JPH06173751A - 内燃機関の電子制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クランク角センサが故障した場合でも、精密
に点火・噴射制御を行なうことができる内燃機関の電子
制御装置を提供すること。 【構成】 クランク角センサ１５に異常が発生した場合
には、ステッフ゜130にて、バンドパスフィルタ４３の第２ス
イッチＳＷ2をＢ2側に切り換えて、吸気バルブ着座信号
のみが通過できる様に通過周波数を変更する。続くステッフ
゜140では、第１スイッチＳＷ1をＢ1側に切り換えて、バ
ンドパスフィルタ４３から出力される吸気バルブ着座信
号をＣＰＵ３９に入力する。続くステッフ゜150では、吸気バ
ルブ着座信号の発生タイミングが、クランク角センサ１
５が正常の機能していた場合の立ち下がり信号の約１０
０゜ＣＡ前であることに基づいて、点火・噴射制御を行
なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の電子制御装
置に関し、特にクランク角センサが故障した際の点火機
能等を維持する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関の点火，噴射及びノ
ッキング等を制御する電子制御装置として、クランク角
センサ及びノックセンサからの信号に基づいて制御を行
なう制御回路を備えた電子制御装置が知られている。

【０００３】この種の電子制御装置では、例えば図９に
示す様に、クランク角センサからの出力をバッファを介
してマイコンに取り入れて、点火制御，噴射制御及びノ
ック制御を行なっている。このうち、ノックセンサの出
力には、各種の振動に起因する多くの信号成分が含まれ
ているので、次の様にして点火ノック信号のみを取り出
している。

【０００４】まず、バンドパスフィルタによってノッキ
ングに対応した所望の帯域の周波数を取り出す。次い
で、図１０に示す様に、マスク信号によってノックセン
サの出力をマスキングすることにより、ノッキングのタ
イミングとは異なるタイミングで発生するバルブ着座信
号等のノイズ信号を取り除いて、必要な点火ノック信号
だけを取り出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した装置において
は、クランク角センサは、クランク軸が所定単位角度回
転する毎に単位角信号を出力するとともに、気筒数に応
じて定まる基準角度回転する毎に基準角度信号を出力し
ている。また、制御回路は、この単位角信号，基準角信
号及びエンジン回転数に対応した回転数信号，吸入空気
量に対応した吸気量信号を入力し、所定の演算を行なっ
て、例えば上死点から最適進角値だけ進角した時点で点
火信号を出力する様に、点火制御等を行っている。

【０００６】従って、この装置では、クランク角センサ
から与えられる単位角信号や基準角信号が点火演算の基
本になっているので、万一、クランク角センサが故障し
て、単位角信号や基準角信号が入力しなくなると、点火
動作ができなくなって、内燃機関が全く動作しなくなる
という大きな問題が生じてしまう。

【０００７】この対策として、例えば、クランク角セン
サの信号が出力されなくなった場合に、クランク角セン
サが故障したものと判定し、その場合には所定の周波数
のパルス信号を点火信号とするように自動的に切り換
え、かつノックセンサの信号に応じて、即ち内燃機関の
ノッキングの程度に応じて、パルス信号の周波数を変化
させるようにした技術が提案されている（特公昭６３−
６７４６号公報参照）。

【０００８】しかしながら、この技術では、クランク角
とは無関係に点火を行なうとともに、その点火時期をノ
ッキングの程度に応じて調整するだけなので、点火の制
御を精密に行うことができないという難点がある。その
ため、この制御を行なうと、内燃機関の出力が著しく低
下し、それに伴って、エミッションが増加してしまうと
いう問題が生ずる。また、この技術では、点火動作を不
適切なタイミングで行なうので、内燃機関本体にダメー
ジを与えるという問題もある。

【０００９】尚、これらの問題を解決するために、他の
センサからの出力に基づいて、点火時期等を求める方法
が考えられるが、必ずしも十分ではない。例えば、特願
平３−１７２５１６号公報に記載された技術、即ち点火
時期とバルブの着座タイミングとには一定の関係がある
点に着目し、所定クランク期間におけるノックセンサの
信号の積分値により、可変バルブの着座位置を検出する
技術を利用することも考えられるが、この技術では、着
座位置がある期間内にあるか否かは判別できるが、着座
位置検出に精度が必要とされる点火時期制御や噴射制御
には使えない。

【００１０】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れ、クランク角センサが故障した場合でも、精密に点火
・噴射制御を行なうことができる内燃機関の電子制御装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１記載の発明は、図１に例示する様に、内燃機
関のクランク角の回転に同期して、所定のクランク角で
第１の信号を出力するクランク角センサＭ１と、該クラ
ンク角センサＭ１からの第１の信号に基づいて、点火装
置又は燃料噴射弁の少なくとも一方を制御する制御手段
Ｍ２と、を備えた内燃機関の電子制御装置において、吸
気バルブの着座及び排気バルブの着座を含む内燃機関の
振動に対応した第２の信号を出力する振動検出手段Ｍ３
と、前記クランク角センサからの第１の信号に基づい
て、クランク角センサＭ１の異常の発生を検出するクラ
ンク角センサ異常検出手段Ｍ４と、該クランク角センサ
異常検出手段Ｍ４によって、前記クランク角センサＭ１
に異常が発生したと判断された場合には、前記制御手段
Ｍ２に用いる前記クランク角センサからの第１の信号
を、前記振動検出手段Ｍ３から検出された吸気バルブ着
座信号と排気バルブ着座信号との少なくとも一方の信号
に切り換える信号切換手段Ｍ５と、を備えたことを特徴
とする内燃機関の電子制御装置を要旨とする。

【００１２】

【作用】以上述べた本発明によると、通常では、クラン
ク角センサＭ１によって、内燃機関のクランク角の回転
に同期して所定のクランク角で第１の信号を出力し、制
御手段Ｍ２によって、このクランク角センサＭ１からの
第１の信号に基づいて、点火装置又は燃料噴射弁の少な
くとも一方を制御する。また、振動検出手段Ｍ３は、吸
気バルブの着座及び排気バルブの着座を含む内燃機関の
振動に対応した第２の信号を出力する。

【００１３】そして、クランク角センサＭ１からの第１
の信号に基づき、クランク角センサ異常検出手段Ｍ４に
よって、クランク角センサＭ１の異常の発生を検出した
場合には、信号切換手段Ｍ５によって、制御手段Ｍ２に
用いる第１の信号を、振動検出手段Ｍ３から検出された
吸気バルブ着座信号と排気バルブ着座信号との少なくと
も一方の信号に切り換える。

【００１４】つまり、本発明では、クランク角センサＭ
１が正常の場合には、クランク角センサＭ１からの第１
の信号に基づいて、点火及び噴射の制御を行なうが、一
旦、クランク角センサＭ１に異常が発生すると、クラン
ク角センサＭ１からの第１の信号に代えて、振動検出手
段Ｍ３からの第２の信号を採用して、点火・噴射制御を
行なうものである。ところが、この第２の信号には、通
常のノッキング信号と、吸気バルブ着座信号及び排気バ
ルブ着座信号とが混在しているので、ノッキング信号と
吸気バルブ着座信号及び排気バルブ信号とを区別して、
バルブ着座の少なくとも一方の信号を用いて、点火及び
噴射の制御を行なうものである。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。まず図２は実施例の電子制御装置全体の構成を表す
概略構成図であり、図３はその電気的構成を詳しく示す
ブロック図である。

【００１６】図２及び図３に示す如く本実施例の電子制
御装置１は、例えば４気筒の内燃機関３に設けられた各
種のセンサと、各センサからの信号を入力して点火及び
噴射制御等を行なう制御回路５と、制御回路５から出力
される制御信号によって制御される各種アクチュエータ
とから、主として構成されている。

【００１７】以下各構成について詳細に説明する。 前記センサとしては、スロットルバルブ７の開度を検
出するスロットルセンサ９と、冷却水温を検出する水温
センサ１１と、吸入空気量を検出するエアフロセンサ１
３と、クランク角を検出するクランク角センサ（回転角
センサ）１５と、気筒１７を判別する気筒判別センサ１
９と、ノッキング等による気筒１７の振動を検出するノ
ックセンサ２１とを備えている。

【００１８】このうち、クランク角センサ１５は、ディ
ストリビュータ２２内に設けられて、シグナルロータ
（図示せず）の回転を介してクランクシャフト２３の回
転を検出するセンサであり、後述する図６に示す様に、
点火時期等の情報を得るため、回転角を示すクランク角
１８０゜ＣＡ毎にパルス信号を出力する。

【００１９】気筒判別センサ１９は、同じくディストリ
ビュータ２２内に設けられて、各気筒１７の上死点位置
を検出するための信号を、７２０゜ＣＡ毎に出力する。
よって、４サイクルエンジンでは、この信号１回分で、
同じ気筒１７における７２０゜ＣＡ毎の同様な運転状態
（例えば点火を行なう時期）となる。

【００２０】ノックセンサ２１は、圧電素子を利用した
ものであり、内燃機関３の適宜位置、例えばシリンダブ
ロック（気筒１７）側面に装着されている。このノック
センサ２１は、ノッキングに伴う振動だけでなく、吸気
バルブ２５及び排気バルブ２７の着座に伴う振動も検出
することができる。

【００２１】制御回路５は、図３に示す様に、前記各
センサからの信号が入力される入力インターフェース回
路３１と、アナログ信号をデジタル信号に変更するＡ／
Ｄ変換器３３と、制御プログラム等を記憶しているＲＯ
Ｍ３５と、データを一時的に記憶するＲＡＭ３７と、各
種演算を行なうＣＰＵ３９と、前記アクチュエータに制
御信号を出力する出力インターフェース４１とを備えて
いる。それとともに、ノックセンサ２１からの出力のう
ち所定の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィル
タ（Ｂ．Ｐ．Ｆ）４３と、クランク角センサ１５からの
信号とバンドパスフィルタ４３からの信号とを切り換え
てＣＰＵ３９に入力させる第１スイッチＳＷ1と、ノッ
キングによる信号（ノック信号）のみをＣＰＵ３９に入
力させるマスク回路４７とを備えている。

【００２２】このうち、バンドパスフィルタ４３は、図
４に示す様に、オペアンプ４３ａと２組のコンデンサ４
３ｂ₁，４３ｂ₂及び抵抗４３ｃ₁，４３ｃ₂を切り換える
第２スイッチＳＷ2とを備え、この第２スイッチＳＷ2の
動作によって、通過させる信号の周波数を変更するもの
である。つまり、第２スイッチＳＷ2によって通過させ
る周波数を変更することによって、クランク角センサ１
５が正常の場合には、（第２スイッチＳＷ2をＡ2側に設
定し）通常のノック信号を通過させ、一方、クランク角
センサ１５が異常の場合には、（第２スイッチＳＷ2を
Ｂ2側に切り換えて）吸気バルブ２５の着座信号のみを
通過させる。

【００２３】これは、ノック信号とバルブ着座信号との
周波数成分の違いを利用している。つまり、バルブの着
座信号には、吸気バルブ２５と排気バルブ２７とによる
２種類の着座信号があるが、吸気バルブ２５と排気バル
ブ２７とでは質量が違うので着座信号の周波数も異な
り、よって、このバンドパスフィルタ４３の通過させる
周波数を、第２スイッチＳＷ2に切り換えによって変更
することにより、吸気バルブ２５の着座信号のみを取り
出すことが可能となる。

【００２４】また、前記第１スイッチＳＷ1は、クラン
ク角センサ１５が正常である場合には、Ａ1側に接続さ
れて、クランク角センサ１５からの信号をＣＰＵ３９に
入力する様に機能するが、クランク角センサ１５が異常
と判断された場合、例えばクランク角センサ１５からの
信号が入力されなくなった場合には、Ｂ1側に接続され
て、バンドパスフィルタ４３から吸気バルブ着座信号を
ＣＰＵ３９に入力する様に機能する。

【００２５】更に、前記マスク回路４７は、バンドパス
フィルタ４３からの信号とＣＰＵ３９からのマスク信号
とが入力されるＡＮＤ回路４７ａ（図３）を備え、この
ＡＮＤ回路４７ａからＣＰＵ３９にノック信号が入力さ
れる。つまり、クランク角センサ１５が正常の場合に
は、バンドパスフィルタ４３からノック信号と雑音信号
とが出力されるが、マスク信号によってノック信号が出
力される以外の期間の信号はカットされるので、正確に
ノック信号のみがＣＰＵ３９に入力される。一方、クラ
ンク角センサ１５が異常な場合には、バンドパスフィル
タ４３から吸気バルブ着座信号のみが出力されるので、
ノック信号は出力されない。尚、吸気バルブ着座信号の
みが出力される場合には、ＣＰＵ３９にはノック信号が
入力しないことになるが、後述する様に、吸気バルブ着
座信号に基づいて精密に点火制御が行われ、この点火制
御が行われている間に修理工場等に到着できればよいの
で、必ずしもノック制御を行なう必要はない。

【００２６】また、前記アクチュエータとしては、ク
ランク角センサ１５の異常を報知する警報ランプ５１
と、燃料を噴射するインジェクタ５３と、点火プラグ５
５に高電圧を供給する点火コイル５７とを備えている。
次に、前記構成を備えた本実施例の電子制御装置１につ
いて、図５のフローチャート、図６ないし図８のタイミ
ングチャートに基づいて説明する。

【００２７】まず、図５のステップ１００にて、クラン
ク角センサ１５に異常が発生したか否かを、例えばクラ
ンク角センサ１５からの信号が一定期間以上にわたり制
御回路５に入力しなかったか否かによって判定する。こ
こで異常が発生していないと判断されると、ステップ１
１０に進み、通常の制御を行なって、一旦本処理を終了
する。

【００２８】ここで、前記ステップ１１０のクランク角
センサ１５が正常な場合に行われる通常の制御について
説明する。尚、クランク角センサ１５が正常な場合に
は、第１スイッチＳＷ1は、Ａ1側に接続されている。図
６に示す様に、４気筒の内燃機関３の場合には、７２０
゜ＣＡ毎に出力される気筒判別センサ１９の信号と、１
８０゜ＣＡ毎に出力されるクランク角センサ１５からの
信号に基づいて、各気筒１７における噴射信号及び点火
信号が出力される。

【００２９】従って、クランク角センサ１５が正常に作
動している場合には、図７に示す様に、クランク角セン
サ１５の信号の立ち下がりより約１００゜ＣＡ前に、吸
気バルブ着座信号が出力される。また、点火信号の立ち
下がりのタイミングで、点火時期のノック信号が出力さ
れ、その後小さな振幅の排気バルブ着座信号が出力され
る。以下、同様な出力が繰り返される。尚、通常は、バ
ンドパスフィルタ４３の第２スイッチＳＷ2がＡ2側に接
続されて、ノック信号が通過できる様に、通過周波数の
帯域が設定されている。

【００３０】よって、通常は、ノック信号以外の（両バ
ルブ２５，２７の着座信号等の）信号が、バンドパスフ
ィルタ４３及びマスク信号によってマスキングされて、
ノック信号のみが取り出され、このノック信号に基づい
て、点火時期を進角又は遅角させて点火時期をノック限
界で制御する周知のノッキング制御が行われる。

【００３１】次に、前記ステップ１００にて、クランク
角センサ１５に異常が発生したと判断されて進むステッ
プ１２０では、警報ランプ５１を点灯して、故障の発生
をユーザーに報知する。続くステップ１３０では、バン
ドパスフィルタ４３の第２スイッチＳＷ2をＢ2側に切り
換えて、バンドパスフィルタ４３の通過周波数を変更す
る。つまり、吸気バルブ着座信号のみが通過できる様に
通過周波数を変更する。

【００３２】続くステップ１４０では、第１スイッチＳ
Ｗ1をＢ1側に切り換えて、バンドパスフィルタ４３から
出力される吸気バルブ着座信号をＣＰＵ３９に入力す
る。続くステップ１５０では、吸気バルブ着座信号の発
生タイミングが、クランク角センサ１５が正常に機能し
ていた場合の立ち下がり信号の約１００゜ＣＡ前である
ことに基づいて、点火時期制御，燃料噴射量制御，燃料
噴射時期制御等の通常の制御を行なって、一旦本処理を
終了する。

【００３３】つまり、ステップ１５０では、図７の（両
バルブ着座信号及びノック信号を含む）ノックセンサ出
力のうち、バンドパスフィルタ４３から吸気バルブ着座
信号のみが出力されるので、この信号に基づいて制御を
行なう。即ち、図８に示す様に、クランク角センサ１５
の立ち下がり信号から約１００゜ＣＡ前毎に、吸気バル
ブ着座信号のみが出力されるので、この吸気バルブ着座
信号をクランク角センサ１５の信号に代えて用いること
により、各気筒１７の噴射信号及び点火信号を調節する
ものである。

【００３４】この様に、本実施例では、クランク角セン
サ１５の異常の有無を判定し、クランク角センサ１５が
正常の場合には、通常の点火制御等を行なう。一方、ク
ランク角センサ１５に異常を発見した場合には、バンド
パスフィルタ４３の通過周波数を切り換えて、吸気バル
ブ着座信号のみを通過させるともに、第１スイッチＳＷ
1を切り換えて吸気バルブ着座信号をＣＰＵ３９に出力
し、そのタイミングに基づいて、点火制御や噴射制御を
行なっている。

【００３５】よって、万一、クランク角センサ１５が故
障した場合でも、この吸気バルブ着座信号に基づいて、
適切なタイミングで点火制御や噴射制御を行うことがで
きるので、内燃機関３の出力の低下を防止でき、エミッ
ションの増加も防止することができる。更に、適切なタ
イミングで点火動作を行なうことができるので、内燃機
関本体にダメージを与えることもないという利点があ
る。

【００３６】つまり、この構成により、従来、クランク
角センサ１５の故障時には、他のセンサ等の出力から、
例えば＋Ｂ（バッテリのプラス極）の脈動、吸入空気量
の脈動からエンジン回転数を推測し、適当に点火噴射し
ていた方式に比べ、ノックセンサ２１の出力を用いてク
ランク角位置を正確に検出できるので、従来に比べ著し
く正確な点火制御，噴射制御を行なうことができ、安定
したバックアップ走行が実現できるという顕著な特長が
ある。

【００３７】次に、他の実施例について説明する。この
実施例では、バンドパスフィルタの構成のみが、前記実
施例と異なり、他は同一であるので、異なる点のみを説
明する。前記実施例のバンドパスフィルタは、コンデン
サや抵抗からなるいわゆるハードから構成されている
が、本実施例では、周波数を変える手段として、ＤＳＰ
（ディジタルシグナルプロセッサ）を使用して、ソフト
ウェア的にフィルターを作成する。具体的には、通過さ
せたい周波数によりプログラムの計算式（下記式
（１））の定数を変更する。

【００３８】

【数１】

【００３９】但しｘ（ｎ）：ノッキング信号及びバルブ
着座信号のフィルタへの入力 ｙ（ｎ）：フィルタからの出力 ａ_k，ｂ_k：定数 つまり、前記式（１）の定数ａ_k，ｂ_kを変えることによ
って、通過周波数を変更することができるので、クラン
ク角センサが正常な場合と異常な場合とで、予め２種類
の定数ａ_k，ｂ_kを記憶しておき、適宜使い分ければよ
い。

【００４０】尚、本発明は前記実施例に何等限定される
ことなく、本実施例の要旨を逸脱しない範囲内におい
て、各種の態様で実施できることは勿論である。例え
ば、ノックセンサ２１は、通常では、吸気側に取り付け
られるので、吸気バルブ着座位置の方が排気バルブ着座
位置より振幅が大きい。よって、振幅の差で吸気バルブ
２５と排気バルブ２７とを区別することが可能である。
この場合には、バンドパスフィルタ４３から吸気バルブ
着座信号と排気バルブ着座信号との双方がＣＰＵに入力
される様にしておき、図５の処理において、ステップ１
４０とステップ１５０との間に、振幅の大きさから吸気
バルブ着座信号のみ取り出すステップを設ける。

【００４１】また、クランク角センサ１５が故障した際
にも、故障前と同様にノック制御を行なう場合には、バ
ンドパスフィルタ４３と第１スイッチＳＷ1との間に、
第２のバンドパスフィルタ（図示せず）を設ければよ
い。つまり、クランク角センサ１５が故障した場合に
は、前記実施例と異なり、バンドパスフィルタ４３の通
過周波数を変更せずに、第２のバンドパスフィルタにて
吸気バルブ着座信号のみを通過させ、一方、マスク回路
４７では、マスキングを施すことによって、ノック信号
のみを通過させる様にしてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明では、クラン
ク角センサに異常が発生すると、クランク角センサから
の第１の信号に代えて、振動検出手段からの第２の信号
を採用して制御を行なうものであるが、この第２の信号
には、ノック信号だけでなく吸気バルブ着座信号や排気
バルブ着座信号が混在しているので、少なくとも一方の
着座信号を選別して使用することにより、好適に点火制
御や噴射制御を行なうことができる。

【００４３】その結果、内燃機関の出力の低下を防止で
き、エミッションの増加も防止することができる。更
に、適切なタイミングで点火動作を行なうことができる
ので、内燃機関本体にダメージを与えることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本的構成を例示する概略構成図で
ある。

【図２】 内燃機関に適用される実施例の電子制御装置
を示す説明図である。

【図３】 電子制御装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】 バンドパスフィルタを示す回路図である。

【図５】 実施例の制御処理を示すフローチャートであ
る。

【図６】 内燃機関の各種のセンサ信号及び制御信号を
示すタイミングチャー

【図７】 バルブ着座信号及びノック信号を示すタイミ
ングチャートである。

【図８】 吸気バルブ着座信号と各種の制御信号との関
係を示すタイミングチャートである。

【図９】 従来の電子制御装置を示すブロック図であ
る。

【図１０】 従来のノック信号の処理を示すタイミング
チャートである。

【符号の説明】

Ｍ１…クランク角センサ Ｍ２…制御手段 Ｍ３…振動検出手段 Ｍ４…クランク角センサ異常検出手段 Ｍ５…信号切換手段 １…電子制御装置 ３…内燃機関 ５…制御回路 １５…クランク角セン
サ １９…気筒判別センサ ２５…吸気バルブ ２７…排気バルブ ４３…バンドパスフィ
ルタ ４７…マスク回路 ５１…警報ランプ ５３…インジェクタ ５５…点火プラグ ＳＷ1…第１スイッチ ＳＷ2…第２スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のクランク角の回転に同期し
   て、所定のクランク角で第１の信号を出力するクランク
   角センサと、 該クランク角センサからの第１の信号に基づいて、点火
   装置又は燃料噴射弁の少なくとも一方を制御する制御手
   段と、 を備えた内燃機関の電子制御装置において、 吸気バルブの着座及び排気バルブの着座を含む内燃機関
   の振動に対応した第２の信号を出力する振動検出手段
   と、 前記クランク角センサからの第１の信号に基づいて、ク
   ランク角センサの異常の発生を検出するクランク角セン
   サ異常検出手段と、 該クランク角センサ異常検出手段によって、前記クラン
   ク角センサに異常が発生したと判断された場合には、前
   記制御手段に用いる前記クランク角センサからの第１の
   信号を、前記振動検出手段から検出された吸気バルブ着
   座信号と排気バルブ着座信号との少なくとも一方の信号
   に切り換える信号切換手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の電子制御装置。