(57)【要約】【課題】  始動時間を短くし始動性を向上すると共に、排気を悪化させない内燃機関の制御方法を提供する。【解決手段】  内燃機関が停止状態でも角度検出可能なクランク角度検出手段を設け、始動時に各気筒の運転工程を判別する気筒運転工程判別手段を設け、燃料噴射可能な気筒へ選択的に燃料を噴射するようにする。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク角度に応じて内燃機関の運転状態を制御する制御手段を有する内燃機関の制御方法において、
少なくとも内燃機関が停止状態時にクランク角度もしくはクランク角度に相関の有る部位の角度を概略測定可能なクランク角度検出手段を設け、前記測定された角度から各気筒の運転工程を判別する気筒運転工程判別手段を設け、該気筒運転工程判別手段により判別された工程に基き前記内燃機関の始動時の運転状態を決定する
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御方法において、
前記クランク角度検出手段は、角度に対する出力の位相が異なる少なくとも２系統以上の信号を出力可能な角度信号出力手段よりなる
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の制御方法において、
回転に応じて特定の角度部位にパルスを発生する基準パルス発生手段を前記角度信号出力手段とは別に設ける
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の制御方法において、
前記角度信号出力手段は内燃機関の吸気弁及び排気弁に連動するカムシャフトの回転角度を検出し、前記基準パルス発生手段はクランク軸の角度を検出する
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項５】
請求項２に記載の内燃機関の制御方法において、
前記角度信号出力手段は内燃機関の吸気弁及び排気弁に連動するカムシャフトの回転角度を検出する
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項６】
請求項２に記載の内燃機関の制御方法において、
前記角度信号出力手段は前記角度に対する出力が９０°の角度で位相がずれた２系統の出力で構成され該２系統の出力値より角度を算出する手段である
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項７】
請求項３に記載の内燃機関の制御方法において、
前記角度信号出力手段は前記基準パルス発生手段により計測された角度によって補正される
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７いずれか記載の内燃機関の制御方法において、
前記内燃機関が吸気ポートへの燃料噴射を行う場合は、少なくとも排気工程にあると前記気筒運転工程判別手段により判定された気筒に対してポート近傍への燃料噴射を行う
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項９】
請求項２ないし請求項８いずれか記載の内燃機関の制御方法において、
前記角度信号出力手段より入力された信号の上下限により正規化処理を行い前記クランク角度を算出する
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の内燃機関のクランク角度検出により始動の制御を行う制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃料及び点火といったエンジン回転に同期した制御は、クランクシャフトあるいはカムシャフトに取りつけられた所定角度に凹凸突起のあるプレートと磁気ピックアップなどの回転センサによって回転中の角度の測定し、気筒判別と噴射及び点火のタイミングを制御するものであった（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２２７７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、この方法では、クランキングにより内燃機関が回転を発生しないとパルスが発生せず、気筒判別が出来るまで燃料及び点火の制御ができず、始動時間が長くなるという問題がある。これにより、スタータの耐久性の対応からコストアップするという問題もある。また、少しでも始動時間を短縮するために全気筒への始動直後に燃料を噴射する方法もあるが、バックファイヤ等を防止するために、点火信号は気筒判定後としなければならず、気筒によっては燃料がそのまま排出されてしまい、排気を悪化させてしまうという問題もあった。
【０００４】
したがって、本発明の目的とするところは、始動時間を短く確実に行えるようにし、さらに排気を悪化させない内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためなされた請求項１記載の本発明の内燃機関の制御方法は、クランク角度に応じて内燃機関の運転状態を制御する制御手段を有する内燃機関の制御方法において、少なくとも内燃機関が停止状態時にクランク角度もしくはクランク角度に相関の有る部位の角度を概略測定可能なクランク角度検出手段を設け、前記測定された角度から各気筒の運転工程を判別する気筒運転工程判別手段を設け、該気筒運転工程判別手段により判別された工程に基き前記内燃機関の始動時の運転状態を決定することを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の本発明の内燃機関の制御方法は、請求項１に記載の内燃機関の制御方法において、前記クランク角度検出手段は、角度に対する出力の位相が異なる少なくとも２系統以上の信号を出力可能な角度信号出力手段よりなることを特徴としている。
【０００７】
請求項３記載の本発明の内燃機関の制御方法は、請求項２に記載の内燃機関の制御方法において、回転に応じて特定の角度部位にパルスを発生する基準パルス発生手段を前記角度信号出力手段とは別に設けることを特徴としている。
【０００８】
請求項４記載の本発明の内燃機関の制御方法は、請求項３に記載の内燃機関の制御方法において、前記角度信号出力手段は内燃機関の吸気弁及び排気弁に連動するカムシャフトの回転角度を検出し、前記基準パルス発生手段はクランク軸の角度を検出することを特徴としている。
【０００９】
請求項５記載の本発明の内燃機関の制御方法は、請求項２に記載の内燃機関の制御方法において、前記角度信号出力手段は内燃機関の吸気弁及び排気弁に連動するカムシャフトの回転角度を検出することを特徴としている。
【００１０】
請求項６記載の本発明の内燃機関の制御方法は、請求項２に記載の内燃機関の制御方法において、前記角度信号出力手段は前記角度に対する出力が９０°の角度で位相がずれた２系統の出力で構成され該２系統の出力値より角度を算出する手段であることを特徴としている。
【００１１】
請求項７記載の本発明の内燃機関の制御方法は、請求項３に記載の内燃機関の制御方法において、前記角度信号出力手段は前記基準パルス発生手段により計測された角度によって補正されることを特徴としている。
【００１２】
請求項８記載の本発明の内燃機関の制御方法は、請求項１ないし請求項７いずれか記載の内燃機関の制御方法において、前記内燃機関が吸気ポートへの燃料噴射を行う場合は、少なくとも排気工程にあると前記気筒運転工程判別手段により判定された気筒に対してポート近傍への燃料噴射を行うことを特徴としている。
【００１３】
請求項９記載の本発明の内燃機関の制御方法は、請求項２ないし請求項８いずれか記載の内燃機関の制御方法において、前記角度信号出力手段より入力された信号の上下限により正規化処理を行い前記クランク角度を算出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、始動前にカム角が決定され、次に点火できる気筒に対し予め燃料が供給され、供給された気筒に回転開始時に直ちに点火が実施されるので、始動性が向上するという効果を奏する。また、必要な気筒のみに燃料が噴射されるので、排気が悪化することもないという効果を奏する。さらに、カム信号は上下限で正規化され、また、カム角θはクランク信号にて補正されるので制御精度が向上するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面で詳細に説明する。図１は一実施例の内燃機関（エンジン）のシステム構成図である。
【００１６】
図中の引用符号１は内燃機関に吸入される空気量を測定するエアーフローセンサ、２は乗員の要求に応じて内燃機関に吸入される空気量を調整するスロットルバルブ、３はエンジンに供給する燃料を噴射するインジェクタ、４はシリンダ内の燃料に点火するための点火コイル、５は排気ガス酸素濃度を測定する酸素濃度センサ、６はクランクシャフトの回転に応じたパルス（クランク信号）を発生するクランク回転センサ（基準パルス発生手段）、７は吸気バルブと排気バルブの開閉を動作させクランクシャフトに同期し、１／２の回転数で回転するカムに連通したカムシャフトの角度を測定するカム角センサ（クランク角度検出手段）である。ここで、カムシャフト１回転はクランクシャフト２回転となり、カム角がわかればクランク角が決定されることになる。８はエアフローセンサ１、酸素濃度センサ５、クランク回転センサ６、カム角センサ７のそれぞれの信号が入力されインジェクタ３によって噴射するべき燃料量と噴射タイミングさらには、点火コイルへの通電タイミングを制御するコントロールユニットである。
【００１７】
次にクランク回転センサの構造を図２の簡単に表した模式図で説明する。１０はクランクシャフトに連通し、発生させたい角度に突起のついたクランクシャフトプレート、９は突起の通過時にパルスを発生させる回転パルスピックアップである。回転パルスピックアップ９としては、単純なコイルで構成された磁気ピックアップや、ホール素子などを用いれば良い。突起の位置は、各シリンダ毎の燃料噴射タイミングを制御するに都合の良い角度を発生するものと、点火タイミングを制御するものと、後述するカム角の補正に都合の良い角度を設定すればよい。カム角補正は燃料や点火用の信号とは分けずにどちらかあるいは双方を利用すれば良い。図２の例では後で説明する４気筒のパターンを示している。ここでＴＤＣとは各気筒の圧縮工程から爆発工程の間のシリンダ上死点を表す。
【００１８】
次にカム角センサ７の構造を図３の簡単に表した模式図で説明する。１２はカムシャフトに連通し、Ｎ極、Ｓ極に２分割磁化されたカムシャフトプレート、１１は磁束の方向を検知し、カムシャフトプレート１２の角度を検出する磁束検知センサ（角度信号出力手段）である。磁束検知センサ１１としては、磁気抵抗素子であるＧＭＲを用い図４の示すような回路とすれば、角度位相として９０°ずれた２本の出力（カム信号１、２）が得られる。図４の１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂはそれぞれＧＭＲ素子でありブリッジ回路を構成している。１４ａと１４ｂ及び１５ａと１５ｂは位相が１８０°ずれており１４ａ、１４ｂと１５ａ、１５ｂは９０°位相がずれている。また、磁束検知センサ１１は、図５に示すように１３ａ、１３ｂの２本のホールセンサを９０°ずれた位置に配置しても同様のカム信号１、２が得られるように構成してもよい。このように構成された磁気抵抗素子の出力は、調度１回転で１周期の三角関数の出力となる。したがって、９０°位相がずれた２系統の関係はサインとコサインの関係となり、２つの出力から角度が算出可能となる。このように磁束検出センサ１１とカムシャフトプレート１２による構成では、エンジンが停止していても出力が得られるという特徴がある。
【００１９】
次にカム信号とエンジン運転状態の関係について図６にて説明する。図６は、４気筒４サイクルエンジンの例である。本例の爆発順序は１気筒、３気筒、４気筒、２気筒である。３気筒のＴＤＣをカム角（θ）＝０とすると、カム信号１の値はｓｉｎ（θ＋４５°）、カム信号２の値はｃｏｓ（θ＋４５°）となるよう構成している。したがって、１気筒の排気工程はθ＝０〜９０°、吸気工程はθ＝９０°〜１８０°、圧縮工程はθ＝１８０°〜２７０°、爆発工程はθ＝２７０°〜０°となる。一方クランク信号である基準パルス信号は、各気筒のＴＤＣから−７０°（ＢＴＤＣ７０°と称す）及び−１１０°（ＢＴＤＣ１１０°と称す）のパルスを発生するよう構成している。例えば３気筒のＢＴＤＣ７０°信号（θ＝２９０°）は３気筒の点火タイミングを決める基準信号として使い、ＢＴＤＣ１１０°信号（θ＝２５０°）は運転状態に応じた気筒の噴射量と噴射タイミングを決める基準信号として使用される。これは、エンジンによって最適点が異なるので、それぞれ設定すれば良い。
【００２０】
次に本発明の燃料噴射及び点火処理の全体制御について図７のフローにて説明する。図７のフローはＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを含むコントロールユニット８にて演算され制御される。ステップ７０ではまずカム角センサ７の２系統の信号（Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒ）を取りこむ。ステップ７１では取り込んだＣ１Ｒ、Ｃ２Ｒを正規化処理する。正規化処理内容については図８のフローにて説明する。図８では、Ｃ１Ｒの処理フローを表しており、Ｃ２Ｒについても本フローと同様に正規化処理を行えば良い。ステップ８０ではＣ１ＲがＣ１ＭＡＸより大きいか判定し、大きい場合はステップ８１でＣ１ＭＡＸをＣ１Ｒに更新する。ステップ８２ではＣ１ＲがＣ１ＭＩＮより小さいか判定し、小さい場合はステップ８３でＣ１ＭＩＮをＣ１Ｒに更新する。ここで、Ｃ１ＭＡＸ、Ｃ１ＭＩＮは不揮発性メモリに記憶されており、初期値としては、エンジンの組立時、カム角センサ７の取り付け調整としてＣ１Ｒの最大出力値をＣ１ＭＡＸにＣ１Ｒの最小値をＣ１ＭＩＮに実際に動作させ記憶させておく。あるいは、平均的な値を初期値としてＣ１ＭＡＸ、Ｃ１ＭＩＮが未設定時に使うような構成としても良い。このように常に上下限を更新することで経時劣化による値のずれを補正し、常に精度の高い出力が得られるようになる。ステップ８４では入力値の上下限であるＣ１ＭＡＸ、Ｃ２ＭＩＮと正規化したときの上下限であるＣＮＭＡＸ、ＣＮＭＩＮの値により正規化されたカム信号１を算出する。
【００２１】
図７のステップ７２（気筒運転工程判別手段）ではカム信号１、２より各気筒毎の運転工程の判定とカム角θｒを求める。噴射領域判定については４気筒エンジンを例に図９にて説明する。ステップ９０では、カム信号１がｓｉｎ（４５°）相当の出力であるＵＰ４５（ＵＰ４５：図６参照）以上か判定し、真ならばステップ９１でカム角θｒを求める。ここでカム角θｒは、図１０の関数ｆＢ（）にカム信号２を代入して求める。ステップ９２ではカム信号２がｓｉｎ（−４５°）相当の出力であるＤＷ４５（ＤＷ４５：図６参照）以下か判定し、真ならばステップ９３で関数ｆＢ（）にカム信号１を代入し、９０°を足してカム角θｒを求める。ステップ９４ではカム信号１がＤＷ４５以下か判定し、真ならばステップ９５で関数ｆＡ（）にカム信号２を代入し、１８０°を足してカム角θｒを求める。ステップ９６では関数ｆＡ（）にカム信号１を代入し、２７０°を足してカム角θｒを求める。つぎに、ステップ９７にてクランク信号によるカム角補正値θｈを引いて最終のカム角θを求める。カム角補正値θｈは図７のステップ７３のクランク信号処理部にて後述する。ここで求められたカム角θにより図６の各気筒の工程を判別する。さらに、エンジンが回転を開始し、最初に燃料を吸気可能な工程にある気筒をステップ９８の関数ｆ１（θ）〜ｆ４（θ）にて決定する。ｆ１（θ）〜ｆ４（θ）は図６に示す各気筒の停車時燃料噴射領域判定エリアである。点火時期としては圧縮工程から爆発工程の間で実施されるので、排気工程とその前後で燃料を噴射すれば、燃料の気筒内への吸入と圧縮そして点火が実施でき、最短で爆発可能であり始動時間が短縮できる。
【００２２】
関数ｆＡ（）は角度−４５°から４５°の範囲におけるｓｉｎ関数の逆三角関数、関数ｆＢ（）は角度１３５°から２２５°におけるｓｉｎ関数の逆三角関数となっている。関数ｆＢ（）は入力をＣＮＭＡＸ−カム信号＋ＣＮＭＩＮとして関数ｆＡ（）に代入することと等価なので、関数ｆＡ（）のみを使って算出してもよい。
【００２３】
カム角センサ７の信号Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒはエンジンが停止していても出力されるので、図９のフローにより現在のカム角θと各気筒の工程は始動時点で判定が可能である。
【００２４】
続いて図７のステップ７３のクランク信号処理について説明する。ここでは、ステップ７２にて求めたカム角θに基き、スタータなどによりエンジンが回転した場合に次に来るクランク信号を判定すると共にカム角補正値θｈを求める。本実施例でのクランク信号とカム角の関係を表１にまとめる。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１において、カム角２０°に対するクランク信号は４気筒のＢＴＤＣ７０°である。この信号は４気筒への点火に対する基準信号となる。同様に各気筒のＢＴＤＣ７０°と１１０°にそれぞれ決まったカム角が対応する。
【００２７】
次に具体的なクランク信号処理について、図１１のフローにて説明する。ステップ１００では、エンジンが停止しているか、あるいはイグニッションスイッチ（ＩＧＮ  ＳＷ）がオンした直後か判定し、真の場合はステップ１０１で、カム角θによりエンジンが回転した場合に次に来るクランク信号を予測する。以降、クランク信号は表１のカム角θの順番に発生する。次にステップ１０２により、クランク信号があるか判定し、なければそのままステップ１１３へ進む。以降クランク信号のうち各気筒のＢＴＤＣ１１０°信号を検知し、図１２に示すエリア頃に正規化されたカム角θｒと比較し、そのずれを記憶する。図１２は、ＢＴＤＣ１１０°のクランク信号とカム角θの関係を示している。ここで２気筒のＢＴＤＣ１１０°信号と１気筒のＢＴＤＣ１１０°間をエリアＩと定義し、以下図１２のように各エリアを定義する。エリアIVはカム角θが３６０°を超え、０°となる領域である。また図１２には各ＢＴＤＣ１１０°ごとに測定したカム角θｒ（測定のθ）とクランク信号からのカム角（実際のθ）とのずれも表している。これは、カム角センサ７の出力歪等による特性のずれである。次にずれを求めるフローを図１１のステップ１０３からステップ１１２にて説明する。ステップ１０３では１気筒のＢＴＤＣ１１０°信号が来たか判定し、真ならば、ステップ１０４でカム角θｒから実際の角度１６０°を引き、ずれｄθ１を求める。ステップ１０５では２気筒のＢＴＤＣ１１０°信号が来たか判定し、真ならば、ステップ１０６でカム角θｒから実際の角度７０°を引き、ずれｄθ２を求める。ステップ１０７では３気筒のＢＴＤＣ１１０°信号が来たか判定し、真ならば、ステップ１０８でカム角θｒから実際の角度２５０°を引き、ずれｄθ３を求める。ステップ１０９では４気筒のＢＴＤＣ１１０°信号が来たか判定し、真ならば、ステップ１１０でカム角θｒから実際の角度３４０°を引き、ずれｄθ４を求める。ステップ１１１ではカム角θｒが１８０°より小さいか判定し、小さいならばステップ１１２でｄθ４に３６０のオフセットを足し込む。最後にステップ１１３にてカム角補正値θｈを求める。ここで、式の中のｄＹ１、ｄＹ２、θＸはカム角θｒのエリアにより表２のように決定される。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
次に図７のステップ７４の燃料噴射処理について、図１３のフローにて説明する。ステップ１３０では、エンジンが停止しているか、あるいはＩＧＮ  ＳＷがオンした直後か判定し、真の場合はステップ１３２へ進む。否ならば、ステップ１３１で何れかの気筒のＢＴＤＣ１１０°クランク信号が来たか判定し、なければステップ１３２に進む。どの気筒のＢＴＤＣ１１０°クランク信号かは図７のステップ７２にて判明している。ステップ１３２では、図７のステップ７２で決定されたエンジン停止時領域判定にて噴射可能な気筒へ既に噴射したか判定し、まだであればステップ１３３で燃料を噴射する。この時の噴射量は、図示していないがエンジン水温や吸気温度などの情報により始動に最適な量を決定する。ステップ１３１でＢＴＤＣ１１０°のクランク信号があった場合は、エンジンが回転していることになるので、ステップ１３４で、吸入空気量、エンジン回転数、水温、排気ガスの酸素状態などにより噴射量を求め、インジェクタ３の開弁時間を決める。更に決められた開弁時間を噴射可能な気筒を求め、噴射開始と終了タイミングをセットする。ここで、噴射可能な気筒とは噴射終了が吸気工程開始近傍より前になり、かつ本信号から所定の時間がセット可能な気筒の中で、最も早く噴射可能な気筒である。エンジンの回転速度が決定されていない場合は、スタータの回転数を想定して決めればよい。本実施例では、基本的にエンジンが回転すれば直ちにクランク信号に応じて燃料噴射制御が可能である。また、次に点火可能な気筒にのみ供給されるので、燃焼しないまま燃料が出て行くことが防止される。始動時にエンジンの回転が不安定になる場合は、所定の回転まで、カム角θによる燃料噴射即ちステップ１３２、ステップ１３３を続けてもよい。
【００３０】
次に図７のステップ７５の点火タイミング算出について、図１４のフローにて説明する。ステップ１４０では、何れかの気筒のＢＴＤＣ７０°クランク信号が来たか判定する。どの気筒のＢＴＤＣ７０°クランク信号かは図７のステップ７２にて判明している。来たならば、ステップ１４１で上記の表１に従い、所定気筒への点火のタイミングを設定する。タイミングは、エンジンの回転速度やエアーフローセンサ１の信号や水温、吸気温度に応じて決定される。エンジンの回転速度が決定されていない場合は、スタータの回転数を想定して決めればよい。本実施例では、図７のステップ７２にて、クランク信号の気筒が判明しており、基本的にエンジンが回転すれば直ちにクランク信号に応じて、必要な気筒への点火が可能となる。また図７のステップ７４にて、点火されるべき気筒に既に燃料が供給されているので、始動性が向上する。
【００３１】
本実施例は４気筒エンジンを例に説明したが例えば図１５に示すように６気筒においても４気筒同様に構成可能である。その場合、図９のステップ９８のかわりに、図１６に示すように噴射領域を判定すれば良い。なお、図１６のｆ１（）からｆ６（）の関数は図１５に示す領域判定関数である。
【００３２】
その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による一実施例の構成図である。
【図２】クランク回転センサ（基準パルス発生手段）の構成図である。
【図３】カム角センサ（クランク角度検出手段）の構成図である。
【図４】９０°位相出力を出す磁気抵抗素子のブリッジ回路である。
【図５】カム角センサの他の構成例である。
【図６】４気筒エンジンの工程とクランク信号、カム信号の関係図である。
【図７】本発明の燃料噴射及び点火処理の全体制御フロー図である。
【図８】カム信号の上下限により正規化処理をするフロー図である。
【図９】４気筒エンジンでのカム角θ算出及び各気筒の工程判定フロー図である。
【図１０】カム信号から角度を求める関数の図である。
【図１１】クランク信号によるカム角補正値算出のフロー図である。
【図１２】カム角θと各気筒のＢＴＤＣ１１０°の関係図である。
【図１３】燃料噴射処理のフロー図である。
【図１４】点火タイミング算出処理のフロー図である。
【図１５】６気筒エンジンの工程とクランク信号、カム信号の関係図である。
【図１６】６気筒エンジンの噴射領域判定のブロック図である。
【符号の説明】
【００３４】
６…クランク回転センサ（基準パルス発生手段）
７…カム角センサ（クランク角度検出手段）
１１…磁束検知センサ（角度信号発生手段）
７１…カム信号正規化処理
７２…カム角θ算出処理及び各気筒工程判定処理（気筒運転工程判別手段）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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