(57)【要約】【課題】クランク軸の回転変動やノイズ等によるクランク角度の算出精度の低下を抑制できるようにすること。【解決手段】クランク信号Ｓｃｒに基づきクランクカウンタがインクリメントされる。カム信号Ｓｃａに基づきカムロータの凹部から凸部に切り替わるタイミングの数（立ち上がりエッジ数）と凸部から凹部に切り替わるタイミングの数（立ち下がりエッジ数）とがカウントされる。クランクロータの不等間隔部が仮検出される場合、立ち上がりエッジ数および立ち下がりエッジ数が、仮検出されたときの値と整合することを条件に、クランクカウンタを、上記エッジ数から定まる値に更新する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸が等間隔に形成された等間隔部と凹凸が等間隔とならない不等間隔部とを備えて且つクランク軸と一体的に回転するクランクロータと、前記クランクロータの前記凹凸を検出するクランクポジションセンサと、複数の凸部を備えて且つカム軸と一体的に回転するカムロータと、前記カムロータの前記凸部を検出するカムポジションセンサと、を備える内燃機関に適用され、
前記クランクポジションセンサの出力信号に基づき、前記クランク軸の回転角度を算出する算出処理部と、
前記クランクポジションセンサの出力信号に基づき、前記不等間隔部を検出する不等間隔検出部と、
前記カムポジションセンサの出力信号に基づき、所定期間内に前記カムロータが前記凸部から凹部に切り替わった回数および前記所定期間内に前記凹部から前記凸部に切り替わった回数をカウントするカウント処理部と、を備え、
前記不等間隔部が検出される時点において前記カウント処理部によってカウントされている回数は、前記不等間隔部の検出および前記切り替わった回数の検出に誤差がない場合には所定の値となるものであり、
前記不等間隔検出部によって前記不等間隔部が検出されたとき、前記カウント処理部によってカウントされている回数が前記所定の値と整合していることを条件に、前記カウントされている回数に基づき前記算出処理部によって算出された前記回転角度を補正して且つ、前記所定の値と整合していない場合には、前記回転角度の補正を行わない補正処理部を備える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、凹凸が等間隔に形成された等間隔部と凹凸が等間隔とならない不等間隔部とを備えたクランクロータと、前記クランクロータの前記凹凸を検出するクランクポジションセンサと、複数の凸部を備えて且つカム軸と一体的に回転するカムロータと、前記カムロータの前記凸部を検出するカムポジションセンサと、を備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１には、凹凸が等間隔に形成された等間隔部と凹凸が等間隔とならない不等間隔部とを備えたクランクロータに隣接配置されたクランクポジションセンサの出力信号を入力とし、隣接する一対の凸部間の間隔の比に基づき、不等間隔部を検出する装置が記載されている。この装置では、不等間隔部が検出される場合、カムポジションセンサの出力信号に基づき気筒判別処理を行っている。気筒判別処理は、不等間隔部が検出されたときのクランク角度が、４ストローク内におけるいずれの角度であるかを算出する処理に対応する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６２５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記装置の場合、たとえばクランク軸の回転変動やノイズ等に起因して凸部間の間隔を誤検出する場合、不等間隔部を誤検出するおそれがある。そして、不等間隔部を誤検出する場合、誤った気筒判別がなされるおそれがある。換言すれば、クランク角度を誤算出するおそれがある。
【０００５】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、クランク軸の回転変動やノイズ等によるクランク角度の算出精度の低下を抑制できるようにした内燃機関の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】
【０００６】
以下、上記課題を解決すべく、内燃機関の制御装置は、凹凸が等間隔に形成された等間隔部と凹凸が等間隔とならない不等間隔部とを備えて且つクランク軸と一体的に回転するクランクロータと、前記クランクロータの前記凹凸を検出するクランクポジションセンサと、複数の凸部を備えて且つカム軸と一体的に回転するカムロータと、前記カムロータの前記凸部を検出するカムポジションセンサと、を備える内燃機関に適用され、前記クランクポジションセンサの出力信号に基づき、前記クランク軸の回転角度を算出する算出処理部と、前記クランクポジションセンサの出力信号に基づき、前記不等間隔部を検出する不等間隔検出部と、前記カムポジションセンサの出力信号に基づき、所定期間内に前記カムロータが前記凸部から凹部に切り替わった回数および前記所定期間内に前記凹部から前記凸部に切り替わった回数をカウントするカウント処理部と、を備え、前記不等間隔部が検出される時点において前記カウント処理部によってカウントされている回数は、前記不等間隔部の検出および前記切り替わった回数の検出に誤差がない場合には所定の値となるものであり、前記不等間隔検出部によって前記不等間隔部が検出されたとき、前記カウント処理部によってカウントされている回数が前記所定の値と整合していることを条件に、前記カウントされている回数に基づき前記算出処理部によって算出された前記回転角度を補正して且つ、前記所定の値と整合していない場合には、前記回転角度の補正を行わない補正処理部を備える。
【０００７】
上記構成において、不等間隔検出部によって不等間隔部が検出されるときには、カムロータの凸部から凹部に切り替わった回数や凹部から凸部に切り替わった回数が所定の値となっている。このため、不等間隔検出部によって不等間隔部が検出されるときに、上記回数が所定の値と相違する場合、すなわち、整合していない場合、クランク軸の回転変動やノイズによって不等間隔部を誤検出したと考えられる。このため、上記構成では、上記回数が所定の値となっていることを条件に、すなわち、整合することを条件に、カウントされている回数に基づきクランク角度を補正することにより、クランク軸の回転変動やノイズ等によるクランク角度の算出精度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】内燃機関の制御装置の一実施形態および機関の構成部品の一部を示す図。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、同実施形態にかかるクランクカウンタの更新処理を示すタイムチャート。
【図３】同実施形態にかかる不等間隔部の仮判定処理を示すタイムチャート。
【図４】同実施形態にかかるカムロータのエッジ数のカウント処理の手順を示す流れ図。
【図５】同実施形態にかかるクランクカウンタの更新処理の手順を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、４ストロークを１サイクルとする内燃機関のクランク軸１０には、クランク軸１０と一体的に回転するクランクロータ２０が組み付けられている。クランクロータ２０は、その外周に、凸部２２が３４個形成されている。これら凸部２２は、不等間隔部２８を除き、１０°ＣＡ間隔で等間隔に設けられており、凸部２２が等間隔で設けられた部分は、等間隔部２６を構成する。等間隔部２６の凹部２４は、等間隔部２６における隣接する凸部２２間のことである。一方、不等間隔部２８は、凸部２２が形成されていない角度領域が等間隔部２６の凹部２４よりも広い角度領域（ここでは、３０°ＣＡ）である。
【００１０】
クランク軸１０の動力は、タイミングチェーン３０を介して、位相変更用回転体３２に伝達可能となっている。位相変更用回転体３２は、クランク軸１０の回転角度に対するカム軸３４の回転角度の差（位相差）を変更するアクチュエータであるバルブタイミング可変機構を構成する。また、カム軸３４には、カム軸３４と一体的に回転するカムロータ４０が組み付けられている。カムロータ４０は、その外周に凸部４２が３個形成されている。隣接する凸部４２間が凹部４４である。
【００１１】
クランクポジションセンサ６０は、クランクロータ２０の凹凸を検出し、クランク信号Ｓｃｒを出力信号として出力する。カムポジションセンサ６２は、カムロータ４０の凹凸を検出し、カム信号Ｓｃａを出力信号として出力する。
【００１２】
ここで、本実施形態では、位相変更用回転体３２とカム軸３４との位相差がバルブタイミング可変機構によって変更されたとしても、クランクポジションセンサ６０が不等間隔部２８に対向しているときにおいて、カムポジションセンサ６２が対向しているのが凸部４２であるのか凹部４４であるのかが変化しない設定とされている。詳しくは、クランクポジションセンサ６０が不等間隔部２８に対向しているときにおいて、カムポジションセンサ６２が対向しているのがどの凸部４２であるのか、またはどの凹部４４であるのかが変化しない設定とされている。
【００１３】
制御装置５０は、内燃機関を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分等）を制御する。制御装置５０は、中央処理装置（ＣＰＵ５２）、メモリ５４、および欠歯ＩＣ５６を備えている。欠歯ＩＣ５６は、クランク信号Ｓｃｒに基づき、不等間隔部２８を検出する専用のハードウェアである。ＣＰＵ５２は、メモリ５４に記憶されたプログラムに従って、欠歯ＩＣ５６による不等間隔部２８の検出（後述するように仮検出）や、クランク信号Ｓｃｒ、カム信号Ｓｃａに基づき、４ストローク（７２０°ＣＡ）内におけるクランク角度を算出する処理を実行する。
【００１４】
図２に、ＣＰＵ５２によって算出されるクランク角の推移を示す。詳しくは、図２（ａ）は、実際のクランク角（実クランク角）の推移を示し、図２（ｂ）は、カム信号Ｓｃａの推移を示し、図２（ｃ）は、クランク信号Ｓｃｒの推移を示す。また、図２（ｄ）は、カム信号Ｓｃａの立ち下りエッジ数の推移を示し、図２（ｅ）は、カム信号Ｓｃａの立ち上りエッジ数の推移を示し、図２（ｆ）は、不等間隔部２８の仮検出の有無を示し、図２（ｇ）は、ＣＰＵ５２が算出するクランク角（クランクカウンタの値）の推移を示す。なお、カム信号Ｓｃａやクランク信号Ｓｃｒは、波形整形後の信号を示している。波形整形処理は、実際には、制御装置５０内のハードウェアによって実行されるものとしてもよいが、ここでは、説明の簡素化のために、クランクポジションセンサ６０やカムポジションセンサ６２の出力信号が波形整形されているものとする。
【００１５】
次に、図２（ｆ）に示した欠歯ＩＣ５６による仮検出処理について説明する。
図３に示すクランク信号Ｓｃｒの立ち上がりエッジは、凹部２４から凸部２２に切り替わるタイミングで生じ、立ち下りエッジは、凸部２２から凹部２４に切り替わるタイミングで生じる。欠歯ＩＣ５６は、隣接する一対の立ち上がりエッジ間の時間間隔Ｔ１，Ｔ２の大小比較に基づき、不等間隔部２８を仮検出する。すなわち、隣接する時間間隔Ｔ１，Ｔ２について、「Ｔ２／Ｔ１＞α」が成立する場合に、時間間隔Ｔ２が不等間隔部２８に対応するとして、不等間隔部２８の仮検出をする。ここで、所定比率αは、たとえば「２」よりも大きく「３」よりも小さい値に設定すればよい。
【００１６】
次に、図２（ｄ）および図２（ｅ）に示したカム信号Ｓｃａの立ち下がりエッジ数および立ち上がりエッジ数のカウント処理について説明する。なお、図２（ｂ）に示すカム信号Ｓｃａの立ち上がりエッジは、凹部４４から凸部４２に切り替わるタイミングで生じ、立ち下がりエッジは、凸部４２から凹部４４に切り替わるタイミングで生じる。
【００１７】
図４に、上記カウント処理の手順を示す。図４に示す処理は、メモリ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより実現される。なお、この処理は、たとえば所定周期で繰り返し実行される。
【００１８】
図４に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まず、カム信号Ｓｃａに基づき、立ち上がりエッジを検出したか否かを判定する（Ｓ１０）。そして、ＣＰＵ５２は、立ち上がりエッジを検出したと判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、立ち上がりエッジ数をインクリメントする（Ｓ１２）。ＣＰＵ５２は、ステップＳ１２の処理を完了する場合や、ステップＳ１０において否定判定する場合には、カム信号Ｓｃａに基づき、立ち下りエッジを検出したか否かを判定する（Ｓ１４）。そして、ＣＰＵ５２は、立ち下がりエッジを検出したと判定する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、立ち下がりエッジ数をインクリメントする（１６）。なお、ＣＰＵ５２は、ステップＳ１６の処理が完了する場合や、ステップＳ１４において否定判定する場合には、図４に示す一連の処理を一旦終了する。
【００１９】
次に、図２（ｇ）に示すクランクカウンタの更新処理について説明する。
図５に、クランクカウンタの更新処理の手順を示す。図５に示す処理は、メモリ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより実現される。なお、この処理は、たとえば所定周期で繰り返し実行される。
【００２０】
図５に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まず、クランク信号Ｓｃｒに基づき、クランクカウンタをインクリメントする処理を実行する（Ｓ２０）。この処理は、たとえば立ち上がりエッジを検出する都度、クランクカウンタを１０°ＣＡに対応する値だけインクリメントする処理とすればよい。次に、ＣＰＵ５２は、欠歯ＩＣ５６から不等間隔部２８の仮検出がなされた旨の通知を受け取ったか否かを判定する（Ｓ２２）。そして、ＣＰＵ５２は、仮検出がなされた旨の通知を受け取ったと判定する場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、欠歯ＩＣ５６によって不等間隔部２８が検出されたタイミングと、図４の処理における立ち上がりエッジ数および立ち下りエッジ数とが整合するか否かを判定する（Ｓ２４）。
【００２１】
これは、上述した設定によって、本実施形態では、クランク信号Ｓｃｒに基づき不等間隔部２８が検出されるタイミングにおける立ち上がりエッジ数および立ち下がりエッジ数の組が、バルブタイミング可変機構による位相変更用回転体３２とカム軸３４との位相差の変更にかかわらず変化しないことを利用したものである。詳しくは、図５に記載したように、不等間隔部２８が１５０°ＣＡにおけるものである場合、立ち下がりエッジ数が「１」であり、立ち上がりエッジ数が「２」であり、この関係は、バルブタイミング可変機構による位相変更用回転体３２とカム軸３４との位相差の変更にかかわらず変化しない。同様に、不等間隔部２８が５４０°ＣＡにおけるものである場合、立ち下がりエッジ数が「２」であり、立ち上がりエッジ数が「１」であり、この関係は、バルブタイミング可変機構による位相変更用回転体３２とカム軸３４との位相差の変更にかかわらず変化しない。
【００２２】
ＣＰＵ５２は、ステップＳ２２において肯定判定する場合、立ち下がりエッジ数が「１」であって且つ立ち上がりエッジ数が「２」であるか、立ち下がりエッジ数が「２」であって且つ立ち上がりエッジ数が「１」であるかのいずれかである場合に整合していると判定し、いずれでもない場合に整合していないと判定する。
【００２３】
そしてＣＰＵ５２は、整合していると判定する場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、エッジ数が正規であるとして（Ｓ２６：ＹＥＳ）、クランクカウンタを更新する（Ｓ２８）。ここでは、ＣＰＵ５２は、立ち下がりエッジ数が「１」であって且つ立ち上がりエッジ数が「２」である場合には、クランクカウンタを、「１５０°ＣＡ」に対応する値に更新する。一方、ＣＰＵ５２は、立ち下がりエッジ数が「２」であって且つ立ち上がりエッジ数が「１」である場合には、クランクカウンタを、「５４０°ＣＡ」に対応する値に更新する。なお、クランクカウンタの値が正常であれば、たとえば「５４０°ＣＡ」に対応する値への更新タイミングにおいて、クランクカウンタを「５４０°ＣＡ」に対応する値に更新することによって、それ以前の値が補正されることとなる。ただし、クランクカウンタの値に誤差が生じており、たまたま「５４０°ＣＡ」に対応する値となっている場合には、クランクカウンタを「５４０°ＣＡ」に対応する値に更新することによってもそれ以前の値が維持される。
【００２４】
そして、ＣＰＵ５２は、図４の処理によってカウントされる立ち上がりエッジ数および立ち下りエッジ数を初期化する（Ｓ３０）。なお、ＣＰＵ５２は、ステップＳ２２，Ｓ２６において否定判定する場合や、ステップＳ３０の処理が完了する場合には、図５に示す一連の処理を一旦終了する。
【００２５】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
図２において、実際のクランク角が１５０°ＣＡとなる時刻ｔ１においては、立ち上がりエッジ数および立ち下がりエッジ数が、不等間隔部２８の検出タイミングにおける値と整合しているため、ＣＰＵ５２は、欠歯ＩＣ５６によって仮検出がなされた旨の通知を受けてクランクカウンタを１５０°ＣＡに対応する値に更新する。一方、実際のクランク角が不等間隔部２８に対応しない角度である時刻ｔ２において、欠歯ＩＣ５６によって仮検出がなされても、ＣＰＵ５２では、立ち上がりエッジ数および立ち下がりエッジ数が、不等間隔部２８の検出タイミングにおける値と整合していないために、クランクカウンタの値を、カム信号Ｓｃａに基づき更新する処理を実行しない。これは、不等間隔部２８が検出された旨の本判定がなされないことに対応する。また、実際のクランク角が５４０°ＣＡとなる時刻ｔ３においては、立ち上がりエッジ数および立ち下がりエッジ数が、不等間隔部２８の検出タイミングにおける値と整合しているため、ＣＰＵ５２は、欠歯ＩＣ５６によって仮検出がなされた旨の通知を受けてクランクカウンタを５４０°ＣＡに対応する値に更新する。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、立ち上がりエッジ数および立ち下がりエッジ数と、不等間隔部２８の検出タイミングにおける値とが整合していると判定されることを条件に、不等間隔部２８が検出された旨の本判定がなされ、クランクカウンタが更新されるため、クランク軸の回転変動やノイズ等によるクランク角度の算出精度の低下を抑制できる。しかも、立ち上がりエッジ数および立ち下がりエッジ数に着目することにより、クランク信号Ｓｃｒに基づく不等間隔部２８の検出（仮検出処理）を、簡素な処理とすることができる。
【００２７】
すなわち、上記エッジ数に基づくことなくクランク軸の回転変動やノイズ等によるクランク角度の算出精度の低下を抑制するためには、図３に示す時間間隔（時間間隔Ｔ１，Ｔ２）についての隣接する一対の値のみならず、３個以上の間隔を用いて、比較対象値を演算し、これと判定値との比較処理を実行することが考えられる。しかし、ここでの判定値は、内燃機関の仕様毎に個別の適合が必要となる。これに対し、本実施形態では、図３に示した簡素な処理によって仮検出を実行することができ、この処理自体は、内燃機関の仕様毎の適合をしないまま、様々な仕様の内燃機関に適用することも可能である。
【００２８】
以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られる。
（１）クランク信号Ｓｃｒに基づき不等間隔部２８が検出されるタイミングにおける立ち上がりエッジ数および立ち下がりエッジ数の組が、バルブタイミング可変機構による位相変更用回転体３２とカム軸３４との位相差の変更にかかわらず変化しない設定とした。これにより、立ち上がりエッジ数および立ち下がりエッジ数と、不等間隔部２８の検出タイミングにおける値とが整合しているか否かの判定処理に、位相差を考慮する必要がないため、判定処理を簡易に行うことができる。
【００２９】
＜対応関係＞
上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と、実施形態における事項との対応関係は、次の通りである。なお、以下において、「メモリ５４に記憶されたプログラムに従って所定の処理を実行するＣＰＵ５２」のことを、記載を簡素化するために、「所定の処理を実行するＣＰＵ５２」と記載する。算出処理部は、ステップＳ２０の処理を実行するＣＰＵ５２に対応し、不等間隔検出部は、欠歯ＩＣ５６に対応し、カウント処理部は、図４の処理を実行するＣＰＵ５２に対応し、補正処理部は、ステップＳ２２〜Ｓ２８の処理を実行するＣＰＵ５２に対応する。また、カウント処理部が「切り替わった回数をカウントする」所定期間は、３６０°ＣＡに対応する。
【００３０】
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・等間隔部としては、凸部２２の間隔が１０°ＣＡとなるものに限らず、たとえば、１５°ＣＡや３０°ＣＡとなるものであってもよい。
【００３１】
・不等間隔部としては、凸部２２間（凹部）の角度間隔が３０°ＣＡとなるものに限らない。また、凹部の角度間隔を等間隔部に対して相違させるものに限らず、たとえば図１における凹部を全て同一の角度領域として且つ凸部２２の１つの角度間隔を３０°ＣＡとするなど、凸部の角度間隔を等間隔部に対して相違させるものであってもよい。
【００３２】
・不等間隔検出部を、専用のハードウェア（欠歯ＩＣ５６）によって構成することは必須ではなく、ＣＰＵ５２によるソフトウェア処理としてもよい。
・エッジの検出回数を定める所定期間としては、３６０°ＣＡであるものに限らず、たとえば７２０°ＣＡであってもよい。これはたとえば、ステップＳ２６において肯定判定された際のクランク角度が「５４０°ＣＡ」であることを条件に、図５のステップＳ３０の処理を実行することで実現できる。
【符号の説明】
【００３３】
１０…クランク軸、２０…クランクロータ、２２…凸部、２４…凹部、２６…等間隔部、２８…不等間隔部、３０…タイミングチェーン、３２…位相変更用回転体、３４…カム軸、４０…カムロータ、４２…凸部、４４…凹部、５０…制御装置、５２…ＣＰＵ、５４…メモリ、５６…欠歯ＩＣ、６０…クランクポジションセンサ、６２…カムポジションセンサ。
【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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