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技術 エンジンのクランク角位置検出装置

出願人 株式会社日立ユニシアオートモティブ
発明者 清水博和
出願日 1999年5月20日 (21年7ヶ月経過) 出願番号 1999-139860
公開日 2000年11月28日 (20年1ヶ月経過) 公開番号 2000-329044
状態 未査定
技術分野 内燃機関の点火装置
主要キーワード 残り角度 前回補正値 間隔角度 更新学習 計測角度 制御角度 補正値学習 制御基準位置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年11月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

角度を時間に換算して点火コイル通電開始時期通電遮断時期を検出する構成において、アイドル運転時の回転変動に影響されて、時間制御の精度が悪化することを防止する。

解決手段

クランク角10°毎にポジション信号POS周期TPOSに基づき、基準位置とするポジション信号POSから通電開始時期・通電遮断時期までの角度を時間に換算して、点火コイルへの通電を制御する。ここで、前記時間計測を行った区間における周期TPOSと計測した時間との比から実際に計測された角度を算出し、これと目標角度と比較して制御時間を補正するための補正値を学習させる。

概要

背景

従来、例えば点火コイルの一次側への通電開始時期通電遮断時期点火時期)を検出する方法として、クランク角センサからの検出信号から前記制御時期までのクランク角度を時間に換算し、前記検出信号からの時間計測によって前記制御時期を検出する方法(以下、係る方法を時間制御と称する。)があった。

前記クランク角の時間換算には回転速度の情報が必要となるが、前記検出信号の間隔角度が予め分かっているので、前記検出信号の発生周期を順次計測させ、制御基準とする検出信号が出力されたときに、最新計測された発生周期(エンジン回転速度)に基づいてクランク角度(制御角度)を時間(制御時間)に換算するようにしていた。

概要

角度を時間に換算して点火コイルの通電開始時期・通電遮断時期を検出する構成において、アイドル運転時の回転変動に影響されて、時間制御の精度が悪化することを防止する。

クランク角10°毎にポジション信号POS周期TPOSに基づき、基準位置とするポジション信号POSから通電開始時期・通電遮断時期までの角度を時間に換算して、点火コイルへの通電を制御する。ここで、前記時間計測を行った区間における周期TPOSと計測した時間との比から実際に計測された角度を算出し、これと目標角度と比較して制御時間を補正するための補正値を学習させる。

目的

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、アイドル運転等の低回転域での定常運転状態において、周期的な回転変動が生じても、時間制御によって精度良く点火コイルへの通電制御時期などを検出できるようにして、アイドル運転時の制御精度を向上させ、以って、燃焼定性の向上による排気性状の改善を図ることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

所定クランク角度毎に検出信号を出力するクランク角センサを備え、前記検出信号の発生周期計測すると共に、制御基準とする前記検出信号から所定角度位置までの制御角度を、前記発生周期に基づいて制御時間に換算し、該制御時間の計測によって前記所定角度位置を検出する構成のエンジンクランク角位置検出装置において、前記時間計測を行った区間における前記発生周期の計測結果と前記制御時間とから実際の計測角度を求め、該実際の計測角度と前記制御角度とに基づいて前記制御時間を補正するための補正値を学習することを特徴とするエンジンのクランク角位置検出装置。

請求項2

前記補正値を、前記制御基準とする検出信号毎に個別に学習することを特徴とする請求項1記載のエンジンのクランク角位置検出装置。

請求項3

前記補正値を、エンジンの制御対象毎に個別に学習することを特徴とする請求項1記載のエンジンのクランク角位置検出装置。

請求項4

前記エンジンの制御対象として、点火コイルへの通電開始時期、点火コイルへの通電遮断時期燃料噴射弁噴射開始時期のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項3記載のエンジンのクランク角位置検出装置。

請求項5

前記補正値による補正を、所定の低回転域でかつ定常運転のときに行わせることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のエンジンのクランク角位置検出装置。

技術分野

0001

本発明はエンジンクランク角位置検出装置に関し、詳しくは、所定のクランク角度位置までの角度を時間に換算し、時間計測によって前記所定のクランク角度位置を検出する装置に関する。

背景技術

0002

従来、例えば点火コイルの一次側への通電開始時期通電遮断時期点火時期)を検出する方法として、クランク角センサからの検出信号から前記制御時期までのクランク角度を時間に換算し、前記検出信号からの時間計測によって前記制御時期を検出する方法(以下、係る方法を時間制御と称する。)があった。

0003

前記クランク角の時間換算には回転速度の情報が必要となるが、前記検出信号の間隔角度が予め分かっているので、前記検出信号の発生周期を順次計測させ、制御基準とする検出信号が出力されたときに、最新計測された発生周期(エンジン回転速度)に基づいてクランク角度(制御角度)を時間(制御時間)に換算するようにしていた。

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、アイドル運転等の低回転域での定常運転状態では、各気筒運転サイクルに応じた回転の周期的な変動が生じ、点火コイルへの通電制御時期などの時間制御結果に一定の誤差を生じ、これによって燃焼定性が損なわれて排気性状が悪化するという問題があった。

0005

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、アイドル運転等の低回転域での定常運転状態において、周期的な回転変動が生じても、時間制御によって精度良く点火コイルへの通電制御時期などを検出できるようにして、アイドル運転時の制御精度を向上させ、以って、燃焼安定性の向上による排気性状の改善を図ることを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

そのため請求項1記載の発明では、所定クランク角度毎に検出信号を出力するクランク角センサを備え、前記検出信号の発生周期を計測すると共に、制御基準とする前記検出信号から所定角度位置までの制御角度を、前記発生周期に基づいて制御時間に換算し、該制御時間の計測によって前記所定角度位置を検出する構成のエンジンのクランク角位置検出装置において、前記時間計測を行った区間における前記発生周期の計測結果と前記制御時間とから実際の計測角度を求め、該実際の計測角度と前記制御角度とに基づいて前記制御時間を補正するための補正値を学習する構成とした。

0007

かかる構成によると、制御時間を決定して制御時間の計測を開始させた後で、周期(エンジン回転速度)の変化があると、制御時間に対応する角度が変化することになるので、時間計測中に求められた周期(エンジン回転速度)と制御時間とから実際の計測角度を求める。そして、前記実際の計測角度と本来の制御角度とから、制御時間を決定した後での回転速度変化を見込んだ制御時間の設定を可能にするための補正値を学習し、制御時間の設定に反映させる。

0008

請求項2記載の発明では、前記補正値を、前記制御基準とする検出信号毎に個別に学習する構成とした。かかる構成によると、制御基準とする検出信号毎に補正値が個別に学習され、どの検出信号を基準として時間計測を行わせるかによって異なる補正要求が学習されるようにする。

0009

請求項3記載の発明では、前記補正値を、エンジンの制御対象毎に個別に学習する構成とした。かかる構成によると、時間制御によって制御タイミングを検出する制御対象毎に補正値が個別に学習され、制御対象毎に異なる補正要求が学習される。尚、制御対象毎の制御タイミングは、定常状態であれば大きく変動することがなく、同じ制御基準に基づいて制御されることになるので、エンジンの制御対象毎の学習は、結果的に検出信号毎の学習となる場合がある。

0010

請求項4記載の発明では、前記エンジンの制御対象として、点火コイルへの通電開始時期、点火コイルへの通電遮断時期、燃料噴射弁噴射開始時期のうちの少なくとも1つを含む構成とした。

0011

かかる構成によると、例えば、点火コイルへの通電開始時期及び通電遮断時期を時間制御によって検出する場合に、通電開始時期を時間制御で検出する時の補正値と、通電遮断時期を時間制御で検出する時の補正値とが個別に学習され、異なる補正値でそれぞれの制御時間が補正される。

0012

請求項5記載の発明では、前記補正値による補正を、所定の低回転域でかつ定常運転のときに行わせる構成とした。かかる構成によると、アイドル運転等の低回転でかつ定常運転のときであって、各気筒の運転サイクルに影響された一定の回転変動が発生するときに、学習結果を制御時間に反映させるようにする。

発明の効果

0013

請求項1記載の発明によると、制御時間を決定してからのエンジン回転速度の変化による計測角度の誤差が補正され、回転変動により時間制御に誤差が生じてエンジンの制御精度が悪化することを防止できるという効果がある。

0014

請求項2記載の発明によると、クランク角センサの検出信号に同期する回転変動が生じるときに、検出信号毎に補正値を学習することで、検出信号毎にその直後の回転変動に対応する補正を施すことができるという効果がある。

0015

請求項3記載の発明によると、エンジンの制御対象毎に異なる制御タイミングに固有の誤差を補正することが可能になるという効果がある。請求項4記載の発明によると、点火コイルへの通電制御時期や噴射時期の制御毎に補正値を学習し、これらの制御対象毎に制御誤差を小さくできるという効果がある。

0016

請求項5記載の発明によると、各気筒毎の運転サイクルが影響して一定の回転変動が生じるアイドル運転等において、かかる回転変動による時間制御の誤差を補正することができるという効果がある。

発明を実施するための最良の形態

0017

以下に本発明の実施の形態を説明する。図1は、実施の形態におけるエンジンを示す図であり、この図に示すエンジン1は、後述するように、筒内噴射式の火花点火ガソリンエンジンである。但し、エンジンを、筒内噴射式のガソリンエンジンに限定するものではなく、ポート噴射を行わせるエンジンであっても良い。

0018

エンジン1には、エアクリーナ2を通過した空気が、スロットル弁3で計量され、吸気弁4を介してシリンダ内吸引される。電磁式の燃料噴射弁5は燃焼室内に直接燃料ガソリン)を噴射する構成であり、該燃料噴射弁5から噴射された燃料によってシリンダ内に混合気が形成される。

0019

前記混合気は、点火栓6による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、排気弁7を介してシリンダ内から排出され、触媒8で浄化された後に大気中に放出される。

0020

マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット10は、前記燃料噴射弁5による燃料噴射及び点火栓6による点火(図示しない点火コイルの一次側への通電)を制御するものであり、前記コントロールユニット10には各種のセンサからの信号が入力される。

0021

前記各種センサとして、エンジン1の吸入空気流量Qを検出するエアフローメータ11、クランク角10°毎にポジション信号POSを出力するクランク角センサ12、排気中の酸素濃度感応して燃焼混合気空燃比を検出する酸素センサ15、前記スロットル弁3の開度TVOを検出するスロットルセンサ16、冷却水温度Twを検出する水温センサ17等が設けられている。

0022

前記クランク角センサ12は、TDCを基準としてクランク角10°毎にポジション信号POSを出力するが、図2に示すように、BTDC60°の部分において前記ポジション信号POSが歯抜けになるように構成されている。

0023

前記コントロールユニット10は、ポジション信号POSの発生周期に基づいて前記歯抜け部分を検出すると、その後のポジション信号POSの発生数カウントし、該カウント値が予め記憶されている値に一致したときに、そのときのポジション信号POSを基準信号REFとして特定する。前記基準信号REFは、後述するように点火コイルに対する通電開始時期・通電遮断時期の計測基準として用いられるものであり、本実施の形態では、BTDC110°の位置で出力されるポジション信号POSが基準信号REFとして特定されるようにしてある。

0024

但し、ポジション信号POSが歯抜けなく出力されるように構成すると共に、基準信号REFを出力するセンサを別途備える構成であっても良い。前記通電開始時期・通電遮断時期の制御においては、エンジン負荷・エンジン回転速度等から通電遮断時期(点火時期)を決定すると共に、該通電遮断時期(点火時期)と通電角度とから通電開始時期を逆算し、前記BTDC110°の位置から通電遮断時期・通電開始時期までの角度を算出する。

0025

そして、前記BTDC110°の位置から通電遮断時期・通電開始時期までの角度それぞれを、基準信号REFからのポジション信号POSのカウントによる角度制御と、残りの角度の時間換算による時間制御とによって検出し、点火コイルへの通電を制御するようになっている(図2参照)。

0026

ここで、角度を時間換算するに当たっては、ポジション信号POSの発生周期を逐次計測しておき、時間制御を開始するポジション信号POS(制御基準)と前回のポジション信号POSとの間の周期から前記残りの角度を時間に換算し、時間制御を開始するポジション信号POSから前記時間が経過した時点を、制御時期(通電開始時期・通電遮断時期)として検出するようになっている。

0027

図3フローチャートは、前記通電遮断時期・通電開始時期までの角度計測の様子を示すものである。S1では、クランク角センサ12からポジション信号POSが出力されたか否かを判別する。

0028

ポジション信号POSが出力されると、S2へ進み、前回のポジション信号POSの発生時点からの経過時間として、ポジション信号POSの発生周期TPOSを計測する。そして、今回計測された結果を最新周期TPOS1にセットする一方、前回のポジション信号POSの発生時点で計測された周期TPOSを前回周期TPOS2にセットし、前々回のポジション信号POSの発生時点で計測された周期TPOSを前々回周期TPOS3にセットする処理を行って、最近の3回の計測結果を設定する。

0029

S3では、今回のポジション信号POSが基準信号REFに相当する信号で有るか否かを判別し、基準信号REFであれば、S4へ進み、当該基準信号REFから通電遮断時期・通電開始時期までの角度を計測するに当たって、角度制御(ポジション信号POSのカウント)で計測させる角度と、残りの時間制御で計測させる角度とを算出する。

0030

例えば、図2(A),(B)に示す例では、通電遮断時期・通電開始時期の直前に出力されるポジション信号POSの更に前に出力されるポジション信号POSまでの角度を、基準信号REFからのポジション信号POSのカウントによって検出する。そして、前記ポジション信号POSのカウントによって検出された角度位置を、時間制御を開始させる制御基準位置とし、残りの通電遮断時期・通電開始時期までの角度を時間に換算して、前記制御基準位置からの時間計測によって通電遮断時期・通電開始時期をそれぞれ検出する。

0031

従って、角度制御で計測させる角度は、ポジション信号POSのカウント数として与えられ、基準信号REFから通電遮断時期・通電開始時期までの角度から、前記カウント数×10°を減算した角度が、時間制御で計測させる残りの角度となる。

0032

尚、図2(B)に示すように、ポジション信号POSの歯抜け部分の直後に出力されるポジション信号POSと次のポジション信号POSとの間に、通電遮断時期(点火時期)が設定される場合には、通電遮断時期(点火時期)の直前に出力されるポジション信号POSからの時間制御によって通電遮断時期(点火時期)を検出させるようにしてある。

0033

基準信号REFの後のポジション信号POSが出力されると、S3からS5へ進み、時間制御を開始させる制御基準位置であるか否かを判別する。尚、前記制御基準位置は、ポジション信号POSのカウントによる角度制御の終了時点として検出されることになる。

0034

S5で、時間制御を開始させる制御基準位置に相当するポジション信号POSであると判別されると、S6へ進み、エンジンがアイドル運転状態であるか否かを判別する。

0035

尚、アイドル回転を含む低回転域であって定常運転されている状態を、前記S6で判別されるようにしても良い。即ち、低回転域であって定常運転されている状態の代表例として、前記S6ではアイドル運転状態を判別させている。

0036

前記S6でアイドル運転状態であると判別されると、S7へ進み、残りの角度に相当する制御時間を、以下のようにして算出する。
制御時間(ms)=(TPOS1×残り角度/10deg)×補正値
最新の周期TPOS1に基づいて残り角度を時間に換算し、かつ、該換算した時間を補正値で補正して制御時間(ms)が求められる。前記補正値は、時間制御を開始するポジション信号POS(制御基準)の後の回転変動に対応して、制御時間を残り角度に対応させるために学習される値である。

0037

一方、S6でアイドル運転状態でないと判別されると、S8へ進み、残りの角度に相当する制御時間を、以下のようにして算出する。
制御時間T(ms)=TPOS1×残り角度/10deg
即ち、前記補正値による制御時間の補正は、アイドル運転状態でのみ施されるようになっている。

0038

S9では、タイマースタートさせて前記計測角度に相当する制御時間Tの経過を計測させる。そして、タイマーによる計測時間が前記制御時間になったときに、通電遮断時期・通電開始時期であることを判定し、点火コイルへの通電を制御するスイッチング手段(トランジスタ)を制御する。

0039

このようにして、時間制御によって通電遮断時期・通電開始時期を検出し、S10で、前記時間制御により通電遮断時期・通電開始時期を検出した直後のポジション信号POSの出力時であることが検出されると、S11へ進んで、前記補正値の学習を行う。

0040

前記学習においては、まず、時間制御で計測した実際の制御角度を算出する。例えば図4に示すように、制御基準とする検出信号から10degを超え、20degを下回る角度を時間制御で検出させた場合、制御時間Tと時間計測された区間を含む周期の合計「TPOS1+TPOS2」との比、及び、TPOS1+TPOS2に相当する角度である20degから、下式に従って実際の制御角度が求められる。

0041

実際の制御角度=T/(TPOS1+TPOS2)×20deg
そして、補正値は、
補正値=前回補正値+(制御角度/実際の制御角度−1)
として更新学習される。尚、前記補正値の初期値は1.0である。

0042

本来の制御角度よりも実際の制御角度が短かった場合(制御角度/実際の制御角度>1)、即ち、制御基準の直前の周期(回転速度)よりも計測区間における周期(回転速度)が長かった場合(遅かった場合)には、補正値が増大修正されて、制御時間をより長く補正することになる。一方、本来の制御角度よりも実際の制御角度が長かった場合(制御角度/実際の制御角度<1)、即ち、制御基準の直前の周期(回転速度)よりも計測区間における周期(回転速度)が短かった場合(速かった場合)には、補正値が減少修正されて、制御時間をより短く補正することになる。

0043

上記のようにして学習される補正値によって制御時間Tを補正すれば、制御基準の直後の回転変動に対応して、制御時間を本来の制御角度に見合う値に修正できる。

0044

ここで、アイドル運転時のような低回転域で定常運転がなされると、各気筒の運転サイクルに影響された一定周期の回転変動が生じるが、制御タイミングによって、制御基準とする検出信号の後で回転が速まる場合と、逆に、回転が遅くなる場合とがある。従って、制御タイミング毎に補正値を個別に学習させることが好ましく、エンジンの制御対象である点火コイルの通電遮断時期と通電開始時期とで補正値を個別に学習させるか、更に好ましくは時間制御の基準とする検出信号毎に(10deg間隔のクランク角毎に)補正値を個別に学習させると良い。

0045

尚、時間制御で制御タイミングを検出させるエンジンの制御対象を、点火コイルの通電制御に限定するものではなく、例えば燃料噴射弁による噴射開始時期を、時間制御で検出させる構成としても良く、エンジンの制御対象毎に補正値を学習させる場合には、該噴射開始時期の時間制御用として個別に補正値を学習させるようにすれば良い。

図面の簡単な説明

0046

図1実施の形態におけるエンジンのシステム構成を示す図。
図2実施の形態におけるクランク角位置の検出の様子を示すタイムチャート
図3クランク角位置検出の実施形態を示すフローチャート。
図4補正値学習の特性を示すタイムチャート。

--

0047

1エンジン
3スロットル弁
4吸気弁
5燃料噴射弁
6点火栓
7排気弁
10コントロールユニット
11エアフローメータ
12 クランク角センサ

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