内燃機関の制御装置
【課題】 内燃機関の回転に同期した制御実行タイミングの制御を、比較的簡単な構成で、演算装置の負荷を増大させることなく行うことができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 機関のクランク軸の回転に同期して生成されるＣＲＫパルス（６度周期）がＣＰＵ１３に入力され、ＣＰＵ１３は、ＣＲＫパルスに同期し、周期が１／１０のＰＷＭ信号を端子２１に出力する。ＰＷＭ信号はＣＰＵ１３のサブクロック入力端子２２に供給され、サブクロックＣＬＳとして燃料噴射及び点火の実行タイミング制御に使用される。サブクロックＣＬＳは、ＣＲＫパルスが発生する毎にその周期が更新され、機関回転速度の変化が、サブクロックＣＬＳの周期に反映されるため、機関回転速度の変化にかかわらず、制御実行タイミングを正確に制御することできる。
【解決手段】 機関のクランク軸の回転に同期して生成されるＣＲＫパルス（６度周期）がＣＰＵ１３に入力され、ＣＰＵ１３は、ＣＲＫパルスに同期し、周期が１／１０のＰＷＭ信号を端子２１に出力する。ＰＷＭ信号はＣＰＵ１３のサブクロック入力端子２２に供給され、サブクロックＣＬＳとして燃料噴射及び点火の実行タイミング制御に使用される。サブクロックＣＬＳは、ＣＲＫパルスが発生する毎にその周期が更新され、機関回転速度の変化が、サブクロックＣＬＳの周期に反映されるため、機関回転速度の変化にかかわらず、制御実行タイミングを正確に制御することできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に機関制御パラメータの算出を実行し、算出結果に基づく制御動作を、機関回転に同期したタイミングで実行する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度センサから出力される第１パルス信号に応じて、その第１パルス信号より短い周期の第２パルス信号を生成し、第２パルス信号に同期して燃焼圧センサ出力をサンプリングする手法が示されている。特許文献１に示される例では、第１パルス信号はクランク角１０度周期の信号であり、第２パルス信号はクランク角１度周期の信号である。
【０００３】
具体的には、第１パルス信号の発生周期Ｔａ（直前計測値）を１／１０することにより、第２パルス信号の発生周期Ｔｂが算出され、周期Ｔｂで割り込み処理を起動し、その割り込み処理において燃焼圧のサンプリングが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１５１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、演算装置（ＣＰＵ）に備えられているＰＷＭ機能を用いて周期Ｔｂで割り込み処理を起動する手法が示されている。ＰＷＭ機能は、第１パルス信号に同期し、周期Ｔａの１／１０の周期のパルス信号（ＰＷＭ信号）を生成する機能であり、機関回転速度が変化する運転状態においては、周期Ｔａの変化に追従して周期Ｔｂが変更され、第２パルス信号を第１パルス信号の１／１０の周期で正確に生成することできる。
【０００６】
しかしながら、引用文献１に示された手法では、ＰＷＭ信号が発生する毎に割り込み処理が実行されるため、演算装置は、スタック退避処理を実行し、さらにカウンタ加算処理を起動するための割り込み処理起動時間が必要となる。機関回転速度が低い状態では、この割り込み処理起動時間は演算装置における他の演算処理時間を減少させることはないが、機関回転速度が高くなると、周期Ｔａが減少し、したがって周期Ｔｂも減少して周期Ｔｂに対する割り込み処理起動時間の割合が大きくなり、他の演算処理を実行できなくなるという問題が発生する。
【０００７】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関回転に同期した制御実行タイミングの制御を、比較的簡単な構成で、演算装置の負荷を増大させることなく行う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】
【０００８】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の回転に同期した第１パルス信号（ＣＲＫパルス）を生成する第１パルス信号生成手段（１０）と、所定の基準クロックを用いて前記機関の制御パラメータ（燃料噴射時期、点火時期）を算出する演算処理手段を備える内燃機関の制御装置において、前記演算処理手段は、前記第１パルス信号（ＣＲＫパルス）に同期し、前記第１パルス信号（ＣＲＫパルス）より短い周期を有する第２パルス信号（ＰＷＭ信号）を生成する第２パルス信号生成手段と、前記基準クロックとは異なるサブクロック（ＣＬＳ）に同期して、前記制御パラメータに応じた制御動作の実行タイミング制御を行うタイミング制御手段とを有し、前記タイミング制御手段は、前記第２パルス信号（ＰＷＭ信号）を前記サブクロック（ＣＬＳ）として用いることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記第２パルス信号生成手段は、前記第１パルス信号周期（ＤＴ）の最新値に応じて前記第２パルス信号周期（ｄＴ）を算出する周期算出手段を有し、該周期算出手段は、前記第１パルス信号（ＣＲＫパルス）に同期して前記第２パルス信号周期（ｄｔ）を更新することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記周期算出手段は、前記第１パルス信号周期の最新値（ＤＴ(i-1)）及び過去値（ＤＴ(i-2)）に応じて予測変化量（ＤＰＲＥ）を算出する予測手段を有し、前記第１パルス信号周期の最新値及び前記予測変化量を用いて前記第２パルス信号周期（ｄＴ）を算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関は、該機関に燃料を供給する燃料噴射弁（６）を備え、前記タイミング制御手段は、前記サブクロック（ＣＬＳ）に同期して前記燃料噴射弁（６）による燃料噴射の実行タイミング制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関は、該機関の燃焼室内の混合気を点火する点火プラグ（７）を備え、前記タイミング制御手段は、前記サブクロック（ＣＬＳ）に同期して前記点火プラグ（７）による点火の実行タイミング制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関は、該機関に燃料を供給する燃料噴射弁（６）と、該燃料噴射弁に供給する燃料を加圧する高圧燃料ポンプ（２３）とを備え、該高圧燃料ポンプは、燃料圧力を調整するための燃料吸入弁（４３）を有し、前記タイミング制御手段は、前記サブクロック（ＣＬＳ）に同期して前記燃料吸入弁（４３）の閉弁タイミング制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、第１パルス信号に同期し、第１パルス信号より短い周期を有する第２パルス信号が生成され、第２パルス信号をサブクロックとして使用して、制御パラメータに応じた制御動作の実行タイミング制御が行われる。この制御動作は、通常の演算装置が備えている第２パルス信号生成機能により得られる第２パルス信号を、サブクロック入力として当該演算装置に供給することにより、実現することができるので、機関回転に同期した制御実行タイミングの制御を、比較的簡単な構成で、演算装置の負荷を増大させることなく行うことができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、第１パルス信号周期の最新値に応じて第２パルス信号周期が算出され、第１パルス信号に同期して第２パルス信号周期が更新されるので、第１パルス信号周期の変化に対応して第２パルス信号周期が変化し、同期状態が維持される。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、第１パルス信号周期の最新値及び過去値に応じて予測変化量が算出され、第１パルス信号周期の最新値及び予測変化量を用いて第２パルス信号周期が算出されるので、第１パルス信号周期が急激に変化する過渡状態において第２パルス信号周期を迅速に追従させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、サブクロックに同期して燃料噴射弁による燃料噴射の実行タイミング制御が行われるので、機関回転速度が大きく変化する過渡運転状態においても正確な燃料噴射時期制御を行うことができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、サブクロックに同期して点火の実行タイミング制御が行われるので、機関回転速度が大きく変化する過渡運転状態においても正確な点火時期制御を行うことができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、高圧燃料ポンプの燃料吸入弁の閉弁タイミング制御がサブクロックに同期して行われるので、機関回転速度が大きく変化する過渡運転状態においても正確な燃料圧力制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す電子制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【図３】従来の燃料噴射及び点火の実行タイミング制御を説明するためのタイムチャートである。
【図４】本実施形態における燃料噴射及び点火の実行タイミング制御を説明するためのタイムチャートである。
【図５】ＰＷＭ信号生成機能を説明するためのタイムチャートである。
【図６】直噴内燃機関における燃料噴射及び点火の実行タイミング制御を説明するためのタイムチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図８】図７に示す高圧燃料ポンプの構成を模式的に示す断面図である。
【図９】高圧燃料ポンプの動作を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、例えば６気筒を有し、吸気管２を備えている。吸気管２にはスロットル弁３が設けられている。
【００２２】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共に電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に電気的に接続されてＥＣＵ５からの制御信号により燃料噴射弁６の開弁時期及び開弁時間（燃料噴射時期及び燃料噴射時間）が制御される。
【００２３】
エンジン１の各気筒の点火プラグ７は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５からの点火信号により点火時期が制御される。
吸気管２のスロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ９が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００２４】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸８の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１０が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（６気筒エンジンではクランク角１２０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００２５】
ＣＲＫセンサは、クランク軸に固定され、外周部に一定角度間隔で歯が形成されたパルスホイールと、該パルスホイールに対向して配置されたピックアップコイルとを備える。パルスホイールの回転によりピックアップコイルに交流信号が発生し、その交流信号がＣＲＫパルスに変換されて出力される。
【００２６】
ＥＣＵ５は、パルス入力回路１１、信号入力回路１２、ＣＰＵ（Centrl Processing Unit）１３、出力回路１４、及びメモリ回路１５を備えている。パルス入力回路１１は、クランク角度位置センサ１０から入力されるパルス信号を整形してＣＰＵ１３に供給する。信号入力回路１２は、吸気圧センサ９及び図示しない各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号をデジタル信号に変換して、変換されたデジタル信号をＣＰＵ１３に供給する。メモリ回路１５は、ＣＰＵ１３で実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する。出力回路１４は、ＣＰＵ１３から出力される駆動制御信号を、燃料噴射弁６、点火プラグ７などに供給する。
【００２７】
ＣＰＵ１３は、ＣＲＫパルスの１／１０の周期を有するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成するＰＷＭ機能を有し、ＰＷＭ信号出力端子２１から出力する。さらにＣＰＵ１３は、サブクロック入力端子２２を有し、サブクロック入力端子２２から入力されるパルス信号をサブクロックＣＬＳとして使用して、該サブクロックＣＬＳに基づくタイミング制御を行う。本実施形態では、サブクロック入力端子２２はＰＷＭ信号出力端子２１に接続されており、ＣＰＵ１３はＰＷＭ信号をサブクロックＣＬＳとして使用したタイミング制御を行う。
なお、ＣＰＵ１３は、図示しないの基準クロック入力端子を備えており、基準クロック入力端子に供給される一定周期の基準クロック信号を基本のクロック信号して使用する。
【００２８】
ＣＰＵ１３は、各種センサの検出信号に応じて燃料噴射時間ＴＯＵＴ、燃料噴射時期（燃料噴射開始時期ＣＦＩＳ，燃料噴射終了時期ＣＦＩＥ）、及び点火時期（点火コイルの通電開始時期ＣＩＧＳ，通電終了時期ＣＩＧＥ）を算出する制御処理を実行する。さらにＣＰＵ１３は、算出された燃料噴射時期及び点火時期に応じて、以下に説明するように、燃料噴射弁６及び点火プラグ７を駆動する燃料噴射制御信号及び点火制御信号を生成して出力する。
【００２９】
先ず図３を参照して、燃料噴射及び点火のタイミング制御の従来手法について説明する。
図３（ａ）は、クランク角６度周期のＣＲＫパルスを示す。実際にはパルスホイールに切り欠き部が設けられているために、３６０度毎に周期が長くなる部分があるが、図示は省略している。図３（ｂ）には＃５気筒の行程が示されており、上部に示すクランク角度は＃５気筒の吸気行程開始上死点を０度として示されている。図３（ｃ）及び（ｅ）はそれぞれ燃料噴射制御信号及び点火制御信号を示し、図３（ｄ）及び（ｆ）はそれぞれ燃料噴射制御信号及び点火制御信号を生成するためのタイマ動作を示す。
【００３０】
燃料噴射及び点火を、制御処理で算出された燃料噴射時期及び点火時期において正確に実行するためには、燃料噴射時期及び点火時期の算出を実行時期より早めに完了し、基準時期からタイマを作動させて燃料噴射及び点火を実行する必要がある。すなわち、燃料噴射時期及び点火時期はクランク角度位置で指定されるが、その実行時期の少し前の基準時期からはクランク角度を時間に置き換えて、タイミング制御が行われる。
【００３１】
具体的には、燃料噴射制御基準時期ＣＦＩＲにおいて噴射開始時期タイマＴＭＦＩＳが時間ＴＦＩＳにセットされ、噴射終了時期タイマＴＭＦＩＥが時間ＴＦＩＥにセットされるとともに、噴射開始時期タイマＴＭＦＩＳの減算処理が開始される。噴射開始時期タイマＴＭＦＩＳの値が「０」となる燃料噴射開始時期ＣＦＩＳ［ｄｅｇ］において燃料噴射が開始され、同時に噴射終了時期タイマＴＭＦＩＥの減算処理が開始される。そして、噴射終了時期タイマＴＭＦＩＥの値が「０」となる燃料噴射終了時期ＣＦＩＥ［ｄｅｇ］において燃料噴射が終了する。したがって、噴射終了時期タイマＴＭＦＩＥに設定される時間ＴＦＩＥが燃料噴射時間に相当する。
【００３２】
点火制御も同様に、点火制御基準時期ＣＩＧＲにおいて通電開始時期タイマＴＭＩＧＳが時間ＴＩＧＳにセットされ、通電終了時期タイマＴＭＩＧＥが時間ＴＩＧＥにセットされるとともに、通電開始時期タイマＴＭＩＧＳの減算処理が開始される。通電開始時期タイマＴＭＩＧＳの値が「０」となる通電開始時期ＣＩＧＳ［ｄｅｇ］において点火コイルの通電が開始され、同時に通電終了時期タイマＴＭＩＧＥに減算処理が開始される。そして、通電終了時期タイマＴＭＩＧＥの値が「０」となる通電終了時期ＣＩＧＥ［ｄｅｇ］において点火コイルの通電が終了し、点火が行われる。すなわち、通電終了時期ＣＩＧＥが点火時期に相当する。
【００３３】
噴射開始時期タイマＴＭＦＩＳ及び通電開始時期タイマＴＭＩＧＳに設定される時間ＴＦＩＳ及びＴＩＧＳは、いずれもタイマ設定を行う直前のＣＲＫパルス周期ＤＴを用いて、角度−時間変換を行うことにより算出され、タイマの減算処理は基準クロック信号（エンジン回転速度に依存しない一定周期のクロック信号）を用いて行われる。
【００３４】
そのため、例えば点火制御基準時期ＣＩＧＲから通電開始時期ＣＩＧＳまでの角度期間が４２度である場合を想定すると、この４２度の角度期間中に１０％減速によってＣＲＫパルスの周期が１０％長くなったときは、点火時期は制御指令値に対して約２．１度程度の進角した時期となってしまう。
【００３５】
この課題を解決する手法として、上述した特許文献１に示されるように、ＰＷＭ信号を用いて割り込み処理を起動し、割り込み処理においてＣＲＫパルスの周期ＤＴに応じた修正を行うことが考えられるが、前述したようにエンジン回転数ＮＥが高い領域では、周期ＤＴに対する割り込み処理起動時間の割合が大きくなって、他の演算処理を実行できなくなる。
【００３６】
そこで本実施形態では、ＰＷＭ信号をサブクロック入力端子２２を介してＣＰＵ１３に入力し、サブクロックＣＬＳを用いて燃料噴射開始時期ＣＦＩＳ及び通電開始時期ＣＩＧＳを決定するようにしている。
【００３７】
本実施形態では、ＰＷＭ信号の周期は、直前のＣＲＫパルス周期ＤＴの１／１０の周期、すなわち０．６度に相当する周期に設定されるので、従来のタイマＴＭＦＩＳ及びＴＭＩＧＳに代えて、図４に示すように、カウンタＣＮＴＦＩＳ及びＣＮＴＩＧＳに、それぞれ下記式（１）及び（２）で与えられるカウント値ＣＮＴＦＩＳＳＥＴ及びＣＮＴＩＧＳＳＥＴをセットし、サブクロックＣＬＳに同期してカウントダウン処理を行う。
ＣＮＴＦＩＳＳＥＴ＝（ＣＦＩＳ−ＣＦＩＲ）／０．６ （１）
ＣＮＴＩＧＳＳＥＴ＝（ＣＩＧＳ−ＣＩＧＲ）／０．６ （２）
【００３８】
図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ燃料噴射制御信号及びカウンタ／タイマ動作を示し、図４（ｂ）に示されるように、カウンタＣＮＴＦＩＳのカウント値設定及びカウントダウン処理と、従来と同様の噴射終了時期タイマＴＭＦＩＥの減算処理とが行われる。また図４（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ点火制御信号及びカウンタ／タイマ動作を示し、図４（ｄ）に示されるように、カウンタＣＮＴＩＧＳのカウント値設定及びカウントダウン処理と、通電終了時期タイマＴＭＩＧＥの減算処理とが行われる。図４に示すようにタイミング制御を行うことにより、燃料噴射開始時期ＣＦＩＳ、燃料噴射終了時期ＣＦＩＥ、通電開始時期ＣＩＧＳ、及び通電終了時期ＣＩＧＥを正確に制御することが可能となる。なお、式（１）及び（２）の演算結果の小数点以下は切り捨てされ、タイミング誤差は最大で０．６度となる。
【００３９】
図５はＣＰＵ１３のＰＷＭ信号生成機能を説明するためのタイムチャートである。ＣＲＫパルス周期ＤＴ１を用いてＰＷＭ信号周期ｄＴ２（＝ＤＴ１／１０）が設定され、ＣＲＫパルス周期ＤＴ２を用いてＰＷＭ信号周期ｄＴ３（＝ＤＴ２／１０）が設定され、ＰＷＭ信号周期ｄＴ４，ｄＴ５，…も同様に設定される。すなわち、ＣＰＵ１３では、ＰＷＭ信号周期ｄＴ（及びパルス信号が高レベルとなる時間）をレジスタに設定する動作を行うことによりＰＷＭ信号が生成されるので、割り込み処理を起動することによる演算負荷に比べて格段に低い負荷でＰＷＭ信号を生成することができる。ＰＷＭ信号、すなわちサブクロックＣＬＳの周期ｄＴは、ＣＲＫパルスが発生するクランク角６度毎に更新されるので、周期ｄＴにエンジン回転速度の変化が直ちに反映される。したがって、サブクロックＣＬＳを用いてタイミング制御を行うことにより、エンジン回転速度の変化にかかわらず正確な制御を行うことができる。
【００４０】
以上のように本実施形態では、ＣＲＫパルスに同期し、ＣＲＫパルスより短い周期を有するＰＷＭ信号が生成され、ＰＷＭ信号をサブクロックＣＬＳとして使用して、燃料噴射及び点火の実行タイミング制御が行われる。この制御動作は、ＣＰＵ１３が備えているＰＷＭ信号生成機能によりＰＷＭ信号出力端子２１から出力されるＰＷＭ信号を、サブクロック入力端子２２に供給することにより、実現することができるので、エンジン回転に同期した燃料噴射及び点火の実行タイミング制御を、比較的簡単な構成で、ＣＰＵ１３の負荷を増大させることなく行うことができる。
【００４１】
本実施形態では、クランク角度位置センサ１０が第１パルス信号生成手段に相当し、ＣＰＵ１３が第２パルス信号生成手段及びタイミング制御手段を含む演算処理手段に相当する。
【００４２】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、ＣＰＵ１３は直前のＣＲＫパルス周期ＤＴを１／１０することにより、下記式（１１）で示されるようにＰＷＭ信号周期（＝サブクロック周期）ｄＴ(i)（ｉ＝１，２，３，…）を算出するようにしたが、ＰＷＭ信号周期ｄＴ(i)を下記式（１２）により算出される予測値に設定するようにしてもよい。式（１２）の右辺第２項は、直前の周期変化量に応じた修正項であり、この修正項を加算することにより、エンジン回転速度の変化が大きい過渡状態においてより正確なサブクロックＣＬＳを発生させることができる。
ｄＴ(i)＝ＤＴ(i-1)／１０ （１１）
ｄＴ(i)＝ＤＴ(i-1)／１０＋（ＤＴ(i-1)−ＤＴ(i-2)）／１０ （１２）
【００４３】
この変形例では、ＣＲＫパルス周期の最新値ＤＴ(i-1)及び前回値ＤＴ(i-2)に応じて予測変化量ＤＰＲＥ（＝（ＤＴ(i-1)−ＤＴ(i-2)）／１０）が算出され、ＣＲＫパルス周期の最新値ＤＴ(i-1)及び予測変化量ＤＰＲＥを用いて、ＰＷＭ信号周期ｄＴ(i)が算出されるので、ＣＲＫパルス周期ＤＴが急激に変化する過渡状態においてＰＷＭ信号周期ｄＴを迅速に追従させることができる。
【００４４】
また、上述した実施形態では、吸気管内に燃料を噴射するエンジンに本発明を適用した例を示したが、本発明は燃焼室内の直接燃料を噴射する直噴エンジンにも適用可能である。
【００４５】
図６は、直噴エンジンにおける燃料噴射及び点火の実行タイミングを示すタイムチャートであり、上述した実施形態における図３に対応するものである。燃料噴射弁の開弁期間ＴＦＩ（ＣＦＩＳ〜ＣＦＩＥ）と、点火コイルの通電期間（ＣＩＧＳ〜ＣＩＧＥ）ＴＩＧとが近接しているため、両者がオーバラップする可能性が高くなる。そのため従来の制御手法では、燃料噴射終了時期ＣＦＩＥと、通電開始時期ＣＩＧＳとが接近している場合には、何れか一方を少しずらして、オーバラップを確実に回避することが行われる。
【００４６】
すなわち直噴エンジンでは、燃料噴射及び点火のタイミング制御をより高精度に行うことが求められ、本発明の構成を採用することにより、特にエンジンの加減速時において、両者のタイミング制御を高精度に行い、所望のタイミングで燃料噴射及び点火を実行することが可能となる。
【００４７】
［第２の実施形態］
本実施形態は、直噴エンジンの燃料供給系に設けられる高圧ポンプの制御に本発明を適用したものである。図７は、本実施形態における直噴エンジン及びその制御装置の構成を示す図である。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。
【００４８】
本実施形態では、燃料噴射弁６は、エンジン１の燃焼室内に直接燃料を噴射するように設けられている。燃料噴射弁６は燃料供給管１７を介してデリバリパイプ２１に接続され、デリバリパイプ２１は、燃料パイプ２０を介して燃料タンク１９内の燃料ポンプユニット１８に接続されている。燃料ポンプユニット１８は、燃料ポンプ１８ａと、燃料ストレーナ１８ｂと、基準圧力を燃料タンク内圧としたプレッシャーレギュレータ１８ｃとが一体に構成されたものである。燃料パイプ２０の途中には高圧燃料ポンプ２３が設けられており、高圧燃料ポンプ２３によりデリバリパイプ２１内の燃料圧が、燃料を燃焼室内に噴射可能な圧力まで高められる。
【００４９】
デリバリパイプ２１には、燃料圧ＰＦを検出する燃料圧センサ２２が設けられている。燃料圧センサ２２の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００５０】
高圧燃料ポンプ２３は、公知の構造を有するものであり、図８に示すように、筐体４１と、プランジャ４２と、燃料吸入弁４３と、ばね４４と、ソレノイド４５と、燃料吸入口４６と、加圧室４７と、燃料吐出口４８とを備えている。プランジャ４２は、エンジン１のカム軸に固定されたポンプカム（図示せず）により、図の上下方向にクランク角２４０度周期で移動する。
【００５１】
燃料吸入弁４３が開弁しているときに、プランジャ４２が下降することにより、加圧室４７内に燃料吸入口４６を介して燃料が供給され、燃料吸入弁４３が閉弁しているときに、プランジャ４２が上昇することにより、加圧室４７内の燃料が加圧され、燃料吐出口４８から加圧された燃料が吐出される。
【００５２】
ソレノイド４５に通電していないときは、ばね４４によって燃料吸入弁４３は図の右方向に移動し、開弁状態となる。一方、ソレノイド４５の通電が行われると、燃料吸入弁４３は図の左方向に移動し、閉弁状態となる。図８には閉弁状態が示されている。
【００５３】
したがって、プランジャ４２が上昇する期間に同期した適切な時期に、ソレノイド４５の通電を行うことにより、必要量の燃料が吐出され、デリバリパイプ２１内の燃料圧ＰＦを所望の値に制御することができる。ソレノイド４５は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５によって通電制御が行われる。本実施形態では、ソレノイド４５の通電時期制御に本発明が適用される。
【００５４】
図９は、高圧燃料ポンプの動作を説明するためのタイムチャートであり、図９（ａ）〜図９（ｅ）は、それぞれＣＲＫパルス、高圧燃料ポンプの行程、ポンプカムによるプランジャの位置変化、制御用カウンタＣＮＴＳＯＬＳ及びＣＮＴＳＯＬＥのカウント値、及びソレノイド４５の通電期間ＣＳＯＬＯＮを示す。
【００５５】
本実施形態では、カウンタＣＮＴＳＯＬＳ及びＣＮＴＳＯＬＥに、それぞれ下記式（２１）及び（２２）で与えられるカウント値ＣＮＴＳＯＬＳＳＥＴ及びＣＮＴＳＯＬＥＳＥＴがセットされ、サブクロックＣＬＳに同期してカウントダウン処理が行われて、通電開始時期ＣＳＯＬＳ及び通電終了時期ＣＳＯＬＥが決定される。式（２１）のＣＳＯＬＲがソレノイド通電制御基準時期であり、プランジャ４２が最も上昇した位置に達する時期に対応する。
ＣＮＴＳＯＬＳＳＥＴ＝（ＣＳＯＬＳ−ＣＳＯＬＲ）／０．６ （２１）
ＣＮＴＳＯＬＥＳＥＴ＝（ＣＳＯＬＥ−ＣＳＯＬＳ）／０．６ （２２）
【００５６】
本実施形態では、高圧燃料ポンプ２３の燃料吸入弁４３の閉弁タイミング制御がサブクロックＣＬＳに同期して行われるので、エンジン回転数ＮＥが大きく変化する過渡運転状態においても正確な燃料圧力制御を行うことができる。
【００５７】
なお、上述した実施形態では、第２パルス信号（ＰＷＭ信号）の周期ｄＴが、第１パルス信号（ＣＲＫパルス）の周期ＤＴの１／１０である例を示したが、これに限るものではなく、ｄＴ＝ＤＴ／Ｎ（Ｎ：２以上の整数）である場合に、本発明を適用可能である。
【００５８】
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（演算処理手段、第２パルス信号生成手段、タイミング制御手段、周期設定手段、予測手段）
６ 燃料噴射弁
７ 点火プラグ
８ クランク軸
１０ クランク角度位置センサ（第１パルス信号生成手段）
２３ 高圧燃料ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に機関制御パラメータの算出を実行し、算出結果に基づく制御動作を、機関回転に同期したタイミングで実行する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度センサから出力される第１パルス信号に応じて、その第１パルス信号より短い周期の第２パルス信号を生成し、第２パルス信号に同期して燃焼圧センサ出力をサンプリングする手法が示されている。特許文献１に示される例では、第１パルス信号はクランク角１０度周期の信号であり、第２パルス信号はクランク角１度周期の信号である。
【０００３】
具体的には、第１パルス信号の発生周期Ｔａ（直前計測値）を１／１０することにより、第２パルス信号の発生周期Ｔｂが算出され、周期Ｔｂで割り込み処理を起動し、その割り込み処理において燃焼圧のサンプリングが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１５１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、演算装置（ＣＰＵ）に備えられているＰＷＭ機能を用いて周期Ｔｂで割り込み処理を起動する手法が示されている。ＰＷＭ機能は、第１パルス信号に同期し、周期Ｔａの１／１０の周期のパルス信号（ＰＷＭ信号）を生成する機能であり、機関回転速度が変化する運転状態においては、周期Ｔａの変化に追従して周期Ｔｂが変更され、第２パルス信号を第１パルス信号の１／１０の周期で正確に生成することできる。
【０００６】
しかしながら、引用文献１に示された手法では、ＰＷＭ信号が発生する毎に割り込み処理が実行されるため、演算装置は、スタック退避処理を実行し、さらにカウンタ加算処理を起動するための割り込み処理起動時間が必要となる。機関回転速度が低い状態では、この割り込み処理起動時間は演算装置における他の演算処理時間を減少させることはないが、機関回転速度が高くなると、周期Ｔａが減少し、したがって周期Ｔｂも減少して周期Ｔｂに対する割り込み処理起動時間の割合が大きくなり、他の演算処理を実行できなくなるという問題が発生する。
【０００７】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関回転に同期した制御実行タイミングの制御を、比較的簡単な構成で、演算装置の負荷を増大させることなく行う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】
【０００８】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の回転に同期した第１パルス信号（ＣＲＫパルス）を生成する第１パルス信号生成手段（１０）と、所定の基準クロックを用いて前記機関の制御パラメータ（燃料噴射時期、点火時期）を算出する演算処理手段を備える内燃機関の制御装置において、前記演算処理手段は、前記第１パルス信号（ＣＲＫパルス）に同期し、前記第１パルス信号（ＣＲＫパルス）より短い周期を有する第２パルス信号（ＰＷＭ信号）を生成する第２パルス信号生成手段と、前記基準クロックとは異なるサブクロック（ＣＬＳ）に同期して、前記制御パラメータに応じた制御動作の実行タイミング制御を行うタイミング制御手段とを有し、前記タイミング制御手段は、前記第２パルス信号（ＰＷＭ信号）を前記サブクロック（ＣＬＳ）として用いることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記第２パルス信号生成手段は、前記第１パルス信号周期（ＤＴ）の最新値に応じて前記第２パルス信号周期（ｄＴ）を算出する周期算出手段を有し、該周期算出手段は、前記第１パルス信号（ＣＲＫパルス）に同期して前記第２パルス信号周期（ｄｔ）を更新することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記周期算出手段は、前記第１パルス信号周期の最新値（ＤＴ(i-1)）及び過去値（ＤＴ(i-2)）に応じて予測変化量（ＤＰＲＥ）を算出する予測手段を有し、前記第１パルス信号周期の最新値及び前記予測変化量を用いて前記第２パルス信号周期（ｄＴ）を算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関は、該機関に燃料を供給する燃料噴射弁（６）を備え、前記タイミング制御手段は、前記サブクロック（ＣＬＳ）に同期して前記燃料噴射弁（６）による燃料噴射の実行タイミング制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関は、該機関の燃焼室内の混合気を点火する点火プラグ（７）を備え、前記タイミング制御手段は、前記サブクロック（ＣＬＳ）に同期して前記点火プラグ（７）による点火の実行タイミング制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関は、該機関に燃料を供給する燃料噴射弁（６）と、該燃料噴射弁に供給する燃料を加圧する高圧燃料ポンプ（２３）とを備え、該高圧燃料ポンプは、燃料圧力を調整するための燃料吸入弁（４３）を有し、前記タイミング制御手段は、前記サブクロック（ＣＬＳ）に同期して前記燃料吸入弁（４３）の閉弁タイミング制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、第１パルス信号に同期し、第１パルス信号より短い周期を有する第２パルス信号が生成され、第２パルス信号をサブクロックとして使用して、制御パラメータに応じた制御動作の実行タイミング制御が行われる。この制御動作は、通常の演算装置が備えている第２パルス信号生成機能により得られる第２パルス信号を、サブクロック入力として当該演算装置に供給することにより、実現することができるので、機関回転に同期した制御実行タイミングの制御を、比較的簡単な構成で、演算装置の負荷を増大させることなく行うことができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、第１パルス信号周期の最新値に応じて第２パルス信号周期が算出され、第１パルス信号に同期して第２パルス信号周期が更新されるので、第１パルス信号周期の変化に対応して第２パルス信号周期が変化し、同期状態が維持される。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、第１パルス信号周期の最新値及び過去値に応じて予測変化量が算出され、第１パルス信号周期の最新値及び予測変化量を用いて第２パルス信号周期が算出されるので、第１パルス信号周期が急激に変化する過渡状態において第２パルス信号周期を迅速に追従させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、サブクロックに同期して燃料噴射弁による燃料噴射の実行タイミング制御が行われるので、機関回転速度が大きく変化する過渡運転状態においても正確な燃料噴射時期制御を行うことができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、サブクロックに同期して点火の実行タイミング制御が行われるので、機関回転速度が大きく変化する過渡運転状態においても正確な点火時期制御を行うことができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、高圧燃料ポンプの燃料吸入弁の閉弁タイミング制御がサブクロックに同期して行われるので、機関回転速度が大きく変化する過渡運転状態においても正確な燃料圧力制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す電子制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【図３】従来の燃料噴射及び点火の実行タイミング制御を説明するためのタイムチャートである。
【図４】本実施形態における燃料噴射及び点火の実行タイミング制御を説明するためのタイムチャートである。
【図５】ＰＷＭ信号生成機能を説明するためのタイムチャートである。
【図６】直噴内燃機関における燃料噴射及び点火の実行タイミング制御を説明するためのタイムチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図８】図７に示す高圧燃料ポンプの構成を模式的に示す断面図である。
【図９】高圧燃料ポンプの動作を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、例えば６気筒を有し、吸気管２を備えている。吸気管２にはスロットル弁３が設けられている。
【００２２】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共に電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に電気的に接続されてＥＣＵ５からの制御信号により燃料噴射弁６の開弁時期及び開弁時間（燃料噴射時期及び燃料噴射時間）が制御される。
【００２３】
エンジン１の各気筒の点火プラグ７は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５からの点火信号により点火時期が制御される。
吸気管２のスロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ９が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００２４】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸８の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１０が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（６気筒エンジンではクランク角１２０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００２５】
ＣＲＫセンサは、クランク軸に固定され、外周部に一定角度間隔で歯が形成されたパルスホイールと、該パルスホイールに対向して配置されたピックアップコイルとを備える。パルスホイールの回転によりピックアップコイルに交流信号が発生し、その交流信号がＣＲＫパルスに変換されて出力される。
【００２６】
ＥＣＵ５は、パルス入力回路１１、信号入力回路１２、ＣＰＵ（Centrl Processing Unit）１３、出力回路１４、及びメモリ回路１５を備えている。パルス入力回路１１は、クランク角度位置センサ１０から入力されるパルス信号を整形してＣＰＵ１３に供給する。信号入力回路１２は、吸気圧センサ９及び図示しない各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号をデジタル信号に変換して、変換されたデジタル信号をＣＰＵ１３に供給する。メモリ回路１５は、ＣＰＵ１３で実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する。出力回路１４は、ＣＰＵ１３から出力される駆動制御信号を、燃料噴射弁６、点火プラグ７などに供給する。
【００２７】
ＣＰＵ１３は、ＣＲＫパルスの１／１０の周期を有するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成するＰＷＭ機能を有し、ＰＷＭ信号出力端子２１から出力する。さらにＣＰＵ１３は、サブクロック入力端子２２を有し、サブクロック入力端子２２から入力されるパルス信号をサブクロックＣＬＳとして使用して、該サブクロックＣＬＳに基づくタイミング制御を行う。本実施形態では、サブクロック入力端子２２はＰＷＭ信号出力端子２１に接続されており、ＣＰＵ１３はＰＷＭ信号をサブクロックＣＬＳとして使用したタイミング制御を行う。
なお、ＣＰＵ１３は、図示しないの基準クロック入力端子を備えており、基準クロック入力端子に供給される一定周期の基準クロック信号を基本のクロック信号して使用する。
【００２８】
ＣＰＵ１３は、各種センサの検出信号に応じて燃料噴射時間ＴＯＵＴ、燃料噴射時期（燃料噴射開始時期ＣＦＩＳ，燃料噴射終了時期ＣＦＩＥ）、及び点火時期（点火コイルの通電開始時期ＣＩＧＳ，通電終了時期ＣＩＧＥ）を算出する制御処理を実行する。さらにＣＰＵ１３は、算出された燃料噴射時期及び点火時期に応じて、以下に説明するように、燃料噴射弁６及び点火プラグ７を駆動する燃料噴射制御信号及び点火制御信号を生成して出力する。
【００２９】
先ず図３を参照して、燃料噴射及び点火のタイミング制御の従来手法について説明する。
図３（ａ）は、クランク角６度周期のＣＲＫパルスを示す。実際にはパルスホイールに切り欠き部が設けられているために、３６０度毎に周期が長くなる部分があるが、図示は省略している。図３（ｂ）には＃５気筒の行程が示されており、上部に示すクランク角度は＃５気筒の吸気行程開始上死点を０度として示されている。図３（ｃ）及び（ｅ）はそれぞれ燃料噴射制御信号及び点火制御信号を示し、図３（ｄ）及び（ｆ）はそれぞれ燃料噴射制御信号及び点火制御信号を生成するためのタイマ動作を示す。
【００３０】
燃料噴射及び点火を、制御処理で算出された燃料噴射時期及び点火時期において正確に実行するためには、燃料噴射時期及び点火時期の算出を実行時期より早めに完了し、基準時期からタイマを作動させて燃料噴射及び点火を実行する必要がある。すなわち、燃料噴射時期及び点火時期はクランク角度位置で指定されるが、その実行時期の少し前の基準時期からはクランク角度を時間に置き換えて、タイミング制御が行われる。
【００３１】
具体的には、燃料噴射制御基準時期ＣＦＩＲにおいて噴射開始時期タイマＴＭＦＩＳが時間ＴＦＩＳにセットされ、噴射終了時期タイマＴＭＦＩＥが時間ＴＦＩＥにセットされるとともに、噴射開始時期タイマＴＭＦＩＳの減算処理が開始される。噴射開始時期タイマＴＭＦＩＳの値が「０」となる燃料噴射開始時期ＣＦＩＳ［ｄｅｇ］において燃料噴射が開始され、同時に噴射終了時期タイマＴＭＦＩＥの減算処理が開始される。そして、噴射終了時期タイマＴＭＦＩＥの値が「０」となる燃料噴射終了時期ＣＦＩＥ［ｄｅｇ］において燃料噴射が終了する。したがって、噴射終了時期タイマＴＭＦＩＥに設定される時間ＴＦＩＥが燃料噴射時間に相当する。
【００３２】
点火制御も同様に、点火制御基準時期ＣＩＧＲにおいて通電開始時期タイマＴＭＩＧＳが時間ＴＩＧＳにセットされ、通電終了時期タイマＴＭＩＧＥが時間ＴＩＧＥにセットされるとともに、通電開始時期タイマＴＭＩＧＳの減算処理が開始される。通電開始時期タイマＴＭＩＧＳの値が「０」となる通電開始時期ＣＩＧＳ［ｄｅｇ］において点火コイルの通電が開始され、同時に通電終了時期タイマＴＭＩＧＥに減算処理が開始される。そして、通電終了時期タイマＴＭＩＧＥの値が「０」となる通電終了時期ＣＩＧＥ［ｄｅｇ］において点火コイルの通電が終了し、点火が行われる。すなわち、通電終了時期ＣＩＧＥが点火時期に相当する。
【００３３】
噴射開始時期タイマＴＭＦＩＳ及び通電開始時期タイマＴＭＩＧＳに設定される時間ＴＦＩＳ及びＴＩＧＳは、いずれもタイマ設定を行う直前のＣＲＫパルス周期ＤＴを用いて、角度−時間変換を行うことにより算出され、タイマの減算処理は基準クロック信号（エンジン回転速度に依存しない一定周期のクロック信号）を用いて行われる。
【００３４】
そのため、例えば点火制御基準時期ＣＩＧＲから通電開始時期ＣＩＧＳまでの角度期間が４２度である場合を想定すると、この４２度の角度期間中に１０％減速によってＣＲＫパルスの周期が１０％長くなったときは、点火時期は制御指令値に対して約２．１度程度の進角した時期となってしまう。
【００３５】
この課題を解決する手法として、上述した特許文献１に示されるように、ＰＷＭ信号を用いて割り込み処理を起動し、割り込み処理においてＣＲＫパルスの周期ＤＴに応じた修正を行うことが考えられるが、前述したようにエンジン回転数ＮＥが高い領域では、周期ＤＴに対する割り込み処理起動時間の割合が大きくなって、他の演算処理を実行できなくなる。
【００３６】
そこで本実施形態では、ＰＷＭ信号をサブクロック入力端子２２を介してＣＰＵ１３に入力し、サブクロックＣＬＳを用いて燃料噴射開始時期ＣＦＩＳ及び通電開始時期ＣＩＧＳを決定するようにしている。
【００３７】
本実施形態では、ＰＷＭ信号の周期は、直前のＣＲＫパルス周期ＤＴの１／１０の周期、すなわち０．６度に相当する周期に設定されるので、従来のタイマＴＭＦＩＳ及びＴＭＩＧＳに代えて、図４に示すように、カウンタＣＮＴＦＩＳ及びＣＮＴＩＧＳに、それぞれ下記式（１）及び（２）で与えられるカウント値ＣＮＴＦＩＳＳＥＴ及びＣＮＴＩＧＳＳＥＴをセットし、サブクロックＣＬＳに同期してカウントダウン処理を行う。
ＣＮＴＦＩＳＳＥＴ＝（ＣＦＩＳ−ＣＦＩＲ）／０．６ （１）
ＣＮＴＩＧＳＳＥＴ＝（ＣＩＧＳ−ＣＩＧＲ）／０．６ （２）
【００３８】
図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ燃料噴射制御信号及びカウンタ／タイマ動作を示し、図４（ｂ）に示されるように、カウンタＣＮＴＦＩＳのカウント値設定及びカウントダウン処理と、従来と同様の噴射終了時期タイマＴＭＦＩＥの減算処理とが行われる。また図４（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ点火制御信号及びカウンタ／タイマ動作を示し、図４（ｄ）に示されるように、カウンタＣＮＴＩＧＳのカウント値設定及びカウントダウン処理と、通電終了時期タイマＴＭＩＧＥの減算処理とが行われる。図４に示すようにタイミング制御を行うことにより、燃料噴射開始時期ＣＦＩＳ、燃料噴射終了時期ＣＦＩＥ、通電開始時期ＣＩＧＳ、及び通電終了時期ＣＩＧＥを正確に制御することが可能となる。なお、式（１）及び（２）の演算結果の小数点以下は切り捨てされ、タイミング誤差は最大で０．６度となる。
【００３９】
図５はＣＰＵ１３のＰＷＭ信号生成機能を説明するためのタイムチャートである。ＣＲＫパルス周期ＤＴ１を用いてＰＷＭ信号周期ｄＴ２（＝ＤＴ１／１０）が設定され、ＣＲＫパルス周期ＤＴ２を用いてＰＷＭ信号周期ｄＴ３（＝ＤＴ２／１０）が設定され、ＰＷＭ信号周期ｄＴ４，ｄＴ５，…も同様に設定される。すなわち、ＣＰＵ１３では、ＰＷＭ信号周期ｄＴ（及びパルス信号が高レベルとなる時間）をレジスタに設定する動作を行うことによりＰＷＭ信号が生成されるので、割り込み処理を起動することによる演算負荷に比べて格段に低い負荷でＰＷＭ信号を生成することができる。ＰＷＭ信号、すなわちサブクロックＣＬＳの周期ｄＴは、ＣＲＫパルスが発生するクランク角６度毎に更新されるので、周期ｄＴにエンジン回転速度の変化が直ちに反映される。したがって、サブクロックＣＬＳを用いてタイミング制御を行うことにより、エンジン回転速度の変化にかかわらず正確な制御を行うことができる。
【００４０】
以上のように本実施形態では、ＣＲＫパルスに同期し、ＣＲＫパルスより短い周期を有するＰＷＭ信号が生成され、ＰＷＭ信号をサブクロックＣＬＳとして使用して、燃料噴射及び点火の実行タイミング制御が行われる。この制御動作は、ＣＰＵ１３が備えているＰＷＭ信号生成機能によりＰＷＭ信号出力端子２１から出力されるＰＷＭ信号を、サブクロック入力端子２２に供給することにより、実現することができるので、エンジン回転に同期した燃料噴射及び点火の実行タイミング制御を、比較的簡単な構成で、ＣＰＵ１３の負荷を増大させることなく行うことができる。
【００４１】
本実施形態では、クランク角度位置センサ１０が第１パルス信号生成手段に相当し、ＣＰＵ１３が第２パルス信号生成手段及びタイミング制御手段を含む演算処理手段に相当する。
【００４２】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、ＣＰＵ１３は直前のＣＲＫパルス周期ＤＴを１／１０することにより、下記式（１１）で示されるようにＰＷＭ信号周期（＝サブクロック周期）ｄＴ(i)（ｉ＝１，２，３，…）を算出するようにしたが、ＰＷＭ信号周期ｄＴ(i)を下記式（１２）により算出される予測値に設定するようにしてもよい。式（１２）の右辺第２項は、直前の周期変化量に応じた修正項であり、この修正項を加算することにより、エンジン回転速度の変化が大きい過渡状態においてより正確なサブクロックＣＬＳを発生させることができる。
ｄＴ(i)＝ＤＴ(i-1)／１０ （１１）
ｄＴ(i)＝ＤＴ(i-1)／１０＋（ＤＴ(i-1)−ＤＴ(i-2)）／１０ （１２）
【００４３】
この変形例では、ＣＲＫパルス周期の最新値ＤＴ(i-1)及び前回値ＤＴ(i-2)に応じて予測変化量ＤＰＲＥ（＝（ＤＴ(i-1)−ＤＴ(i-2)）／１０）が算出され、ＣＲＫパルス周期の最新値ＤＴ(i-1)及び予測変化量ＤＰＲＥを用いて、ＰＷＭ信号周期ｄＴ(i)が算出されるので、ＣＲＫパルス周期ＤＴが急激に変化する過渡状態においてＰＷＭ信号周期ｄＴを迅速に追従させることができる。
【００４４】
また、上述した実施形態では、吸気管内に燃料を噴射するエンジンに本発明を適用した例を示したが、本発明は燃焼室内の直接燃料を噴射する直噴エンジンにも適用可能である。
【００４５】
図６は、直噴エンジンにおける燃料噴射及び点火の実行タイミングを示すタイムチャートであり、上述した実施形態における図３に対応するものである。燃料噴射弁の開弁期間ＴＦＩ（ＣＦＩＳ〜ＣＦＩＥ）と、点火コイルの通電期間（ＣＩＧＳ〜ＣＩＧＥ）ＴＩＧとが近接しているため、両者がオーバラップする可能性が高くなる。そのため従来の制御手法では、燃料噴射終了時期ＣＦＩＥと、通電開始時期ＣＩＧＳとが接近している場合には、何れか一方を少しずらして、オーバラップを確実に回避することが行われる。
【００４６】
すなわち直噴エンジンでは、燃料噴射及び点火のタイミング制御をより高精度に行うことが求められ、本発明の構成を採用することにより、特にエンジンの加減速時において、両者のタイミング制御を高精度に行い、所望のタイミングで燃料噴射及び点火を実行することが可能となる。
【００４７】
［第２の実施形態］
本実施形態は、直噴エンジンの燃料供給系に設けられる高圧ポンプの制御に本発明を適用したものである。図７は、本実施形態における直噴エンジン及びその制御装置の構成を示す図である。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。
【００４８】
本実施形態では、燃料噴射弁６は、エンジン１の燃焼室内に直接燃料を噴射するように設けられている。燃料噴射弁６は燃料供給管１７を介してデリバリパイプ２１に接続され、デリバリパイプ２１は、燃料パイプ２０を介して燃料タンク１９内の燃料ポンプユニット１８に接続されている。燃料ポンプユニット１８は、燃料ポンプ１８ａと、燃料ストレーナ１８ｂと、基準圧力を燃料タンク内圧としたプレッシャーレギュレータ１８ｃとが一体に構成されたものである。燃料パイプ２０の途中には高圧燃料ポンプ２３が設けられており、高圧燃料ポンプ２３によりデリバリパイプ２１内の燃料圧が、燃料を燃焼室内に噴射可能な圧力まで高められる。
【００４９】
デリバリパイプ２１には、燃料圧ＰＦを検出する燃料圧センサ２２が設けられている。燃料圧センサ２２の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００５０】
高圧燃料ポンプ２３は、公知の構造を有するものであり、図８に示すように、筐体４１と、プランジャ４２と、燃料吸入弁４３と、ばね４４と、ソレノイド４５と、燃料吸入口４６と、加圧室４７と、燃料吐出口４８とを備えている。プランジャ４２は、エンジン１のカム軸に固定されたポンプカム（図示せず）により、図の上下方向にクランク角２４０度周期で移動する。
【００５１】
燃料吸入弁４３が開弁しているときに、プランジャ４２が下降することにより、加圧室４７内に燃料吸入口４６を介して燃料が供給され、燃料吸入弁４３が閉弁しているときに、プランジャ４２が上昇することにより、加圧室４７内の燃料が加圧され、燃料吐出口４８から加圧された燃料が吐出される。
【００５２】
ソレノイド４５に通電していないときは、ばね４４によって燃料吸入弁４３は図の右方向に移動し、開弁状態となる。一方、ソレノイド４５の通電が行われると、燃料吸入弁４３は図の左方向に移動し、閉弁状態となる。図８には閉弁状態が示されている。
【００５３】
したがって、プランジャ４２が上昇する期間に同期した適切な時期に、ソレノイド４５の通電を行うことにより、必要量の燃料が吐出され、デリバリパイプ２１内の燃料圧ＰＦを所望の値に制御することができる。ソレノイド４５は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５によって通電制御が行われる。本実施形態では、ソレノイド４５の通電時期制御に本発明が適用される。
【００５４】
図９は、高圧燃料ポンプの動作を説明するためのタイムチャートであり、図９（ａ）〜図９（ｅ）は、それぞれＣＲＫパルス、高圧燃料ポンプの行程、ポンプカムによるプランジャの位置変化、制御用カウンタＣＮＴＳＯＬＳ及びＣＮＴＳＯＬＥのカウント値、及びソレノイド４５の通電期間ＣＳＯＬＯＮを示す。
【００５５】
本実施形態では、カウンタＣＮＴＳＯＬＳ及びＣＮＴＳＯＬＥに、それぞれ下記式（２１）及び（２２）で与えられるカウント値ＣＮＴＳＯＬＳＳＥＴ及びＣＮＴＳＯＬＥＳＥＴがセットされ、サブクロックＣＬＳに同期してカウントダウン処理が行われて、通電開始時期ＣＳＯＬＳ及び通電終了時期ＣＳＯＬＥが決定される。式（２１）のＣＳＯＬＲがソレノイド通電制御基準時期であり、プランジャ４２が最も上昇した位置に達する時期に対応する。
ＣＮＴＳＯＬＳＳＥＴ＝（ＣＳＯＬＳ−ＣＳＯＬＲ）／０．６ （２１）
ＣＮＴＳＯＬＥＳＥＴ＝（ＣＳＯＬＥ−ＣＳＯＬＳ）／０．６ （２２）
【００５６】
本実施形態では、高圧燃料ポンプ２３の燃料吸入弁４３の閉弁タイミング制御がサブクロックＣＬＳに同期して行われるので、エンジン回転数ＮＥが大きく変化する過渡運転状態においても正確な燃料圧力制御を行うことができる。
【００５７】
なお、上述した実施形態では、第２パルス信号（ＰＷＭ信号）の周期ｄＴが、第１パルス信号（ＣＲＫパルス）の周期ＤＴの１／１０である例を示したが、これに限るものではなく、ｄＴ＝ＤＴ／Ｎ（Ｎ：２以上の整数）である場合に、本発明を適用可能である。
【００５８】
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（演算処理手段、第２パルス信号生成手段、タイミング制御手段、周期設定手段、予測手段）
６ 燃料噴射弁
７ 点火プラグ
８ クランク軸
１０ クランク角度位置センサ（第１パルス信号生成手段）
２３ 高圧燃料ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の回転に同期した第１パルス信号を生成する第１パルス信号生成手段と、所定の基準クロックを用いて前記機関の制御パラメータを算出する演算処理手段を備える内燃機関の制御装置において、
前記演算処理手段は、
前記第１パルス信号に同期し、前記第１パルス信号より短い周期を有する第２パルス信号を生成する第２パルス信号生成手段と、
前記基準クロックとは異なるサブクロックに同期して、前記制御パラメータに応じた制御動作の実行タイミング制御を行うタイミング制御手段とを有し、
前記タイミング制御手段は、前記第２パルス信号を前記サブクロックとして用いることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第２パルス信号生成手段は、前記第１パルス信号周期の最新値に応じて前記第２パルス信号周期を算出する周期算出手段を有し、該周期算出手段は、前記第１パルス信号に同期して前記第２パルス信号周期を更新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】
前記周期算出手段は、前記第１パルス信号周期の最新値及び過去値に応じて予測変化量を算出する予測手段を有し、前記第１パルス信号周期の最新値及び前記予測変化量を用いて前記第２パルス信号周期を算出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】
前記機関は、該機関に燃料を供給する燃料噴射弁を備え、
前記タイミング制御手段は、前記サブクロックに同期して前記燃料噴射弁による燃料噴射の実行タイミング制御を行うことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記機関は、該機関の燃焼室内の混合気を点火する点火プラグを備え、
前記タイミング制御手段は、前記サブクロックに同期して前記点火プラグによる点火の実行タイミング制御を行うことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記機関は、該機関に燃料を供給する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁に供給する燃料を加圧する高圧燃料ポンプとを備え、該高圧燃料ポンプは、燃料圧力を調整するための燃料吸入弁を有し、
前記タイミング制御手段は、前記サブクロックに同期して前記燃料吸入弁の閉弁タイミング制御を行うことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の回転に同期した第１パルス信号を生成する第１パルス信号生成手段と、所定の基準クロックを用いて前記機関の制御パラメータを算出する演算処理手段を備える内燃機関の制御装置において、
前記演算処理手段は、
前記第１パルス信号に同期し、前記第１パルス信号より短い周期を有する第２パルス信号を生成する第２パルス信号生成手段と、
前記基準クロックとは異なるサブクロックに同期して、前記制御パラメータに応じた制御動作の実行タイミング制御を行うタイミング制御手段とを有し、
前記タイミング制御手段は、前記第２パルス信号を前記サブクロックとして用いることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第２パルス信号生成手段は、前記第１パルス信号周期の最新値に応じて前記第２パルス信号周期を算出する周期算出手段を有し、該周期算出手段は、前記第１パルス信号に同期して前記第２パルス信号周期を更新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】
前記周期算出手段は、前記第１パルス信号周期の最新値及び過去値に応じて予測変化量を算出する予測手段を有し、前記第１パルス信号周期の最新値及び前記予測変化量を用いて前記第２パルス信号周期を算出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】
前記機関は、該機関に燃料を供給する燃料噴射弁を備え、
前記タイミング制御手段は、前記サブクロックに同期して前記燃料噴射弁による燃料噴射の実行タイミング制御を行うことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記機関は、該機関の燃焼室内の混合気を点火する点火プラグを備え、
前記タイミング制御手段は、前記サブクロックに同期して前記点火プラグによる点火の実行タイミング制御を行うことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記機関は、該機関に燃料を供給する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁に供給する燃料を加圧する高圧燃料ポンプとを備え、該高圧燃料ポンプは、燃料圧力を調整するための燃料吸入弁を有し、
前記タイミング制御手段は、前記サブクロックに同期して前記燃料吸入弁の閉弁タイミング制御を行うことを特徴とする請求項１から３の何れか１項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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２５２５４（Ｐ２０１２−２２５２５４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９３５６６（Ｐ２０１１−９３５６６）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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