JPH04148043A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、角度信号発生器からの角度信号に基づいて
各気筒を制御する内燃機関の制御装置に間し、特に実用
制御域の機関基準位置を検出することによりシステム制
御の信頼性を向上させた内燃機関の制御袋！に関するも
のである。

［従来の技術］ 一般に、自動車等に適用される内燃機関は、複数の気筒
（例えば、４気筒）により数１１００ｒｐ〜数１０００
ｒ　ｐ　ｍ程度で回転駆動されている。４気筒の場合、
各気筒は、駆動軸（クランク軸）に対して１７２周期分
ずつ動作位置の位相がずれて連結されている。又、４サ
イクルエンジンの場合、クランク軸の２回転に対して、
吸気、圧縮、爆発及び排気の４サイクルが行なわれるた
め、各気筒毎の駆動周期を制御するカム軸に対しては、
各気筒は、１７４周期ずつ動作位置の位相がずれて連結
されている。

このような内燃機関においては、各気筒毎に、イグナイ
タによる点火時期や、インジェクタによる燃料噴射時期
等を電子的に制御するために、内燃機関の回転に同期し
た気筒毎のクランク角基準信号を生成し、このクランク
角基準信号に基づいて各気筒の動作位置を識別する必要
がある１通常各気筒の基準位置に対応したクランク角基
準信号を発生する手段としては、内燃機関のカム軸又は
クランク軸の回転を検出する回転信号発生器が用いられ
ている。

第８図は一般的な内燃機関制御装置を示すブロク図であ
り、図において、（８）は各気筒に対応した位置信号り
を発生する回転信号発生器、（９）は位置信号りを取り
込むためのインターフェース回路である０位置信号りは
、気筒識別信号及びクランク角基準信号（後述する）を
含んでいる。

（１０）はインターフェース回路（９）を介してクラン
ク角基準信号りを取り込むマイクロコンピュータであり
、位置信号りを処理して気筒毎の動作位置を識別し、所
定の基準位置からのタイマ時間制御により、通電、燃料
噴射、点火タイミング等を決定するようになっている。

第９図は従来の内燃機関の制御装置に用いられる回転信
号発生器（８）の具体的構成例を示す斜視図であり、第
１０図は回転信号発生器（８）に設けられる位置信号発
生部を示す回路図である。

第９図において、（１）は内燃機関と同期して回転する
回転軸であり、例えば、内燃機関（又は、成る１つの気
筒）の４サイクル動作の１周期に同期して１回転するカ
ム軸に連結されている。

（２）は回転軸（１）に取り付けられた回転円板であり
、各気筒毎の基準位置（所定クランク角）に対応して、
又、特定気筒の基準位置に対応して、複数のスリット状
の窓（３ａ）及び（３ｂ）が設けられている。

ここでは、内燃機関が４気筒の場合を示し、各気筒毎の
クランク角基準信号に対応する窓（３ａ）は、外周部の
４ケ所に設けられている。又、善意（３ａ）の回転方向
（矢印）に対する前方端は、各気筒毎の第１の基準位置
に対応し、後方端は、第２の基準位置に対応している。

一方、気筒識別信号に対応する窓（３ｂ）は、特定気筒
（第１気筒）のみの窓（３ａ）に対応して内周部の１カ
所に設けられ、窓（３ａ）に対して回転方向に位相差を
有している。

（４ａ）及び（４ｂ）は善意（３亀）及び（３ｂ）にそ
れぞれ対向するように配置された一対の発光ダイオード
、（５ａ）及び（５ｂ）は各発光ダイオード（４ａ）及
び（４ｂ）がらの出力光を窓（３ａ）及び（３ｂ）を通
して受光するように配置された一対のフォトダイオード
である。

これら発光ダイオード（４ａ）及び（４ｂ）とフォトダ
イオード（５＆）及び（５ｂ）は、２組のフォトカプラ
を構成している。

第１０図において、発光ダイオード（４ａ）及び（４ｂ
）並びにフォトダイオード（５ａ）及び（５ｂ）は、代
表的に（４）及び（５）として示されており、一方のフ
ォトカプラのみが図示されている。（６）はフォトダイ
オード（５）からの出力信号を増幅する増幅回路、（７
）は増幅回路（６）の出力端子にベースが接続されたオ
ープンコレクタ（エミッタ接地）の出力トランジスタで
ある。出力トランジスタ（７）のコレクタ端子は、イン
ターフェース回路（９）（第８図参照）に接続されてい
る。

次に、第１１図の波形図を参照しながら、第８図〜第１
０図に示した従来の内燃機関の制御装置の動作について
説明する。

内燃機関に同期して回転軸（１）及び回転円板（２）が
回転すると、窓（３ａ）及び（３ｂ）に対向配置された
各フォトダイオード（５ａ）及び（５ｂ）からは、窓（
３ａ）及び（３ｂ）のそれぞれに対応して、前方端で立
ち上がり且つ後方端で立ち下がる２種類のパルス信号が
出力される。このパルス信号は、増幅回路（６）及びト
ランジスタ（７）を介して位置信号りとなり、インター
フェース回路（９）を介してマイクロコンピュータ（１
Ｇ）に入力される。

位置信号りは、第１１図に示すように、ＳＧＴと呼ばれ
るクランク角基準信号り、と、ＳＧＣと呼ばれる気筒識
別信号Ｌ２とを含んでいる。

このうち、窓（３ａ）に基づいて得られるクランク角基
準信号Ｌ１は、＃１〜＃４の各気筒毎に、第１の基準位
置（Ｂ７５°）及び第２の基準位置（Ｂ５°）で反転す
る複数のパルス列となる。

各パルスの立ち上がり（８７５°）は、各気筒毎のＴＤ
Ｃ（クランク角０°＝上死点）から７５′″手前の位置
を示し、通常走行時の気筒動作の制御基準となる。又、
立ち下がり（Ｂ５°）は、ＴＤＣから５°手前の位置を
示し、マイクロコンピュータ（１０）が動作できない起
動時等のバイパス点火時期となる。

一方、窓（３ｂ）に基づいて得られる気筒識別信号り、
は、特定気筒即ち＃１気筒のクランク角基準信号Ｌ＋の
みに対応したパルスとなり、特定気筒を識別するために
用いられる。気筒識別信号り、は、クランク角基準信号
Ｌ１と位相が興なり、この場合、クランク角基準信号Ｌ
＋の立ち上がり（Ｂ７５°）より手前で立ち上がり、立
ち下がり（Ｂ５°）より後で立ち下がる。

クランク角基準信号り、により識別される各気筒の動作
位置は、カム軸の１周期（クランク軸の２周期分、即ち
７２０°に相当する）に対して１７４周期すつずれてお
り、クランク軸の１周期に対して１／２周期（１８０°
）ずつずれている、又、各気筒は、周知のように、＃１
気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃２気筒の順に動作する。

こうして得られたクランク角基準信号Ｌ＋及び気ＷＩ！
ｌＩ別信号Ｌｘに基づいて、マイクロコンピュータ（１
０）は、特定気筒を識別すると共に各気筒の動作位置を
識別し、通電開始時期、点火時期や燃料噴出等の演算及
び制御を行う０例えば、第１の基準位置Ｂ７５°を基準
として、タイマにより、所定時間経過後に通電開始し、
所定時間経過後に点火するように制御する。

このとき、内燃機関の回転数が増大すると、目標動作位
置までの時間が短縮されるので、制御基準位置をＢ７５
°よりも進角させることが望ましい。

しかし、第１の基準位置Ｂ７５°を進角させるためには
、長い窓（３＆）を回転円板（２）に形成する必要があ
り、回転円板（２）の強度が劣化してしまう、又、バイ
パス点火時には、第１の基準位置Ｂ７５°が通電開始時
期となり、第２の基準位置８５°が点火時期となるが、
第１の基準位置の進角により通電時間が長くなると、電
力消費が増大し、発熱等の障害が発生するので実用的で
はない、更に、基準位置からの制御角度が大きくなると
、内燃機関の回転変動等の外乱の影響を大きく受けるた
め、システムを安定に制御することができなくなる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関制御装置は以上のように、機関の点火時
期や燃料噴射時期を決定する基準となる基準信号がカム
軸に取り付けられた回転信号発生器より発生されていた
が、カム軸はクランク軸がらベルト等により駆動される
ため機関の運転状態によっては位相のズレを生じること
があり、ひいてはこの信号を用いて機関の運転を制御し
た際所期の性能が得られないという問題点があった。こ
の問題点を解決する目的で上述の回転信号発生器をクラ
ンク軸に取り付ける方法が考案されているが、構造が複
雑でありかつコストアップにつながるという問題点があ
った。又、４サイクルエンジンにおいてはクランク軸か
ら得られる情報のみでは各個別気筒を識別することが不
可能であり、別途気筒識別を行う手段を設けなければな
らないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、１チヤンネルの信号発生装置をクランク軸に
取り付け、機関の基準位置及び角度を同時に検出して内
燃機関の制御を行うと共にＭｑ述カム軸、あるいは相当
の軸に別の信号発生手段を設け、この信号発生手段より
発生される信号を用いて特定気筒を識別することが出来
る内燃機関の制御装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関のクラ
ンク軸の回転角度を検出する機関角度検出手段と、内燃
機関の運転条件に基ずいて目標点火制御位置及び燃料噴
射位置を算出する算出手段と、上記機関角度検出手段の
出力信号に基ずいて上記算出手段による制御位置に制御
を行う制御手段とを備え、上記機関角度検出手段の角度
信号に第１の不連続部とこれと極性の興なる第２の不連
続部を設け、上記第１及び第２の不連続部を機関の所定
基準位置に設定し、上記基準位置を基準にして機関の制
御を行うようにしたものである。

［作用〕 この発明においては、内燃機関のクランク軸の回転角度
を検出する機関角度検出手段からの角度信号に第１の不
連続部とこれと極性の異なる第２の不連続部を設ける。

そしてこの第１及び第２の不連続部を機関の所定基準位
置に設定し、この基準位置を基準にして機関の制御を行
う、これにより所期の性能が得られ、構造が簡単で廉価
なものとなる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、図に
おいて、（１１）は機関のクランク軸に設けられ、第２
（Ｍ（ａ）に示すような角度信号（ＰＯＳ＞を発生する
角度信号発生器、（１２）は特定気筒を識別するために
カム軸に設けられ、第２図（ｃ）に示すような気筒識別
信号（ＳＧＣ）を発生する気筒識別信号発生器、（１３
）はその他のセンサ、（１４）はマイクロコンピュータ
である。マイクロコンピュータ（１４）は角度信号発生
器（１１）からの角度信号が供給される基準位置検出部
（１４ａ）、始動時点火位置検出部（１４ｂ）及び目標
制御位置演算部（１４ｃ）と、基準位置検出部（１４ａ
）の出力が供給される回転周期演算部（１４ｄ）と、目
標制御位置演算部（１４ｃ）及び回転周期演算部（１４
ｄ）の出力が供給される制御時間演算部＜１４ｅ）と、
始動時点火位置検出部（１４ｂ）及び制御時間演算部（
１４ｅ）の出力が供給される選択部（１４ｆ）と、気筒
識別信号発生器（１２）からの気筒識別信号が供給され
ると共に基準位置検出部（１４ａ）及び始動時点火位置
検出部（１４ｂ）の出力が供給される気筒識別部（１４
ｇ）とを有する。

（１５）は選択部（１４ｆ＞の出力端子、（１６）は気
筒識別部（１４ｇ）の出力端子である。又、センサ（１
３）の出力が目標制御位置演算部（１４ｃ）に供給され
る。

第４５！ｉに示すように角度信号検出器（１１）はクラ
ンク軸（１７）に取り付けられ、気筒識別信号発生器（
１２）はカム軸（１８）に取り付けられる。クランク軸
（１７）は第５図に示すように外周に歯車（１９）を有
し、この歯車（１９）の所定の部分に歯抜は部（２０）
と歯起き部（２１）が設けられる。そして、このような
歯車（１９）に近接して角度信号発生器（１１）を配置
すると、この角度信号発生器（１１）からは第２図（ａ
）に示すような歯抜は部（２０）に対応した第１の子連
Ｍ部（２２）と歯起き部（２１）に対応した第２の不連
続部（２３）をもった角度信号が得られる。このように
角度信号には機関基準位置（ｒｅｆ）を検出出来るよう
に所定の基準位置に相当する部分に第１の不連続部と第
２の不連続部が設けられており、これにより機関の基準
位置及び機関角度の検出が可能になっている。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。角度信号発生器（１１）より上述したよう
な角度信号が基準位置検出部（１４ａ）に供給されると
、この基準位置検出部（１４ａ）は第３図に示すように
角度信号の入力周期の大小を比較し、第１の不連続部（
２２）に関連して第１の基準位置（ｒｅｆ）を検出する
。この第１の基準位置に関する信号は回転周期演算部（
１４ｄ）に供給され、ここで第１の基準位置に基ずいて
基準位置間の回転周期Ｔが求められ、制御時間演算部（
１４ｅ）に供給される。又、角度信号発生器（１１）か
らの角度信号が目標制御位置演算部（１４ｃ　、）に供
給され、ここで第１の基準位置に基ずいて目標制御位ｆ
Ｐが求められる。この目標制御位ｔｐと第１の基準位置
（ｒｅｆ）の差が角度ａであり、これが制御時間演算部
（１４ｅ）に供給される。制御時間演算部（１４ｅ）は
次式に従って第１の基準位置から目標制御位置までの制
御時間ｔ、を求める。

ｔｇ＝α・Ｔ／１８０　（ｓｅｃ） この制御時間ｔ、の信号は選択部（１４ｆ）に供給され
る。

又、角度信号発生器（１１）からの角度信号が始動時点
火位置検出部（１４ｂ）に供給されと、この始動時点火
位置検出部（１４ｂ）は第３図に示したのと同様の手順
で角度信号（反転信号）の入力周期の大小を比較し、第
２の不連続部（２３）に関連して始動時点火位置（ｉｎ
ｉ）（第２の基準位置）を検出する。この始動時点火位
置に関する信号は選択部（１４ｆ）に供給され、先の制
御時間に関する信号と共に選択される。従って、この制
御時間ｔ、及び始動時点火位置（ｉｎｉ）に基ずいて機
関の点火時期や燃料噴射時期が決定される。

１／２回転軸即ちカム軸（１８）に取り付けられた気筒
識別信号発生器（１２）からは第２図（Ｃ）に示すよう
な気筒識別信号が気筒識別部（１４ｇ）に供給される。

又、この気筒識別部（１４ｇ）には基準位置検出部（１
４ａ）及び始動時点火位置検出部（１４ｂ）からそれぞ
れ第１の基準位置及び始動時点火位置に関する信号が供
給される。

この機関の特定気筒を検出するための気筒識別信号は角
度信号区間毎に生じ、信号のパルス数を気筒毎に異なる
ように設定している。

この気筒識別動作を第６図を参照して説′明する。

マイクロコンピュータ（１４）の気筒識別部（１４ｇ）
は基準位置検出部（１４ａ）からの第１の基準位置に基
すいて、基準位置区間の気筒識別信号の信号数を検出す
る（ステップ５１）１次にステップＳ１で求めた基準位
置区間の気筒識別信号の数をあらかじめ記憶した気筒基
準パルス数と比較することにより、一致したパルス数に
相当する気筒を当該識別気筒と判定しくステップＳ２）
、気筒識別部（１４ｇ）のレジスタ（図示せず）に当該
識別気筒をセットする（ステップＳ３）、尚、気筒識別
信号の設定位置は第１の基準位置より所定角度オフセッ
トさせることにより、機関のクランク軸−カム軸間に生
じるメカ伝達系誤差（角度位相）が生じても基準位置区
間に気筒識別信号が検出されるように角度マージンを確
保している。

ここで、角度信号の不連続部の幅を点火気筒グループ毎
に変えて、幅の大小検知で点火気筒グループを識別して
も良い、尚、角度信号発生器がホール式の場合、不連続
部の信号レベルを“Ｈ”“Ｌ”に変えることで、点火気
筒グループの識別が可能である。また、基準位置から所
定時間内に入力される角度信号のパルス数により、機関
角速度変動を検出する事が出来る。

このように本実施例ではクランク軸、カム軸センサ即ち
角度信号発生器、気筒識別信号発生器を安価な磁気セン
サで構成可能である。また、周期計数方式のため、制御
部のソフトウェア負担が少なく、制御分解能が角度信号
のパルス数に依存しない。

第７図はこの発明の第２実施例を示す説明図である０本
実施例では、気筒識別信号（ＳＧＣ）を第７図に示すよ
うなものとする。即ち、例えば最初の第１の基準位置（
ｒｅｆ）閏では第１の不連続部（２２）の立ち上がり位
置である第１の基準位置より若干遅延して立ち上がり、
第２の不連続部（２３）の立ち下がりで立ち下がる長幅
の第１のパルスＰ１とこれより若干遅延して形成された
短幅の第２のパルスＰ、を挿入し、次の第１の基準位置
間では第１のパルスＰ１のみを挿入する。

そして、特定気筒識別は上記実施例同様基準位置間に入
力される気筒識別信号のパルス数により識別する。尚、
この場合第１のパルスＰ、の立ち下がり点は始動時点火
位置（ｉｎｉ）とされる、従って、バックアップ回路（
図示せず）ではこの気筒識別信号でいわゆるバイパス点
火を行う。

又、点火気筒グループの識別については、第１実施例と
同様の方法で行われる。

このように本実施例ではクランク軸、カム軸センサ即ち
角度信号発生器、気筒識別信号発生器を安価な磁気セン
サで構成可能である。また、周期計数方式のため、制御
部のソフトウェア負担が少なく、制御分解能が角度信号
のパルス数に依存しない、又、バックアップ回路を簡単
に構成可能である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、内燃機関のクランク軸
の回転角度を検出する機関角度検出手段と、内燃機関の
運転条件に基すいて目標点火制御位置及び燃料噴射位置
を算出する算出手段と、上記機関角度検出手段の出力信
号に基ずいて上記算出手段による制御位置に制御を行う
制御手段とを備え、上記機関角度検出手段の角度信号に
第１の不連続部とこれと極性の興なる第２の不連続部を
設け、上記第１及び第２の不連続部を機関の所定基準位
置に設定し、上記基準位置を基準にして機関の制御を行
うようにしたので、所期の性能を容易に得ることができ
、構造が簡単で廉価なものとなり、しかも別途気筒識別
手段を設けなくとも、特定気筒識別を容易に行うことが
できる内燃機関の制御装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１ｒＩ！Ｉはこの発明の一実施例を示すブロック図、
第２図及び第３図はこの発明の動作説明に供するための
図、第４ｒｊＡ及び第５図はこの発明の要部を示す構造
図、第６図はこの発明の動作説明に供するためのフロー
チャート、第７１！Ｉはこの発明の他の実施例をそれぞ
れ示す説明図、第８図は従来の内燃機関の制御装置を示
すブロック図、第９図は従来の内燃機関の制御装置に用
いられる回転信号発生器を示す斜視図、第１０図は一般
的な回転信号発生器に設けられる位置信号発生部を示す
回路図、第１１図は従来の内燃機関の制御装置において
生成されるクランク角基準信号及び気筒識別信号を示す
波形図である。 図において、（１１）は角度信号発生器、（１２）は気
筒識別信号発生器、（１４）はマイクロコンピュータ、
（１７）はクランク軸、（１８）はカム軸、−（１９）
は歯車、（２０）は歯抜は部、（２１）は歯起き部、（
２２）は第１の不連続部、（２３）は第２の不連続部で
ある。 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関のクランク軸の回転角度を検出する機関
   角度検出手段と、 内燃機関の運転条件に基ずいて目標点火制御位置及び燃
   料噴射位置を算出する算出手段と、上記機関角度検出手
   段の出力信号に基ずいて上記算出手段による制御位置に
   制御を行う制御手段と を備え、上記機関角度検出手段の角度信号に第１の不連
   続部とこれと極性の異なる第２の不連続部を設け、上記
   第１及び第２の不連続部を機関の所定基準位置に設定し
   、上記基準位置を基準にして機関の制御を行うようにし
   たことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. （２）上記クランク軸の回転に対して１／２の比率で回
   転する回転軸の回転に応じて機関の各気筒に対する気筒
   識別信号を発生する気筒識別信号発生手段を設け、上記
   基準位置間に発生される気筒識別信号手段の出力信号か
   ら機関の気筒を識別する請求項第１項記載の内燃機関の
   制御装置。