転性が大きく低下してしまう惧れがあった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、クランク角センサの異常時にカムセンサの検出信号に基づいて検出される機関制御タイミングの精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため請求項１記載の発明は、クランクシャフトの所定回転位置毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ、及び、カムシャフトの所定回転位置毎にカム信号を発生するカムセンサを備え、前記クランク角センサの故障診断を行い、前記クランク角センサの正常時には、前記クランク角信号に基づいて機関制御タイミングを検出し、前記クランク角センサの故障時には、前記カム信号に基づいて機関制御タイミングを検出する内燃機関の制御装置において、
前記クランク角センサの正常時に、前記クランク角信号を基準にカム信号の出力位置のばらつきを学習し、
前記クランク角センサの故障時に、前記学習したカム信号の出力位置のばらつきに応じて、前記カム信号に基づく機関制御タイミングの検出を補正する構成とした。
【０００６】
かかる構成によると、クランク角センサが故障すると、カムセンサを用いて機関制御タイミングを検出させるが、クランク角センサの正常時に予めカム信号の出力位置のばらつきを学習しておき、カム信号に基づいて機関制御タイミングを検出させるときに、前記学習しておいたばらつきに基づく補正処理を行う。
従って、カム信号の出力位置にばらつきがあっても、クランク角センサの故障時に機関制御タイミングの検出精度が大きく低下することを回避できる。
【０００７】
請求項２記載の発明では、前記クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、機関バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構を備え、前記カム信号の出力位置のばらつき学習を、前記可変バルブタイミング機構を最遅角側に制御した状態で行わせる構成とした。
かかる構成によると、カム信号の出力位置のばらつき学習を行わせる場合には、可変バルブタイミング機構を一旦デフォルト位置である最遅角側に制御する。
【０００８】
従って、可変バルブタイミング機構による進角制御状態に影響されることなく、ばらつき学習を行わせることができる。
更に、クランク角センサの故障時に回転位相のフィードバック制御が行えなくなることに基づいて可変バルブタイミング機構をデフォルト位置（最遅角側）に戻す場合、このデフォルト状態でのカム信号の出力位置ばらつきを予め精度良く検出でき、クランク角センサ故障時に高い精度で制御タイミングを補正させることができる。
【０００９】
請求項３記載の発明では、前記カム信号の出力位置のばらつき学習を、機関の完暖状態で行わせる構成とした。
かかる構成によると、完暖を学習条件とすることで、クランクシャフトとカムシャフトとの間の位相ずれが安定している状態で学習を行わせることになり、ばらつき学習の精度を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における４気筒ガソリン機関の構成図である。
図１において、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装される。
そして、前記電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１１】
各気筒の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。
前記燃焼室１０６内に形成された混合気は、図示省略した点火プラグによる火花点火によって着火燃焼する。
【００１２】
燃焼室１０６内の燃焼排気は、排気バルブ１０７を介して排気管に排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ排気側カムシャフト１１０，吸気側カムシャフト１３４に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３が設けられている。
【００１３】
前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを変化させる機構である。
図２は、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の構造を示す。
前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３は、クランクシャフト１２０と同期して回転するスプロケット２５に固定され、このスプロケット２５と一体的に回転する第１回転体２１と、ボルト２２ａにより前記吸気側カムシャフト１３４の一端に固定され、吸気側カムシャフト１３４と一体的に回転する第２回転体２２と、ヘリカルスプライン２６により第１回転体２１の内周面と第２回転体２２の外周面とに噛合する筒状の中間ギア２３と、を有している。
【００１４】
前記中間ギア２３には３条ネジ２８を介してドラム２７が連結されており、このドラム２７と中間ギア２３との間にねじりスプリング２９が介装されている。
前記中間ギア２３は、ねじりスプリング２９によって遅角方向（図２の左方向）へ付勢されており、電磁リターダ２４に電圧を印加して磁力を発生すると、ドラム２７及び３条ネジ２８を介して進角方向（図２の右方向）へ動かされる。
【００１５】
この中間ギア２３の軸方向位置に応じて、回転体２１，２２の相対位相が変化して、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の位相が変化する。
前記電動アクチュエータ１７及び電磁リターダ２４は、前記ＥＣＵ１１４からの制御信号により、機関の運転状態に応じて駆動制御される。
尚、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を、図２に示した構造に限定するものではなく、公知の全ての可変バルブタイミング機構を適用できる。
【００１６】
前記ＥＣＵ１１４は、マイクロコンピュータを内蔵し、各種センサからの検出信号に基づく演算処理によって、前記電子制御スロットル１０４，可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３，燃料噴射弁１３１等を制御する。
前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１６、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０の回転位置を検出するクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、機関１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４の回転位置を検出するカムセンサ１３２が設けられている。
【００１７】
前記クランク角センサ１１７は、クランクシャフト１２０に軸支したシグナルプレートの被検出部を検出することで、図３に示すように、各気筒の上死点を起点としてクランク角１０deg毎に立ち上がるパルス信号である単位クランク角信号ＰＯＳを出力する。
ここで、前記単位クランク角信号ＰＯＳは、各気筒の上死点前６０deg及び７０degの回転位置で抜けを生じるように設定されている。
【００１８】
また、前記カムセンサ１３２は、吸気側カムシャフト１３４に軸支したシグナルプレートの被検出部を検出することで、図３に示すように、気筒間の行程位相差に相当するクランク角１８０deg毎に、圧縮上死点の気筒をパルス数で示すカム信号ＣＡＭを出力する。
尚、図３は、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３によりカムシャフト１３４の位相が最遅角に制御されている状態を示す。
【００１９】
本実施形態における点火は、＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順に行われ、例えば、カム信号ＣＡＭとして連続して３つのパルス信号が出力されたときには、次に圧縮上死点となる気筒は、＃４気筒であると判断される。
前記ＥＣＵ１１４は、前記単位クランク角信号ＰＯＳの発生周期を計測することで、歯抜け直後のＢＴＤＣ５０degの位置で出力される単位クランク角信号ＰＯＳを検出し、単位クランク角信号ＰＯＳが３個入力される毎にカウントアップされるカウンタＣＲＡＣＮＴ１の値を、前記ＢＴＤＣ５０degの位置でクリアする。
【００２０】
更に、単位クランク角信号ＰＯＳが３個入力される毎にカウントアップされるカウンタＣＲＡＣＮＴ２の値を、前記カウンタＣＲＡＣＮＴ１の値が４になる毎にクリアさせる。
そして、前記カウンタＣＲＡＣＮＴ２がクリアされる周期の間、即ち、ＢＴＤＣ１１０degから次のＢＴＤＣ１１０degまでの間で、前記カム信号ＣＡＭの発生数をカウントし、次の１周期に含まれる上死点位置がどの気筒の圧縮上死点であるかを判別し、気筒判別値ＣＴＹＬＣＮＴを更新設定する。
【００２１】
各気筒の燃料噴射時期や点火時期の制御においては、前記気筒判別値ＣＴＹＬＣＮＴに基づいて燃料噴射・点火を行わせる気筒を特定し、要求の燃料噴射時期・点火時期を、前記単位クランク角信号ＰＯＳの歯抜け位置に基づいて検出される制御基準とする単位クランク角信号ＰＯＳからの単位クランク角信号ＰＯＳのカウント及び１０deg以下の角度の時間換算によって検出し、燃料噴射させる気筒の燃料噴射弁１３１に噴射パルス信号を出力し、点火する気筒の点火コイルの通電を制御するパワートランジスタに点火制御信号を出力する。
【００２２】
また、前記単位クランク角信号ＰＯＳの歯抜け位置に基づいて検出される制御基準から、前記先頭のカム信号ＣＡＭまでの角度として、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の回転位相が検出され、このようにして検出される回転位相が、機関運転状態に応じた目標値になるように、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３がフィードバック制御される。
【００２３】
また、前記クランク角センサ１１７が故障すると、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を、カムシャフト１３４の位相を最遅角とするデフォルト位置に戻す一方、前記カム信号ＣＡＭの発生周期を計測することで、ＢＴＤＣ５０degの位置で出力される先頭信号を特定し、該先頭信号に続くカム信号ＣＡＭの数から気筒判別を行い、更に、前記先頭信号を基準とする時間計測によって、燃料噴射時期・点火時期を検出する（図４参照）。
【００２４】
ところで、前記カムセンサ１３２からのカム信号ＣＡＭの発生位置は、タイミングチェーンの伸びなどによってばらつきを生じるため、クランク角センサ１１７の故障時に、カム信号ＣＡＭに基づき検出される燃料噴射時期・点火時期（機関制御タイミング）に誤差を生じ、機関の運転性が大きく低下してしまう可能性がある。
そこで、本実施形態では、クランク角センサ１１７の正常時に予めカム信号ＣＡＭの出力位置のばらつきを学習しておき、クランク角センサ１１７が故障したときに、前記学習しておいたばらつきに基づいて燃料噴射時期・点火時期（機関制御タイミング）の検出を補正するようにしてある。
【００２５】
図５は、前記ばらつき学習の様子を示すフローチャートである。
図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、クランク角センサ１１７の故障診断を行う。
前記故障診断は、例えば、カム信号ＣＡＭの発生によって機関回転中であると判断されるときに、単位クランク角信号ＰＯＳが出力されない場合に、クランク角センサ１１７の故障を判定する。
【００２６】
次のステップＳ２では、前記ステップＳ１における故障診断で、クランク角センサ１１７が正常であると診断されたか否かを判別する。
クランク角センサ１１７（及びカムセンサ１３２）が正常であるときには、ステップＳ３へ進む。
ステップＳ３では、カム信号ＣＡＭの出力位置のばらつきを学習させるために、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を一時的に最遅角位置（ストッパの突き当て位置）に制御する。
【００２７】
ステップＳ４では、学習許可条件が成立しているか否かを判断する。
前記学習許可条件として、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を最遅角位置に制御してから所定時間が経過していること、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の故障診断で正常判定がなされていること、機関の冷却水温度（機関温度）が所定以上の完暖状態であること、を少なくとも含むものとする。
【００２８】
前記最遅角位置への制御からの時間経過の条件は、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の応答遅れに対応するためのものであり、正常の条件は故障により進角されている状態での学習を回避するためであり、温度条件は、クランクシャフトとカムシャフトとの間の位相ずれが安定している状態で学習を行わせるための条件である。
ステップＳ４で学習許可条件が成立していると判断されると、ステップＳ５へ進む。
【００２９】
ステップＳ５では、カム信号ＣＡＭの位相角度ＣＡＭＡＮＧｎ（ｎは気筒番号）を検出する。
前記カム信号ＣＡＭの位相角度ＣＡＭＡＮＧｎは、図３に示すように、前記カウンタＣＲＡＣＮＴ２がクリアされるＢＴＤＣ１１０degの位置（歯抜け直後の単位クランク角信号ＰＯＳの発生位置）からの先頭のカム信号ＣＡＭまでの角度である。
【００３０】
前記位相角度ＣＡＭＡＮＧｎは、前記カウンタＣＲＡＣＮＴ２の値、及び、先頭カム信号ＣＡＭの出力タイミング直前における前記カウンタＣＲＡＣＮＴ２の更新タイミングから先頭カム信号ＣＡＭまでの時間ＴＣＡＭ（図６参照）として、気筒毎に計測される。
前記時間ＴＣＡＭは、前記カウンタＣＲＡＣＮＴ２の更新周期ＴＣＲＡ３０に基づき角度に換算される。
【００３１】
即ち、前記位相角度ＣＡＭＡＮＧｎは、
ＣＡＭＡＮＧｎ＝（ＣＲＡＣＮＴ２＋ＴＣＡＭ／ＴＣＲＡ３０）×３０
として求められる。
ステップＳ５でカム信号ＣＡＭの位相角度ＣＡＭＡＮＧｎを検出すると、次のステップＳ６では、気筒毎に設定される、カム信号ＣＡＭのばらつき学習値ＫＯＦＳＴｎ（ｎは気筒番号）を、以下の式に従って更新する。
【００３２】
ＫＯＦＳＴｎ＝（（６０−ＣＡＭＡＮＧｎ）×（１−Ｋ））＋ＫＯＦＳＴｎ-1×Ｋ
上式で、６０は位相角度ＣＡＭＡＮＧの基準値であり、ＫＯＦＳＴｎ-1は学習値ＫＯＦＳＴｎの前回値、Ｋは０＜Ｋ＜１である重み係数である。
上記式によって学習値ＫＯＦＳＴｎの前回値と最新に検出されたカム信号ＣＡＭの位相ばらつきとを加重平均して、ＫＯＦＳＴｎを更新させる構成とすれば、例えばカム信号ＣＡＭにノイズが重畳しても、それに影響されて学習値ＫＯＦＳＴｎが大きく変動してしまうことを回避でき、学習値ＫＯＦＳＴｎの信頼性を向上させることができる。
【００３３】
一方、ステップＳ２においてクランク角センサ１１７の故障が診断されていると判断すると、ステップＳ７へ進む。
ステップＳ７では、カム信号ＣＡＭに基づき機関制御タイミングの検出を行わせて、機関運転を行わせるが、ここで、前記学習値ＫＯＦＳＴｎに基づき機関制御タイミングの検出が補正される。
【００３４】
例えば、点火時期をカム信号ＣＡＭに基づき検出させる場合で、点火進角値を２０degとすると、図４に示すように、先頭カム信号ＣＡＭを基準に点火タイミングまでの角度ＦＩＧＮ（deg）を演算させる。
ＦＩＧＮ（deg）＝５０deg−２０deg（点火進角値）＋ＫＯＦＳＴｎ
上式で、５０degは、上死点ＴＤＣから直前の先頭カム信号ＣＡＭまでの角度であり、角度ＦＩＧＮ（deg）は、先頭カム信号ＣＡＭから点火タイミングまでの角度となる。
【００３５】
ここで、クランク角センサ１１７の正常時に学習させておいた学習値ＫＯＦＳＴｎに基づいて点火タイミングまでの角度ＦＩＧＮ（deg）を補正することで、実際に先頭カム信号ＣＡＭが出力される位置がＢＴＤＣ５０degからずれていても、所望の点火タイミングを精度良く検出することができる。
前記角度ＦＩＧＮ（deg）は、先頭カム信号ＣＡＭの周期ＴＮＥに基づいて時間ＴＩＧＮに換算され、先頭カム信号ＣＡＭから前記時間ＴＩＧＮが経過した時点を点火タイミングとして検出する。
【００３６】
ＴＩＧＮ＝ＦＩＧＮ×ＴＩＤＧ  （ＴＩＤＧ＝ＴＮＥ／１８０）
尚、本実施形態では、カム信号ＣＡＭの出力位置のばらつきを、気筒毎（先頭カム信号ＣＡＭ毎）に学習させる構成としたが、全気筒に共通の値として学習させても良く、また、Ｖ型機関であればバンク毎に学習させることができ、更に、同時噴射などの同期制御を行わせる気筒グループ毎に学習させる構成とすることができる。
【００３７】
また、前記学習値ＫＯＦＳＴｎにより、カムシャフト１３４の回転位相の検出結果を補正することで、前記回転位相の制御精度を向上させることができる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
前記カム信号が少なくとも気筒間の行程位相差毎に出力され、該行程位相差毎のカム信号を各気筒にそれぞれ対応させる構成であり、
前記出力位置のばらつき学習を、気筒毎、多バンク機関のバンク毎、同期制御を行う気筒グループ毎のいずれかで行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【００３８】
かかる構成によると、各気筒に対応するカム信号それぞれについてばらつきを学習するか、Ｖ型機関のような多バンク機関である場合にバンク毎（カムシャフト毎）にばらつきを学習するか、更には、同時に燃料供給を行うなどの同期制御を行う気筒グループ毎にばらつきを学習する。
従って、気筒毎の学習では、気筒毎に制御タイミングの検出ばらつきを補正でき、また、バンク毎の学習では、各バンクのカムシャフトに設けられるカムセンサ毎に制御タイミングの検出ばらつきを補正でき、更に、同期制御を行う気筒グループ毎の学習では、気筒グループ毎に制御タイミングの検出ばらつきを補正することで、各気筒について制御タイミングの検出ばらつきが補正される。
（ロ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
前記出力位置のばらつき学習において、前記出力位置のばらつきの最新検出結果と前回までの学習値とに重み付けして学習値を更新させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【００３９】
かかる構成によると、カム信号の出力位置のばらつきの最新検出結果を、そのまま機関制御タイミングの補正に反映させるのではなく、前回までの学習値と最新のばらつき検出結果とに重み付けして学習値を更新させ、該更新後の学習値に基づいてカム信号に基づく機関制御タイミングの検出を補正する。
従って、ノイズの重畳等によってばらつきの検出結果が一時的に異常となっても、この異常な検出結果がそのまま機関制御タイミングの補正に用いられることがなく、補正処理の信頼性・安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施形態における内燃機関の構成図。
【図２】実施形態における可変バルブタイミング機構の断面図。
【図３】実施形態における単位クランク角信号ＰＯＳ，カム信号ＣＡＭ及び単位クランク角信号ＰＯＳのカウンタの特性を示すタイムチャート。
【図４】実施形態におけるクランク角センサ故障時の点火タイミングの検出を説明するためのタイムチャート。
【図５】実施形態におけるカム信号ＣＡＭの出力位置のばらつき学習を示すフローチャート。
【図６】実施形態におけるカム信号ＣＡＭの出力位置の検出を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００４１】
１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１３…可変バルブタイミング機構ＶＴＣ、１１４…エンジンコントロールユニット、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３４…カムシャフト
【図１】
2006220079.tif 000003
【図２】
2006220079.tif 000004
【図３】
2006220079.tif 000005
【図４】
2006220079.tif 000006
【図５】
2006220079.tif 000007
【図６】
2006220079.tif 000008