(57)【要約】【課題】各気筒群が個別に気筒判別するときに発生する不都合を抑制して、全体として円滑な始動を行える内燃機関を提供する。【解決手段】複数の気筒群ＲＢ、ＬＢを有し、各気筒２（Ｒ，Ｌ）にカムシャフト８の回転位置を検出するカム角センサ２５を配備すると共に、前記気筒群ＲＢ、ＬＢ毎にクランク軸６の回転位置を検出するクランク角センサ１５Ｒ，１５Ｌ及び制御装置３０Ｌ、３０Ｒを備え、始動時に前記制御装置がそれぞれ気筒判別を行う内燃機関１であって、前記制御装置３０Ｌ、３０Ｒ同士が通信可能に設定されて気筒判別に係る情報を互いに交信する。気筒判別を個別に実行する各制御装置が互いに他の制御装置の判断状況を確認できるので、気筒判別を迅速かつ確実に実行して内燃機関の始動性を向上できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒群を有し、各気筒にカムシャフトの回転位置を検出するカム角センサを配備すると共に、前記気筒群毎にクランク軸の回転位置を検出するクランク角センサ及び制御装置を備え、始動時に前記制御装置がそれぞれ気筒判別を行う内燃機関であって、
前記制御装置同士が通信可能に設定されて気筒判別に係る情報を互いに交信する、ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
気筒判別を完了した一方の制御装置が前記情報を気筒判別前の他方の制御装置へ送信し、当該他方の制御装置は受信した情報を活用して気筒判別を実行する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記気筒群の間で気筒判別をする順序が予め設定してある、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記クランク角センサは、クランク軸に固定したクランク位置ロータの外周部に形成した欠歯部を検出することにより回転を検出するものであって、
気筒判別が他の気筒群より遅い気筒群に、前記カム角センサの出力変化のために気筒判別が困難となる気筒が存在する場合に、
前記カム角センサの出力変化後であり前記気筒の気筒判別前に、前記クランク角センサが前記欠歯部を検出するように当該クランク角センサの位置が設定してある、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の気筒群を有する内燃機関に関する。より詳細には、気筒群毎に制御装置を配備して気筒群個別に気筒判別するように構成してある内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両に搭載されるような内燃機関（エンジン）には複数の気筒を備えている。内燃機関を円滑に駆動させるためには、各気筒の行程に応じてタイミングの良い燃料噴射及び点火をすることが重要である。そのために、エンジン始動時にあっては迅速、かつ正確に気筒判別をすることが求められる。気筒判別が遅れたり不正確であったりすると、無駄に燃料を噴射するなどの事態が発生する。その結果、始動性や排気エミッションなどが悪化して始動不良が問題となる。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１はクランクキング開始後にクランク角信号の数と気筒判別信号とに基づいて気筒判別を行うようにしたエンジンの気筒判別装置を開示する。この装置では、クランキング開始後、気筒判別信号が出力される毎に、それまでのクランク角信号の出力数カウント値が保持される。これら保持されたカウント値の中で、気筒判別タイミングにおけるカウント値との差が一定値以内のものは、所定クランク角期間中に気筒判別信号が出力されたためと判別することができる。その結果、所定クランク角期間中に出力された気筒判別信号の数を検出して気筒判別できる。このようにすればクランキング開始後に気筒判別を行うことができ、速やかな気筒判別を行なって始動性、排気エミッションの向上を図ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３４２８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関にはＶ型エンジンのように左右バンクそれぞれに複数の気筒（気筒群）を配置したものがある。このようなＶ型エンジンではバンク毎に制御装置（ＥＣＵ：Electronic  Control  Unit：電子制御装置）を配置して気筒判別を独立に実行することが考えられる。左右バンクの気筒群は対称的であるので、バンク毎にＥＣＵを配置して気筒判別を行うことができる。ただし、バンク毎に気筒判別を実行してもクランク軸（出力軸）は１つである。例えば１２気筒のＶ型エンジンの場合、右バンクに属するのが第１、３、・・・、１１の奇数番の気筒、左バンクに属するのが第２、４、・・・、１２の偶数番の気筒ということになっている。
【０００６】
よって、各バンク個別に気筒判別が実行して独立に燃料噴射や点火すると、バンク間で駆動タイミングが異なる（ずれる）場合がある。その結果、左右バンク間で出力差が生じて前述した始動不良が問題となる。
【０００７】
よって、本発明の目的は、各気筒群が個別に気筒判別するときに発生する不都合を抑制して、全体として円滑な始動を行える内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、複数の気筒群を有し、各気筒にカムシャフトの回転位置を検出するカム角センサを配備すると共に、前記気筒群毎にクランク軸の回転位置を検出するクランク角センサ及び制御装置を備え、始動時に前記制御装置がそれぞれ気筒判別を行う内燃機関であって、前記制御装置同士が通信可能に設定されて気筒判別に係る情報を互いに交信することを特徴とする内燃機関によって達成できる。
【０００９】
本発明によると、気筒判別を個別に実行する各制御装置が互いに他の制御装置の判断状況を確認できるので、気筒判別時期のズレや矛盾するような結果を調整して、気筒で燃料噴射されない事態（いわゆる、噴射抜け）などが発生することを予防できる。よって、気筒判別を迅速かつ確実に行い、始動性を向上させた内燃機関を提供できる。
【００１０】
そして、気筒判別を完了した一方の制御装置が前記情報を気筒判別前の他方の制御装置へ送信し、当該他方の制御装置は受信した情報を活用して気筒判別を実行するようにしてもよい。この場合には、遅れのある制御装置が他の制御装置の気筒判別結果を利用するので内燃機関全体として迅速で、抜けの無い気筒判別が実施できる。
【００１１】
また、前記気筒群間で気筒判別をする順序を設定してもよい。この場合には、最初の気筒判別の開始に少々の時間を要しても、それ以降はスムーズな気筒判別を実現できる。
【００１２】
更に、前記クランク角センサは、クランク軸に固定したクランク位置ロータの外周部に形成した欠歯部を検出することにより回転を検出するものであって、気筒判別が他の気筒群より遅い気筒群に、前記カム角センサの出力変化のために気筒判別が困難となる気筒が存在する場合に、前記カム角センサの出力変化後であり前記気筒の気筒判別前に、前記クランク角センサが前記欠歯部を検出するように当該クランク角センサの位置が設定してある内燃機関としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、各気筒群が個別に気筒判別するときに発生する不都合を抑制して全体として円滑な始動を行える内燃機関を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る内燃機関について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、実施例１に係る内燃機関１について示した図である。この内燃機関１はいわゆるＶ型のエンジンであり、左バンクＬＢ及び右バンクＲＢが形成されている。左バンクＬＢ、右バンクＲＢのそれぞれには複数の気筒２（この例では３個ずつ）が配置されて気筒群を形成している。右バンクＲＢに属するものは、第１気筒２Ｒ−１、第３気筒２Ｒ−３及び第５気筒２Ｒ−５である。また、左バンクＬＢに属するものは、第２気筒２Ｌ−２、第４気筒２Ｌ−４及び第６気筒２Ｌ−６である。各バンクには個別に吸気通路３Ｒ、３Ｌが設けられている。左右バンクに共通する部位については左バンクに属する構成にＬ、右バンクに属する構成にＲの符号を付して区別している。
【００１６】
図１で示すように、左右バンクは互いに対称的な構成であり、さらに各バンク内での気筒構造も同様である。よって、右バンクＲＢの第１気筒２Ｒ−１を代表構造として説明する。第１気筒２Ｒ−１はシリンダ４内にピストン５が上下動可能に配備されている。ピストン５の下側には図示しないコネクティングロッドが接続されている。ピストン５の往復動作はコネクティングロッドを介して図１の下部に示したクランク軸６の回転動作に変換される。他の気筒のピストンも同様であり、出力軸となる１つのクランク軸６に全てが接続されている。
【００１７】
上記クランク軸６の軸端部には、回転位置検出用のクランク位置ロータ１０が固定されている。このクランク位置ロータ１０の外周部には所定間隔で複数の歯を配置した歯部１１が形成されると共に、その一部には歯が存在しない欠歯部１２が形成してある。クランク位置ロータ１０は例えば強磁性体の部材で形成されており、電磁ピックアップ用のコイルを内蔵しているクランク角センサ１５が対向配備されている。電磁誘導作用によってクランク角センサ１５が発生させる電圧は、欠歯部１２が通過したときに変化する。よって、クランク角センサ１５の出力に基づいてクランク軸６の回転角（クランク角）を検出することができる。
【００１８】
クランク角センサ１５は、図１で示すように、左右バンク個別に左用クランク角センサ１５Ｌと右用クランク角センサ１５Ｒとして配備してある。左用クランク角センサ１５Ｌと右用クランク角センサ１５Ｒとはクランク軸中心に対して所定角度α（例えば、６気筒の場合は１２０度）ずらして配置されている。
【００１９】
さらに、第１気筒２Ｒ−１で吸気弁７の開閉動作を規定するカムシャフト８の端部にはカム位置ロータ２０が固定されている。このカム位置ロータ２０にも回転位置を検出する構成が配備してある。カム位置ロータ２０の外周部にも所定間隔で歯が形成してある。カム位置ロータ２０にカム角センサ２５が対向配備されている。よって、カム角センサ２５の出力に基づいてカムシャフト８の回転角（カム角）を検出することができる。このカム角センサ２５は、図１で示すように各気筒に配備され、この内燃機関では合計６個が配備してある。なお、ここで説明した吸気弁７、カムシャフト８、カム位置ロータ２０及びカム角センサ２５の構造は各気筒共通であるが、説明の簡易化のため気筒及び左右の区別（Ｒ、Ｌ）を省略している。
【００２０】
さらに、内燃機関１には、各バンクの駆動を制御する電子制御装置（Electronic  Control  Unit、以下ＥＣＵ）が配備してある。このＥＣＵも左右バンク個別にＥＣＵ３０Ｒ、ＥＣＵ３０Ｌが配備されている。
【００２１】
右バンクのＥＣＵ３０Ｒには、右バンクＲＢに属する気筒（第１気筒２Ｒ−１、第３気筒２Ｒ−３及び第５気筒２Ｒ−５）のカム角センサ２５の出力及び右用クランク角センサ１５Ｒの出力が供給されている。さらに、このＥＣＵ３０Ｒには、内燃機関１に配備してある図示していない一般的な種々のセンサ（アクセル開度センサ、エンジン温センサなど）の出力が供給されており、これらの出力に基づいて駆動を制御する。また、ＥＣＵ３０Ｒは内燃機関１の始動制御に関する一連のプログラム（気筒判別に係るプログラムなど）を格納した図示しないＲＯＭ及び処理領域を提供するＲＡＭなどの記憶装置を備えている。
【００２２】
左バンクのＥＣＵ３０Ｌについても同様であり、左バンクＬＢに属する気筒（第２気筒２Ｌ−２、第４気筒２Ｌ−４及び第６気筒２Ｌ−６）のカム角センサ２５の出力及び左用クランク角センサ１５Ｌの出力が供給されている。ＥＣＵ３０Ｌはこれらの出力に基づいて左バンクＬＢの駆動を制御する。
【００２３】
以上のように、内燃機関１では左右バンクに個別のＥＣＵ３０Ｌ、ＥＣＵ３０Ｒを備えているので、それぞれのバンクの気筒群について迅速な気筒判別を実行できる。このように左右バンクＬＢ、ＲＢ独立に制御するように設計すると、内燃機関１の制御ロジックを簡素化できる。これにより、内燃機関１全体として早期の気筒判別を実施して、始動性を高めることが期待できる。
【００２４】
ところで、左右バンクで駆動するのは１つの出力軸（すなわちクランク軸６）である。右バンクＲＢの第１気筒２Ｒ−１に連続して円滑に駆動させたいのは同じ右バンクの気筒（第３気筒２Ｒ−３）ではなく、左バンクＬＢの第２気筒２Ｌ−２である。ここで、ＥＣＵ３０Ｌ、ＥＣＵ３０Ｒのそれぞれが、全く独立して気筒判別を実行することとした場合、次のような問題が発生する可能性がある。
【００２５】
すなわち、内燃機関１には機械的及び電気的な部品誤差や組み付け誤差があり、更に外乱の影響もある。よって、上記ＥＣＵ３０Ｌ、ＥＣＵ３０Ｒによって実行される気筒判別のタイミングが異なる（ずれて）ことが想定される。そして、許容範囲を超えてバンク間の気筒判別タイミングが異なってしまった場合、例えば第１気筒２Ｒ−１、第２気筒２Ｌ−２・・・・のように、本来の左右交互の点火が実現できず。第２気筒２Ｌ−２が失火するなどの事態となる。このような事態になるとクランク軸に円滑に駆動力を伝達することができずに振動などが発生して始動不良の原因となる。
【００２６】
そこで、本実施例の内燃機関１には上記問題に対処して左右バンクのＥＣＵ３０Ｌ、ＥＣＵ３０Ｒがタイミングのずれ無く気筒判別を実行できる構成を組込んである。以下、この点について説明する。
【００２７】
左右のＥＣＵ３０Ｌ、３０Ｒは互いに通信用のバス３２を介して接続されている。ＥＣＵ３０Ｌ、３０Ｒは、例えば車載ＬＡＮ（Local Area Network）用の通信システムとして提案され、国際標準プロトコルとして規格化されているＣＡＮ（Controller Area Network）でバンク間通信を行うように設定されている。
【００２８】
図２は、内燃機関１の左ＥＣＵ３０Ｌと右ＥＣＵ３０Ｒとの関係を模式的に示した図である。左右ＥＣＵ３０Ｌ、３０Ｒは本来、それぞれが個別に気筒判別を実行し、燃料噴射及び点火を制御するように設定されている。しかし、上述したように気筒判別のタイミングが異なってしまう事態が発生することが想定される。そこで、左ＥＣＵ３０Ｌと右ＥＣＵ３０Ｒとは上記ＣＡＮで気筒判別に係る情報を互いに交信して、気筒判別の協調を図っている。気筒判別の情報には、各バンクでのクランク角センサ１５及びカム角センサ２５に基づく情報を含めることができる。例えば早期に気筒判別が完了した一方のＥＣＵから、気筒判別前或いは判別中の他方のＥＣＵへクランクカウンタの情報を提供する。これにより、判別遅れのあるバンク側のＥＣＵが気筒判別を早めることができる。また、このときに情報を受信した側のＥＣＵは、その気筒判別の際に受信した情報と矛盾するような判断を回避することで全体としてスムーズな気筒判別を実現できる。その結果、内燃機関１全体として気筒判別を迅速かつ確実に実行できるので始動性を向上できる。
【００２９】
図を参照して、気筒判別の時期が左右バンクで大きく異なる場合の対処について具体的に説明する。図３は、左右バンクの気筒判別時期が異なり（ずれて）、右バンクＲＢの気筒判別が先に完了したときに実行される制御例を説明するための模式図である。図３で示すように右バンクＲＢのＥＣＵ３０Ｒによる気筒判別が完了した時点で、左バンクＬＢのＥＣＵ３０Ｌによる気筒判別（本来の気筒判別）が遅れている。この場合、右側のＥＣＵ３０Ｒが通信システムＣＡＮを介して自己の気筒判別情報左側のＥＣＵ３０Ｌへ送信する。これを受けた左側のＥＣＵ３０Ｌはこの情報に基づいて左バンクＬＢの気筒判別を実行する。
【００３０】
このとき右バンクＲＢの気筒判別情報は、左バンクＬＢ側でそのまま使用することはできない。しかし、例えば右バンクＲＢの第１気筒２Ｒ−１と左バンクＬＢの第２気筒２Ｌ−２とは、クランク軸周りに角度６０度の差で設定されている。よって、右バンクＲＢの気筒判別情報を利用することで、左バンクＬＢの気筒判別の遅れを解消して、判別を早めることができる。このように右バンクＲＢからクランクカウンタの情報を得ることで、左バンクＬＢが本来の気筒判別よりも早期に気筒判別できることになる。
【００３１】
以上で説明した、内燃機関１では早期に気筒判別が完了した一方のＥＣＵから遅れのある他方ＥＣＵへ情報が送信される。これに基づいて、他方のＥＣＵが気筒判別を実行するので内燃機関全体として気筒判別に要する時間を短縮できる。さらに、気筒判別が遅れた側は反対側のＥＣＵの気筒判別情報を利用するので、正確な順序で気筒判別を実行できる。よって、燃料噴射をしない気筒が発生する（噴射抜け）などの発生を防止して交互に順序良く燃料噴射及び点火を実行できる。よって、本実施例の内燃機関１は始動性の改善を図ることができる。
【実施例２】
【００３２】
次に、実施例２に係る制御装置を適用した内燃機関について説明する。この実施例２に係る装置のハード構成も実施例１と同様であり、気筒判別をするときに左右ＥＣＵによって実行される制御内容が異なるだけである。よって、図１で示す実施例１の内燃機関１の符号を流用して説明する。
【００３３】
実施例２では、気筒判別をするバンク順序が予めされている。例えば、第１気筒２Ｒ−１が属する右バンクＲＢの気筒判別が優先されるようにプログラムが設定されている。よって、反対側の左バンクＬＢの気筒判別が先に完了したような場合には、右バンクＲＢが気筒判別できるようになるまで左ＥＣＵ３０Ｌが待機する。図４は、実施例２について示した図であり、実施例１での図３と同様に左右バンクの気筒判別時期が異なるときに実行される制御例を図示した模式図である。
【００３４】
左右ＥＣＵ３０Ｌ．３０Ｒは気筒判別の準備が完了したときに、ＣＡＮで交信してクランクカウンタなどを参照して反対側の気筒判別状態を確認する。ここで右ＥＣＵ３０Ｒの準備が早いとき、また、左右同時に準備が完了したときには、右ＥＣＵ３０Ｒを優先させて気筒判別を実行する。
【００３５】
上記に対して、左ＥＣＵ３０Ｌの気筒判別の準備が完了したときに、右ＥＣＵ３０Ｒの気筒判別の準備が完了していないときには、左ＥＣＵ３０Ｌは例えば３６０ＣＡ（クランク軸周りの３６０°）待機して、常に右ＥＣＵ３０Ｒによる気筒判別を優先する。
【００３６】
本実施例２では始動時間が少々長くなる場合もあるが、常に右ＥＣＵ３０Ｒの気筒判別を優先した気筒判別が順序良く実行されるので、噴射抜けなどの発生をより確実に防止して内燃機関を円滑に始動させることができる。よって、本実施例２の場合も結果として内燃機関の始動性向上を図ることができる。
【実施例３】
【００３７】
更に、実施例３に係る制御装置を適用した内燃機関について説明する。この実施例３の場合も基本的なハード構成は実施例１と同様であって、気筒判別をするときに左右ＥＣＵによって実行される制御が異なる。よって、実施例２の場合と同様に図１で示す符号を流用して説明する。ただし、上記実施例１の内燃機関の場合は左右バンク３気筒ずつで計６気筒であったが、本実施例３の内燃機関は各バンク５気筒で計１０気筒の場合とする。
【００３８】
図５を参照して説明する。図５は、内燃機関に配備した左用クランク角センサ１５Ｌと右用クランク角センサ１５Ｒ及びカム角センサ２５の出力をまとめて示したタイミングチャートである（図１を参照）。なお、この図５では上側が右バンクＲＢ、下側が左バンクＬＢに関して示してある。
【００３９】
前述した実施例１の内燃機関は６気筒であり、左用クランク角センサ１５Ｌと右用クランク角センサ１５Ｒとは、クランク軸中心に対して所定角度αを１２０度として配置されている（図１参照）。クランク軸２周（７２０度）が１サイクルであり、これを気筒総数の６で割って（除して）１２０度が算出される。通常は、このように７２０度を気筒総数で割って、左用クランク角センサ１５Ｌと右用クランク角センサ１５Ｒとが成す所定角度αを設定する。実施例３の内燃機関は１０気筒である。よって、左用クランク角センサ１５Ｌと右用クランク角センサ１５Ｒとは所定角度αを７２度とするのが原則である。よって、図５の最上部に示すように、例えば右用クランク角センサ１５Ｒの３６度から７２度ずれた１０８度の位置が、右用クランク角センサ１５Ｒの３６度の位置に対応することになる（図５の最下部の３６参照）。
【００４０】
通常は、以上のように配置してある左用クランク角センサ１５Ｌと右用クランク角センサ１５Ｒからの出力と、各気筒に配備されているカム角センサ２５の信号を参照して気筒判別が実施される。
【００４１】
しかしながら、図５において矢印ＡＲで示すように、本来、一致するはずの右バンクＲＢからのカム角センサ２５からの立ち下がりの信号と左バンクＬＢからのカム角センサ２５からの立上がり信号とにずれが発生する場合がある。より具体的には、右のカム位置ロータの凹凸構造（ハード）より早めにカム角センサ２５から出力信号を発し、更に、左のカム位置ロータの凹凸構造（ハード）より遅めにカム角センサ２５から出力信号を発する場合がある。このような事態が発生すると、矢印ＡＲで示すハッチングを付した未確認領域が発生してしまう。これにより燃料噴射の抜けが発生する場合がある。図５では９番（♯９）の燃料噴射に抜けが発生する場合を例示している。なお、上記のように未確認領域が発生するのは、図５で示すように、明左右バンクのカム角センサの信号がほぼ同時にエッジが切り替わる状態にあり、特に早い信号側で山から谷、これとは遅い信号側で谷から山となるときに生じる場合が多い。
【００４２】
以上のような条件で噴射抜けが発生することが確認される場合、クランク角センサ１５の設定位置を変更することで対処できる。具体的には、上記のように９番気筒の気筒判別ができない可能性が想定される場合、クランク位置ロータ１０の欠歯部１２を検出するタイミングを原則位置ＦＰからずらすことで対処できる。具体的には、カム角センサの信号の出力変化のために気筒判別が困難となるタイミングより後であり、９番気筒の気筒判別前に欠歯部１２を検出するように右用クランク角センサ１５Ｒの位置を変更する。このようすると、右バンクのカム角センサの信号がほぼ同時にエッジが切り替わる場合でも、確実に気筒判別をして噴射抜けを予防できる。よって、本実施例の場合も噴射抜けなどの発生をより確実に防止して内燃機関を円滑に始動させることができる。
【００４３】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１に係る内燃機関について示した図である。
【図２】実施例の内燃機関の左ＥＣＵと右ＥＣＵとの関係を模式的に示した図である。
【図３】左右バンクの気筒判別時期が異なり、右バンクＲＢの気筒判別が先に完了したときに実行される制御例を説明するための模式図である。
【図４】実施例２について示した図であり、左右バンクの気筒判別時期が異なるときに実行される制御例を図示した模式図である。
【図５】実施例３に係る内燃機関のセンサ出力をまとめて示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１                                内燃機関
２Ｒ−１、２Ｒ−３、２Ｒ−５      右の気筒
２Ｌ−２、２Ｌ−４、２Ｌ−６      左の気筒
３Ｒ、３Ｌ                        吸気通路
４                                シリンダ
５                                ピストン
６                                クランク軸
８                                カムシャフト
１５（１５Ｒ、１５Ｌ）            クランク角センサ
２５                              カム角センサ
３０Ｒ                            ＥＣＵ（右気筒群の制御装置）
３０Ｌ                            ＥＣＵ（左気筒群の制御装置）
３２                              通信システム用のバス
ＬＢ                              左バンク
ＲＢ                              右バンク
【図１】
2008175174.tif 000003
【図２】
2008175174.tif 000004
【図３】
2008175174.tif 000005
【図４】
2008175174.tif 000006
【図５】
2008175174.tif 000007