(57)【要約】【課題】エンジン回転数を用いて点火時期等を制御するエンジン制御装置において点火ノイズによる回転数検出誤差の発生を回避する。【解決手段】火花点火式エンジンのクランクシャフトの単位回転角度毎にパルス信号を出力する回転センサを備えた制御装置において、エンジンの点火時期と異なるタイミングにて検出した前記パルス信号に基づいて回転数を演算する。点火時期が最大に遅角するのは通常は始動時であり、そのときの点火時期は上死点付近であるので、回転センサによるパルス信号検出のタイミングとして圧縮上死点よりやや遅い時期を設定することにより、始動の当初から点火ノイズの影響を排除して誤差の発生を回避することができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの所定単位回転角度毎にパルス信号を出力する回転センサと、前記回転センサからの信号に基づいてエンジン回転数を演算する回転数演算手段と、前記回転数に基づいてエンジン制御量を演算する制御手段とを備えた火花点火式エンジンにおいて、
前記回転数演算手段を、エンジンの点火時期と異なるタイミングにて検出した前記パルス信号に基づいて回転数を演算するように構成したことを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、制御量として点火時期と燃料噴射量を演算する請求項１のエンジン制御装置。
【請求項３】
前記回転数演算手段は、前記パルス信号による回転数演算を3回以上連続して実行した結果のうちから最小の回転数値を出力する請求項１または請求項２に記載のエンジン制御装置。
【請求項４】
前記回転センサは、前記パルス信号として、クランクシャフトの所定単位回転角度毎のPOS信号と、クランクシャフトの基準位置を示すREF信号とを出力する請求項１から請求項３の何れかに記載のエンジン制御装置。
【請求項５】
前記回転数演算手段を、特定クランク位置が到来する毎に検出回転数を更新するように構成すると共に、エンジン始動時には、前記特定クランク位置の直前で回転数を検出すると共に、前記特定クランク位置での回転数の更新に伴い、エンジン制御量の演算を実行するように制御手段を構成した請求項1から請求項４の何れかに記載のエンジン制御装置。
【請求項６】
前記特定クランク位置は、点火終了後にタイミングを設定した回転数検出の直後である請求項５に記載のエンジン制御装置。
【請求項７】
エンジン始動後は、演算を固定時間間隔にて実行するように制御手段を構成した請求項５に記載のエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は火花点火式エンジンの制御装置に関し、詳しくはエンジン回転数の検出精度及び制御精度を高めるための制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
一般にエンジンの電子制御システムにおいては、特許文献１に見られるようにエンジン回転数をパラメータの一つとして点火時期等を制御している。エンジン回転数を検出するクランク角センサは、クランクシャフトの基準位置を示すREF信号と単位角度毎の回転量を示すPOS信号とを出力するように構成されており、いずれかの信号の発生時間間隔を計測することで回転数が算出される。POS信号のほうが信号発生周期が短いため通常はより高い回転数検出精度が得られる。
【０００３】
ただし、従来は点火時期や燃料噴射量など各種演算を余裕をもって実行できるようにたとえば１０ｍｓ程度の固定演算周期が設定されており、この固定演算周期毎に回転数の検出及び演算を行うように構成されていたので、POS信号検出時に偶発的に点火ノイズ等の外部ノイズが乗った場合に大きな誤差を生じるという問題がある。
【０００４】
また、始動時のようにサイクル内の回転数変動が大きい条件下では、サイクル内のどのタイミングでPOS信号を検出するかによって回転数演算結果が大きく異なるが、従来はクランク位置にかかわらず固定周期で検出及び演算を行っていたため精度が不十分であった。一方、前記対策としてREF信号に同期したタイミングでPOS信号の検出及び回転数演算を行うものとすると、高速回転時には演算周期が短くなるため演算装置の単位時間あたりの負荷が過大になってしまうという問題を生じる。
【０００５】
【特許文献１】特開2001-82302号公報
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、火花点火式エンジンのクランクシャフトの単位回転角度毎にパルス信号を出力する回転センサを前提として、エンジンの点火時期と異なるタイミングにて検出した前記パルス信号に基づいて回転数を演算することを特徴とする。
【０００７】
エンジン始動時の点火時期は圧縮上点付近にあり、回転数が上昇するに従って点火時期は進角してゆく。したがって、回転センサによるパルス信号検出のタイミングとしてたとえば圧縮上死点よりやや遅い時期を設定することにより、始動の当初から点火ノイズの影響を排除して誤差の発生を回避することができる。
【０００８】
本発明において、特定のクランク位置直前で回転数を検出し、当該クランク位置が到来する毎に検出回転数値を更新する一方、エンジン始動時には前記回転数値の更新に伴い燃料噴射量、点火時期の演算を実行するものとすれば、POS信号による回転数演算において始動時の回転変動の影響を排除できると共に、更新直後の正確な回転数に基づいて点火時期や燃料噴射量をより精度よく制御することが可能となる。エンジンが始動した後は、演算を固定時間間隔にて実行するものとすれば、高速回転時に演算負荷が過大となる不都合を回避することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態は、始動クランキング時に気筒判定し、当該判定気筒あるいは気筒群毎に燃料を噴射供給するようにした多気筒エンジンを前提としている。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る４ストローク型多気筒ガソリンエンジンの概略構成を示している。図において、エンジン２の吸気管３には吸入空気量を検出するエアフローメータ４およびスロットルバルブ５が設けられ、気筒６付近の吸入ポート７には燃料噴射弁８が設けられている。燃料噴射弁８は、６気筒エンジンの場合各気筒宛て都合６個が設けられる。燃料噴射弁８には図示しない燃料供給系統により一定圧力で燃料が供給され、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。コントローラ１により演算される燃料噴射量は、前記燃料噴射弁８の開弁時間に相当する噴射パルス幅として算出される。
【００１１】
９はクランクシャフト１０の回転角度およびエンジン回転数を検出するためのクランク角センサであり、パルス状のPOS信号とREF信号を出力する。POS信号はクランクシャフト１０の所定単位回転角度毎に、例えば1度周期で出力され、REF信号はクランクシャフト１０の予め設定された基準位置、たとえば60°Ｖ型6気筒エンジン用のものを例にとると各気筒の上死点前１１０度の位置で出力される。１１はカムシャフト１２の回転位置を検出するカム位置センサであり、カムシャフト１２が予め設定された回転位置となったときにパルス状のPAHSE信号を出力する。１３はイグニッションスイッチであり、そのスタータ接点のＯＮに伴いコントローラ１は点火コイル１４に所定のタイミングでイグニッション信号を供給すると共に図示しないスタータモータを駆動する。１５はエンジン温度の代表値として冷却水温を検出する水温センサ、１６は排気中の酸素濃度を検出する酸素センサである。
【００１２】
コントローラ１はマイクロコンピュータおよびその周辺装置から構成され、運転状態信号として前記エアフローメータ４からの吸入空気量信号、クランク角センサ９からの回転数信号、水温センサ１５からの水温信号、酸素センサ１６からの酸素濃度信号等が入力し、これらに基づき燃料噴射量および点火制御量の演算を行う。
【００１３】
図２は、前記コントローラ１の燃料噴射制御および点火制御に係る機能をブロック図として表したものである。クランキング判定部ａでは、前記イグニッションスイッチ１３からのスタータ信号およびイグニッション信号に基づき、クランキング開始を判定する。気筒判定部ｂでは、前記カム位置センサ１１からのPHASE信号とクランク角センサ９からのPOS信号とにより、エンジン２のある気筒がどの行程にあるかの気筒判定を行う。回転数生成部ｃでは、前記POS信号またはREF信号の発生周期からエンジン回転数を算出する。噴射パルス幅演算部ｄでは、基本的な噴射パルス幅を吸入空気量と回転数によってテーブル検索等により決定し、これを水温信号や酸素濃度信号により補正して所期の空燃比で運転されるように噴射量指令値を決定する。駆動信号出力部ｅは前記噴射量指令値に基づいて燃料噴射弁８の駆動信号を出力する。噴射開始時期演算部ｆは、噴射終了時期管理で噴射を行う場合は、この噴射パルス幅とエンジン回転数から噴射開始時期を算出し、前記駆動信号出力部ｅによる燃料噴射弁８の駆動タイミングを管理する。点火信号演算部ｇは、回転数生成部ｃからのPOS信号またはREF信号による回転数を用いて点火時期と通電角を演算し、点火信号出力部ｈは、前記REF信号およびPOS信号を参照しながら、前記演算された点火時期および通電角に従って点火コイルに一次電流を出力する。前記噴射パルス幅演算部ｄ及び点火信号演算部ｇが本発明の制御手段に、前記回転数生成部ｃが本発明の回転数演算手段にそれぞれ相当する。
【００１４】
次に、図3以下の各図に基づいて、前記構成下での始動時のエンジン制御の概略を説明する。図３は前記コントローラ１により実行される始動制御の手順を表した流れ図である。流れ図中の符号Ｓは処理ステップ数である。
【００１５】
図3において、ステップ１にてクランク角センサのREF信号直前のPOS信号間隔から回転数FNRPM3を演算し、続いてステップ２にてREF信号とその直前のREF信号との間隔から回転数LNRPMを演算する。ステップ３とステップ４では、前記検出した回転数FNRPM3またはLNRPMを用いて燃料噴射量と点火時期を演算する。続いてステップ５にて燃料噴射タイミングを演算し、ステップ６にて実際の点火時期及び噴射時期のタイマをセットする。前記タイマは点火または噴射のタイミングをREF信号出力をカウント開始時期とするPOS信号の個数に換算したものであり、REF信号出力に同期してセットされる。
【００１６】
図４に、前記ステップ１でのPOS信号間隔による回転数検出の具体的なタイミング例を示す。これはＶ型6気筒エンジンの例であり、各気筒のBTDC１１０度のタイミングでREF信号が出力される（図中、REF110で表している）。点火時期は通常は始動時において最大限TDCまで遅角し、始動後は回転上昇に応じて進角してゆく。したがって、図示したようにTDCとREF110との間、この場合ATDC１０度の位置でPOS信号間隔を検出して回転数FNRPM3を算出することで、点火ノイズによる誤差の発生を確実に回避することが可能である。また、このようにREF位置直前にFNRPM3を求めることで、前述のようにREF位置でタイマセットする場合に、実際の回転数との乖離を最小限にして燃料噴射や点火時期の制御精度をより高めることができる。
【００１７】
図5は始動時の点火時期制御においてREF回転数LNRPMを使用した場合とPOS回転数FNRPM3を使用した場合の制御特性の相違を示している。LNRPMはFNRPM3に比較して更新速度が遅いため、始動時の回転数変化に対して追従が悪く、見かけ上の回転数が低くなる。MBTは一般に低回転ほど遅角するので、LNRPMを回転数として点火時期を演算すると要求点火時期よりも点火時期がリタードされてしまい、十分なトルクが得られなくなる。これに対して、FNRPM3はほぼ正確に実際の回転数を表すので、より適切な点火時期制御が可能となる。
【００１８】
なお、図5において符号IGN，StartSWはそれぞれイグニッションスイッチ、スタータスイッチであり、それぞれ１はON、0はOFFの状態を表している（以下同様）。この例では、スタースイッチの状態で始動時を検出し、スタータスイッチがONであるときに前記REF信号に同期したFNRPM3の検出を行い、スタータスイッチOFFに伴いREF信号による回転数LNRPMを回転数として検出する制御に切り換えている。
【００１９】
図６はPOS信号の検出タイミングと実回転数との関係を示すための説明図である。POS信号による回転数検出精度は前述のように特に始動時においてREF信号による場合よりも高いが、その反面始動時はサイクル内の回転変動が大きいため、REF信号の検出位置によって結果が異なってくる。たとえば図示したようにREF信号発生時とその１０ｍｓ前のタイミングとではFNRPM3に約１７５ｒｐｍの差が生じる。そこで本発明では、REF信号に同期した一定のタイミングでFNRPM3を求めることで、前記のサイクル内回転変動による回転数差を解消している。
【００２０】
図7及び図8は、前記REF信号に同期したFNRPM3の検出を始動後に約１０ｍｓの固定周期での検出に切り換える制御態様を示している。図7は前記制御の処理ルーチンであり、一定周期ごとに繰り返し実行される。図８は前記制御によるタイミングチャートである。
【００２１】
図7において、ステップ１ではスタータスイッチの状態を判定する。スタータスイッチがONであれば始動時であるとして、ステップ２にてREF信号に同期して前述した図４のタイミングでFNRPM3を求める。これに対してスタータスイッチがONからOFFとなったときには始動が完了したものとして、ステップ３にて約１０ｍｓの固定周期でFNRPM3を求める処理を行う。常にREF信号に同期してFNRPM3を求めるものとすると、高速回転時において演算周期が無用に早くなり演算装置の負荷が過大となるので、前述のように始動後は固定周期での演算とすることによりこのような不都合を回避している。
【００２２】
上記POS信号による回転数検出において、連続する3個以上の検出結果のうち回転数が最小となるものを選択するものとすればノイズによる影響をより減殺することが可能である。たとえば図9に示したように回転センサからの３個のPOS信号パルスｐ１，ｐ２，ｐ３のうち、ｐ１−ｐ２間にノイズによるパルスｐｎが乗ったとすると、POS信号パルスの立上り間隔は、見かけ上はｐ１−ｐｎ，ｐｎ−ｐ２，ｐ２−ｐ３の３組となる。このうちノイズの影響を受けているｐ１−ｐｎ，ｐｎ−ｐ２による回転数演算結果は、ノイズの影響がないｐ２−ｐ３に比較して周期が短くなっていることから、より高速回転を示すことになる。そこでこれら3組の演算結果のうち最小回転数のものを選択することで、ノイズの影響を排除した正確な回転数が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成図。
【図２】前記実施形態のコントローラの機能を表すブロック図。
【図３】前記コントローラにより実行される制御内容を表す流れ図。
【図４】REF信号同期でPOS信号による回転数検出を行う制御のタイミング図。
【図５】REF信号による回転数を用いた場合とPOS信号による回転数を用いた場合の点火時期制御特性の相違を示すタイミング図。
【図６】POS信号の検出タイミングによる回転数誤差を示すための説明図。
【図７】REF信号同期でのPOS信号による回転数検出から固定周期でのＰＯＳ信号による回転数検出を切り換える制御の手順を示す流れ図。
【図８】図７の制御によるタイミング図。
【図９】POS信号にノイズが乗った状態を示す説明図。
【符号の説明】
１    コントローラ
２    エンジン
３    吸気管
４    エアフローメータ
５    スロットルバルブ
６    気筒
７    吸入ポート
８    燃料噴射弁
９    クランク角センサ（回転センサ）
１０    クランクシャフト
１１    カム位置センサ
１２    カムシャフト
１３    イグニッションスイッチ
１４    点火コイル
１５    水温センサ
１６    酸素センサ
【図１】
2004197701.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004197701.tif 000006
【図５】
2004197701.tif 000007
【図６】
2004197701.tif 000008
【図７】
2004197701.tif 000009
【図８】
2004197701.tif 000010
【図９】
2004197701.tif 000011