(57)【要約】【課題】クランク信号を取得できなくなる故障が発生した場合においても、他の信号に基づいて気筒判別を行なう。【解決手段】本発明の気筒判別装置は、奇数気筒の４サイクルエンジン（２）の気筒判別を行うものであって、吸気バルブ（５）を駆動するカム（１０）の回転角を検出してカム信号を出力するカム角センサ（１１）と、排気ガスの空気対燃料の比が燃料リッチであるか否かを検出するガスセンサ（１４、１５）と、カム信号が入力されたときに奇数気筒の中の１つの気筒に対して燃料噴射及び点火制御を行い、ガスセンサ（１４、１５）からの検出信号に基づいて排気ガスが燃焼後の排気ガスであるか否かを識別することによって、前記１つの気筒の排気行程を検知して、気筒判別を行う制御装置（１）とを備えた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
奇数気筒の４サイクルエンジン（２）の気筒判別を行う気筒判別装置において、
吸気バルブ（５）を駆動するカム（１０）の回転角を検出してカム信号を出力するカム角センサ（１１）と、
排気ガスの空気対燃料の比が燃料リッチであるか否かを検出するガスセンサ（１４、１５）と、
前記カム信号が入力されたときに奇数気筒の中の１つの気筒に対して燃料噴射及び点火制御を行い、前記ガスセンサ（１４、１５）からの検出信号に基づいて排気ガスが燃焼後の排気ガスであるか否かを識別することによって、前記１つの気筒の排気行程を検知して、気筒判別を行う制御装置（１）と
を備えたことを特徴とする気筒判別装置。
【請求項２】
前記制御装置（１）は、気筒判別開始後、入力されたカム信号に同期して燃料噴射を実行し、その後、次に入力されたカム信号に同期して１回目の点火を実行し、その後、次に入力されたカム信号に同期して２回目の点火を実行し、その後、次に入力されたカム信号に同期して３回目の点火を実行することを特徴とする請求項１記載の気筒判別装置。
【請求項３】
前記制御装置（１）は、燃料噴射を実行する場合に、噴射量を多めにすることを特徴とする請求項１または２記載の気筒判別装置。
【請求項４】
前記制御装置（１）は、前記ガスセンサ（１４、１５）からの検出信号の電圧レベルが所定の判別値を越えたときに、前記１つの気筒の排気行程が実行されていると検知することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の気筒判別装置。
【請求項５】
前記制御装置（１）は、前記エンジン（２）が回転している運転状態において、前記カム信号が入力される度に、３気筒分の気筒判別情報を記憶するように構成され、
前記制御装置（１）は、クランク信号の異常によってエンストしたときに、記憶している前記３気筒分の気筒判別情報に基づいて、最も早く気筒判別できる気筒に対して、燃料噴射及び点火を実行して気筒判別を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の記載の気筒判別装置。
【請求項６】
前記制御装置（１）は、気筒判別が完了した時点で、３気筒分の気筒判別情報を記憶し、その後、前記カム信号が入力される度に、３気筒分の気筒判別情報を更新することを特徴とする請求項５記載の気筒判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各気筒が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の４行程のサイクルで駆動されるエンジンの気筒判別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ガソリンエンジンなどの４サイクルエンジンにおいては、複数の気筒が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の４行程のサイクルで駆動される。このようなエンジンを始動する場合、クランク信号とカム信号の組み合わせに基づいて気筒判別（行程判別）を行い、この気筒判別結果に従って噴射・点火を制御するように構成されている。しかし、断線・ショート・ノイズ・歯欠け等によってクランク信号を正しく取得できなくなる故障が発生した場合、気筒判別ができない状態になるため、エンスト（エンジンストップ）に陥ることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２８０１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の目的は、クランク信号を正しく取得できなくなる故障が発生した場合においても、他の信号に基づいて気筒判別を行なうことができるエンジンの気筒判別装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、奇数気筒の４サイクルエンジン（２）の気筒判別を行う気筒判別装置において、吸気バルブ（５）を駆動するカム（１０）の回転角を検出してカム信号を出力するカム角センサ（１１）と、排気ガスの空気対燃料の比が燃料リッチであるか否かを検出するガスセンサ（１４、１５）と、前記カム信号が入力されたときに奇数気筒の中の１つの気筒に対して燃料噴射及び点火制御を行い、前記ガスセンサ（１４、１５）からの検出信号に基づいて排気ガスが燃焼後の排気ガスであるか否かを識別することによって、前記１つの気筒の排気行程を検知して、気筒判別を行う制御装置（１）とを備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１実施形態を示すエンジン及び気筒判別装置を説明する図
【図２】Ｏ２センサの特性図
【図３】エンジン始動時の制御を示すフローチャート
【図４】カム信号による気筒判別処理の制御を示すフローチャート
【図５】気筒判別処理を説明するタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図５を参照して説明する。まず、図１に示すように、本実施形態のエンジンＥＣＵ（制御装置）１は、３気筒の４サイクルエンジン２を制御する機能を有する。図１には、３気筒の４サイクルのエンジン２のうちの１気筒を破断して示す。上記エンジン２は、シリンダ３と、ピストン４と、吸気バルブ５と、排気バルブ６と、点火プラグ７と、インジェクタ（燃料噴射装置）８とを備える。点火プラグ７及びインジェクタ８は、エンジンＥＣＵ１によって駆動制御される。
【０００８】
シリンダ３の下部には、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ９が配設されている。クランク角センサ９は、クランク軸の回転角を検出してクランク信号を出力し、このクランク信号はエンジンＥＣＵ１に与えられる。吸気バルブ５を駆動するカム１０の近傍には、カム１０の回転角を検出するカム角センサ１１が配設されている。カム角センサ１１は、カム１０の回転角を検出してカム信号Ｓａ（図５（ａ）参照）を出力し、このカム信号ＳａはエンジンＥＣＵ１に与えられる。
【０００９】
排気バルブ６の近傍には、排気管１２が配設されており、排気管１２の途中部位には三元触媒１３が配設されている。排気管１２内の三元触媒１３よりもエンジン２側にはフロントＯ２センサ１４が配設され、排気管１２内の三元触媒１３よりも反エンジン２側にはリアＯ２センサ１５が配設されている。フロントＯ２センサ１４及びリアＯ２センサ１５は、図２に示すように、排気管１２内の排気ガスの空気対燃料の比が、理想空然比、即ち、１４．７（空気）：１（燃料）を境に出力電圧が変化する。具体的には、フロントＯ２センサ１４及びリアＯ２センサ１５は、排気ガスの空気対燃料の比が理想空然比よりも燃料がリッチのとき、例えば０．６Ｖ程度以上の高電圧を出力し、理想空然比よりも燃料がリーンのとき、例えば０．１Ｖ程度以下の低電圧を出力する。フロントＯ２センサ１４及びリアＯ２センサ１５の検出信号（出力電圧）は、エンジンＥＣＵ１に与えられる。
【００１０】
次に、エンジンＥＣＵ１によるクランク信号異常時の気筒判別処理の制御について、図３及び図４のフローチャートと、図５のタイミングチャートとを参照して説明する。まず、本実施形態の気筒判別処理の判別動作（判別制御）の概要について、図５のタイミングチャートに従って説明する。
【００１１】
カム信号が図５（ａ）に示すように出力されるときに、例えば＃１の気筒についての吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の発生タイミングとしては、図５（ｈ）、図５（ｊ）、図５（ｌ）にそれぞれ示す３つのＣａｓｅ１のパターン、Ｃａｓｅ２のパターン、Ｃａｓｅ３のパターンが考えられるだけである。例えば時刻ｔ１で出力されたカム信号（図５（ａ）中の左から２番目のカム信号）に同期して、＃１の気筒について燃料噴射を行う（図５（ｂ）参照）。すると、Ｃａｓｅ１のパターンの場合は、圧縮行程と膨張行程の切り替わり時点で燃料噴射が行われることになる。Ｃａｓｅ２のパターンの場合は、吸気行程の途中時点で燃料噴射が行われることになる。Ｃａｓｅ３のパターンの場合は、排気行程の途中時点で燃料噴射が行われることになる。
【００１２】
そして、本実施形態では、上記時刻ｔ１のカム信号の次のカム信号（図５（ａ）中の左から３番目のカム信号）と、その次のカム信号（図５（ａ）中の左から４番目のカム信号）と、その次のカム信号（図５（ａ）中の左から５番目のカム信号）とにそれぞれ同期して、＃１の気筒の点火プラグ７を３回点火させる制御を行う。尚、本実施形態では、気筒判別処理時には、＃２の気筒及び＃３の気筒については、燃料噴射及び点火を実施しない。
【００１３】
Ｃａｓｅ１のパターンの場合、時刻ｔ１で燃料噴射し、上記３回の点火を実施すると、図５（ｈ）の排気行程ｋ１で排気が燃料リッチとなることから、Ｏ２センサ１４（またはＯ２センサ１５）の出力電圧が高くなる、例えば０．６Ｖ以上になる（図５（ｉ）参照）。換言すると、時刻ｔ１で燃料噴射し、上記３回の点火をすべて実施した後の時点で、Ｏ２センサ１４の出力電圧が高くなること（出力電圧の電圧レベルが所定の判定値である例えば０．６Ｖを越えること）を検知することによって、＃１の気筒はＣａｓｅ１のパターンであると気筒判別（行程判別）することができる。
【００１４】
また、Ｃａｓｅ２のパターンの場合、時刻ｔ１で燃料噴射し、上記３回の点火を実施すると、図５（ｊ）の排気行程ｋ２で燃料リッチとなることから、Ｏ２センサ１４（またはＯ２センサ１５）の出力電圧が高くなる（図５（ｋ）参照）。換言すると、時刻ｔ１で燃料噴射し、上記３回の点火のうちの１回目の点火を実施した後の時点で、Ｏ２センサ１４の出力電圧が高くなることを検知することによって、＃１の気筒はＣａｓｅ２のパターンであると気筒判別することができる。
【００１５】
更に、Ｃａｓｅ３のパターンの場合、時刻ｔ１で燃料噴射し、上記３回の点火を実施すると、図５（ｌ）の排気行程ｋ３で燃料リッチとなることから、Ｏ２センサ１４（またはＯ２センサ１５）の出力電圧が高くなる（図５（ｍ）参照）。換言すると、時刻ｔ１で燃料噴射し、上記３回の点火のうちの２回目の点火を実施した後の時点で、Ｏ２センサ１４の出力電圧が高くなることを検知することによって、＃１の気筒はＣａｓｅ２のパターンであると気筒判別することができる。
【００１６】
上述したように、Ｃａｓｅ２の場合、＃１の気筒の気筒判別を最も早く検知（判別）することができ、Ｃａｓｅ３の場合、＃１の気筒の気筒判別を２番目に早く検知することができる。Ｃａｓｅ１の場合、＃１の気筒の気筒判別が最も遅くなる。
【００１７】
次に、上記したエンジンＥＣＵ１の気筒判別処理の具体的な制御の一例を図３及び図４のフローチャートに従って説明する。まず、図３のステップＳ１０において、ユーザーによりエンジン２を始動する操作が行われる（正常始動）と、ステップＳ２０へ進み、エンジンＥＣＵ１は、取得したクランク信号とカム信号に基づいてエンジン２の燃料噴射制御及び点火制御を行う。続いて、ステップＳ３０へ進み、クランク信号の異常が発生したか否かを判断する。ここで、クランク信号の異常が発生していないと判断した（クランク信号正常）場合には、ステップＳ３０にて「ＮＯ」へ進み、ステップＳ２０へ戻り、噴射・点火制御を続ける。
【００１８】
上記ステップＳ３０において、クランク信号の異常が発生したと判断した場合には、「ＹＥＳ」へ進み、ステップＳ４０へ進み、エンジンＥＣＵ１は内部のメモリ（例えばフラッシュメモリ）にクランク信号異常の情報を記憶する。この場合、エンジンＥＣＵ１の気筒判別処理の失敗によってエンストが発生する。
【００１９】
続いて、ステップＳ５０へ進み、ユーザーによりエンジン２を再始動する操作（要求）が行われると、ステップＳ６０へ進み、カム信号による気筒判別処理を実行する。具体的には、図４のステップＳ１１０へ進み、燃料噴射及び点火を実施する気筒を決める。この場合、例えば＃１の気筒で燃料噴射及び点火を実施すると決める。尚、＃１の気筒に代えて＃２または＃３の気筒で燃料噴射及び点火を実施すると決めても良い。
【００２０】
次いで、ステップＳ１２０へ進み、カム信号の入力に同期して、例えば時刻ｔ１（図５（ａ）参照）で燃料噴射を実行する。この場合、燃料噴射する際の噴射量は、通常よりも多めとする。続いて、ステップＳ１３０へ進み、その次のカム信号の入力に同期して、１回目の点火を実行する（図５（ｅ）参照）。この後、ステップＳ１４０へ進み、排気側に設けられたＯ２センサ１４（またはＯ２センサ１５）からの検出信号を取得して解析する。
【００２１】
そして、ステップＳ１５０へ進み、排気ガスが爆発後の排気ガス（即ち、燃料リッチな排気ガス）であるか否かを判断する。ここで、排気ガスが爆発後の排気ガスであれば、即ち、Ｏ２センサ１４の出力電圧（検出信号の電圧レベル）が高ければ、例えば電圧レベルが所定の判定値である例えば０．６Ｖを越えていれば、ステップＳ１５０にて「ＹＥＳ」へ進み、ステップＳ１６０へ進む。このステップＳ１６０では、排気行程を確定し、この場合、＃１の気筒はＣａｓｅ２のパターンであると気筒判別する。
【００２２】
また、上記ステップＳ１５０において、排気ガスが爆発後の排気ガスでなければ、即ち、Ｏ２センサ１４の出力電圧が高くなければ、ステップＳ１５０にて「ＮＯ」へ進み、ステップＳ１７０へ進み、その次のカム信号の入力に同期して、２回目の点火を実行する（図５（ｅ）参照）。この後、ステップＳ１８０へ進み、排気側に設けられたＯ２センサ１４（またはＯ２センサ１５）からの検出信号を取得して解析する。
【００２３】
そして、ステップＳ１９０へ進み、排気ガスが爆発後の排気ガス（即ち、燃料リッチな排気ガス）であるか否かを判断する。ここで、排気ガスが爆発後の排気ガスであれば、即ち、Ｏ２センサ１４の出力電圧が高ければ、例えば電圧レベルが所定の判定値である例えば０．６Ｖを越えていれば、ステップＳ１９０にて「ＹＥＳ」へ進み、ステップＳ２００へ進み、排気行程を確定し、この場合、＃１の気筒はＣａｓｅ３のパターンであると気筒判別する。
【００２４】
また、上記ステップＳ１９０において、排気ガスが爆発後の排気ガスでなければ、即ち、Ｏ２センサ１４の出力電圧が高くなければ、ステップＳ１９０にて「ＮＯ」へ進み、ステップＳ２１０へ進み、その次のカム信号の入力に同期して、３回目の点火を実行する（図５（ｅ）参照）。この後、ステップＳ２２０へ進み、排気側に設けられたＯ２センサ１４（またはＯ２センサ１５）からの検出信号を取得して解析する。
【００２５】
そして、ステップＳ２３０へ進み、排気ガスが爆発後の排気ガス（即ち、燃料リッチな排気ガス）であるか否かを判断する。ここで、排気ガスが爆発後の排気ガスであれば、即ち、Ｏ２センサ１４の出力電圧が高ければ、例えば電圧レベルが所定の判定値である例えば０．６Ｖを越えていれば、ステップＳ２３０にて「ＹＥＳ」へ進み、ステップＳ２４０へ進み、排気行程を確定し、この場合、＃１の気筒はＣａｓｅ１のパターンであると気筒判別する。
【００２６】
一方、上記ステップＳ２３０において、排気ガスが爆発後の排気ガスでなければ、即ち、Ｏ２センサ１４の出力電圧が高くなければ、ステップＳ２３０にて「ＮＯ」へ進み、ステップＳ２５０へ進み、気筒判別を失敗したと認識する。この場合、適当な回数、気筒判別処理をリトライするために、ステップＳ１２０へ戻り、上述した気筒判別処理を繰り返す。尚、適当な回数、気筒判別処理をリトライしても、気筒判別を失敗した場合には、エンジン始動を止める。この場合、クランク信号が異常である旨の報知を行うことが好ましい。
【００２７】
上記したステップＳ１６０、ステップＳ２００及びステップＳ２４０にて排気行程を確定したら、図３のステップＳ７０へ進み、気筒判別処理を完了する。そして、ステップＳ８０へ進み、エンジンＥＣＵ１は、上記した気筒判別結果に基づいてエンジン２の燃料噴射制御及び点火制御を実行してエンジン２の始動（運転）を続ける。
【００２８】
上記した構成の本実施形態においては、エンジンＥＣＵ１は、カム信号が入力されたときに３気筒の中の＃１の気筒に対して燃料噴射及び点火制御を行い、Ｏ２センサ１４からの検出信号に基づいて排気ガスが燃焼後の排気ガスであるか否かを識別することによって、前記＃１の気筒の排気行程を検知して、気筒判別を行うように構成した。これにより、クランク信号を取得できなくなる故障が発生した場合においても、他の信号に基づいて気筒判別を行なうことができるから、エンジン２を始動することができる。
【００２９】
また、上記実施形態では、エンジンＥＣＵ１は、気筒判別開始後、入力されたカム信号に同期して燃料噴射を実行し、その後、次に入力されたカム信号に同期して１回目の点火を実行し、その後、次に入力されたカム信号に同期して２回目の点火を実行し、その後、次に入力されたカム信号に同期して３回目の点火を実行するように構成したので、気筒判別を正確かつ確実にお子尾発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【００３０】
更に、上記実施形態では、エンジンＥＣＵ１は、燃料噴射を実行する場合に、噴射量を多めにしたので、燃焼後の排気ガスが燃料リッチであるか否かを検出するＯ２センサ１４（１５）の検出信号の電圧レベルを大きくすることができる。このため、気筒判別の検出精度を高くすることができる。
【００３１】
尚、上記実施形態では、気筒判別処理開始後、最初に入力した時刻ｔ１時点のカム信号に同期して燃料噴射するように構成したが、これに限られるものではなく、気筒判別処理開始後、時刻ｔ１時点以降の適当なタイミングで入力したカム信号に同期して燃料噴射するように構成しても良い。また、ガスセンサとしてＯ２センサ１４、１５を用いたが、これに限られるものではなく、Ａ／Ｆセンサ（Air by Fuel ratio sensor）を用いても良い。
【００３２】
更に、上記実施形態において、エンジンＥＣＵ１によって、エンジン（２）が回転している運転状態において、カム信号が入力される度に、３気筒分の気筒判別情報を内部のメモリ（フラッシュメモリ等）に記憶して蓄積するように構成し、クランク信号の異常によってエンストしたときには、それまでに記憶している前記３気筒分の気筒判別情報に基づいて、最も早く気筒判別できる気筒を選択し、この選択した気筒に対して、燃料噴射及び点火を実行して気筒判別を行うように構成しても良い。このように構成すると、気筒判別をより一層速やかに行うことができる。
【００３３】
また、上記構成において、カム信号が入力される度に３気筒分の気筒判別情報をに記憶して蓄積する代わりに、エンジンＥＣＵ１は、気筒判別が完了した時点で、３気筒分の気筒判別情報を内部のメモリ（フラッシュメモリ等）に記憶し、その後、カム信号が入力される度に、３気筒分の気筒判別情報を更新するように構成しても良い。このように構成すると、記憶する情報量を少なくすることができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、３気筒のエンジン２に適用したが、これに限られるものではなく、１気筒、または５気筒のエンジンに適用しても良い。
【符号の説明】
【００３５】
図面中、１はエンジンＥＣＵ（制御装置）、２は３気筒の４サイクルエンジン、５は吸気バルブ、６は排気バルブ、７は点火プラグ、８はインジェクタ、９はクランク角センサ、１１はカム角センサ、１２は排気管、１４はフロントＯ２センサ（ガスセンサ）、１５はリアＯ２センサ（ガスセンサ）である。
【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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