(57)【要約】【課題】始動運転のオフタイミングを最適なものにし、かつ安価なシステムを構築する。【解決手段】クランク角センサ２の信号より検出されるエンジン回転速度の変化量と、補機負荷（４〜６）により補正される慣性モーメントとから、軸トルク相当値を算出する。そして、これを積算する。そして、この積算値が所定値以上となった場合に完爆と判定して、エンジンの制御を始動時制御から通常制御へ切り替える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の軸トルク相当値を検出する手段と、
その軸トルク相当値を積算する手段と、
その積算値に基づいて機関の完爆状態を判定する手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の完爆判定装置。
【請求項２】
前記軸トルク相当値検出手段は、機関回転速度の変化量に基づいて軸トルク相当値を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の完爆判定装置。
【請求項３】
前記軸トルク相当値検出手段は、機関回転速度の変化量と慣性モーメントとに基づいて軸トルク相当値を算出し、前記慣性モーメントは、補機負荷に基づいて補正することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の完爆判定装置。
【請求項４】
前記軸トルク相当値検出手段は、機関回転速度の変化量を、圧縮上死点前の所定クランク角期間の経過時間と、圧縮上死点後の所定クランク角期間の経過時間とに基づいて求めることを特徴とする請求項２または請求項３記載の内燃機関の完爆判定装置。
【請求項５】
前記軸トルク相当値は、気筒毎に検出し、気筒判別後に積算することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の完爆判定装置。
【請求項６】
前記完爆判定手段は、前記積算値が所定値以上である状態が所定期間以上連続したときに完爆と判定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の完爆判定装置。
【請求項７】
前記所定期間は、機関冷却水温度に応じて設定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の完爆判定装置。
【請求項８】
前記積算値の下限値を０とすることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の完爆判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の完爆判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から内燃機関の始動において、燃料噴射量制御、点火時期制御、吸入空気制御は始動性向上のために、通常制御とは別個に、始動時制御として行っている。始動時制御は、エンストを防止するため、部品ばらつきを考慮して過トルクで運転するように設定されており、始動時制御が長くなることは、燃費悪化や排気悪化の原因となる。
【０００３】
このような始動時制御から通常制御への切り替えは、運転者が操作するスタータスイッチの信号をエンジンコントロールユニットに入力して、オフタイミングを検出することで行っている。
また、特開２０００−２５７５４０号公報には、クランク角センサの信号から始動運転の開始を判定し、エンジン回転数が所定回転数以上に達したときに始動運転の終了を判定することが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スタータスイッチ信号に基づいて、完爆状態（エンジンが自立して回転できる状態）を検出して、始動時制御から通常制御へ切り替える場合、運転者自身が完爆状態の判定をすることになるため、切り替え時期のばらつきにより、燃費や排気がばらつき、特にオフタイミングが遅れた場合には、始動時制御の時間が長くなり、燃費と排気の悪化を招く。
【０００５】
また、スタータスイッチ信号をエンジンコントロールユニットに取り込むために、スタータスイッチに付随するハーネスや、コントロールユニットの入力端子などを装備することで、コストアップにつながる。
また、完爆状態は、エンジンのトルク状態を推定して判定するのが望ましく、前記公報に記載されているようにエンジン回転数のみに基づいて判定する方式では、トルク状態の推定が正確に行われないので、精度の良い完爆判定は困難であった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、スタータスイッチ信号を用いることなく、完爆状態（スタータ駆動のオフタイミングや始動時制御から通常制御への切り替えタイミング）を的確に判定し得るようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため本発明では、機関の軸トルク相当値を検出し、その軸トルク相当値を積算し、その積算値に基づいて完爆状態を判定する。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、機関の軸トルク相当値に基づいて、完爆状態の判定を行うため、スタータスイッチ信号を用いることなく、適切に、スタータ駆動のオフタイミングや始動時制御から通常制御への切り替えタイミングを得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。図１は、内燃機関の完爆判定装置の構成図である。
エンジン（各種アクチュエータを含む）１を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）８には、クランク角センサ２、水温センサ３、エアコンスイッチ４、パワステスイッチ５、発電機（オルタネータ）スイッチ６からの信号が入力される。
【００１０】
クランク角センサ２は、ＰＯＳ信号（単位クランク角信号）とＲＥＦ信号（基準クランク角信号）とを出力し、これらの信号がそれぞれＥＣＵ８に入力される。ＥＣＵ８は、ＰＯＳ信号とＲＥＦ信号とに基づいて気筒判別、クランク角位置の検出、及びエンジン回転速度（回転数）の算出を行う。
水温センサ３は、エンジン１の冷却水温度に応じた信号を出力し、この信号がＥＣＵ８に入力される。ＥＣＵ８は、この信号に基づいてエンジン１の冷却水温度Ｔｗを検出する。
【００１１】
補機スイッチの入力、すなわちエアコンスイッチ４、パワステスイッチ５、発電機スイッチ６のそれぞれがオンとオフの信号を出力し、これらの信号がＥＣＵ８へ入力される。
これらの構成を備える内燃機関の完爆判定について、図２を用いて説明する。図２は、内燃機関の完爆状態の判定を示すフローチャートであり、このフローが所定時間（例えば１０ｍｓ）毎に実行される。
【００１２】
ステップ１（図ではＳ１と示す。以下同様）では、完爆判定フラグＳＴＯＦＦＲＥＱが１、すなわち既に完爆判定がなされているか否かを判断する。
未だ完爆判定がなされていない場合（ＳＴＯＦＦＲＥＱ＝０の場合）には、ステップ２へ進む。
ＳＴＯＦＦＲＥＱが１、すなわち既に完爆判定がなされている場合には、リターンとなる。これは、エンジン１がストールしないで自立回転できる回転速度となっており、燃料噴射量制御などが始動時制御から通常制御へ切り替えられているためである。
【００１３】
ステップ２では、クランク角センサ２から初回ＲＥＦ信号の入力があったか否かを判断する。初回ＲＥＦ信号の入力が未だ無い場合には、未だ気筒判別ができない状態であるため、リターンとなる。一方、初回ＲＥＦ信号の入力があった場合には、気筒判別可能となっているため、ステップ３へ進む。
ステップ３では、軸トルク相当値算出・積算フロー（図３）により求められる軸トルク相当値ＳＴＴＲＱの積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭを読み込む。ここで、図３の軸トルク相当値算出・積算フローについて説明する。
【００１４】
図３は、軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを検出し、その積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭを算出するフローチャートであり、このフローはクランク角センサ２からＲＥＦ信号の入力があったときに実行される。
ステップ１１では、所定クランク角期間の経過時間ＴＴＲＱ１，ＴＴＲＱ２を読み込む。これについては、図５を参照して説明する。
【００１５】
図５は、完爆判定のタイムチャートであり、図中のＴＤＣは圧縮上死点の位置を示している。そして、圧縮上死点（ＴＤＣ）前の所定クランク角期間の経過時間（所定数のＰＯＳ信号が入力される時間）ＴＴＲＱ１と、圧縮上死点（ＴＤＣ）後の所定クランク角期間の経過時間ＴＴＲＱ２とを、ＲＥＦ信号の入力時点で読み込んでいることを示している（図５のＡ点，Ｂ点参照）。
【００１６】
図３のステップ１２では、予め求めておいたテーブルから、補機スイッチ（エアコンスイッチ４、パワステスイッチ５、発電機スイッチ６）の入力に応じた慣性モーメント補正係数ＫＳＴＴＲＱを求めて、これを読み込む。ここでは、図６を参照して説明する。
図６（イ）に示す通り、補機スイッチ、すなわちエアコンスイッチ４、パワステスイッチ５、発電機スイッチ６は、各々の慣性モーメント補正係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を有している。そして、図６（ロ）に、例えばエアコンスイッチ４、パワステスイッチ５、発電機スイッチ６が順々にオンになった場合を示すように、各々の慣性モーメント補正係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の積算値（１＋Ｋ１＋Ｋ２＋Ｋ３）が慣性モーメント補正係数ＫＳＴＴＲＱとして求められる。
【００１７】
図３のステップ１３では、エンジン１の軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを求める。ここで、一般的にトルクＴは（１）式により求められる。
Ｔ＝Ｉｐ×ΔＮＥ・・・（１）
ここで、Ｉｐは慣性モーメントであり、ΔＮＥは回転数の増分、すなわち角加速度である。そして、（１）式の回転数増分ΔＮＥ（ｒｐｍ）を、燃焼前と燃焼後との所定クランク角度θ１，θ２（°）、圧縮上死点の前と後との所定クランク角期間の経過時間ＴＴＲＱ１，ＴＴＲＱ２（ｓｅｃ）で表すと、次式が導かれる。
【００１８】
Ｔ＝Ｉｐ×（θ２／３６０／（ＴＴＲＱ２／６０）−θ１／３６０／（ＴＴＲＱ１／６０））・・・（２）
（２）式は、回転数ＮＥを燃焼前と燃焼後とでそれぞれ求め、これらの差分により回転数の増分ΔＮＥを求めている。ここで、区間時間を計測する燃焼の前後のクランク角度区間が等しければ（θ＝θ１＝θ２）、次式が得られる。
【００１９】
Ｔ＝Ｉｐ×（θ／６）×（ＴＴＲＱ１−ＴＴＲＱ２）／（ＴＴＲＱ１×ＴＴＲＱ２）・・・（３）
（３）式に基づいて軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを求めると、次式が得られる。
ＳＴＴＲＱ＝Ｉｐ’×ＫＳＴＴＲＱ×（ＴＴＲＱ１−ＴＴＲＱ２）／（ＴＴＲＱ１×ＴＴＲＱ２）・・・（４）
ここで、Ｉｐ’は基本慣性モーメントであり、補機スイッチ入力が無い場合の慣性モーメントである。なお、補機負荷による慣性モーメント補正係数ＫＳＴＴＲＱには（３）式に示す定数（θ／６）が含まれている。この補正係数ＫＳＴＴＲＱにより、軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを補機の負荷に基づいて補正して算出することができる。
【００２０】
ステップ１４では、次式によりステップ１３で求めた軸トルク相当値ＳＴＴＲＱの積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭを求める。
ＳＴＴＲＱＳＵＭ＝ＳＴＴＲＱＳＵＭｚ＋ＳＴＴＲＱ・・・（５）
ここで、前回積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭｚは、前回までの軸トルク相当値ＳＴＴＲＱの積算値であり、この値にステップ１３で求めた軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを積算することで、軸トルク相当値ＳＴＴＲＱの積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭを求める。
【００２１】
ステップ１５では、積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが０以上であるか否かを判断する。積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが０以上である場合には、リターンとなり、図２のステップ３へ進み、積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭを読み込み、ステップ４へ進む。
一方、積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが０未満である場合には、ステップ１６へ進み、積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭを０とする。これは、燃焼している際に失火が生じた場合、失火が発生している気筒の軸トルク相当値ＳＴＴＲＱは負の値となるが、スタータによるトルク補助が存在するため積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが０未満になることはないからである。このようにして計算された積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが図２のステップ２で読み込まれるのである。
【００２２】
ステップ４では、軸トルク判定回数フローチャート（図９）により求められている判定回数値ＳＴＴＲＱＣＮＴを読み込む。ここで、図４の判定回数値算出フローについて説明する。
図４のフローチャートはＲＥＦ信号の入力毎に実行され（図５のＡ点，Ｂ点参照）、積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが所定値ＳＴＴＲＱＳＭを超えたか否かを判定する。
【００２３】
ステップ２１では、ステップ３で読み込んだ軸トルク相当値ＳＴＴＲＱの積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが所定値ＳＴＴＲＱＳＭ以上であるか否かを判断する。
積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが所定値ＳＴＴＲＱＳＭ以上である場合には、ステップ２２へ進み、積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが所定値ＳＴＴＲＱＳＭ以上であると判定された判定回数ＳＴＴＲＱＣＮＴを、前回値ＳＴＴＲＱＣＮＴｚよりカウントアップする（次式参照）。
【００２４】
ＳＴＴＲＱＣＮＴ＝ＳＴＴＲＱＣＮＴｚ＋１・・・（６）
一方、積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが所定値ＳＴＴＲＱＳＭ未満である場合には、ステップ２３へ進み、判定回数値ＳＴＴＲＱＣＮＴを０にし、リターンとなる。
ステップ２２またはステップ２３でリターンとなった後は、図２のステップ４へ進み、判定回数値ＳＴＴＲＱＣＮＴを読み込み、ステップ５へ進む。
【００２５】
ステップ５では、テーブルから冷却水温度Ｔｗに応じた判定回数所定値ＳＴＴＲＱＣＴを読み込む。これについては、図７を参照して説明する。
図７は、冷却水温度Ｔｗとカウンタ所定値ＳＴＴＲＱＣＴとの関係を示し、予め実験等によって求められるテーブルである。図示の通り、冷却水温度Ｔｗが低い場合には、判定回数所定値ＳＴＴＲＱＣＴが高くなければならないことを示している。
【００２６】
図２のステップ６では、判定回数値ＳＴＴＲＱＣＮＴが所定値ＳＴＴＲＱＣＴ以上であるか否かを判断する。これにより、エンジン１が完爆状態にあるか否かを判定する。これは、冷却水温度Ｔｗが極低温にある場合には、軸トルク相当値ＳＴＴＲＱの積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが所定値ＳＴＴＲＱＳＭを上回る期間が長くならないと完爆されたことにならないことを示している。
【００２７】
判定回数値ＳＴＴＲＱＣＮＴが所定値ＳＴＴＲＱＣＴ以上である場合には、ステップ７へ進み、完爆判定フラグＳＴＯＦＦＲＥＱを１にする（図５のＢ点参照）。そして、リターンとなる。これにより、エンジン１の制御が始動時制御から通常制御に切り替えられる。
一方、ステップ６で判定回数値ＳＴＴＲＱＣＮＴが所定値ＳＴＴＲＱＣＴ未満である場合には、リターンとなる。これは、軸トルク相当値ＳＴＴＲＱの積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが所定値ＳＴＴＲＱＳＭ以上である状態が所定期間まで達しないことであり、完爆状態にないことを示す。この場合は、始動時制御が続行される。
【００２８】
本実施形態によれば、エンジン１の軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを検出し（ステップ１３）、その軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを積算し（ステップ１４）、その積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭに基づいてエンジン１の完爆状態を判定する（ステップ３〜ステップ６）。このため、スタータスイッチ信号を用いることなく、適切な軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを求めることができ、スタータ駆動のオフタイミングや始動時制御から通常制御への適切な切り替えタイミングを得ることができる。
【００２９】
また本実施形態によれば、軸トルク相当値検出手段は、エンジン回転速度の変化量に基づいて軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを算出する（ステップ１１〜ステップ１３）。このため、一般的なエンジン入力信号であるクランク角センサ２からの信号に基づいて軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを算出でき、スタータキースイッチに付随するハーネスや、ＥＣＵ８の入力端子、特別なセンサなどを必要とせず、安価なシステムを構築することができる。
【００３０】
また本実施形態によれば、軸トルク相当値検出手段は、エンジン回転速度の変化量と慣性モーメントとに基づいて軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを算出し、慣性モーメントは、補機負荷に基づいて補正する（ステップ１１〜ステップ１３）。このため、慣性モーメントを考慮して軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを正確に算出でき、また補機負荷により慣性モーメントを補正することで、より正確に算出でき、適切に完爆判定を行うことができる。
【００３１】
また本実施形態によれば、軸トルク相当値検出手段は、エンジン回転速度の変化量を、圧縮上死点前の所定クランク角期間の経過時間ＴＴＲＱ１と、圧縮上死点後の所定クランク角期間の経過時間ＴＴＲＱ２とに基づいて求める（ステップ１１〜ステップ１３）。このため、エンジン１の回転速度の変化量を適切に検出することができ、完爆状態の判定を適切に行うことができる。
【００３２】
また本実施形態によれば、軸トルク相当値ＳＴＴＲＱは、気筒毎に検出し（ステップ２）、気筒判別後に積算する（ステップ１４）。このため、始動時においては点火プラグのくすぶりや被りにより、失火を発生する頻度が高く不安定であるが、気筒毎に軸トルク相当値ＳＴＴＲＱを検出し、気筒判別後に初爆から現時点までの軸トルク相当値ＳＴＴＲＱの積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭを求めることで、完爆状態の判定精度を向上できる。
【００３３】
また本実施形態によれば、完爆判定手段は、積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが所定値ＳＴＴＲＱＳＭ以上である状態が所定期間（判定回数所定値ＳＴＴＲＱＣＴ）以上連続したときに完爆と判定する（ステップ６）。このため、失火の有無に関わらずエンジン回転速度の低下によるエンストを防止することができ、完爆状態の判定を適切に行うことができる。
【００３４】
また本実施形態によれば、積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが所定値ＳＴＴＲＱＳＭ以上である状態の所定期間（判定回数所定値ＳＴＴＲＱＣＴ）は、エンジン１の冷却水温度Ｔｗに応じて設定する（ステップ５、ステップ６）。このため、判定回数ＳＴＴＲＱＣＮＴが、軸トルク相当値ＳＴＴＲＱの積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭが所定値ＳＴＴＲＱＳＭ以上となって燃焼が持続する所定値ＳＴＴＲＱＣＴ以上であることに基づいて判定することで、失火の有無に関わらず、完爆状態の判定を適切に行うことができる。
【００３５】
また本実施形態によれば、積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭの下限値を０とする（ステップ１６）。このため、燃焼時に失火が生じた場合、失火が発生した気筒の軸トルク相当値ＳＴＴＲＱは負の値となる場合があるが、スタータによるトルク補助が存在するため、積算値ＳＴＴＲＱＳＵＭの下限値が負の値になることは無く、完爆判定の誤判定を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の完爆判定装置の構成図
【図２】内燃機関の完爆状態の判定を示すフローチャート
【図３】軸トルク相当値を検出し、その積算値を算出するフローチャート
【図４】判定回数値を算出するフローチャート
【図５】完爆判定のタイムチャート
【図６】補機スイッチの入力に応じた慣性モーメント補正係数を示す図
【図７】冷却水温度と判定回数所定値との関係図
【符号の説明】
１　エンジン
２　クランク角センサ
３　水温センサ
４　エアコンスイッチ
５　パワステスイッチ
６　発電機スイッチ
８　ＥＣＵ
【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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【図６】
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【図７】
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