内燃機関の制御装置
【課題】カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより低減しつつ、内燃機関の始動中には、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を短縮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】フェールセーフ状態において、ＥＣＵは、エンジンが始動中であるか否かを判断し（ステップＳ１）、エンジンが始動中であると判断した場合には、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全てのエッジに基づいて、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調節し（ステップＳ２）、エンジンが始動中でないと判断した場合には、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジに基づいて、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調節し（ステップＳ３）、調節したＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値に基づいて気筒判別を行う（ステップＳ４）。
【解決手段】フェールセーフ状態において、ＥＣＵは、エンジンが始動中であるか否かを判断し（ステップＳ１）、エンジンが始動中であると判断した場合には、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全てのエッジに基づいて、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調節し（ステップＳ２）、エンジンが始動中でないと判断した場合には、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジに基づいて、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調節し（ステップＳ３）、調節したＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値に基づいて気筒判別を行う（ステップＳ４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両に搭載される内燃機関の制御装置は、内燃機関を構成するエンジンの出力軸としてのクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサによって生成される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気筒ごとに計るための気筒判別を行うようになっている。
【０００３】
このような気筒判別を行う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ていない場合に、エンジンに設けられた吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの回転角をそれぞれ検出する吸気カム角センサおよび排気カム角センサによって生成される吸気カム角信号および排気カム角信号に基づいて、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が気筒判別を実行するフェールセーフ状態となるものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
このため、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、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号をそれぞれ気筒判別信号とし、制御装置が、一方の気筒判別信号の出力間に、他方の気筒判別信号の出力数が所定数以上ある気筒を特定気筒として判別し、この判別結果と気筒判別信号とに基づいて特定気筒以外の気筒を判別するようになっている。
【０００５】
これにより、特許文献１に開示された内燃機関の制御装置は、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号のみで気筒判別を実行している。
【０００６】
また、特許文献２に開示された内燃機関の制御装置は、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号をそれぞれ気筒判別信号とし、制御装置が、この気筒判別信号を順次入力しつつ気筒判別信号入力間の周期を計測し、最新に計測された周期と前回に計測された周期との比と、最新に気筒判別信号を出力したセンサが吸気カム角センサであるか排気カム角センサであるかに基づいて特定気筒を判別し、この判別結果と気筒判別信号とに基づいて特定気筒以外の気筒を判別するようになっている。
【０００７】
これにより、特許文献２に開示された内燃機関の制御装置は、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号のみで気筒判別を実行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２３４７９４号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような従来の内燃機関の制御装置にあっては、吸気カム角信号や排気カム角信号等のカム角信号に基づいて気筒判別を実行する場合には、クランク角信号よりも検出角度の間隔が長いカム角信号に基づいて、気筒判別を実行する必要があるため、エンジン回転速度が低いエンジン始動中に気筒判別の精度が悪くなる。
【００１０】
したがって、従来の内燃機関の制御装置にあっては、エンジンが始動するまでに時間がかかってしまうことから、気筒判別を実行するために全ての気筒判別信号をＥＣＵに取得させるため、ＥＣＵに負荷がかかってしまうといった課題があった。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより低減しつつ、内燃機関の始動中には、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を短縮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】
【００１２】
本発明の内燃機関の制御装置は、上記目的を達成するため、（１）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生成するクランク角センサと、カムシャフトの回転角を検出してカム角信号を生成するカム角センサとが設けられ、前記クランク角センサから前記クランク角信号が正常に得られない場合に、前記カム角信号に基づいて内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、前記カム角信号のエッジを取得するエッジ取得手段と、前記エッジ取得手段によって取得されたエッジに基づいて前記クランクシャフトの回転角を擬似的に計数する擬似計数手段と、前記擬似計数手段の計数値に基づいて気筒判別を行う気筒判別手段と、を備え、前記エッジ取得手段は、前記カム角信号のエッジのなかで、前記内燃機関の始動後には、前記内燃機関の始動中より少ないエッジを取得するように構成されている。
【００１３】
この構成により、内燃機関の始動中には、内燃機関が始動した後より多いカム角信号のエッジを取得することにより気筒判別を行うため、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を短縮することができる。一方、内燃機関が始動した後には、内燃機関の始動中より少ないカム角信号のエッジを取得することにより気筒判別を行うため、気筒判別手段を構成するＥＣＵにかかる負荷を低減することができる。
【００１４】
従って、本発明の内燃機関の制御装置は、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより低減しつつ、内燃機関の始動中には、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を短縮することができる。
【００１５】
また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（２）前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記カム角信号の全てのエッジを取得するようにしてもよい。
【００１６】
この構成により、内燃機関の始動中には、カム角信号の全てのエッジを取得することにより、気筒判別の精度を向上させることができる。
【００１７】
また、上記（２）に記載の内燃機関の制御装置において、（３）前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記カム角信号の有効エッジを取得するようにしてもよい。
【００１８】
この構成により、内燃機関の始動後には、クランクシャフトの回転角を擬似的に計数するために必要とする有効エッジのみを取得することにより、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより軽減することができる。
【００１９】
また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（４）前記カム角センサは、吸気カムシャフトの回転角を検出して吸気カム角信号を生成する吸気カム角センサと、排気カムシャフトの回転角を検出して排気カム角信号を生成する排気カム角センサとを含み、前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記吸気カム角信号と前記排気カム角信号との全てのエッジを取得するようにしてもよい。
【００２０】
この構成により、内燃機関の始動中には、吸気カム角信号と前記排気カム角信号との全てのエッジを取得することにより、気筒判別の精度を向上させることができる。
【００２１】
また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（５）前記カム角センサは、吸気カムシャフトの回転角を検出して吸気カム角信号を生成する吸気カム角センサを含み、前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記吸気カム角信号の全てのエッジを取得するようにしてもよい。
【００２２】
この構成により、内燃機関の始動中には、吸気カム角信号の全てのエッジを取得することにより、気筒判別の精度を向上させることができる。
【００２３】
また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（６）前記カム角センサは、排気カムシャフトの回転角を検出して排気カム角信号を生成する排気カム角センサを含み、前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記排気カム角信号の全てのエッジを取得するようにしてもよい。
【００２４】
この構成により、内燃機関の始動中には、排気カム角信号の全てのエッジを取得することにより、気筒判別の精度を向上させることができる。
【００２５】
また、上記（４）または（５）に記載の内燃機関の制御装置において、（７）前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記吸気カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記吸気カム角信号の有効エッジを取得するようにしてもよい。
【００２６】
この構成により、内燃機関の始動後には、クランクシャフトの回転角を擬似的に計数するために必要とする吸気カム角信号の有効エッジのみを取得することにより、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより軽減することができる。
【００２７】
また、上記（４）または（６）に記載の内燃機関の制御装置において、（８）前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記排気カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記排気カム角信号の有効エッジを取得するようにしてもよい。
【００２８】
この構成により、内燃機関の始動後には、クランクシャフトの回転角を擬似的に計数するために必要とする排気カム角信号の有効エッジのみを取得することにより、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより軽減することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより低減しつつ、内燃機関の始動中には、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を短縮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】
【００３０】
【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機能ブロック図である。
【図２】図１に示すエンジンの概略断面図である。
【図３】図２に示すエンジンの概略斜視図である。
【図４】図３に示す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】図３に示すエンジンに設けられたクランク角センサの検出信号を示すグラフである。
【図６】図３に示す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】図３に示すエンジンに設けられた吸気カム角センサの検出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、吸気カム角信号、排気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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号の一部を示すタイミングチャートである。
【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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号の他の一部を示すタイミングチャートである。
【図１２】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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号の他の一部を示すタイミングチャートである。
【図１３】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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号と排気カム角信号との一部の関係を示すタイミングチャートである。
【図１４】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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号と排気カム角信号との他の一部の関係を示すタイミングチャートである。
【図１５】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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号と排気カム角信号との他の一部の関係を示すタイミングチャートである。
【図１６】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のフェールセーフ状態における気筒判別動作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】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、吸気カム角信号、排気カム角信号およびクランクカウンタの他の関係を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
なお、本実施の形態おいて、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つの気筒２１が図示されている。
【００３５】
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。
【００３６】
本実施の形態おいて、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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Ｈｉｇｈ状態とＬｏｗ状態とをと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。
【００６１】
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°ごとに検出させることができるとともに、クランクロータ２５４の欠歯した箇所により、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。
【００６２】
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スタータ２５９を備えている。
【００６３】
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２５９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。
【００６４】
スタータ２５９は、ＥＣＵ１００に制御されることにより、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、本発明において、吸気カム角センサ１３９と排気カム角センサ１４０とを総称してカム角センサともいう。
【００６７】
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。
【００６８】
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（以下、「Ｇ２Ｉｎ信号」という）として生成し、生成したＧ２Ｉｎ信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。
【００６９】
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。
【００７０】
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（以下、「Ｇ２Ｅｘ信号」という）として生成し、生成したＧ２Ｅｘ信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。
【００７１】
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２５９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。
【００７２】
一方、ＥＣＵ１００の出力側には、インジェクタ２２５、点火プラグ２２６、スタータ２５９および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。
【００７３】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）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ＣＰＵがＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って動作することにより、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。
【００７４】
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。
【００７５】
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、すなわち、Ｇ２Ｉｎ信号やＧ２Ｅｘ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。
【００７６】
本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、その処理負荷を軽減するために、カム角信号の立ち上りエッジを一定のサンプリング周期Ｔｓで検出し、立ち下りエッジを割り込みで検出するようになっている。ここで、サンプリング周期Ｔｓは、ＥＣＵ１００の処理速度に応じて定められるが、本実施の形態においては、１ｍｓとする。具体的には、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち上りエッジを１ｍｓ周期で検出し、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを割り込みで検出するようになっている。
【００７７】
ＥＣＵ１００は、正常状態と、フェールセーフ状態との何れか一方の状態をと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。
【００７８】
例えば、ダイアグアプリケーションは、Ｇ２Ｉｎ信号やＧ２Ｅｘ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。
【００７９】
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、正常状態をとり、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をとるようになっている。
【００８０】
ここで、フェールセーフ状態において、ＥＣＵ１００が吸気側回転位相コントローラ２４７および排気側回転位相コントローラ２４８を制御すると、吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２と、クランクシャフト２１３との関係が変化してしまうため、カム角信号に基づいて気筒判別を行うと、気筒判別の精度が悪化してしまう。
【００８１】
このため、正常状態からフェールセーフ状態となるときに、ＥＣＵ１００は、吸気カムシャフト２４１が基準位置、すなわち、吸気側回転位相が最遅角となるように、吸気側回転位相コントローラ２４７を制御するとともに、排気カムシャフト２４２が基準位置、すなわち、排気側回転位相が最進角となるように、排気側回転位相コントローラ２４８を制御するようになっている。
【００８２】
この場合には、ＥＣＵ１００は、吸気側回転位相コントローラ２４７および排気側回転位相コントローラ２４８の制御が完了するまでは、気筒判別を停止するようにすることが好ましい。なお、気筒判別が停止すると、インジェクタ２２５および点火プラグ２２６がＥＣＵ１００によって制御されなくなり、インジェクタ２２５による燃料噴射、および、点火プラグ２２６による点火が停止されるため、エンジン２０内の燃焼が停止する。
【００８３】
ここで、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。
【００８４】
（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カウントするクランクカウンタを生成するようになっている。
【００８５】
このクランクカウンタは、特定の気筒、例えば、タイミングベルト２５０に最も近い側の気筒（＃１）におけるピストン２１１の上死点から次の上死点までを、ｃｃｒｎｋ０〜ｃｃｒｎｋ２３としてカウントするようになっている。ＥＣＵ１００は、クランクカウンタのカウント周期に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出するようになっている。
【００８６】
また、ＥＣＵ１００は、クランクカウンタ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計るための気筒判別を行うようになっている。このようにＥＣＵ１００は、正常状態において、気筒判別を行う気筒判別手段を構成する。
【００８７】
また、ＥＣＵ１００は、カムシャフト２４１、２４２の回転角を検出するカム角センサ１３９、１４０から出力されるカム角信号の立ち上りエッジおよび立ち下りエッジのなかで、一定間隔のクランク角に対応するエッジを有効エッジとして取得するようになっている。
【００８８】
以下の説明において、ＥＣＵ１００は、吸気カムシャフト２４１の回転角を検出する吸気カム角センサ１３９から出力されるＧ２Ｉｎ信号の立ち上りエッジおよび立ち下りエッジのなかで、一定間隔のクランク角に対応するエッジを有効エッジとして取得するものとする。
【００８９】
ＥＣＵ１００は、吸気カム角センサ１３９から出力されたＧ２Ｉｎ信号の１８０°ＣＡ毎の有効エッジＥ１〜Ｅ４を取得するようになっている。なお、正常状態におけるＧ２Ｉｎ信号の有効エッジＥ１〜Ｅ４は、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２、８、１４、２０にそれぞれ同期するものとする。このようにＥＣＵ１００は、正常状態において、カム角信号のエッジを取得するエッジ取得手段を構成する。
【００９０】
また、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態となったときに備えて、取得した有効エッジをカウントするカムカウンタを生成するようになっている。本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジをカウントするカムカウンタ（以下、「Ｇ２Ｉｎカウンタ」という）を生成するようになっている。すなわち、正常状態において、Ｇ２Ｉｎカウンタは、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２、８、１４、２０にそれぞれ同期して、カウント値ｃｃａｍ０、１、２、３を繰り返し計数することになる。
【００９１】
（フェールセーフ状態）
ＥＣＵ１００は、前述したように、正常状態においては、クランクカウンタのカウント値に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出していたが、フェールセーフ状態においては、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジに基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出するようになっている。
【００９２】
ＥＣＵ１００は、カム角信号のエッジのなかで、エンジン２０の始動後には、エンジン２０の始動中より少ないエッジを取得するようになっている。このように、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態においても、エッジ取得手段を構成する。
【００９３】
本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、カム角信号の全てのエッジを取得し、エンジン２０の始動後には、吸気カム角センサ１３９から出力されたＧ２Ｉｎ信号の１８０°ＣＡ毎の有効エッジＥ１〜Ｅ４を取得するようになっている。
【００９４】
ここで、エンジン２０の始動中とは、スタートスイッチ１３４がオン状態で、ＥＣＵ１００がスタータ２５９を制御し、スタータ２５９がフライホイール２５８を回転させてからエンジン２０の回転数Ｎｅが予め定められた回転数Ｎｔｈ、例えば、２５０ｒｐｍになるまでの期間のことをいう。また、エンジン２０の始動後とは、スタータ２５９のピニオンギアがフライホイール２５８から離隔し、エンジン２０の回転数Ｎｅが予め定められた回転数Ｎｔｈ以上にあるときのことをいう。
【００９５】
ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全てのエッジを取得し、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジのなかで、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２に対応する有効エッジＥ１を特定するようになっている。
【００９６】
ここで、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号のＨｉｇｈレベル期間とＬｏｗレベル期間との比率Ｒ１、および、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジとＧ２Ｅｘ信号の立ち上りエッジとのエッジ間隔ｄＴに基づいて、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジのなかで、有効エッジＥ１を特定するようになっている。
【００９７】
なお、ＥＣＵ１００は、比率Ｒ１のみ、または、エッジ間隔ｄＴのみに基づいて、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジのなかで、有効エッジＥ１を特定することができるが、本実施の形態においては、有効エッジＥ１を確実に特定するため、比率Ｒ１とエッジ間隔ｄＴとの双方に基づいて、有効エッジＥ１を特定するようになっている。
【００９８】
まず、図１０ないし図１２に示すように、比率Ｒ１は、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）に対するその前のＬｏｗレベル期間ＴＩ（ｎ−１）の比率ＴＩ（ｎ−１）／ＴＩ（ｎ）を表す。ＥＣＵ１００は、この比率Ｒ１が最大となるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するようになっている。
【００９９】
すなわち、エンジン２０の回転に変動がないと仮定すると、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１に対しては、図１０に示すように、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略６０°ＣＡに比例し、その前のＬｏｗレベル期間ＴＩ（ｎ−１）が略１２０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ１は、略２となる。
【０１００】
同様に、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ３に対しては、図１１に示すように、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略１８０°ＣＡに比例し、その前のＬｏｗレベル期間ＴＩ（ｎ−１）が略１８０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ１は、略１となる。
【０１０１】
また、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ４に対しては、図１２に示すように、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略１２０°ＣＡに比例し、その前のＬｏｗレベル期間ＴＩ（ｎ−１）が略６０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ１は、略０．５となる。
【０１０２】
このように、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１に対する比率Ｒ１が最大となるため、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１を有効エッジＥ１の候補として特定することができる。
【０１０３】
なお、ＥＣＵ１００は、比率Ｒ１が最大となるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するのに代えて、比率Ｒ１が予め定められた比率Ｒｔｈ１を超えるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するようにしてもよい。この場合、比率Ｒｔｈ１は、例えば、１．７程度に定められる。
【０１０４】
一方、図１３ないし図１４に示すように、エッジ間隔ｄＴは、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）とＧ２Ｅｘ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＥ（ｎ）とが重なる重複期間を表す。
【０１０５】
ＥＣＵ１００は、エッジ間隔ｄＴに対するＧ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）の比率Ｒ２＝ＴＩ（ｎ）／ｄＴと、重複期間ｄＴに対するＧ２Ｅｘ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＥ（ｎ）の比率Ｒ３＝ＴＥ（ｎ）／ｄＴとを算出し、算出した比率Ｒ２および比率Ｒ３が共に最大になるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するようになっている。
【０１０６】
すなわち、エンジン２０の回転に変動がないと仮定すると、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１に対しては、図１３に示すように、重複期間ｄＴが略０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略６０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｅｘ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＥ（ｎ）が略６０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ２および比率Ｒ３は、ともに無限大となる。
【０１０７】
また、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ３に対しては、図１４に示すように、重複期間ｄＴが略１２０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略１８０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｅｘ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＥ（ｎ）が略１８０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ２および比率Ｒ３は、ともに略１．５となる。
【０１０８】
また、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ４に対しては、図１５に示すように、重複期間ｄＴが略６０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略１２０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｅｘ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＥ（ｎ）が略１２０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ２および比率Ｒ３は、ともに略２となる。
【０１０９】
このように、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１に対する比率Ｒ２、Ｒ３がともに最大となるため、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１を有効エッジＥ１の候補として特定することができる。
【０１１０】
なお、ＥＣＵ１００は、比率Ｒ２、Ｒ３がともに最大となるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するのに代えて、比率Ｒ２、Ｒ３がともに予め定められた比率Ｒｔｈ２を超えるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するようにしてもよい。この場合、比率Ｒｔｈ２は、例えば、４．８程度に定められる。
【０１１１】
ＥＣＵ１００は、比率Ｒ１に基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジと、エッジ間隔ｄＴに基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジと、が一致した場合に、このＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１として特定するようになっている。
【０１１２】
図９において、ＥＣＵ１００は、有効エッジを取得したときに、次の有効エッジの取得タイミングを予測するようになっている。具体的には、ＥＣＵ１００は、有効エッジＥ２を取得したときに、有効エッジＥ２を取得したタイミングから有効エッジＥ１〜Ｅ２間の時間を加算したタイミングを次の有効エッジＥ３の取得タイミングとして予測するようになっている。
【０１１３】
同様に、ＥＣＵ１００は、有効エッジＥ３を取得したときに、有効エッジＥ３を取得したタイミングから有効エッジＥ２〜Ｅ３間の時間を加算したタイミングを次の有効エッジＥ４の取得タイミングとして予測するようになっている。
【０１１４】
また、ＥＣＵ１００は、有効エッジＥ４を取得したときに、有効エッジＥ４を取得したタイミングから有効エッジＥ３〜Ｅ４間の時間を加算したタイミングを次の有効エッジＥ１の取得タイミングとして予測するようになっている。
【０１１５】
また、ＥＣＵ１００は、有効エッジＥ１を取得したときに、有効エッジＥ１を取得したタイミングから有効エッジＥ４〜Ｅ１間の時間を加算したタイミングを次の有効エッジＥ２の取得タイミングとして予測するようになっている。
【０１１６】
ＥＣＵ１００は、取得した有効エッジの取得タイミングと次の有効エッジの予測した取得タイミングとの間を逓倍することにより、クランクシャフト２１３の回転角を擬似的に計数するようになっている。具体的には、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ用のクランクカウンタ（以下、単に「Ｆ／Ｓ用クランクカウンタ」という）を生成するようになっている。このように、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態において、擬似計数手段を構成する。
【０１１７】
ここで、エンジン２０の始動中に生成されるＦ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジのなかで、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２に対応する有効エッジとして特定された有効エッジＥ１が取得されたときにｃｃｒｎｋ２に設定される。
【０１１８】
なお、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、有効エッジＥ１を特定した後、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全エッジがＦ／Ｓ用クランクカウンタの対応するカウント値にそれぞれ同期するようＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調整するようにしてもよい。
【０１１９】
一方、エンジン始動後に生成されるＦ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値に基づいて決定される。すなわち、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、吸気側回転位相コントローラ２４７および排気側回転位相コントローラ２４８に対するＥＣＵ１００による制御が完了した後に、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ０となったとき、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ２に設定され、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ１となったとき、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ８に設定され、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ２となったとき、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ１４に設定され、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ３となったとき、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ２０に設定される。
【０１２０】
本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジを取得したときに、取得した有効エッジの取得タイミングと次の有効エッジの予測した取得タイミングとの間を６逓倍することによって、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタを３０°ＣＡごとに１カウントさせ、Ｇ２Ｉｎ信号の各有効エッジでＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２、８、１４、２０がそれぞれ同期するようにカウント値（計数値）を調整するようになっている。
【０１２１】
また、ＥＣＵ１００は、正常状態においては、クランクカウンタのカウント値に基づいて気筒判別を行っていたが、フェールセーフ状態においては、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値に基づいて気筒判別を行うようになっている。このようにＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態においても、気筒判別手段を構成する。
【０１２２】
次に、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の動作について説明する。
【０１２３】
図１６は、ＥＣＵ１００によるフェールセーフ状態における気筒判別動作を説明するためのフローチャートである。
【０１２４】
まず、ＥＣＵ１００は、エンジン２０が始動中であるか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで、エンジン２０が始動中であると判断した場合には、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全てのエッジに基づいて、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調節する（ステップＳ２）。
【０１２５】
一方、エンジン２０が始動中でない、すなわち、エンジン２０が始動後である判断した場合には、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジに基づいて、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調節する（ステップＳ３）。
【０１２６】
そして、ＥＣＵ１００は、調節されたＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値に基づいて、気筒判別を行う（ステップＳ４）。
【０１２７】
以上のように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、エンジン２０の始動中には、エンジン２０が始動した後より多いカム角信号のエッジを取得することにより気筒判別を行うため、精度のよい気筒判別を行うことができ、エンジン２０の始動にかかる時間を短縮することができる。
【０１２８】
一方、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、エンジン２０が始動した後には、エンジン２０の始動中より少ないカム角信号のエッジを取得することにより気筒判別を行うため、ＥＣＵ１００にかかる負荷を低減することができる。
【０１２９】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、気筒判別を実行するＥＣＵ１００にかかる負荷を従来のものより低減しつつ、エンジン２０の始動中には、精度のよい気筒判別を行うことができ、エンジン２０の始動にかかる時間を短縮することができる。
【０１３０】
また、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、エンジン２０の始動中には、カム角信号の全てのエッジを取得することにより、気筒判別の精度を向上させ、エンジン２０の始動後には、クランクシャフト２１３の回転角を擬似的に計数するために必要とする有効エッジのみを取得することにより、気筒判別を実行するＥＣＵ１００にかかる負荷を従来のものより軽減することができる。
【０１３１】
また、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、エンジン２０の始動中には、７２０°ＣＡの間にカム角信号のＧ２Ｉｎ信号の３つの立ち上りエッジと、Ｇ２Ｅｘ信号の３つの立ち上りエッジとを取得するが、エンジン２０の始動後には、７２０°ＣＡの間にカム角信号のＧ２Ｉｎ信号の１つの立ち上りエッジを取得するため、特に、ＥＣＵ１００がカム角信号の立ち上りエッジを一定のサンプリング周期Ｔｓで検出し、立ち下りエッジを割り込みで検出する場合には、ＥＣＵ１００にかかる負荷を大幅に軽減することができる。
【０１３２】
なお、本実施の形態において、クランク角センサ１３１がＭＲＥセンサによって構成されている例について説明したが、本発明において、クランク角センサ１３１は、公知の電磁ピックアップコイル（ＭＰＵ：Magnet Pick Up coil）を有するＭＰＵセンサと、交流電流を矩形波に整形する波形整形回路とによって構成されていてもよい。
【０１３３】
また、本実施の形態において、吸気カムロータ２５５は、図６に示したように、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ものとして説明したが、本発明において、吸気カムロータ２５５は、長さがそれぞれ異なる複数の山と長さがそれぞれ異なる複数の谷とが外周に形成され、７２０°ＣＡを等分する有効エッジが得られる形状であれば図６に示した形状でなくともよい。
【０１３４】
また、本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号のＨｉｇｈレベル期間とＬｏｗレベル期間との比率Ｒ１と、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジとＧ２Ｅｘ信号の立ち上りエッジとのエッジ間隔ｄＴとに基づいて、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジのなかで、有効エッジＥ１を特定するものとして説明したが、本発明において、ＥＣＵ１００は、比率Ｒ１のみに基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１として特定するようしてもよい。この場合、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、Ｇ２Ｉｎ信号の全てのエッジを取得すればよい。
【０１３５】
また、本発明において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジとＧ２Ｅｘ信号の立ち上りエッジとのエッジ間隔ｄＴのみに基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１として特定するようにしてもよい。
【０１３６】
また、本発明において、吸気カムシャフト２４１に対する吸気カムロータ２５５の設置角度と、排気カムシャフト２４２に対する排気カムロータ２５６の設置角度とを変更することにより、例えば、図１７に示すように、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号とＧ２Ｅｘ信号とを置き換えてエンジン２０を制御することができる。
【０１３７】
すなわち、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジに基づいてＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調整するのに代えて、Ｇ２Ｅｘ信号の有効エッジに基づいてＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調整するようにしてもよい。
【０１３８】
この場合、正常状態において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｅｘ信号の立ち上りエッジおよび立ち下りエッジのなかで、一定間隔のクランク角に対応するエッジを有効エッジとして取得するように構成される。また、フェールセーフ状態において、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動後には、排気カム角センサ１４０から出力されたＧ２Ｅｘ信号の１８０°ＣＡ毎の有効エッジＥ１〜Ｅ４を取得するように構成される。
【０１３９】
また、フェールセーフ状態において、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、Ｇ２Ｅｘ信号およびＧ２Ｉｎ信号の全てのエッジを取得し、Ｇ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジのなかで、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２に対応する有効エッジＥ１を特定するように構成される。
【０１４０】
ここで、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｅｘ信号のＨｉｇｈレベル期間とＬｏｗレベル期間との比率、および、Ｇ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジとＧ２Ｉｎ信号の立ち上りエッジとのエッジ間隔に基づいて、Ｇ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジのなかで、有効エッジＥ１を特定するように構成される。
【０１４１】
なお、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｅｘ信号のＨｉｇｈレベル期間とＬｏｗレベル期間との比率に基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１として特定するようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、Ｇ２Ｅｘ信号の全てのエッジを取得すればよい。
【０１４２】
また、本発明において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジとＧ２Ｉｎ信号の立ち上りエッジとのエッジ間隔に基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１として特定するようにしてもよい。
【０１４３】
このように、吸気カムロータ２５５および排気カムロータ２５６の形状と、吸気カムシャフト２４１に対する吸気カムロータ２５５の設置角度と、排気カムシャフト２４２に対する排気カムロータ２５６の設置角度とを変更することにより、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態におけるエンジン２０の始動中には、クランクカウンタの特定のカウント値に対応するカム角信号のエッジを特定することができれば、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全ての立ち上りエッジを取得するようにしてもよく、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全ての立ち下りエッジを取得するようにしてもよい。
【０１４４】
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、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより低減しつつ、内燃機関の始動中には、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を短縮することができるという効果を有するものであり、内燃機関の制御装置全般に有用である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０ 車両
２０ エンジン
２１ 気筒
１００ ＥＣＵ（エッジ取得手段、擬似計数手段、気筒判別手段）
１３１ クランク角センサ
１３９ 吸気カム角センサ
１４０ 排気カム角センサ
２０１ 燃焼室
２１１ ピストン
２１３ クランクシャフト
２２１ 吸気ポート
２２２ 排気ポート
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
２３０ オイルパン
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
２５４ クランクロータ
２５５ 吸気カムロータ
２５６ 排気カムロータ
２５８ フライホイール
３１１ 吸気管
３２１ 排気管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両に搭載される内燃機関の制御装置は、内燃機関を構成するエンジンの出力軸としてのクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサによって生成される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気筒ごとに計るための気筒判別を行うようになっている。
【０００３】
このような気筒判別を行う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ていない場合に、エンジンに設けられた吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの回転角をそれぞれ検出する吸気カム角センサおよび排気カム角センサによって生成される吸気カム角信号および排気カム角信号に基づいて、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が気筒判別を実行するフェールセーフ状態となるものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
このため、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、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号をそれぞれ気筒判別信号とし、制御装置が、一方の気筒判別信号の出力間に、他方の気筒判別信号の出力数が所定数以上ある気筒を特定気筒として判別し、この判別結果と気筒判別信号とに基づいて特定気筒以外の気筒を判別するようになっている。
【０００５】
これにより、特許文献１に開示された内燃機関の制御装置は、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号のみで気筒判別を実行している。
【０００６】
また、特許文献２に開示された内燃機関の制御装置は、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号をそれぞれ気筒判別信号とし、制御装置が、この気筒判別信号を順次入力しつつ気筒判別信号入力間の周期を計測し、最新に計測された周期と前回に計測された周期との比と、最新に気筒判別信号を出力したセンサが吸気カム角センサであるか排気カム角センサであるかに基づいて特定気筒を判別し、この判別結果と気筒判別信号とに基づいて特定気筒以外の気筒を判別するようになっている。
【０００７】
これにより、特許文献２に開示された内燃機関の制御装置は、吸気カム角センサおよび排気カム角センサによってそれぞれ生成された吸気カム角信号および排気カム角信号のみで気筒判別を実行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２３４７９４号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような従来の内燃機関の制御装置にあっては、吸気カム角信号や排気カム角信号等のカム角信号に基づいて気筒判別を実行する場合には、クランク角信号よりも検出角度の間隔が長いカム角信号に基づいて、気筒判別を実行する必要があるため、エンジン回転速度が低いエンジン始動中に気筒判別の精度が悪くなる。
【００１０】
したがって、従来の内燃機関の制御装置にあっては、エンジンが始動するまでに時間がかかってしまうことから、気筒判別を実行するために全ての気筒判別信号をＥＣＵに取得させるため、ＥＣＵに負荷がかかってしまうといった課題があった。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより低減しつつ、内燃機関の始動中には、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を短縮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】
【００１２】
本発明の内燃機関の制御装置は、上記目的を達成するため、（１）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生成するクランク角センサと、カムシャフトの回転角を検出してカム角信号を生成するカム角センサとが設けられ、前記クランク角センサから前記クランク角信号が正常に得られない場合に、前記カム角信号に基づいて内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、前記カム角信号のエッジを取得するエッジ取得手段と、前記エッジ取得手段によって取得されたエッジに基づいて前記クランクシャフトの回転角を擬似的に計数する擬似計数手段と、前記擬似計数手段の計数値に基づいて気筒判別を行う気筒判別手段と、を備え、前記エッジ取得手段は、前記カム角信号のエッジのなかで、前記内燃機関の始動後には、前記内燃機関の始動中より少ないエッジを取得するように構成されている。
【００１３】
この構成により、内燃機関の始動中には、内燃機関が始動した後より多いカム角信号のエッジを取得することにより気筒判別を行うため、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を短縮することができる。一方、内燃機関が始動した後には、内燃機関の始動中より少ないカム角信号のエッジを取得することにより気筒判別を行うため、気筒判別手段を構成するＥＣＵにかかる負荷を低減することができる。
【００１４】
従って、本発明の内燃機関の制御装置は、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより低減しつつ、内燃機関の始動中には、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を短縮することができる。
【００１５】
また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（２）前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記カム角信号の全てのエッジを取得するようにしてもよい。
【００１６】
この構成により、内燃機関の始動中には、カム角信号の全てのエッジを取得することにより、気筒判別の精度を向上させることができる。
【００１７】
また、上記（２）に記載の内燃機関の制御装置において、（３）前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記カム角信号の有効エッジを取得するようにしてもよい。
【００１８】
この構成により、内燃機関の始動後には、クランクシャフトの回転角を擬似的に計数するために必要とする有効エッジのみを取得することにより、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより軽減することができる。
【００１９】
また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（４）前記カム角センサは、吸気カムシャフトの回転角を検出して吸気カム角信号を生成する吸気カム角センサと、排気カムシャフトの回転角を検出して排気カム角信号を生成する排気カム角センサとを含み、前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記吸気カム角信号と前記排気カム角信号との全てのエッジを取得するようにしてもよい。
【００２０】
この構成により、内燃機関の始動中には、吸気カム角信号と前記排気カム角信号との全てのエッジを取得することにより、気筒判別の精度を向上させることができる。
【００２１】
また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（５）前記カム角センサは、吸気カムシャフトの回転角を検出して吸気カム角信号を生成する吸気カム角センサを含み、前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記吸気カム角信号の全てのエッジを取得するようにしてもよい。
【００２２】
この構成により、内燃機関の始動中には、吸気カム角信号の全てのエッジを取得することにより、気筒判別の精度を向上させることができる。
【００２３】
また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（６）前記カム角センサは、排気カムシャフトの回転角を検出して排気カム角信号を生成する排気カム角センサを含み、前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記排気カム角信号の全てのエッジを取得するようにしてもよい。
【００２４】
この構成により、内燃機関の始動中には、排気カム角信号の全てのエッジを取得することにより、気筒判別の精度を向上させることができる。
【００２５】
また、上記（４）または（５）に記載の内燃機関の制御装置において、（７）前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記吸気カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記吸気カム角信号の有効エッジを取得するようにしてもよい。
【００２６】
この構成により、内燃機関の始動後には、クランクシャフトの回転角を擬似的に計数するために必要とする吸気カム角信号の有効エッジのみを取得することにより、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより軽減することができる。
【００２７】
また、上記（４）または（６）に記載の内燃機関の制御装置において、（８）前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記排気カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記排気カム角信号の有効エッジを取得するようにしてもよい。
【００２８】
この構成により、内燃機関の始動後には、クランクシャフトの回転角を擬似的に計数するために必要とする排気カム角信号の有効エッジのみを取得することにより、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより軽減することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより低減しつつ、内燃機関の始動中には、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を短縮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】
【００３０】
【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機能ブロック図である。
【図２】図１に示すエンジンの概略断面図である。
【図３】図２に示すエンジンの概略斜視図である。
【図４】図３に示す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】図３に示すエンジンに設けられたクランク角センサの検出信号を示すグラフである。
【図６】図３に示す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】図３に示すエンジンに設けられた吸気カム角センサの検出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、吸気カム角信号、排気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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号の一部を示すタイミングチャートである。
【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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号の他の一部を示すタイミングチャートである。
【図１２】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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号の他の一部を示すタイミングチャートである。
【図１３】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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号と排気カム角信号との一部の関係を示すタイミングチャートである。
【図１４】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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号と排気カム角信号との他の一部の関係を示すタイミングチャートである。
【図１５】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が、クランクカウンタの特定のカウント値するカム角信号の基準となる有効エッジを特定するときに参照する吸気カム角信号と排気カム角信号との他の一部の関係を示すタイミングチャートである。
【図１６】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のフェールセーフ状態における気筒判別動作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】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、吸気カム角信号、排気カム角信号およびクランクカウンタの他の関係を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
なお、本実施の形態おいて、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つの気筒２１が図示されている。
【００３５】
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。
【００３６】
本実施の形態おいて、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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Ｈｉｇｈ状態とＬｏｗ状態とをと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。
【００６１】
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°ごとに検出させることができるとともに、クランクロータ２５４の欠歯した箇所により、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。
【００６２】
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スタータ２５９を備えている。
【００６３】
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２５９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。
【００６４】
スタータ２５９は、ＥＣＵ１００に制御されることにより、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、本発明において、吸気カム角センサ１３９と排気カム角センサ１４０とを総称してカム角センサともいう。
【００６７】
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。
【００６８】
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（以下、「Ｇ２Ｉｎ信号」という）として生成し、生成したＧ２Ｉｎ信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。
【００６９】
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。
【００７０】
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（以下、「Ｇ２Ｅｘ信号」という）として生成し、生成したＧ２Ｅｘ信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。
【００７１】
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２５９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。
【００７２】
一方、ＥＣＵ１００の出力側には、インジェクタ２２５、点火プラグ２２６、スタータ２５９および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。
【００７３】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）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ＣＰＵがＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って動作することにより、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。
【００７４】
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。
【００７５】
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、すなわち、Ｇ２Ｉｎ信号やＧ２Ｅｘ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。
【００７６】
本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、その処理負荷を軽減するために、カム角信号の立ち上りエッジを一定のサンプリング周期Ｔｓで検出し、立ち下りエッジを割り込みで検出するようになっている。ここで、サンプリング周期Ｔｓは、ＥＣＵ１００の処理速度に応じて定められるが、本実施の形態においては、１ｍｓとする。具体的には、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち上りエッジを１ｍｓ周期で検出し、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを割り込みで検出するようになっている。
【００７７】
ＥＣＵ１００は、正常状態と、フェールセーフ状態との何れか一方の状態をと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。
【００７８】
例えば、ダイアグアプリケーションは、Ｇ２Ｉｎ信号やＧ２Ｅｘ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。
【００７９】
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、正常状態をとり、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をとるようになっている。
【００８０】
ここで、フェールセーフ状態において、ＥＣＵ１００が吸気側回転位相コントローラ２４７および排気側回転位相コントローラ２４８を制御すると、吸気カムシャフト２４１および排気カムシャフト２４２と、クランクシャフト２１３との関係が変化してしまうため、カム角信号に基づいて気筒判別を行うと、気筒判別の精度が悪化してしまう。
【００８１】
このため、正常状態からフェールセーフ状態となるときに、ＥＣＵ１００は、吸気カムシャフト２４１が基準位置、すなわち、吸気側回転位相が最遅角となるように、吸気側回転位相コントローラ２４７を制御するとともに、排気カムシャフト２４２が基準位置、すなわち、排気側回転位相が最進角となるように、排気側回転位相コントローラ２４８を制御するようになっている。
【００８２】
この場合には、ＥＣＵ１００は、吸気側回転位相コントローラ２４７および排気側回転位相コントローラ２４８の制御が完了するまでは、気筒判別を停止するようにすることが好ましい。なお、気筒判別が停止すると、インジェクタ２２５および点火プラグ２２６がＥＣＵ１００によって制御されなくなり、インジェクタ２２５による燃料噴射、および、点火プラグ２２６による点火が停止されるため、エンジン２０内の燃焼が停止する。
【００８３】
ここで、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。
【００８４】
（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カウントするクランクカウンタを生成するようになっている。
【００８５】
このクランクカウンタは、特定の気筒、例えば、タイミングベルト２５０に最も近い側の気筒（＃１）におけるピストン２１１の上死点から次の上死点までを、ｃｃｒｎｋ０〜ｃｃｒｎｋ２３としてカウントするようになっている。ＥＣＵ１００は、クランクカウンタのカウント周期に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出するようになっている。
【００８６】
また、ＥＣＵ１００は、クランクカウンタ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計るための気筒判別を行うようになっている。このようにＥＣＵ１００は、正常状態において、気筒判別を行う気筒判別手段を構成する。
【００８７】
また、ＥＣＵ１００は、カムシャフト２４１、２４２の回転角を検出するカム角センサ１３９、１４０から出力されるカム角信号の立ち上りエッジおよび立ち下りエッジのなかで、一定間隔のクランク角に対応するエッジを有効エッジとして取得するようになっている。
【００８８】
以下の説明において、ＥＣＵ１００は、吸気カムシャフト２４１の回転角を検出する吸気カム角センサ１３９から出力されるＧ２Ｉｎ信号の立ち上りエッジおよび立ち下りエッジのなかで、一定間隔のクランク角に対応するエッジを有効エッジとして取得するものとする。
【００８９】
ＥＣＵ１００は、吸気カム角センサ１３９から出力されたＧ２Ｉｎ信号の１８０°ＣＡ毎の有効エッジＥ１〜Ｅ４を取得するようになっている。なお、正常状態におけるＧ２Ｉｎ信号の有効エッジＥ１〜Ｅ４は、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２、８、１４、２０にそれぞれ同期するものとする。このようにＥＣＵ１００は、正常状態において、カム角信号のエッジを取得するエッジ取得手段を構成する。
【００９０】
また、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態となったときに備えて、取得した有効エッジをカウントするカムカウンタを生成するようになっている。本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジをカウントするカムカウンタ（以下、「Ｇ２Ｉｎカウンタ」という）を生成するようになっている。すなわち、正常状態において、Ｇ２Ｉｎカウンタは、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２、８、１４、２０にそれぞれ同期して、カウント値ｃｃａｍ０、１、２、３を繰り返し計数することになる。
【００９１】
（フェールセーフ状態）
ＥＣＵ１００は、前述したように、正常状態においては、クランクカウンタのカウント値に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出していたが、フェールセーフ状態においては、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジに基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出するようになっている。
【００９２】
ＥＣＵ１００は、カム角信号のエッジのなかで、エンジン２０の始動後には、エンジン２０の始動中より少ないエッジを取得するようになっている。このように、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態においても、エッジ取得手段を構成する。
【００９３】
本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、カム角信号の全てのエッジを取得し、エンジン２０の始動後には、吸気カム角センサ１３９から出力されたＧ２Ｉｎ信号の１８０°ＣＡ毎の有効エッジＥ１〜Ｅ４を取得するようになっている。
【００９４】
ここで、エンジン２０の始動中とは、スタートスイッチ１３４がオン状態で、ＥＣＵ１００がスタータ２５９を制御し、スタータ２５９がフライホイール２５８を回転させてからエンジン２０の回転数Ｎｅが予め定められた回転数Ｎｔｈ、例えば、２５０ｒｐｍになるまでの期間のことをいう。また、エンジン２０の始動後とは、スタータ２５９のピニオンギアがフライホイール２５８から離隔し、エンジン２０の回転数Ｎｅが予め定められた回転数Ｎｔｈ以上にあるときのことをいう。
【００９５】
ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全てのエッジを取得し、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジのなかで、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２に対応する有効エッジＥ１を特定するようになっている。
【００９６】
ここで、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号のＨｉｇｈレベル期間とＬｏｗレベル期間との比率Ｒ１、および、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジとＧ２Ｅｘ信号の立ち上りエッジとのエッジ間隔ｄＴに基づいて、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジのなかで、有効エッジＥ１を特定するようになっている。
【００９７】
なお、ＥＣＵ１００は、比率Ｒ１のみ、または、エッジ間隔ｄＴのみに基づいて、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジのなかで、有効エッジＥ１を特定することができるが、本実施の形態においては、有効エッジＥ１を確実に特定するため、比率Ｒ１とエッジ間隔ｄＴとの双方に基づいて、有効エッジＥ１を特定するようになっている。
【００９８】
まず、図１０ないし図１２に示すように、比率Ｒ１は、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）に対するその前のＬｏｗレベル期間ＴＩ（ｎ−１）の比率ＴＩ（ｎ−１）／ＴＩ（ｎ）を表す。ＥＣＵ１００は、この比率Ｒ１が最大となるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するようになっている。
【００９９】
すなわち、エンジン２０の回転に変動がないと仮定すると、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１に対しては、図１０に示すように、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略６０°ＣＡに比例し、その前のＬｏｗレベル期間ＴＩ（ｎ−１）が略１２０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ１は、略２となる。
【０１００】
同様に、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ３に対しては、図１１に示すように、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略１８０°ＣＡに比例し、その前のＬｏｗレベル期間ＴＩ（ｎ−１）が略１８０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ１は、略１となる。
【０１０１】
また、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ４に対しては、図１２に示すように、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略１２０°ＣＡに比例し、その前のＬｏｗレベル期間ＴＩ（ｎ−１）が略６０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ１は、略０．５となる。
【０１０２】
このように、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１に対する比率Ｒ１が最大となるため、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１を有効エッジＥ１の候補として特定することができる。
【０１０３】
なお、ＥＣＵ１００は、比率Ｒ１が最大となるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するのに代えて、比率Ｒ１が予め定められた比率Ｒｔｈ１を超えるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するようにしてもよい。この場合、比率Ｒｔｈ１は、例えば、１．７程度に定められる。
【０１０４】
一方、図１３ないし図１４に示すように、エッジ間隔ｄＴは、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）とＧ２Ｅｘ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＥ（ｎ）とが重なる重複期間を表す。
【０１０５】
ＥＣＵ１００は、エッジ間隔ｄＴに対するＧ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）の比率Ｒ２＝ＴＩ（ｎ）／ｄＴと、重複期間ｄＴに対するＧ２Ｅｘ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＥ（ｎ）の比率Ｒ３＝ＴＥ（ｎ）／ｄＴとを算出し、算出した比率Ｒ２および比率Ｒ３が共に最大になるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するようになっている。
【０１０６】
すなわち、エンジン２０の回転に変動がないと仮定すると、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１に対しては、図１３に示すように、重複期間ｄＴが略０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略６０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｅｘ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＥ（ｎ）が略６０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ２および比率Ｒ３は、ともに無限大となる。
【０１０７】
また、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ３に対しては、図１４に示すように、重複期間ｄＴが略１２０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略１８０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｅｘ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＥ（ｎ）が略１８０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ２および比率Ｒ３は、ともに略１．５となる。
【０１０８】
また、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ４に対しては、図１５に示すように、重複期間ｄＴが略６０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｉｎ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＩ（ｎ）が略１２０°ＣＡに比例し、Ｇ２Ｅｘ信号の直前のＨｉｇｈレベル期間ＴＥ（ｎ）が略１２０°ＣＡに比例するため、比率Ｒ２および比率Ｒ３は、ともに略２となる。
【０１０９】
このように、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１に対する比率Ｒ２、Ｒ３がともに最大となるため、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジＤ１を有効エッジＥ１の候補として特定することができる。
【０１１０】
なお、ＥＣＵ１００は、比率Ｒ２、Ｒ３がともに最大となるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するのに代えて、比率Ｒ２、Ｒ３がともに予め定められた比率Ｒｔｈ２を超えるＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１の候補として特定するようにしてもよい。この場合、比率Ｒｔｈ２は、例えば、４．８程度に定められる。
【０１１１】
ＥＣＵ１００は、比率Ｒ１に基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジと、エッジ間隔ｄＴに基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジと、が一致した場合に、このＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１として特定するようになっている。
【０１１２】
図９において、ＥＣＵ１００は、有効エッジを取得したときに、次の有効エッジの取得タイミングを予測するようになっている。具体的には、ＥＣＵ１００は、有効エッジＥ２を取得したときに、有効エッジＥ２を取得したタイミングから有効エッジＥ１〜Ｅ２間の時間を加算したタイミングを次の有効エッジＥ３の取得タイミングとして予測するようになっている。
【０１１３】
同様に、ＥＣＵ１００は、有効エッジＥ３を取得したときに、有効エッジＥ３を取得したタイミングから有効エッジＥ２〜Ｅ３間の時間を加算したタイミングを次の有効エッジＥ４の取得タイミングとして予測するようになっている。
【０１１４】
また、ＥＣＵ１００は、有効エッジＥ４を取得したときに、有効エッジＥ４を取得したタイミングから有効エッジＥ３〜Ｅ４間の時間を加算したタイミングを次の有効エッジＥ１の取得タイミングとして予測するようになっている。
【０１１５】
また、ＥＣＵ１００は、有効エッジＥ１を取得したときに、有効エッジＥ１を取得したタイミングから有効エッジＥ４〜Ｅ１間の時間を加算したタイミングを次の有効エッジＥ２の取得タイミングとして予測するようになっている。
【０１１６】
ＥＣＵ１００は、取得した有効エッジの取得タイミングと次の有効エッジの予測した取得タイミングとの間を逓倍することにより、クランクシャフト２１３の回転角を擬似的に計数するようになっている。具体的には、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ用のクランクカウンタ（以下、単に「Ｆ／Ｓ用クランクカウンタ」という）を生成するようになっている。このように、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態において、擬似計数手段を構成する。
【０１１７】
ここで、エンジン２０の始動中に生成されるＦ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジのなかで、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２に対応する有効エッジとして特定された有効エッジＥ１が取得されたときにｃｃｒｎｋ２に設定される。
【０１１８】
なお、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、有効エッジＥ１を特定した後、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全エッジがＦ／Ｓ用クランクカウンタの対応するカウント値にそれぞれ同期するようＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調整するようにしてもよい。
【０１１９】
一方、エンジン始動後に生成されるＦ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値に基づいて決定される。すなわち、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、吸気側回転位相コントローラ２４７および排気側回転位相コントローラ２４８に対するＥＣＵ１００による制御が完了した後に、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ０となったとき、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ２に設定され、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ１となったとき、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ８に設定され、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ２となったとき、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ１４に設定され、Ｇ２Ｉｎカウンタのカウント値がｃｃａｍ３となったとき、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタの初期値は、ｃｃｒｎｋ２０に設定される。
【０１２０】
本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジを取得したときに、取得した有効エッジの取得タイミングと次の有効エッジの予測した取得タイミングとの間を６逓倍することによって、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタを３０°ＣＡごとに１カウントさせ、Ｇ２Ｉｎ信号の各有効エッジでＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２、８、１４、２０がそれぞれ同期するようにカウント値（計数値）を調整するようになっている。
【０１２１】
また、ＥＣＵ１００は、正常状態においては、クランクカウンタのカウント値に基づいて気筒判別を行っていたが、フェールセーフ状態においては、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値に基づいて気筒判別を行うようになっている。このようにＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態においても、気筒判別手段を構成する。
【０１２２】
次に、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の動作について説明する。
【０１２３】
図１６は、ＥＣＵ１００によるフェールセーフ状態における気筒判別動作を説明するためのフローチャートである。
【０１２４】
まず、ＥＣＵ１００は、エンジン２０が始動中であるか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで、エンジン２０が始動中であると判断した場合には、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全てのエッジに基づいて、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調節する（ステップＳ２）。
【０１２５】
一方、エンジン２０が始動中でない、すなわち、エンジン２０が始動後である判断した場合には、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジに基づいて、Ｆ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調節する（ステップＳ３）。
【０１２６】
そして、ＥＣＵ１００は、調節されたＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値に基づいて、気筒判別を行う（ステップＳ４）。
【０１２７】
以上のように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、エンジン２０の始動中には、エンジン２０が始動した後より多いカム角信号のエッジを取得することにより気筒判別を行うため、精度のよい気筒判別を行うことができ、エンジン２０の始動にかかる時間を短縮することができる。
【０１２８】
一方、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、エンジン２０が始動した後には、エンジン２０の始動中より少ないカム角信号のエッジを取得することにより気筒判別を行うため、ＥＣＵ１００にかかる負荷を低減することができる。
【０１２９】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、気筒判別を実行するＥＣＵ１００にかかる負荷を従来のものより低減しつつ、エンジン２０の始動中には、精度のよい気筒判別を行うことができ、エンジン２０の始動にかかる時間を短縮することができる。
【０１３０】
また、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、エンジン２０の始動中には、カム角信号の全てのエッジを取得することにより、気筒判別の精度を向上させ、エンジン２０の始動後には、クランクシャフト２１３の回転角を擬似的に計数するために必要とする有効エッジのみを取得することにより、気筒判別を実行するＥＣＵ１００にかかる負荷を従来のものより軽減することができる。
【０１３１】
また、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、エンジン２０の始動中には、７２０°ＣＡの間にカム角信号のＧ２Ｉｎ信号の３つの立ち上りエッジと、Ｇ２Ｅｘ信号の３つの立ち上りエッジとを取得するが、エンジン２０の始動後には、７２０°ＣＡの間にカム角信号のＧ２Ｉｎ信号の１つの立ち上りエッジを取得するため、特に、ＥＣＵ１００がカム角信号の立ち上りエッジを一定のサンプリング周期Ｔｓで検出し、立ち下りエッジを割り込みで検出する場合には、ＥＣＵ１００にかかる負荷を大幅に軽減することができる。
【０１３２】
なお、本実施の形態において、クランク角センサ１３１がＭＲＥセンサによって構成されている例について説明したが、本発明において、クランク角センサ１３１は、公知の電磁ピックアップコイル（ＭＰＵ：Magnet Pick Up coil）を有するＭＰＵセンサと、交流電流を矩形波に整形する波形整形回路とによって構成されていてもよい。
【０１３３】
また、本実施の形態において、吸気カムロータ２５５は、図６に示したように、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ものとして説明したが、本発明において、吸気カムロータ２５５は、長さがそれぞれ異なる複数の山と長さがそれぞれ異なる複数の谷とが外周に形成され、７２０°ＣＡを等分する有効エッジが得られる形状であれば図６に示した形状でなくともよい。
【０１３４】
また、本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号のＨｉｇｈレベル期間とＬｏｗレベル期間との比率Ｒ１と、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジとＧ２Ｅｘ信号の立ち上りエッジとのエッジ間隔ｄＴとに基づいて、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジのなかで、有効エッジＥ１を特定するものとして説明したが、本発明において、ＥＣＵ１００は、比率Ｒ１のみに基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１として特定するようしてもよい。この場合、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、Ｇ２Ｉｎ信号の全てのエッジを取得すればよい。
【０１３５】
また、本発明において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジとＧ２Ｅｘ信号の立ち上りエッジとのエッジ間隔ｄＴのみに基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｉｎ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１として特定するようにしてもよい。
【０１３６】
また、本発明において、吸気カムシャフト２４１に対する吸気カムロータ２５５の設置角度と、排気カムシャフト２４２に対する排気カムロータ２５６の設置角度とを変更することにより、例えば、図１７に示すように、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号とＧ２Ｅｘ信号とを置き換えてエンジン２０を制御することができる。
【０１３７】
すなわち、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｉｎ信号の有効エッジに基づいてＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調整するのに代えて、Ｇ２Ｅｘ信号の有効エッジに基づいてＦ／Ｓ用クランクカウンタのカウント値を調整するようにしてもよい。
【０１３８】
この場合、正常状態において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｅｘ信号の立ち上りエッジおよび立ち下りエッジのなかで、一定間隔のクランク角に対応するエッジを有効エッジとして取得するように構成される。また、フェールセーフ状態において、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動後には、排気カム角センサ１４０から出力されたＧ２Ｅｘ信号の１８０°ＣＡ毎の有効エッジＥ１〜Ｅ４を取得するように構成される。
【０１３９】
また、フェールセーフ状態において、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、Ｇ２Ｅｘ信号およびＧ２Ｉｎ信号の全てのエッジを取得し、Ｇ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジのなかで、クランクカウンタのカウント値ｃｃｒｎｋ２に対応する有効エッジＥ１を特定するように構成される。
【０１４０】
ここで、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｅｘ信号のＨｉｇｈレベル期間とＬｏｗレベル期間との比率、および、Ｇ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジとＧ２Ｉｎ信号の立ち上りエッジとのエッジ間隔に基づいて、Ｇ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジのなかで、有効エッジＥ１を特定するように構成される。
【０１４１】
なお、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｅｘ信号のＨｉｇｈレベル期間とＬｏｗレベル期間との比率に基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１として特定するようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の始動中には、Ｇ２Ｅｘ信号の全てのエッジを取得すればよい。
【０１４２】
また、本発明において、ＥＣＵ１００は、Ｇ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジとＧ２Ｉｎ信号の立ち上りエッジとのエッジ間隔に基づいて有効エッジＥ１の候補として特定したＧ２Ｅｘ信号の立ち下りエッジを有効エッジＥ１として特定するようにしてもよい。
【０１４３】
このように、吸気カムロータ２５５および排気カムロータ２５６の形状と、吸気カムシャフト２４１に対する吸気カムロータ２５５の設置角度と、排気カムシャフト２４２に対する排気カムロータ２５６の設置角度とを変更することにより、ＥＣＵ１００は、フェールセーフ状態におけるエンジン２０の始動中には、クランクカウンタの特定のカウント値に対応するカム角信号のエッジを特定することができれば、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全ての立ち上りエッジを取得するようにしてもよく、Ｇ２Ｉｎ信号およびＧ２Ｅｘ信号の全ての立ち下りエッジを取得するようにしてもよい。
【０１４４】
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、カム角センサから出力されるカム角信号のみに基づいて気筒判別を行う場合であっても、気筒判別を実行するＥＣＵにかかる負荷を従来のものより低減しつつ、内燃機関の始動中には、精度のよい気筒判別を行うことができ、内燃機関の始動にかかる時間を短縮することができるという効果を有するものであり、内燃機関の制御装置全般に有用である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０ 車両
２０ エンジン
２１ 気筒
１００ ＥＣＵ（エッジ取得手段、擬似計数手段、気筒判別手段）
１３１ クランク角センサ
１３９ 吸気カム角センサ
１４０ 排気カム角センサ
２０１ 燃焼室
２１１ ピストン
２１３ クランクシャフト
２２１ 吸気ポート
２２２ 排気ポート
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
２３０ オイルパン
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
２５４ クランクロータ
２５５ 吸気カムロータ
２５６ 排気カムロータ
２５８ フライホイール
３１１ 吸気管
３２１ 排気管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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生成するクランク角センサと、カムシャフトの回転角を検出してカム角信号を生成するカム角センサとが設けられ、前記クランク角センサから前記クランク角信号が正常に得られない場合に、前記カム角信号に基づいて内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、
前記カム角信号のエッジを取得するエッジ取得手段と、
前記エッジ取得手段によって取得されたエッジに基づいて前記クランクシャフトの回転角を擬似的に計数する擬似計数手段と、
前記擬似計数手段の計数値に基づいて気筒判別を行う気筒判別手段と、を備え、
前記エッジ取得手段は、前記カム角信号のエッジのなかで、前記内燃機関の始動後には、前記内燃機関の始動中より少ないエッジを取得することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記カム角信号の全てのエッジを取得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】
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記カム角信号の有効エッジを取得することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記カム角センサは、吸気カムシャフトの回転角を検出して吸気カム角信号を生成する吸気カム角センサと、排気カムシャフトの回転角を検出して排気カム角信号を生成する排気カム角センサとを含み、
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記吸気カム角信号と前記排気カム角信号との全てのエッジを取得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５】
前記カム角センサは、吸気カムシャフトの回転角を検出して吸気カム角信号を生成する吸気カム角センサを含み、
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記吸気カム角信号の全てのエッジを取得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６】
前記カム角センサは、排気カムシャフトの回転角を検出して排気カム角信号を生成する排気カム角センサを含み、
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記排気カム角信号の全てのエッジを取得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７】
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記吸気カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記吸気カム角信号の有効エッジを取得することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記排気カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記排気カム角信号の有効エッジを取得することを特徴とする請求項４または請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
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生成するクランク角センサと、カムシャフトの回転角を検出してカム角信号を生成するカム角センサとが設けられ、前記クランク角センサから前記クランク角信号が正常に得られない場合に、前記カム角信号に基づいて内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、
前記カム角信号のエッジを取得するエッジ取得手段と、
前記エッジ取得手段によって取得されたエッジに基づいて前記クランクシャフトの回転角を擬似的に計数する擬似計数手段と、
前記擬似計数手段の計数値に基づいて気筒判別を行う気筒判別手段と、を備え、
前記エッジ取得手段は、前記カム角信号のエッジのなかで、前記内燃機関の始動後には、前記内燃機関の始動中より少ないエッジを取得することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記カム角信号の全てのエッジを取得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】
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記カム角信号の有効エッジを取得することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記カム角センサは、吸気カムシャフトの回転角を検出して吸気カム角信号を生成する吸気カム角センサと、排気カムシャフトの回転角を検出して排気カム角信号を生成する排気カム角センサとを含み、
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記吸気カム角信号と前記排気カム角信号との全てのエッジを取得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５】
前記カム角センサは、吸気カムシャフトの回転角を検出して吸気カム角信号を生成する吸気カム角センサを含み、
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記吸気カム角信号の全てのエッジを取得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６】
前記カム角センサは、排気カムシャフトの回転角を検出して排気カム角信号を生成する排気カム角センサを含み、
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動中には、前記排気カム角信号の全てのエッジを取得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７】
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記吸気カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記吸気カム角信号の有効エッジを取得することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記エッジ取得手段は、前記内燃機関の始動後には、前記排気カム角信号の全てのエッジのなかで、一定間隔のクランク角にそれぞれ対応する前記排気カム角信号の有効エッジを取得することを特徴とする請求項４または請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−２４７１５４（Ｐ２０１１−２４７１５４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０４７４（Ｐ２０１０−１２０４７４）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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