(57)【要約】【課題】加減速時においてもその速度変化に追従してカウントアップすることでクランク位置の算出精度を向上することができるクランクカウンタを備える電子制御装置を提供する。【解決手段】電子制御装置は、クランク角信号間におけるクランク位置を求めるクランクカウンタを備え、クランクカウンタは、クランクエッジ毎に、次のクランクエッジまでの最小カウント幅に対応する時間を傾き値として決定し、傾き値に基づいて次のクランクエッジまでのクランク位置を求めるものであって、クランクエッジの時間間隔からクランクエッジの加速度を算出し、加速度を傾き値に反映させる。【選択図】図２
2016217220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１１）に設けられたクランク角センサ（２６）から一定クランク角毎のクランクエッジで出力されるクランク角信号に基づいて前記内燃機関の制御を行う電子制御装置（２８）であって、
前記クランク角信号間におけるクランク位置を求めるクランクカウンタを備え、
前記クランクカウンタは、
前記クランクエッジ毎に、次の前記クランクエッジまでの最小カウント幅に対応する時間を傾き値として決定し、前記傾き値に基づいて次の前記クランクエッジまでの前記クランク位置を求めるものであって、
前記クランクエッジの時間間隔から前記クランクエッジの加速度を算出し、前記加速度を前記傾き値に反映させる、ことを特徴とする電子制御装置。
【請求項２】
前記クランクカウンタは、直前の前記クランクエッジにおける前記クランクエッジの速度と、現時点の前記クランクエッジにおける前記クランクエッジの速度と、に基づいて前記加速度を求める、ことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
【請求項３】
スロットル開度信号に基づいてスロットル開度変化率を算出し、前記スロットル開度変化率から推定される前記加速度の変化を前記傾き値に反映させる、ことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
【請求項４】
前記加速度の変化に基づいて加速度変化率を算出し、前記加速度変化率から推定される前記加速度の変化を前記傾き値に反映させる、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に設けられたクランク角センサから一定クランク角毎のクランクエッジで出力されるクランク角信号に基づいて内燃機関の制御を行う電子制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に記載されているように、エンジン（内燃機関）の制御システムにおいては、クランク軸に固定されたクランクシャフトロータの外周部に複数の突起を等間隔で設け、このクランクシャフトロータの外周部に対向するように電磁ピックアップ式のクランク角センサを設置している。クランク位置や回転数演算のため、クランク角センサの出力信号はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）に入力される。
【０００３】
例えば１０°ＣＡ（Ｃｒａｎｋ  Ａｎｇｌｅ）毎のクランクエッジを取るために、クランクシャフトロータに１０°ＣＡ毎に突起が設けられる。クランクシャフトロータが回転すると、突起が断続的に通過するため、それに対向させて取り付けたクランク角センサとのエアギャップが変化し、クランク角センサのコイル部を通過する磁束が増減し起電力が発生する。この増減による電圧の変化をＥＣＵで検出し、クランクエッジを検出している。
【０００４】
ＥＣＵでは、クランク位置を求めるためクランクカウンタを準備している。クランクカウンタは、クランクエッジ（例えば１０°ＣＡ）毎にカウント幅と傾き値（カウンタ１ＬＳＢ（例えば、１°ＣＡ）あたりの時間）をセットする。このようにすることで、クランクエッジ間のクランク位置を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２５３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のクランク角算出方法とその課題について、図６，７，８，９を参照しながら説明する。図７に示されるクランクエッジＴｍ３において、クランクカウンタへ傾き値をセットする場合について説明する。図６のステップＳ６０１において、クランクエッジＴｍ３の時刻を取得する。続くステップＳ６０２において、直前のクランクエッジＴｍ２から今回のクランクエッジＴｍ３までの時間Ｔ２３を算出する。クランクエッジは１０°ＣＡ毎であるので、クランクカウンタの傾き値αは、Ｔ２３／ＬＳＢ（１°ＣＡ）として算出される（ステップＳ６０３）。クランクカウンタ設定レジスタへ、傾き値α（１ＬＳＢ当たりの時間）、ＬＳＢ（１°ＣＡ）、クランク幅（１０°ＣＡ）が格納される。図７に示されるように、クランク軸が定速で回転しているような場合には、このように過去の傾きを外挿するような傾き値の算出方法でも正しく１０°ＣＡ分のカウントアップを行うことができる。
【０００７】
しかしながら、図８に示されるような加速時には正しくカウントアップを行うことができない。図８では、クランクエッジＴｍ１からクランクエッジＴｍ２までは、定速走行しており、クランクエッジＴｍ２から加速が始まっている。クランクエッジＴｍ２では加速することを把握することができないので、クランクエッジＴｍ２において算出した傾き値αに基づいてカウントアップしていると、１０°ＣＡ分をカウントアップするまえに次の有効エッジであるクランクエッジＴｍ３が到達してしまい、領域Ｓ３に示すような段差が発生する。
【０００８】
クランクエッジＴｍ３からクランクエッジＴｍ４にかけても同様な事象が発生し、領域Ｓ４に示すような段差が発生する。例えば、クランクエッジが到達するタイミングよりも早いポイントＰ４ｄにおいて出力パルスをオフしようとしていた場合、クランクカウンタの値がそのポイントに到達するまえに次の有効エッジであるクランクエッジＴｍ４が到達してしまう。例えば、８°ＣＡまでカウントアップした時点で出力パルスをオフしようとしていた場合、８°ＣＡに到達するまえに残りのカウントアップが一気に行われてしまい、ずれたポイントＰ４ｃにおいて出力パルスがオフされてしまうことになる。出力パルスは、燃料噴射や点火の制御に用いられているため、出力パルスをオフにするタイミングは、クランクエッジＴｍ４に対して相対的に定められるべきものである。従って、図８に示す例では、クランクエッジＴｍ４が到達するタイミングよりも更に早く出力パルスをオフにすべきものである。
【０００９】
一方、図９に示されるような減速時にも正しくカウントアップを行うことができない。図９では、クランクエッジＴｍ１からクランクエッジＴｍ２までは、定速走行しており、クランクエッジＴｍ２から減速が始まっている。クランクエッジＴｍ２では減速することを把握することができないので、クランクエッジＴｍ２において算出した傾き値αに基づいてカウントアップしていると、１０°ＣＡをカウントアップしても次の有効エッジであるクランクエッジＴｍ３が到達せず、カウンタ値をホールドするため、領域Ｓ３に示すような段差が発生する。
【００１０】
クランクエッジＴｍ３からクランクエッジＴｍ４にかけても同様な事象が発生し、領域Ｓ４に示すような段差が発生する。区間Ｒ４において出力パルスをオフしようとしても、その前のポイントＰ４ｅで出力パルスがオフされることになる。
【００１１】
このように、加速時及び減速時の双方において制御の追従性が悪くなり、噴射位置や点火位置の精度が悪化する。
【００１２】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加減速時においてもその速度変化に追従してカウントアップすることでクランク角の算出精度を向上することができるクランクカウンタを備える電子制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係る電子制御装置は、内燃機関（１１）に設けられたクランク角センサ（２６）から一定クランク角毎のクランクエッジで出力されるクランク角信号に基づいて前記内燃機関の制御を行う電子制御装置（２８）であって、前記クランク角信号間におけるクランク位置を求めるクランクカウンタを備える。前記クランクカウンタは、前記クランクエッジ毎に、次の前記クランクエッジまでの最小カウント幅に対応する時間を傾き値として決定し、前記傾き値に基づいて次の前記クランクエッジまでの前記クランク位置を求めるものであって、前記クランクエッジの時間間隔から前記クランクエッジの加速度を算出し、前記加速度を前記傾き値に反映させる。
【００１４】
本発明によれば、このように加速度を傾き値に反映させることで、加減速によるカウントアップのずれを補正することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、加減速時においてもその速度変化に追従してカウントアップすることでクランク位置の算出精度を向上することができるクランクカウンタを備える電子制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態であるＥＣＵが用いられるエンジン制御システムを説明するための図である。
【図２】図２は、本実施形態のＥＣＵにおけるクランクカウンタ処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】図３は、本実施形態のＥＣＵにおいて、定速時のクランクカウンタ処理を説明するための図である。
【図４】図４は、本実施形態のＥＣＵにおいて、加速時のクランクカウンタ処理を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態のＥＣＵにおいて、減速時のクランクカウンタ処理を説明するための図である。
【図６】図６は、従来のＥＣＵにおけるクランクカウンタ処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、従来のＥＣＵにおいて、定速時のクランクカウンタ処理を説明するための図である。
【図８】図８は、従来のＥＣＵにおいて、加速時のクランクカウンタ処理を説明するための図である。
【図９】図９は、従来のＥＣＵにおいて、減速時のクランクカウンタ処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１を参照しながら、本発明の実施形態に係るＥＣＵ（電子制御装置）を適用したエンジン制御システム１０について説明する。エンジン制御システム１０は、エンジン１１と、ＥＣＵ２８とを備え、エンジン１１の挙動をＥＣＵ２８が制御するように構成されている。
【００１９】
エンジン１１について説明する。エンジン１１は内燃機関であって、吸気管１２と、スロットルバルブ１３と、サージタンク１４と、吸気マニホールド１６と、吸気ポート１７と、排気管２２と、気筒２９と、を備えている。図１では、１つの気筒２９及びそれに繋がる管系のみを図示しているけれども、エンジン１１は、４つの気筒２９を有する直列４気筒エンジンである。
【００２０】
吸気管１２には、モータ（図示せず）によって開度調節されるスロットルバルブ１３が設けられている。スロットルバルブ１３の上流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ（図示せず）が設けられている。スロットルバルブ１３の下流側には、サージタンク１４が設けられている。このサージタンク１４又はサージタンク１４の下流側に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１５が設けられている。また、サージタンク１４には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１６が設けられている。
【００２１】
吸気マニホールド１６は、吸気ポート１７に繋がれている。吸気ポート１７には、吸気ポート噴射用のポートインジェクタ１８が取り付けられている。吸気ポート１７は、各気筒２９に繋がれている。吸気ポート１７には、気筒２９の筒内（ピストン２９ａ及びシリンダ２９ｂによって画定される室内、以下同じ）における気流強度（スワール流やタンブル流の強度）を制御する気流制御弁２０が設けられている。
【００２２】
気筒２９は、ピストン２９ａ及びシリンダ２９ｂによって構成されている。筒内インジェクタ１９が、シリンダ２９ｂ上方のシリンダヘッド２９ｃに設けられている。筒内インジェクタ１９は、気筒２９の筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射用の燃料噴射装置である。シリンダヘッド２９ｃには、各気筒２９に対応するように点火プラグ２１が設けられている。点火プラグ２１の火花放電によって、各気筒２９の筒内混合気に着火される。
【００２３】
各気筒２９には、排気管２２が繋がれている。排気管２２には、排出ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２３が設けられている。この空燃比センサ２３の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒（図示せず）が設けられている。
【００２４】
各気筒２９を含むシリンダブロックには、冷却水温センサ２４が設けられている。各ピストン２９ａには、クランク軸２５が繋がれている。クランク軸２５は、ピストン２９ａの往復運動を円運動に変換するものである。クランク軸２５の外側には、クランク角センサ２６が設けられている。クランク角センサ２６は、クランク軸２５が所定クランク角回転する毎にパルス信号（クランク角信号）を出力する。このクランク角センサ２６のクランク角信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。このエンジン制御システム１０には、アクセルセンサ２７が設けられている。アクセルセンサ２７からの出力信号によってアクセル操作量（アクセルペダルの踏込量）が検出される。
【００２５】
吸気管圧力センサ１５、空燃比センサ２３、冷却水温センサ２４、クランク角センサ２６、アクセルセンサ２７、及びエアフロメータからの出力信号は、ＥＣＵ２８に入力される。ＥＣＵ２８は、マイクロコンピュータを主体として構成され、マイクロコンピュータに内蔵されたＲＯＭに記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行する。ＥＣＵ２８は、このプログラムの実行に応じて、スロットルバルブ１３、ポートインジェクタ１８、筒内インジェクタ１９、気流制御弁２０、及び点火プラグ２１に制御信号を出力する。このようにＥＣＵ２８は、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。その際、ＥＣＵ２８は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に応じて、ポートインジェクタ１８、筒内インジェクタ１９の要求噴射量や噴射時期等を設定する。
【００２６】
続いて、図２，３，４，５を参照しながらＥＣＵ２８のクランクカウンタの動作について説明する。ステップＳ２０１では、クランクエッジＴｍ３の時刻を取得する。ステップＳ２０１に続くステップＳ２０２では、クランクエッジＴｍ２からクランクエッジＴｍ３の時間Ｔ２３を算出する。具体的には、時間Ｔ２３＝クランクエッジＴｍ３の時刻−クランクエッジＴｍ２の時刻で算出する。
【００２７】
ステップＳ２０２に続くステップＳ２０３では、クランクエッジＴｍ３における今回エッジ速度を算出する。具体的には、今回エッジ速度Ｖ＝１０°ＣＡ／Ｔ２３で算出する。
【００２８】
ステップＳ２０３に続くステップＳ２０４では、クランクエッジＴｍ２における前回エッジ速度Ｖ０＝Ｖｏｌｄを取得する。前回エッジ速度であるＶｏｌｄは、レジスタに保存されている。
【００２９】
ステップＳ２０４に続くステップＳ２０５では、加速度ａを算出する。具体的には、加速度ａ＝（Ｖ2−Ｖ０2）／（２×Ｌ０）で算出する。これは、Ｖ2−Ｖ０2＝２×ａ×Ｌ０の関係に基づくものである。尚、本実施形態の場合、Ｌ０＝１０°ＣＡである。
【００３０】
ステップＳ２０５に続くステップＳ２０６では、次のエッジであるクランクエッジＴｍ４までにかかる時間Ｔ３４の予測値を算出する。具体的には、時間Ｔ３４＝（（−２×Ｖ０）±√（（−２×Ｖ０）2−４×ａ×（２×Ｌ０−２×Ｌ））／（２×ａ）で算出する。これは、Ｌ−Ｌ０＝（Ｖ０×Ｔ３４）＋（１／２×ａ×Ｔ３４2）の関係に基づくものである。本実施形態の場合、Ｌ０が今回のクランクエッジＴｍ３までの距離であり、Ｌが次回のクランクエッジＴｍ４までの距離であるので、Ｌ０＝１０°ＣＡ、Ｌ＝２０°ＣＡである。
【００３１】
ステップＳ２０６に続くステップＳ２０７では、傾き値αを求める。具体的には、傾き値α＝Ｔ３４／ＬＳＢ（１０°ＣＡ）で算出する。この計算により、１°ＣＡ当たりの時間が求められる。
【００３２】
ステップＳ２０７に続くステップＳ２０８では、今回エッジ速度Ｖを、前回エッジ速度レジスタにＶｏｌｄとして保存する。
【００３３】
ステップＳ２０８に続くステップＳ２０９では、クランクカウンタ設定レジスタへ、傾き値α、ＬＳＢ（１°ＣＡ）、クランク幅（１０°ＣＡ）をセットする。
【００３４】
このように傾き値αを設定すると、加速時にも減速時にも対応することができる。図４は、加速時のクランクカウンタ処理を説明するためのものであって、（Ａ）にクランク信号を、（Ｂ）にクランクカウンタのカウントアップの傾きを、（Ｃ）に出力パルスの一例をそれぞれ示している。
【００３５】
図４に示す例では、クランクエッジＴｍ２から加速が始まっている。クランクエッジＴｍ２では、その後に加速されることが把握できないので、領域Ｓ３では従来と同様の段差が発生する。クランクエッジＴｍ３では、クランクエッジＴｍ２以降の加速を把握することができ、クランクカウンタの傾き値αに反映させることができるので、従来であれば一点鎖線で示すような傾きとして捉えていたところを上方に補正することができる。クランクエッジＴｍ３から８°ＣＡのタイミングで出力パルスをオフしようとする場合に、従来であればポイントＰ４ｂ（クランクエッジＴｍ４のタイミング）にずれてしまっていたところ、狙い通りのポイントＰ４ａでオフすることができる。領域Ｓ４及び領域Ｓ５に示されているように、従来であれば段差が発生していたところ、滑らかにカウントアップを繋げていくことができる。
【００３６】
図５は、減速時のクランクカウンタ処理を説明するためのものであって、（Ａ）にクランク信号を、（Ｂ）にクランクカウンタのカウントアップの傾きを、（Ｃ）に出力パルスの一例をそれぞれ示している。
【００３７】
図５に示す例では、クランクエッジＴｍ２から減速が始まっている。クランクエッジＴｍ２では、その後に減速されることが把握できないので、領域Ｓ３では従来と同様の段差が発生する。クランクエッジＴｍ３では、クランクエッジＴｍ２以降の減速を把握することができ、クランクカウンタの傾き値αに反映させることができるので、従来であれば一点鎖線で示すような傾きとして捉えていたところを下方に補正することができる。クランクエッジＴｍ３から８°ＣＡのタイミングで出力パルスをオフしようとする場合に、従来であればクランクカウンタが８°ＣＡに早く到達していたため、実位置の８°ＣＡより前のタイミングでオフしていたところ、狙い通りのタイミングでオフすることができる。領域Ｓ４及び領域Ｓ５に示されているように、従来であれば段差が発生していたところ、滑らかにカウントアップを繋げていくことができる。
【００３８】
上述したように、ＥＣＵ２８に含まれるクランクカウンタは、クランクエッジ毎に、次のクランクエッジまでのＬＳＢ（最小カウント幅）に対応する時間を傾き値αとして決定し、傾き値αに基づいて次のクランクエッジまでのクランク位置を求めるものであって、クランクエッジの時間間隔からクランクエッジの加速度ａを算出し、加速度ａを傾き値αに反映させている。このように加速度ａを傾き値αに反映させることで、加減速によるカウントアップのずれを補正することができる。
【００３９】
クランクカウンタは、直前のクランクエッジにおけるクランクエッジの速度と、現時点のクランクエッジにおけるクランクエッジの速度と、に基づいて加速度を求めているので、直前の区間における加減速の影響を考慮した加速度を把握することができる。
【００４０】
ところで、この方法の場合、アクセル操作によって加減速が行われ、その結果クランクエッジ間の所要時間が変化しないと加速度を把握することができないため、図４及び図５の領域Ｓ３のように、最初の段差発生を避けることができない。
【００４１】
そこで、スロットル開度信号に基づいてスロットル開度変化率を算出し、スロットル開度変化率から推定される加速度ａの変化を傾き値αに反映させることで、この最初の段差発生を極力低減することができる。
【００４２】
更に、加速度ａの変化に基づいて加速度変化率を算出し、加速度変化率から推定される加速度ａの変化を傾き値αに反映させることで、加減速の変遷に追従したクランク角の把握を行うことができる。
【符号の説明】
【００４３】
１１：エンジン（内燃機関）
２６：クランク角センサ
２８：ＥＣＵ（電子制御装置）
【図１】
2016217220.tif 000003
【図２】
2016217220.tif 000004
【図３】
2016217220.tif 000005
【図４】
2016217220.tif 000006
【図５】
2016217220.tif 000007
【図６】
2016217220.tif 000008
【図７】
2016217220.tif 000009
【図８】
2016217220.tif 000010
【図９】
2016217220.tif 000011