(57)【要約】【課題】クランク角信号がフェール時においても、正常な運転を継続可能にすることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵは、クランク角センサが正常に動作し、かつ安定したアイドル運転が実行されている場合には、クランク角センサに対するフェールセーフを実行することなく、所定のカム角と所定クランク角との角度差を学習値として記憶する。一方、ＥＣＵは、クランク角センサが正常に動作していないと判定した場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、クランク角センサに対するフェールセーフを実行するように、エンジンの制御処理を実行する（ステップＳ１２）。一方、ＥＣＵは、クランク角センサが正常に動作していると判定した場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、フェールセーフを実行することなく、エンジンの制御処理を終了する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランク軸のクランク角を表すクランク角信号を検出するクランク角検出手段と、前記内燃機関のカム軸のカム角を表すカム角信号を出力するカム角検出手段と、前記クランク角信号および前記カム角信号に基づいて前記内燃機関の出力を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記クランク角検出手段の検出結果が正常か否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果が正常である場合に、前記クランク角と前記カム角の角度差を、前記クランク角信号および前記カム角信号に基づいて算出する角度差算出手段と、
前記角度差算出手段の算出した角度差を学習値として記憶する記憶手段と、
前記カム角信号と前記記憶手段に記憶された学習値とに基づいて疑似クランク角信号を生成する疑似クランク角信号生成手段と、を備え、
前記制御手段は、前記判定手段の判定結果が正常である場合に、前記記憶手段に前記学習値を記憶させ、前記判定結果が正常でない場合に、前記疑似クランク角信号に基づいて、前記内燃機関を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記疑似クランク角信号生成手段は、前記カム角信号の所定の出力タイミングの時間間隔を等分して得られるタイミングに基づいて前記疑似クランク角信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記クランク角信号の波形に基づいて前記クランク角検出手段の検出結果が正常か否かを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグの点火タイミングやインジェクタの燃料噴射タイミングを制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関であるエンジンは、出力軸としてのクランクシャフトと、このクランクシャフトに同軸回転するクランクスプロケットに巻回されたタイミングベルトと、タイミングベルトを介して駆動されるカムシャフトと、カムシャフトによって駆動されるカム機構と、カム機構によって開閉される吸排気バルブと、を備えている。これらタイミングベルトおよびカム機構などにより、ピストンの上下動と吸排気バルブの開閉を適切なタイミングで連続運転できるように構成されている。クランクシャフトの近傍に配設されたクランク角センサはクランクシャフトの回転角を検出してクランク角信号を出力する。このようなエンジンを搭載した車両は、エンジンの制御装置を備えている。この制御装置は、入力したクランク角信号に基づいて点火プラグの点火タイミングやインジェクタの燃料噴射タイミング等の制御タイミングを最適に制御している。
【０００３】
このような内燃機関の制御装置として、クランク角センサの故障等によりクランク角信号が正常に得られなくなった場合にも、エンジンストール等の事態を回避するためのフェールセーフ機能を有するものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
この特許文献１に開示された内燃機関の制御装置においては、クランク角センサの異常時にカム角信号の出力タイミングで疑似起動タイミングを生成している。この制御装置は、カム角信号が出力されてから次のカム角信号が出力される直前までの期間において、既に出力されたカム角信号の出力タイミングの時間間隔を複数に等分した時間間隔を疑似起動タイミングとして設定している。
【０００５】
また、特許文献２に記載の従来の制御装置においては、所定数のクランク角信号が出力されるのに要する時間を所定クランク角時間として計測し、前回のクランク角時間と比較して今回の所定クランク時間が所定以上変動したか否かに応じてクランク角センサの異常の有無を判定することにより、クランク角センサの異常を速やかに検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２０８５０９号公報
【特許文献２】特開２０１１−０６９２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような特許文献１に記載の従来の制御装置にあっては、クランク角とカム角の相対位置関係に角度差が生じることを想定した制御を実行するようなものではないため、クランク角センサの異常時に対応するためのフェールセーフの効果が不確実であった。すなわち、この角度差が生じている状態においてクランク角センサの故障等によりクランク角信号が正常に得られなくなった場合に、プレイグニッションやノッキングを生じるなど、内燃機関内の燃焼状態が所望の状態とならず、エンジンストールに至る可能性があった。そのため、当該内燃機関を搭載した車両において、クランク角センサに異常が発生した場合、その車両を修理工場まで自力走行させられない可能性や、排気ガスを無害化処理する触媒を高熱の排気ガスによって傷める可能性があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載の従来の制御装置にあっても、前記フェールセーフの効果が不確実であった。すなわち、特許文献１に記載のものと同様、クランク角センサが故障した場合に、クランク角とカム角の相対位置関係に角度差が生じていることを想定した制御を実行しないため、エンジンストールに至る可能性があった。
【０００９】
さらに、クランク角とカム角の相対位置関係は製造バラツキが原因で製造時に避けられないことがあるほか、経年変化でずれる虞もある。このズレによる角度差が原因となり、制御装置が、カム角センサから出力されるカム角信号に基づいて疑似クランク角信号を生成した場合に、タイミングに誤差を生じることがあった。このように、クランク角とカム角の相対位置関係に角度差がある場合、クランク角センサの故障等によりクランク角信号が正常に得られなくなった場合に、エンジンストールの発生など燃焼状態が所望の状態にならない可能性があった。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、クランク角信号のフェール時におけるフェールセーフをより確実にし、クランク角検出手段の出力が正常でない場合においても、プレイグニッションやノッキングの発生を回避し、内燃機関内の燃焼状態を安定させ、正常な運転を可能にすることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る車両の制御装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関のクランク軸のクランク角を表すクランク角信号を検出するクランク角検出手段と、前記内燃機関のカム軸のカム角を表すカム角信号を出力するカム角検出手段と、前記クランク角信号および前記カム角信号に基づいて前記内燃機関の出力を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記クランク角検出手段の検出結果が正常か否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果が正常である場合に、前記クランク角と前記カム角の角度差を、前記クランク角信号および前記カム角信号に基づいて算出する角度差算出手段と、前記角度差算出手段の算出した角度差を学習値として記憶する記憶手段と、前記カム角信号と前記記憶手段に記憶された学習値とに基づいて疑似クランク角信号を生成する疑似クランク角信号生成手段と、を備え、前記制御手段は、前記判定手段の判定結果が正常である場合に、前記記憶手段に前記学習値を記憶させ、前記判定結果が正常でない場合に、前記疑似クランク角信号に基づいて、前記内燃機関を制御することを特徴とする。
【００１２】
この構成により、判定手段が、クランク角検出手段の出力するクランク角信号に基づいて正常な運転と判定した場合には、制御手段がクランク角とカム角の角度差を学習値として記憶手段に記憶しておくとともに、クランク角信号が正常でない場合は、制御手段がカム角検出手段の出力するカム角信号と記憶手段に記憶された学習値に基づいて疑似クランク角信号を生成することができる。したがって、クランク角信号が正常でない場合にも、クランク角信号が正常に出力されている場合と同様に内燃機関を制御することが可能である。結果として、クランク角検出手段の出力が正常でない場合においても、クランク角とカム角の角度差を学習値としてフェールセーフ制御に反映し、内燃機関内の燃焼状態を安定させ正常な運転を可能にすることができる。
【００１３】
また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（２）前記疑似クランク角信号生成手段は、前記カム角信号の所定の出力タイミングの時間間隔を等分して得られるタイミングに基づいて前記疑似クランク角信号を生成することを特徴とする。
【００１４】
この構成により、疑似クランク角信号生成手段の生成するクランク角信号のパルス数が、カムシャフトの回転に伴って発生するカム角信号の周波数に対して整数倍に高められている。このように高められた周波数に対応して、回転角度に対する制御の精度が高められる。
【００１５】
また、上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置において、（３）前記判定手段は、前記クランク角信号の波形に基づいて前記クランク角検出手段の検出結果が正常か否かを判定することを特徴とする。
【００１６】
この構成により、判定手段が、クランク角信号の波形に基づいてクランク角検出手段の検出結果が正常か否かを正確に判定できるので判定精度を向上できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、クランク角信号のフェール時におけるフェールセーフをより確実にし、クランク角検出手段の出力が正常でない場合においても、プレイグニッションやノッキングの発生を回避し、内燃機関内の燃焼状態を安定させ、正常な運転を可能にすることができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るエンジンの概略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るエンジンの概略斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るエンジンのクランクシャフトに設けられたクランクロータの側面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係るエンジンに設けられたクランク角センサの出力するクランク角信号を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施の形態に係るエンジンの吸気カムシャフトに設けられた吸気カムロータの側面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係るエンジンに設けられた吸気カム角センサの出力するカム角信号を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置の制御部分を示す機能ブロック図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵにおけるクランク角信号、カム角信号およびクランクカウンタの関係を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵにおけるフェールセーフ用の角度差を学習する工程を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵにおけるフェールセーフ状態における内燃機関の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態における車両１０は、動力源としてのエンジン２０と、エンジン２０において発生した動力を伝達するとともに車両１０の走行状態等に応じて変速比を変化させるトランスミッション３０と、トランスミッション３０から伝達された動力をドライブシャフト５１Ｌ、５１Ｒに分配するディファレンシャル機構４０と、ドライブシャフト５１Ｌ、５１Ｒから伝達された動力により回転させられ、車両１０を駆動させる駆動輪５２Ｌ、５２Ｒと、車両１０の各部を統括的に制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００と、を備えている。なお、本実施形態に係るＥＣＵ１００は、本発明に係る制御手段を構成している。
【００２１】
図２に示すように、エンジン２０は、内燃機関によって構成されており、シリンダブロック２１０と、シリンダブロック２１０の上部に固定されたシリンダヘッド２２０と、オイルを収納するオイルパン２３０とを備え、シリンダブロック２１０と、シリンダヘッド２２０とによって各気筒が形成されている。
【００２２】
なお、本実施の形態において、エンジン２０は、直列４気筒のガソリンエンジンによって構成されているものとして説明するが、本発明においては、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジンまたは水平対向６気筒エンジンなどの種々の型式のエンジンによって構成されていてもよい。ここで、図２に示すエンジン２０は、直列に配置された４つの気筒のうちの１つ気筒２１が図示されている。
【００２３】
各気筒２１には、ピストン２１１が往復動可能に収納され、シリンダブロック２１０、シリンダヘッド２２０およびピストン２１１によって、各気筒２１の燃焼室２０１が形成されている。
【００２４】
なお、本実施の形態において、エンジン２０は、ピストン２１１が２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う、４サイクルのガソリンエンジンによって構成されているものとして説明する。
【００２５】
また、エンジン２０は、クランクシャフト２１３を備え、クランクシャフト２１３は、各気筒２１に収納されたピストン２１１とコネクティングロッド２１２を介して連結されている。コネクティングロッド２１２は、ピストン２１１の往復動をクランクシャフト２１３の回転運動に変換するようになっている。
【００２６】
従って、エンジン２０は、燃焼室２０１で燃料と空気との混合気を燃焼させることによりピストン２１１を往復動させ、コネクティングロッド２１２を介してクランクシャフト２１３を回転させることにより、トランスミッション３０に動力を伝達するようになっている。なお、エンジン２０に用いられる燃料は、ガソリンもしくは軽油等の炭化水素系の燃料またはエタノール等のアルコールとガソリンとを混合したアルコール燃料であってもよい。
【００２７】
エンジン２０には、車外から流入した空気を清浄するエアクリーナ３１２と、清浄された空気を燃焼室２０１に導入するためにシリンダヘッド２２０に連結されている吸気管３１１と、燃焼室２０１に導入される空気の流量を調整するためのスロットルバルブ３１３と、スロットルバルブ３１３の開度を検出するスロットルセンサ１３５と、燃焼室２０１のなかで混合気の燃焼によって発生した排気ガスを車外に排出するためにシリンダヘッド２２０に連結されている排気管３２１と、排気ガス中の有害物質を酸化還元浄化するために排気管３２１に設けられた触媒コンバータ３２２と、が設けられている。
【００２８】
エアクリーナ３１２は、例えば、内部に収容した紙または合成繊維の不織布のフィルターにより、吸入空気中の異物を除去するようになっている。
【００２９】
スロットルバルブ３１３は、薄い円板状の弁体によって構成され、この弁体の中央にシャフトを備えている。スロットルバルブ３１３には、ＥＣＵ１００の制御に応じてシャフトを回動させることによって弁体を回動させ、吸気管３１１における空気の流量を変更するスロットルバルブアクチュエータ３１４が設けられている。
【００３０】
触媒コンバータ３２２は、一般に、排気ガスに含まれる未燃炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害物質を効率的に除去することができる三元触媒を備えている。この三元触媒は、好ましくはＮＯｘ含有率の高い排気ガスからでも、ＮＯｘを効率的に除去する機能を有するものが用いられる。
【００３１】
シリンダヘッド２２０には、吸気管３１１と燃焼室２０１とを連通させる吸気ポート２２１と、燃焼室２０１と排気管３２１とを連通させる排気ポート２２２とが形成されている。
【００３２】
また、シリンダヘッド２２０には、吸気管３１１から燃焼室２０１への燃焼用空気の導入を制御するための吸気バルブ２２３と、燃焼室２０１から排気管３２１への排気ガスの排出を制御するための排気バルブ２２４と、燃焼室２０１内に燃料を噴射するためのインジェクタ２２５と、燃焼室２０１内の混合気に点火するための点火プラグ２２６と、が取り付けられている。
【００３３】
インジェクタ２２５は、ＥＣＵ１００によって制御されるソレノイドコイルおよびニードルバルブを有している。インジェクタ２２５には、所定の圧力で燃料が供給されている。インジェクタ２２５は、ＥＣＵ１００によってソレノイドコイルが通電されると、ニードルバルブを開いて、燃焼室２０１に燃料を噴射するようになっている。
【００３４】
点火プラグ２２６は、プラチナやイリジウム合金製の電極を有する公知の点火プラグによって構成されている。点火プラグ２２６は、ＥＣＵ１００によって電極が通電されることにより放電し、燃焼室２０１内の混合気に点火するようになっている。
【００３５】
図３に示すように、エンジン２０には、シリンダヘッド２２０の上部に、吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２が、回転可能に設けられている。
【００３６】
吸気カムシャフト２４１には、吸気バルブ２２３の上端に当接する吸気カム２４３が設けられている。吸気カムシャフト２４１が回転すると、吸気カム２４３が吸気バルブ２２３を開閉駆動し、吸気ポート２２１と燃焼室２０１との間が開閉されるようになっている。
【００３７】
排気カムシャフト２４２には、排気バルブ２２４の上端に当接する排気カム２４４が設けられている。排気カムシャフト２４２が回転すると、排気カム２４４が排気バルブ２２４を開閉駆動し、燃焼室２０１と排気ポート２２２との間が開閉されるようになっている。
【００３８】
吸気カムシャフト２４１の一端部には、吸気カムスプロケット２４５と、吸気カムシャフト２４１を吸気カムスプロケット２４５に対して回転させる吸気側回転位相コントローラ２４７と、が設けられている。
【００３９】
吸気側回転位相コントローラ２４７は、ＥＣＵ１００に制御されることにより、吸気カムシャフト２４１を吸気カムスプロケット２４５に対して回転させ、進角制御および遅角制御を行うことができるようになっている。
【００４０】
排気カムシャフト２４２の一端部には、排気カムスプロケット２４６と、排気カムシャフト２４２を排気カムスプロケット２４６に対して回転させる排気側回転位相コントローラ２４８と、が設けられている。
【００４１】
排気側回転位相コントローラ２４８は、ＥＣＵ１００に制御されることにより、排気カムシャフト２４２を排気カムスプロケット２４６に対して回転させ、進角制御および遅角制御を行うことができるようになっている。
【００４２】
なお、後述するように、クランク角に対するカム角の相対位置のズレが、製造時のバラツキおよび経年劣化等により生じることがある。この相対位置のズレとは、設計中央からのズレであり、本発明に係る角度差を意味する。この角度差が各種の弊害をもたらす原因となる。したがって、ＥＣＵ１００は、前記角度差を相殺するように前記進角制御または遅角制御し、設計中央のタイミング設定を維持してエンジン２０本来の性能を発揮させる。
【００４３】
クランクシャフト２１３の一端部には、クランクスプロケット２４９が設けられている。吸気カムスプロケット２４５、排気カムスプロケット２４６およびクランクスプロケット２４９には、タイミングベルト２５０が巻き掛けられている。タイミングベルト２５０は、クランクスプロケット２４９の回転を吸気カムスプロケット２４５および排気カムスプロケット２４６に伝達するようになっている。
【００４４】
従って、タイミングベルト２５０によって、クランクシャフト２１３の回転が、吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２に伝達されることにより、吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２に駆動される吸気バルブ２２３および排気バルブ２２４が、クランクシャフト２１３に同期して吸気ポート２２１および排気ポート２２２を開閉する。
【００４５】
また、エンジン２０には、タイミングベルト２５０の経路を規制するテンショナ２５１が設けられている。テンショナ２５１は、吸気カムスプロケット２４５、排気カムスプロケット２４６およびクランクスプロケット２４９からタイミングベルト２５０が外れることを防止するために、タイミングベルト２５０に適度なテンションを与えるようになっている。
【００４６】
クランクシャフト２１３には、クランクシャフト２１３とともに回転するクランクロータ２５４が設けられている。車両１０は、クランクロータ２５４の回転角を検出するためのクランク角センサ１３１を備えている。なお、本実施形態に係るクランク角センサ１３１は、本発明に係るクランク角検出手段を形成する。
【００４７】
図４に示すように、クランクロータ２５４は、外周に１０°ごとに信号歯が設けられ、上死点検出用に２歯欠歯した部分が１箇所あり、全周で３４歯の信号歯が設けられている。
【００４８】
クランク角センサ１３１は、磁気抵抗素子（ＭＲＥ：Magnetic Resistance Element）を有するＭＲＥセンサによって構成されている。クランクシャフト２１３が回転すると、クランクロータ２５４に設けられた歯の山と谷により、クランク角センサ１３１にかかる磁界の方向、すなわち、磁気ベクトルが変化し、内部抵抗値が変化する。
【００４９】
クランク角センサ１３１は、図５に示すように、この抵抗値変化を電圧に変換した上で出力される波形と、閾値とを比較することにより、交互にＨｉｇｈ状態とＬｏｗ状態になる矩形波に整形したクランク角信号を生成し、生成したクランク角信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。
【００５０】
また、クランク角センサ１３１は、クランクロータ２５４により、クランクシャフト２１３の回転角を１０°ごとに検出させるとともに、クランクロータ２５４の欠歯した箇所で、クランクシャフト２１３の回転位置を検出させることができるようになっている。なお、前記欠歯した箇所は図９の実線６２で示すクランク角信号Ｌｏｗ状態の位置に該当する。
【００５１】
図３において、クランクシャフト２１３の他端には、クランクシャフト２１３とともに回転するフライホイール２５８が設けられている。車両１０は、エンジン２０の始動時にフライホイール２５８を回転させるための図示しないスタータを備えている。
【００５２】
フライホイール２５８は、リングギアによって構成されている。スタータは、バッテリを電源として駆動するモータと、モータによって回転されるピニオンギアとを有している。スタータは、エンジン２０の始動時にフライホイール２５８にピニオンギアを歯合させてモータを駆動させることにより、クランクシャフト２１３を回転させる一方で、エンジン２０が始動した後には、フライホイール２５８からピニオンギアを離隔し、モータを停止するようになっている。
【００５３】
吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２は、クランクシャフト２１３が２周する間に１周するようになっている。従って、クランクシャフト２１３の回転角を基準にし、吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２の回転角をクランクシャフト２１３の回転角を示す「ＣＡ」を用いて以下に説明する。なお、以下の説明において、吸気カムシャフト２４１と排気カムシャフト２４２とを区別する必要がない場合には、カムシャフト２３２として説明する。
【００５４】
吸気カムシャフト２４１には、吸気カムシャフト２４１とともに回転する吸気カムロータ２５５が設けられている。また、排気カムシャフト２４２には、排気カムシャフト２４２とともに回転する排気カムロータ２５６が設けられている。車両１０は、吸気カムロータ２５５および排気カムロータ２５６の回転角をそれぞれ検出するための吸気カム角センサ１３９および排気カム角センサ１４０を備えている。なお、本実施形態に係る吸気カム角センサ１３９および排気カム角センサ１４０は本発明に係るカム角検出手段を構成している。なお、以下の説明において、吸気カム角センサ１３９と排気カム角センサ１４０とを区別する必要がない場合には、カム角センサ１３０として説明する。
【００５５】
ここで、ＥＣＵ１００がクランク角センサ１３１とカム角センサ１３０の両方からそれぞれクランク角信号とカム角信号を得る必要性について説明する。前述したように４サイクルエンジンではクランクシャフト２１３が２回転する間にカムシャフト２３２は１回転する。クランク角信号だけでは、例えばピストンが上昇している時に、それがどの気筒の圧縮行程なのか排気行程なのかがわからないので、カム角信号でそれを判別する必要がある。これを気筒判別という。
【００５６】
また、カム角よりもクランク角のほうが分解能が高く、カム角信号はタイミングベルト２５０の影響を受けるため、時期を制御するのはクランク角信号の方がより高精度である。このため、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１とカム角センサ１３０の両方から、それぞれ性質の異なるクランク角信号とカム角信号の情報を得て、点火時期、燃料噴射時期、噴射量を算出している。
【００５７】
図６に示すように、吸気カムロータ２５５は、外周に山と谷が形成されている。本実施の形態における吸気カムロータ２５５は、順に６０°ＣＡの谷、１８０°ＣＡの山、１８０°ＣＡの谷、６０°ＣＡの山、１２０°ＣＡの谷、１２０°ＣＡの山が形成されている。
【００５８】
吸気カム角センサ１３９は、クランク角センサ１３１と同様に構成され、図７に示すように、吸気カムシャフト２４１が回転すると、吸気カムロータ２５５に形成された山と谷に対応する矩形波を吸気カムシャフト２４１のカム角信号として生成し、生成したカム角信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。
【００５９】
排気カムロータ２５６は、吸気カム角センサ１３９と同様に構成され、吸気カムロータ２５５と比較して６０°ＣＡずれた状態で、排気カムシャフト２４２に設けられている。
【００６０】
排気カム角センサ１４０は、吸気カム角センサ１３９と同様に構成され、排気カムシャフト２４２が回転すると、排気カムロータ２５６に形成された山と谷に対応する矩形波を排気カムシャフト２４２のカム角信号として生成し、生成したカム角信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。
【００６１】
図８に示すように、ＥＣＵ１００の入力側には、クランク角センサ１３１、吸気カム角センサ１３９、排気カム角センサ１４０およびスロットルセンサ１３５に加え、スタータを駆動するためのスタートスイッチ１３４と、その他各種センサとが接続されている。
【００６２】
一方、ＥＣＵ１００の出力側には、インジェクタ２２５、点火プラグ２２６、スロットルバルブアクチュエータ３１４等の制御対象とするデバイスが接続されている。
【００６３】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１００ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１００ｃ、バックアップメモリ１００ｄおよび入出力インターフェース回路を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。このＣＰＵ１００ａがＲＡＭ１００ｃの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭ１００ｂに記憶されたプログラムに従って演算処理の動作をすることにより、ＥＣＵ１００は、車両１０の各部を統括的に制御するようになっている。また、本実施形態に係るＥＣＵ１００は、本発明に係る記憶手段を構成する。
【００６４】
ここで、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するＥＣＵ１００の構成について説明する。
【００６５】
ＥＣＵ１００はクランクシャフト２１３とカムシャフト２３２それぞれの回転に応じたパルス信号、すなわちクランク角信号とカム角信号に基づいて気筒判別するとともに、点火時期、燃料噴射時期、噴射量を算出している。
【００６６】
ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１からクランク角信号が正常に得られない場合に、カム角信号に基づいてエンジン２０を制御するようになっている。
【００６７】
ＥＣＵ１００は、クランク角信号が正常に得られている正常状態と、クランク角信号が正常に得られていないフェールセーフ状態との何れか一方の状態であることを判別して、それぞれの状態に応じた制御を実行するようになっている。ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１から出力されるクランク角信号が正常に得られているか否かを判断するダイアグアプリケーションを常に実行するようになっている。
【００６８】
例えば、ダイアグアプリケーションは、カム角信号やカム角信号の各エッジ間に検出されるクランク角信号のエッジが予め定められた数より少ないとき、クランク角信号の信号レベルが予め定められた範囲から外れたときなど、すなわち既定のパルス波形と異なる場合に、クランク角信号が正常に得られていないと判断するようになっている。
【００６９】
ＥＣＵ１００は、ダイアグアプリケーションによってクランク角信号が正常に得られていると判断された場合には、正常状態であることを認識し、ダイアグアプリケーションによってクランク角信号が正常に得られていないと判断された場合には、フェールセーフ状態であることを認識し、フェールセーフ状態に応じた制御を実行するようになっている。なお、本実施形態に係るダイアグアプリケーションおよびＥＣＵ１００は、本発明に係る判定手段を構成する。
【００７０】
次に、ＥＣＵ１００の構成について正常状態と、フェールセーフ状態とに分けて説明する。
【００７１】
（正常状態）
正常状態において、ＥＣＵ１００は、図９に示すように、クランクカウンタ７２を生成するようになっている。つまり、クランク角センサ１３１によって出力されたクランクシャフト２１３の１０°ごとのクランク角信号の３歯分、すなわち、クランクシャフト２１３が３０°回転したときに１カウントして階段状に電圧上昇する。そして、１周期７２０°ごとに電圧をＬｏｗ状態にリセットするようになっている。なお、図９において、クランク角信号Ｌｏｗ状態のタイミング６２は、クランクロータ２５４の欠歯をクランク角センサ１３１が検出したタイミングに対応する。
【００７２】
このクランクカウンタ７２は、特定の気筒、例えば、タイミングベルト２５０に最も近い側の不図示の気筒におけるピストン２１１の上死点から次の上死点までを、カウントするようになっている。
【００７３】
ＥＣＵ１００は、クランクカウンタ７２のカウント周期に基づいてエンジン回転速度を算出するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、クランクカウンタ７２のカウント値に基づいて、点火プラグ２２６の点火タイミングやインジェクタ２２５の燃料噴射タイミング等の制御タイミングを気筒ごとに規定する。
【００７４】
また、ＥＣＵ１００は、カムシャフト２３２の回転角を検出するカム角センサ１３０から出力されるカム角信号の立ち上がりエッジＤ１および立ち下がりエッジＤ２のうち、クランク角信号６１における欠歯６２に相当するＬｏｗ状態が終わった直後の最初に発生する１パルスの立ち下がりエッジＤ２に対応するＤ２エッジを検出するようになっている。以下、立ち下がりエッジＤ２を所定タイミングＤ２ともいう。
【００７５】
また、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態となったときに備えて、カム角信号のエッジをカウントするカム角カウンタを生成するようになっている。また、カム角カウンタは、正常状態において、カム角信号のみならずクランク角信号、すなわちクランクカウンタ７２のカウント値に同期して、カウント値を繰り返し計数している。
【００７６】
（フェールセーフ状態）
フェールセーフ状態において、ＥＣＵ１００は、正常状態にあるときと同様に、カム角信号のエッジを検出するとともに、フェールセーフ制御を実行することにより、エンジン２０を制御するために最適な状態、すなわちカム角信号が設計中央である場合と等しい状態を維持するようになっている。
【００７７】
例えば、ＥＣＵ１００は、図９に示す設計中央のカム角信号６３の立ち上がりエッジＤ１と所定タイミングＤ２に基づいてカムシャフト２３２の回転速度を算出し、６０°ＣＡ信号を生成する。この６０°ＣＡ信号のタイミングは、図９に示す学習値ゼロのタイミングである。また、カム角信号が図９に示す遅角ズレあるいは進角ズレを起こしている場合には、ＥＣＵ１００は、後述する演算処理を実行し、カム角信号のタイミングに対し学習値を用いてタイミングを補正することにより疑似クランク角信号を生成するようになっている。
【００７８】
ここで、学習値とは、ＥＣＵ１００が制御することによって補正すべき角度差のことである。また、角度差は、前述したように、製造時のバラツキおよび経年劣化等で、所定クランク角に対する所定カム角の相対位置が設計中央から外れて生じる。この角度差が各種制御の精度の低下をもたらす原因となる。したがって、ＥＣＵ１００は、正常状態において所定の条件が成立している場合に、この角度差を学習値として記憶しておき、フェールセーフ状態に移行した場合に、この学習値により表される角度差を用いてクランクカウンタのタイミングを補正するようになっている。なお、カム角信号に対するタイミングの補正量は、学習値によって表される角度差を、カムシャフト２３２の回転速度で割ることにより得られる。
【００７９】
図９において、実線７０は設計中央のカム角信号６３に対する遅角ズレを伴うカム角信号である。実線６９は設計中央のカム角信号６３に対する進角ズレを伴うカム角信号である。立ち下がりエッジＤ３は所定タイミングＤ２に対する遅角ズレのタイミングであり、遅角ズレのタイミングＤ３ともいう。逆に、立ち下がりエッジＤ４は所定タイミングＤ２に対する進角ズレのタイミングであり、進角ズレタイミングＤ４ともいう。
【００８０】
クランクカウンタ７１は、ＥＣＵ１００が進角ズレ角度を学習して、その学習値に応じた補正をしない場合に生成されるクランクカウンタ値である。すなわち、ＥＣＵ１００が学習値をフェールセーフ制御に反映させる前のクランクカウンタ値である。学習値による補正が行われない場合、ＥＣＵ１００は、立ち上がりエッジＤ５を検出することによりクランクカウンタの１歯目を形成するため、クランクカウンタ７１はクランクカウンタ７２に対して、所定タイミングＤ２と進角ズレタイミングＤ４との差に相当する進角ズレが生じている。なお、本実施形態に係るズレは、本発明に係る角度差に対応した値を表している。
【００８１】
一方、学習値に応じた補正が行われる場合には、ＥＣＵ１００は、立ち上がりエッジＤ５を検出しても、この検出から学習値分だけ遅らせたタイミングでクランクカウンタの１歯目を形成するようになっている。このように生成されたクランクカウンタ７２は、遅角ズレや進角ズレがない場合の立ち上がりエッジＤ１の時点から階段状に電圧が上昇する波形と一致する。
【００８２】
なお、クランクカウンタ７２の階段１つ分の時間は、立ち上がりエッジＤ１から所定タイミングＤ２までの信号Ｈｉｇｈ状態の時間、すなわち６０°ＣＡの回転にかかる時間に対し１／２の時間に設定されている。そのため、クランクカウンタ７２は、立ち上がりエッジＤ１のタイミングでリセットされた後、先述した正常状態と同様に３０°ＣＡ刻みで２４段を階段状に電圧上昇して７２０°ＣＡ／２回転するごとにリセットされる。
【００８３】
したがって、ＥＣＵ１００は、学習値が反映されたクランクカウンタ７２に基づいた疑似クランク角信号を用いることで、角度差の発生による影響を抑制した状態でエンジン２０の制御を実行することができる。したがって、より正確なタイミングでエンジン２０をフェールセーフ制御することが可能となる。これにより、製造時のバラツキおよび経年劣化等で、所定クランク角に対する所定カム角の相対位置が設計中央から外れて生じた角度差がもたらす各種制御の精度の低下を解消することができる。
【００８４】
次に、本実施の形態におけるエンジン２０の制御処理の動作について、図１０および図１１に示すフローチャートを参照して説明する。図１０は正常運転時にクランク角とカム角の相対位置関係（タイミング）のズレを学習する制御処理の動作を示すフローチャートである。図１１はクランク角センサ１３１が正常でない場合に疑似クランク角信号を生成する制御処理の動作を示すフローチャートである。
【００８５】
なお、図１０に示すフローチャートは、ＥＣＵ１００によって、ＲＡＭ１００ｃを作業領域として実行されるエンジン２０の制御処理のプログラムの実行内容を表す。このエンジン２０の制御処理のプログラムは、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１００ｂに記憶されている。また、このエンジン２０の制御処理は、ＥＣＵ１００によって、イグニッションのオンからオフまでの間に、予め定められた時間間隔で実行されるようになっている。例えば、イグニッションオンの状態で１時間に１回、あるいはカレンダーに連動して前回実行した時から、約１か月程度の間隔をあけた日など、予め設定された時間間隔で実行される。
【００８６】
図１０に示すように、まず、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１に異常が発生しているか否かの判定を行う（ステップＳ１）。具体的には、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１の信号波形が上述したような異常な波形となっているか否かを判定する。
【００８７】
ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１が異常でない、すなわち、クランク角センサ１３１が正常動作であると判定した場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、安定したアイドル運転が実行されているか否かを判定する（ステップＳ２）。このステップにおいて、ＥＣＵ１００は、例えば、ステップＳ１で得られた波形に基づき、エンジン回転数の変動が所定の範囲内に収まっているか否か、また、図示しないアクセルペダルが踏み込まれていないか否かを判定する。ＥＣＵ１００は、エンジン回転数の変動が所定の範囲内に収まっており、アクセルペダルが踏み込まれておらず、安定したアイドル運転であると判定した場合には（ステップＳ２でＹＥＳと判定）、クランク角センサ１３１に対するフェールセーフを実行することなく、下記式（１）に示すように角度差を学習値として記憶する。すなわち、所定のカム角と所定クランク角との角度差を学習値として記憶する（ステップＳ３）。
学習値  ＝  所定カム角  −  所定クランク角      （１）
【００８８】
具体的には、ＥＣＵ１００が、吸気カム角センサ１３９および排気カム角センサ１４０の出力するカム角信号と、クランク角センサ１３１の出力するクランク角信号に基づいて演算処理し、角度差を学習値としてＲＡＭ１００ｃに記憶する。
【００８９】
なお、ＥＣＵ１００は、クランク角センサが正常でないと判定したり（ステップＳ１でＮＯ）、安定したアイドル運転ではないと判定した場合には（ステップＳ２でＮＯ）、学習値を更新することなくリターンに移行する。
【００９０】
一方、ＥＣＵ１００は、フェールセーフを実行する必要があるか否かを判定するため、図１１に示すように、クランク角センサ１３１が異常であるか否かの判定を行う（ステップＳ１１）。具体的には、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１の信号波形が上述した異常を表す波形となっているか否かを判定する。
【００９１】
ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１が異常である、すなわち、クランク角センサ１３１が正常に動作していないと判定した場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、クランク角センサ１３１に対するフェールセーフを実行するために、疑似クランク角信号を生成し、エンジン２０の制御処理を実行する（ステップＳ１２）。
【００９２】
具体的には、ＥＣＵ１００は、ＲＡＭ１００ｃに記憶されている学習値に基づいて生成した疑似クランク角信号に基づいてエンジン２０を制御する。すなわち、ＥＣＵ１００は、下記式（２）のように演算処理する。
推定クランク位置
＝  カム角信号により仮設定したクランク角  ＋  学習値      （２）
【００９３】
なお、本実施の形態においては、クランク角は６０°ＣＡに仮設定されている。図９に沿って説明したとおり、ＥＣＵ１００が、進角ズレを含むカム角信号（実線６９）の立ち上がりエッジＤ５と立ち下がりエッジＤ４に基づいて回転速度を算出し、６０°ＣＡ信号を生成する。ＥＣＵ１００は、この６０°ＣＡ信号に基づいて、図示しない電子回路等を用いてクランクカウンタを生成する。この際、ＥＣＵ１００は、立ち上がりエッジＤ５に、上記演算処理により得られた学習値およびカムシャフト２３２の回転速度から求まるタイミング誤差を反映させるとともに、立ち上がりエッジＤ５と立ち下がりエッジＤ４との時間間隔を２等分したタイミングを用いることにより、３０°ＣＡごとに電圧上昇するクランクカウンタ７２が生成される。
【００９４】
このようにして、クランク角信号のフェール時、すなわちクランク角センサ１３１の出力が正常でない場合においても、ＥＣＵ１００が、カム角センサ１３０の出力から疑似クランク角信号を生成し、従来のクランク角信号のフェール時と比較してエンジン２０に対するより正確な制御を可能にした。
【００９５】
一方、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１が異常でない、すなわち、クランク角センサ１３１が正常に動作していると判定した場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、クランク角センサ１３１に対するフェールセーフを実行することなく、本制御処理を終了する。
【００９６】
したがって、クランク角信号のフェール時、すなわちクランク角センサ１３１の出力が正常でない場合においても、ＥＣＵ１００が、カム角センサ１３０の出力から疑似クランク角信号を生成し、エンジン２０に対するより正確な制御を可能にした。このように、フェール時においても、エンジン２０内の燃焼状態を安定させ、エンジンストールの事態を回避することが可能である。例えば、当該エンジン２０を搭載した車両に、クランク角センサ１３１の異常が発生した時、その車両を修理するための修理工場まで自力走行させられない不具合、プレイグニッションやノッキングの発生、さらに排気管３２１の経路に延設された触媒コンバータ３２２内の触媒を排気の高熱で傷めるような不具合を回避し、正常な運転を可能にすることができる。
【００９７】
以上のように、本発明の実施の形態に係るＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１の出力するクランク角信号に基づいて正常な運転と判定した場合には、ＥＣＵ１００がクランク角とカム角の角度差を学習値として記憶しておくとともに、クランク角信号が正常でない場合は、ＥＣＵ１００がカム角センサ１３０の出力するカム角信号と記憶した学習値に基づいて疑似クランク角信号を生成することができる。したがって、クランク角信号が正常でない場合にも、クランク角信号が正常に出力されている場合と同様にエンジン２０を制御することが可能である。結果として、クランク角センサ１３１の出力が正常でない場合においても、クランク角とカム角の角度差を学習値としてフェールセーフ制御に反映し、エンジン２０内の燃焼状態を安定させ正常な運転を可能にすることができる。
【００９８】
なお、上述した実施の形態においては、１つのＥＣＵを有するものとして説明したが、これに限らず、複数のＥＣＵによって構成されるものであってもよい。例えば、エンジン２０の燃焼制御を実行するＥ−ＥＣＵ、トランスミッション３０の変速制御を実行するＴ−ＥＣＵ等の複数のＥＣＵによって、本実施の形態のＥＣＵ１００が構成されるものであってもよい。
【００９９】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、クランク角信号のフェール時におけるフェールセーフをより確実にし、クランク角検出手段の出力が正常でない場合においても、プレイグニッションやノッキングの発生を回避し、内燃機関内の燃焼状態を安定させ、正常な運転を可能にすることができるという効果を奏するものであり、点火プラグの点火タイミングやインジェクタの燃料噴射タイミングを制御する内燃機関の制御装置として有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１０  車両
２０  エンジン
２１  気筒
６１  クランク角信号
６３  カム角信号
６９  カム角信号
７２  クランクカウンタ
１００  ＥＣＵ（制御装置、制御手段、判定手段、記憶手段、角度差算出手段、疑似クランク角信号生成手段）
１３０  カム角センサ（カム角検出手段）
１３１  クランク角センサ（クランク角検出手段）
１３４  スタートスイッチ
１３５  スロットルセンサ
１３９  吸気カム角センサ（カム角検出手段）
１４０  排気カム角センサ（カム角検出手段）
２１１  ピストン
２１３  クランクシャフト
２２３  吸気バルブ
２２４  排気バルブ
２２５  インジェクタ
２２６  点火プラグ
２３２  カムシャフト
２４１  吸気カムシャフト
２４２  排気カムシャフト
２４３  吸気カム
２４４  排気カム
２４７  吸気側回転位相コントローラ
２４８  排気側回転位相コントローラ
２４９  クランクスプロケット
【図１】
2013167223.tif 000003
【図２】
2013167223.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013167223.tif 000006
【図５】
2013167223.tif 000007
【図６】
2013167223.tif 000008
【図７】
2013167223.tif 000009
【図８】
2013167223.tif 000010
【図９】
2013167223.tif 000011
【図１０】
2013167223.tif 000012
【図１１】
2013167223.tif 000013