説明

内燃機関の気筒判定装置

【課題】本発明では、カム角度センサの故障時にバルブ着座ノイズ信号に基づいた内燃機関の気筒判定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】カム角度センサ故障時に、ノック制御領域外且つバルブ着座ノイズ信号検出区間内である場合、バルブ着座ノイズ信号と気筒判定閾値を基に気筒判定を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多気筒エンジンにおいて、カム角度センサの故障時にノックセンサから得られるバルブ着座ノイズ信号に基づく気筒判定手段に関する技術である。
【背景技術】
【0002】
従来より、内燃機関の気筒判定装置には、カム角度センサの信号に基づいて、気筒判定を行う手段が知られている。
【0003】
また、〔特許文献1〕には、クランク角度センサの故障時にバルブ着座ノイズ信号に基づいた点火、燃料制御手段が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平6−173751号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記装置においては、クランク角度センサの故障時にバルブ着座ノイズ信号によりクランク角度センサが正常機能していたときの基準位置を模擬し、点火、燃料制御をしているが、あくまで点火、燃料噴射タイミングの制御であり、気筒判定という場合には対応できない。
【0006】
本発明では、カム角度センサの故障時にバルブ着座ノイズ信号に基づいた内燃機関の気筒判定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】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明に係る気筒判定装置はエンジンコントロールユニットと、エンジンに取付けられたクランク角度センサと、カム角度センサと、ノッキングを検出するノックセンサと、吸気バルブと、前記カム角度センサの信号を基に気筒判定を切替える手段と、ノック制御領域を判定する手段と前記クランク角度センサの信号を基に吸気バルブの着座ノイズ信号検出区間か否かを判定する手段と、前記吸気バルブの着座ノイズ信号検出区間に入力された前記ノックセンサの信号より吸気バルブ着座ノイズ信号レベルを算出する手段と、気筒判定閾値を決定する手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記カム角度センサが故障と判定した場合には、吸気バルブ着座ノイズ信号レベルと気筒判定閾値に基づいて、吸気バルブの着座ノイズ信号による気筒判定を行う。
【発明の効果】
【0008】
本発明による気筒判定装置では、カム角度センサの故障時にバルブ着座ノイズ信号のレベルに応じて気筒を判定することが可能である。その結果、所望の気筒で点火、燃料噴射を行うことができるため、内燃機関本体に損傷を与えることなく、走行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明による火花点火内燃機関と制御装置の模式図。
【図2】コントロールユニットの内部構成図。
【図3】本発明の実施例の構成を説明する制御ブロック図。
【図4】吸気バルブ着座ノイズ信号レベルの算出方法を示した図。
【図5】吸気バルブ着座ノイズ信号による気筒判定方法を示したフローチャート。
【図6】気筒判定閾値更新に対応した吸気バルブ着座ノイズ信号による気筒判定方法を示したフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、発明の実施例を図面を用いて説明する。図1は、本発明に係る火花点火内燃機関とその制御装置の基本構成図である。本説明では以下、筒内噴射式火花点火内燃機関を用いて説明を進めていくが、ポート噴射式火花点火内燃機関においても適用可能である。
【0011】
図において、エンジン1には、ピストン2、吸気バルブ3、排気バルブ4が備えられ、吸気は、空気流量計(AFM)18を通過して絞り弁17に入り、分岐部であるコレクタ14より吸気管10、吸気バルブ3を介してエンジン1の燃焼室19に供給される。燃料は、燃料噴射弁5から、エンジン1の燃焼室19に噴射供給され、点火コイル7、点火プラグ6で点火される。燃焼後の排気ガスは排気バルブ4を介して排気管11に排出され、排気管11には排気ガス浄化のための三元触媒12が備えられている。エンジンコントロールユニット9には、エンジン1のクランク角度センサ15の信号、カム角度センサ21の信号、AFM18の空気量信号、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ13の信号、アクセル開度センサ20のアクセル開度等の信号が入力される。エンジンコントロールユニット9はアクセル開度センサ20の信号からエンジンへの要求トルクの算出、アイドル状態の判定等を行い、エンジン1に必要な吸入空気量を算出し、それに見合った開度信号を絞り弁17に出力する。また燃料噴射弁5へは燃料噴射信号が、点火プラグ6へは点火信号が出力される。
【0012】
さらにエンジン1に取付けられたノックセンサ8がエンジン1の異常燃焼時に発生する異音(ノッキング)を検出し、点火信号をフィードバック制御している。
【0013】
図2はコントロールユニット9の内部構成を示したものである。コントロールユニット9は、入力回路101、A/D変換部102、中央演算部103、ROM104、RAM105、及び出力回路106を含んだマイクロコンピュータにより構成されている。入力回路101は、入力信号100がアナログ信号の場合(例えば、AFM18、アクセル開度センサ20等からの信号)、概信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をA/D変換部102に出力するためのものである。中央演算部103は、A/D変換結果を取り込み、ROM104等の媒体に記憶された燃料噴射制御プログラムやその他の制御プログラムを実行することによって、各制御及び診断等を実行する機能を備えている。なお、演算結果、及び、前記A/D変換結果は、RAM105に一時保管されるとともに、演算結果は、出力回路106を通じて制御信号107として出力され、燃料噴射弁5、点火コイル7等の制御に用いられる。
【0014】
図3は、本実施形態を制御ブロック図で表したものである。
【0015】
中央演算部103に入力されたカム角度センサ21の信号に異常が生じた場合には、気筒判定切替え部301にて気筒判定方法の切替えを実施する。また、エンジン回転数とエンジン負荷を基に、ノック制御領域判定部302にてノック制御領域か否か判定する。
【0016】
気筒判定切替え部301の信号とノック制御領域判定部302の信号とクランク角度センサ15の信号を基に、バルブ着座ノイズ信号検出区間判定部303にてバルブ着座ノイズ信号の検出区間か否かを判定する。
【0017】
バルブ着座ノイズ信号検出区間判定部303でバルブ着座ノイズ信号の検出区間である場合は、バルブ着座ノイズ信号検出区間で得られたバルブ着座ノイズ信号を基に、バルブ着座ノイズ信号レベル算出部304にてバルブ着座ノイズ信号レベルを算出する。
【0018】
その後、気筒判定閾値決定部305とバルブ着座ノイズ信号レベル算出部304の信号を基に、気筒判定部306にて気筒判定を実施する。
【0019】
続いて、吸気バルブ着座ノイズ信号レベルの算出手段について、図4を例に挙げ説明する。図4は、シリンダブロック401に直列に並ぶ4つのシリンダ#1気筒403、#2気筒404、#3気筒405、#4気筒406において、シリンダ#1気筒403付近のシリンダブロック401にノックセンサ402を取付けた直列4気筒エンジンである。通常、ノックセンサ402は、エンジンの異常燃焼時によるノッキングを検知するために備えられているものである。しかし、ノックセンサ402には、エンジンから発生するノッキング以外に吸気バルブ着座の振動も検知し、ノッキングにより発生するものとは異なり、エンジン回転中は常時発生している。また、吸気バルブ着座ノイズ信号は、上記ノックセンサ402のような位置に取付けた場合、吸気バルブの着座ノイズ信号レベルは、ノックセンサ402に近接する程大きくなる。
【0020】
本発明では、前述した吸気バルブ着座ノイズ信号がエンジン回転中に常時発生すること、ノックセンサと吸気バルブの距離に応じて吸気バルブ着座ノイズ信号レベルが異なること、の2つの点に着目した。
【0021】
具体的には、カム角度センサ信号が故障時に、ノック制御領域内か否かの判定に基づき、吸気バルブ着座ノイズ信号による気筒判定を実施することとした。吸気バルブ着座ノイズ信号の検出区間は、通常、圧縮下死点付近ではあるが、可変動弁機構に対応するため、最遅角から最進角までを考慮した検出区間を設定する。そして、ノックセンサから得られた吸気バルブ着座ノイズ信号レベルは、移動平均方式により算出する。移動平均方式により算出した吸気バルブ着座ノイズ信号レベルと気筒判定閾値に基づき、気筒を判定する。
【0022】
次に、吸気バルブ着座ノイズ信号による気筒判定方法について、図5のフローチャートを参照しながら説明する。ステップ501ではカム角度センサ信号からカム角度センサが正常か否か判定する。カム角度センサが正常時には、ステップ502でクランク角度センサ、カム角度センサ信号に基づいて気筒判定を行い、ステップ503で点火/燃料制御を実行する。
【0023】
一方、ステップ501でカム角度センサが正常と判定されない場合には、ステップ504でノック制御領域外か否か判定し、ノック制御領域外と判定した場合には、ステップ505でバルブ着座ノイズ信号検出区間内か否か判定する。ステップ505でバルブ着座ノイズ信号検出区間内と判定した場合には、ステップ506で移動平均方式によるバルブ着座ノイズ信号の算出を行う。その後、ステップ507で気筒判定閾値算出し、ステップ508で気筒判定閾値とバルブ着座ノイズ信号レベルに基づいて気筒判定を行い、ステップ503の点火/燃料制御を実行する。
【0024】
また、ステップ504でノック制御領域内、ステップ505でバルブ着座ノイズ信号検出区間外である場合には、気筒判定は実施しないと判断し処理を終了する。
【0025】
次に、気筒判定閾値更新に対応した吸気バルブ着座ノイズ信号による気筒判定方法について、図6のフローチャートを参照しながら説明する。
【0026】
ステップ501ではカム角度センサ信号からカム角度センサが正常か否か判定する。カム角度センサが正常時には、ステップ502でクランク角度センサ、カム角度センサ信号に基づいて気筒判定を行う。正常時の気筒判定後、ステップ509で移動平均方式によるバルブ着座ノイズ信号の算出を行い、ステップ510で各気筒における閾値を決定し、ステップ507に気筒判定閾値の更新をする。その後、ステップ503の点火/燃料制御を実行する。
【0027】
一方、ステップ501でカム角度センサが正常と判定されない場合には、ステップ504でノック制御領域外か否か判定し、ノック制御領域外と判定した場合には、ステップ505でバルブ着座ノイズ信号検出区間内か否か判定する。ステップ505でバルブ着座ノイズ信号検出区間内と判定した場合には、ステップ506で移動平均方式によるバルブ着座ノイズ信号の算出を行う。その後、ステップ507で気筒判定閾値算出し、ステップ508で気筒判定閾値とバルブ着座ノイズ信号レベルに基づいて気筒判定を行い、ステップ503の点火/燃料制御を実行する。
【0028】
以上、本発明の一実施形態について、詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく、設計において種々の変更ができるものである。
【符号の説明】
【0029】
1 エンジン
2 ピストン
3 吸気バルブ
4 排気バルブ
5 燃料噴射弁
6 点火プラグ
7 点火コイル
8 ノックセンサ
9 ECU(エンジンコントロールユニット)
10 吸気管
11 排気管
12 三元触媒
13 酸素センサ
14 コレクタ
15 クランク角度センサ
16 シグナルプレート
17 絞り弁
18 AFM
19 燃焼室
20 アクセル開度センサ
21 カム角度センサ
22 カムシャフト

【特許請求の範囲】
【請求項1】
クランクシグナルプレートの外周に近接配置された検知器からなるクランク角度センサと、カムシャフトの末端に近接配置された検知器からなるカム角度センサと、内燃機関で発生するノッキングを検出するノックセンサと、吸気バルブと、前記カム角度センサの信号を基に気筒判定を切替える手段と、ノック制御領域を判定する手段と前記クランク角度センサの信号を基に吸気バルブの着座ノイズ信号検出区間か否かを判定する手段と、前記吸気バルブの着座ノイズ信号検出区間に入力された前記ノックセンサの信号より吸気バルブ着座ノイズ信号レベルを算出する手段と、気筒判定閾値を決定する手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記カム角度センサが故障と判定した場合には吸気バルブ着座ノイズ信号レベルと気筒判定閾値に基づいて、吸気バルブの着座ノイズ信号による気筒判定手段を備えることを特徴とする気筒判定装置。
【請求項2】
請求項1に記載の気筒判定装置において、前記カム角度センサが故障と判定した場合には、排気バルブの着座ノイズ信号による気筒判定手段を備えることを特徴とする気筒判定装置。
【請求項3】
請求項1及び請求項2に記載の気筒判定装置において、可変動弁機構が採用されている場合には、前記バルブ着座ノイズ信号検出区間を最遅角から最進角までを考慮した検出区間を設定することを特徴とする気筒判定装置。
【請求項4】
請求項1及び請求項2及び請求項3に記載の気筒判定装置において、前記ノック制御領域を判定する手段でノック制御領域と判定した場合には、バルブ着座ノイズ信号による気筒判定を禁止することを特徴とする気筒判定装置。
【請求項5】
請求項1及び請求項2及び請求項3及び請求項4に記載の気筒判定装置において、前記ノックセンサが故障と判定した場合には、バルブ着座ノイズ信号による気筒判定を禁止することを特徴とする気筒判定装置。
【請求項6】
請求項1及び請求項2及び請求項3及び請求項4及び請求項5に記載の気筒判定装置において、前記気筒判定閾値を決定する手段で気筒判定閾値を更新する手段を備えることを特徴とする気筒判定装置。
【請求項7】
請求項1及び請求項2及び請求項3及び請求項4及び請求項5及び請求項6に記載の気筒判定装置において、バルブ着座ノイズ信号レベルの算出を基準信号とノイズ信号の比で行うことを特徴とする気筒判定装置。

【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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【図6】
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【公開番号】特開2013−24063(P2013−24063A)
【公開日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−157404(P2011−157404)
【出願日】平成23年7月19日(2011.7.19)
【出願人】(509186579)日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Fターム(参考)】