JP2005315095A - 内燃機関の異常検出システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 構成の小型化、簡素化ならびに制御ロジックの簡略化を図った内燃機関の異常検出システムを提供することを課題とする。
【解決手段】 一対の気筒群31L,31Rが同等に運転制御されV型エンジンの各気筒群31L,31Rに設けられて各気筒群31L,31Rに吸入される空気の量を気筒群31L,31Rとも同様に制御するスロットルバルブ32L,32Rにそれぞれ対応して設けられ、スロットルバルブ32L,32Rのスロットル開度を検出するスロットルセンサ11L,11Rと、各スロットルセンサ11L,11Rで検出されたスロットル開度を比較し、その比較結果に基づいてスロットルバルブ32L,32R又はスロットルセンサ11L,11Rの異常を検出する電子制御装置14とを備えて構成される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、同等に制御される複数の気筒群を備えた内燃機関における同等に制御される機構の異常を検出する内燃機関の異常検出システムに関する。
エンジンは、各種センサにより検出された測定対象の状態に応じて最適に運転制御されている。測定対象の状態を検出する各種センサは、センサが故障した場合でもエンジンを安全に運転制御するために、1つの測定対象に対して複数のセンサを設けている場合がある。従来この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている(特許文献1参照)。
この種の技術において、例えばエンジンの各気筒(シリンダー)に吸入される吸入空気量を制御するスロットルバルブに、バルブの開度(回動角度)を検出するスロットルセンサ(角度センサ)が2つ設けられた、所謂冗長系のフェールセーフ機構が採用されているものがある。1つのスロットルバルブに対して2つの同等のスロットルセンサを設けることで、一方のスロットルセンサが故障して誤った検出信号を出力した場合には、他方の正常なスロットルセンサからの検出信号と比較することで、一方のスロットルセンサが故障しているものと判断できる。
このようなフェールセーフ機構を、例えば図3に示すV型エンジンにおいて採用した場合には、エンジンの異常検出システムは例えば図4に示すように構成される。図3において、クランクシャフトを境にして左右に、複数の気筒からなる気筒群31L、31Rが配置されて構成されたV型エンジンにおいて、一方の気筒群31L(図3の左側)には、気筒群31Lの各気筒に共通したスロットルバルブ32Lが設けられ、他方の気筒群31R(図3の右側)には、気筒群31Rの各気筒に共通したスロットルバルブ32Rが設けられている。それぞれのスロットルバルブ32L,32Rは、その開度がアクセルペダル33に設けられたアクセル開度センサ34で検出されたアクセル開度に基づいて電子制御装置35により制御されている。
左側の気筒群31Lに対応した左気筒群用のスロットルバルブ32Lには、図4に示すように、その開度を検出する2つの同等のスロットルセンサ41La,41Lbが設けられ、同様に右側気筒群31Rに対応した右気筒群用のスロットルバルブ32Rには、2つの同等のスロットルセンサ41Ra,41Rbが設けられている。各スロットルセンサ41La,41Lb,41Ra,41Rbは、その検出信号が電子制御装置35に含まれて対応する入力信号処理回路351La,351Lb,351Ra,351Rbに与えられて処理され、電子制御装置35に含まれるマイコン352によるエンジン制御に供される。
左気筒群用のスロットルバルブ32Lには、バルブを駆動制御するアクチュエータのスロットルモータ42Lが対応したモータ駆動回路353Lにより制御されて設けられ、右気筒群用のスロットルバルブ32Rには、バルブを駆動制御するアクチュエータのスロットルモータ42Rが対応したモータ駆動回路353Rにより制御されて設けられている。
このようなシステムにおいては、図5に示すフローチャートに基づいて電子制御装置35でスロットルセンサ41La,41Lb,41Ra,41Rbの異常を判定する。すなわち、図5において、アクセル開度センサ34で検出されたアクセル開度を入力し(ステップS51)、さらに目標スロットル開度を算出した後(ステップS52)、左側の気筒群31Lに対する制御フローと右側の気筒群31Rに対する制御フローが並行して実行される。
左側の気筒群31Lの制御フローでは、先ず算出された目標スロットル開度に応じて左側の気筒群31L用のスロットルモータ42Lが制御されて左側の気筒群31Lのスロットルバルブ32Lの開度が制御される(ステップS53L)。その後、スロットルバルブ32Lの一方のスロットルセンサ41Laで検出されたスロットルバルブ32Lの開度(角度)TAを入力し(ステップS54L)、続いてスロットルバルブ32Lの他方のスロットルセンサ41Lbで検出されたスロットルバルブ32Lの開度(角度)TBを入力する(ステップS55L)。
入力されたスロットルバルブ32Lの両スロットル開度TA,TBは比較され(ステップS56L)、両者が一致している場合は、続いてスロットルバルブ32Lの開度と目標スロットル開度とが比較され(ステップS57L)、両者が一致している場合は、ステップS51の処理を実行する一方、両者が一致していない場合にはステップS53Lの処理を実行する。
一方、ステップS56Lの比較結果において、スロットルバルブ32Lの両スロットル開度TA,TBが一致していない場合には、スロットルセンサ41La,41Lbのいずれか一方もしくは双方の検出信号が誤っているものと判定し、すなわちいずれか一方もしくは双方のスロットルセンサ41La,41Lbが故障して異常が発生しているものと判定する(ステップS58)。スロットルセンサ41La,41Lbの異常が判定されると、フェーセーフモードに移行して、スロットルモータ42Lの駆動を停止する(ステップS59)。
このような制御フローに対して、右側の気筒群31Rの制御フローでは、右側のスロットルセンサ41Ra、41Rbならびにスロットルモータ42Rに対して左側の気筒群31Lの制御フローと同様の制御フローが実行されて(ステップS53R〜S57R)、異常が判定され(ステップS58)、スロットルモータ42Rの駆動が停止される(ステップS59)。
特開平02−176141号公報
以上説明したように、V型エンジに適用された従来のフェールセーフシステムにおいては、それぞれのスロットルバルブ32L,32Rに対して、同等の2つのスロットルセンサ41La,41Lb,41Ra,41Rbを設け、スロットルセンサ41La,41Lb,41Ra,41Rbの異常を判定していた。このため、2つの気筒群31L,31Rを有するV型エンジンのスロットルバルブ32L,32Rに対しては、合計4つのスロットルセンサ41La,41Lb,41Ra,41Rbが必要になっていた。
このため、システムの構成が大型化するとともに、コストが上昇するといった不具合を招いていた。さらに、図5に示すように、左側の気筒群31Lならびに右側の気筒群31Rのそれぞれの制御フローにおいて、ステップS54L,ステップS55LならびにステップS54R,ステップS55Rに示すように各スロットルセンサ41La,41Lb,41Ra,41Rbで検出されたスロットル開度TA,TBを入力し、さらにステップS56LならびにステップS56Rに示すように入力された開度TA、TBを比較する処理を実行しなければならず、制御ソフトが複雑化するといった不具合も招いていた。
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成の小型化、簡素化ならびに制御ロジックの簡略化を図った内燃機関の異常検出システムを提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、複数の気筒群が同等に運転制御される内燃機関の前記各気筒群に設けられて前記各気筒群に吸入される空気の量を各気筒群とも同様に制御する吸入空気量制御手段にそれぞれ対応して設けられ、前記各吸入空気量制御手段の吸入空気量に対応した開度を検出する検出手段と、前記各検出手段で検出された開度を比較し、比較結果に基づいて前記吸入空気量制御手段又は前記検出手段の異常を検出する異常検出手段とを有することを特徴とする。
上記特徴の請求項1の発明によれば、各吸入空気量制御手段に各1つの検出手段を設けるだけで、吸入空気量制御手段又は検出手段の異常を検出することが可能となる。これにより、構成が小型化ならびに簡素化され、コストを低減することができる。また、制御ルーチンにおける処理が削減され、制御ソフトを簡略化することが可能となり、制御ソフトの開発が容易になる。
請求項2記載の発明は、複数の気筒群が同等に運転制御される内燃機関の前記各気筒群に設けられて前記各気筒群に吸入される空気の量を各気筒群とも同様に制御する吸入空気量制御手段にそれぞれ対応して設けられ、前記各吸入空気量制御手段を駆動制御するアクチュエータの駆動電流を検出する検出手段と、前記各検出手段で検出された前記アクチュエータの駆動電流を比較し、比較結果に基づいて前記吸入空気量制御手段又は前記検出手段の異常を検出する異常検出手段とを有することを特徴とする。
上記特徴の請求項2の発明によれば、各吸入空気量制御手段に各1つの検出手段を設けるだけで、吸入空気量制御手段又は検出手段の異常を検出することが可能となる。これにより、構成が小型化ならびに簡素化され、コストを低減することができる。また、制御ルーチンにおける処理が削減され、制御ソフトを簡略化することが可能となり、制御ソフトの開発が容易になる。
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
図1は本発明の実施例1に係る内燃機関の異常検出システムの構成を示す図である。図1に示す実施例1のシステムは、図3に示す2つの気筒群を有するV型エンジンに適用したものであり、2つのスロットルセンサ11L,11R、アクセル開度センサ12、スロットルモータ13L,13Rならびに電子制御装置14を備えて構成されている。
スロットルセンサ11Lは、図3に示す、各気筒群に吸入される吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段として機能する左側のスロットルバルブ32Lに設けられており、スロットルバルブ32Lのスロットル開度を検出する検出手段として機能する。スロットルセンサ11Rは、図3に示す右側のスロットルバルブ32Rに設けられており、スロットルバルブ32Rのスロットル開度を検出する検出手段として機能する。
アクセル開度センサ12は、図3に示すアクセルペダル33に設けられており、アクセルペダル33のアクセル開度を検出する。
スロットルモータ13Lは、図3に示すスロットルバルブ32Lに設けられ、スロットルバルブ32Lを駆動制御するアクチュエータの駆動制御手段として機能する。スロットルモータ13Rは、図3に示すスロットルバルブ32Rに設けられ、スロットルバルブ32Rを駆動制御するアクチュエータの駆動制御手段として機能する。
電子制御装置14は、図3に示すV型エンジンの運転を統括制御する制御中枢として機能し、この実施例における異常検出処理を含む動作処理をソフトウェアにより実行処理する手段として機能する。V型エンジンでは、左側の気筒群31Lに対応したスロットルバルブ32Lと、右側の気筒群31Rに対応したスロットルバルブ32Rとはそれぞれ独立して設けられているが、動作が同等に制御される左側の気筒群31Lと右側の気筒群31Rと同様に、電子制御装置14は左側のスロットルバルブ32Lと右側のスロットルバルブ32Rとを同等に駆動制御する。電子制御装置14は、入力信号処理回路141L,141R,142、モータ駆動回路143L、143R、電流センサ144L,144Rならびにマイコン145を備えて構成されている。
入力信号処理回路141Lは、スロットルセンサ11Lで検出されたスロットル開度の検出信号を入力し、入力したスロットル開度の検出信号をマイコン145で処理可能となるように信号処理し、マイコン145に供する。入力信号処理回路141Rは、スロットルセンサ11Rで検出されたスロットル開度の検出信号を入力し、入力したスロットル開度の検出信号をマイコン145で処理可能となるように信号処理し、マイコン145に供する。入力信号処理回路142は、アクセル開度センサ12で検出されたアクセル開度の検出信号を入力し、入力したアクセル開度の検出信号をマイコン145で処理可能となるように信号処理し、マイコン145に供する。
モータ駆動回路143Lは、マイコン145から与えられる指令に基づいて、スロットルモータ13Lを駆動制御する駆動電流をスロットルモータ13Lに供給し、供給した駆動電流でスロットルモータ13Lを駆動制御する。モータ駆動回路143Rは、マイコン145から与えられる指令に基づいて、スロットルモータ13Rを駆動制御する駆動電流をスロットルモータ13Rに供給し、供給した駆動電流にでスロットルモータ13Rを駆動制御する。
電流センサ144Lは、モータ駆動回路143Lからスロットルモータ13Lに供給される駆動電流の電流経路に設けられ、スロットルモータ13Lに供給される駆動電流の電流量を測定する。電流センサ144Rは、モータ駆動回路143Rからスロットルモータ13Rに供給される駆動電流の電流経路に設けられ、スロットルモータ13Rに供給される駆動電流の電流量を測定する。
マイコン145は、電子制御装置14の制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、CPU、記憶装置、入出力装置等の資源を備えたマイクロコンピュータにより実現される。マイコン145は、各スロットルセンサ11L,11R、アクセル開度センサ12ならびに電流センサ144L,144Rからの信号を読み込み、予め内部に保有する制御ロジック(プログラム)に基づいて、モータ駆動回路143L,143Rに駆動制御信号を送り、以下に説明する異常判定処理を含むV型エンジンの運転制御に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
次に、図2に示すフローチャートを参照して、図1に示すシステムにおける、スロットルセンサ11L,11R、スロットルバルブ32L、32Rの異常判定の処理について説明する。図2において、先ずアクセル開度センサ12で検出されたアクセル開度を入力し(ステップS21)、さらに目標スロットル開度を算出した後(ステップS22)、左側の気筒群31Lに対する制御フローと右側の気筒群31Rに対する制御フローが並行して実行される。なお、V型エンジンでは、左右の気筒群31L,31Rの運転動作が同様に制御される。
左側の気筒群31Lの制御フローでは、先ず算出された目標スロットル開度に応じてマイコン145からモータ駆動回路143Lに駆動制御信号が与えられ、スロットルバルブ32Lのスロットル開度が目標スロットル開度となるように、駆動制御信号に基づいてモータ駆動回路143Lによりスロットルモータ13Lが駆動される(ステップS23L)。その後、スロットルバルブ32Lのスロットルセンサ11Lで検出されたスロットルバルブ32Lのスロットル開度TLを入力する(ステップS24L)。
上記ステップS23L、S24Lの処理と並行して、右側の気筒群31Rの制御フローでは、左側の気筒群31Lと同様に、算出された目標スロットル開度に応じてマイコン145からモータ駆動回路143Rに駆動制御信号が与えられ、スロットルバルブ32Rのスロットル開度が目標スロットル開度となるように、駆動制御信号に基づいてモータ駆動回路143Rによりスロットルモータ13Rが駆動される(ステップS23R)。その後、スロットルバルブ32Rのスロットルセンサ11Rで検出されたスロットルバルブ32Rのスロットル開度TRを入力する(ステップS24R)。
各スロットルセンサ11L,11Rで検出されたスロットル開度TL、TRが入力されると、両スロットル開度TL,TRが比較される(ステップS25)。比較結果において、両スロットル開度TL,TRが一致している場合は、左側の気筒群31Lの制御フローにおいて、先のステップS24Lで入力したスロットル開度TLと先のステップS22で算出した目標スロットル開度とを比較する(ステップS26L)。比較結果において、両者が一致している場合は、先のステップS21に示す処理を実行する一方、両者が一致していない場合には、先のステップS23Lに示す処理を実行する。
また、先のステップS25に示す比較処理の結果において、両スロットル開度TL,TRが一致している場合は、右側の気筒群31Lの制御フローにおいて、先のステップS24Rで入力したスロットル開度TRと先のステップS22で算出した目標スロットル開度とを比較する(ステップS26R)。比較結果において、両者が一致している場合は、先のステップS21に示す処理を実行する一方、両者が一致していない場合には、先のステップS23Rに示す処理を実行する。
一方、ステップS25に示す比較処理の結果において、両スロットル開度TL,TRが一致していない場合には、スロットルセンサ11L,11Rのいずれか一方もしくは双方の検出信号が誤っているものと判定し、すなわちいずれか一方もしくは双方のスロットルセンサ11L,11Rが故障して異常が発生しているものと判定する。あるいは、両スロットル開度TL,TRが一致していない場合には、スロットルバルブ32L,32Rのいずれか一方もしくは双方が故障して異常が発生しているものと判定する(ステップS27)。スロットルセンサ11L,11R、又はスロットルバルブ32L,32Rの異常が検出されると、フェーセーフモードに移行して、スロットルモータ13L,13Rの駆動を停止する(ステップS28)。
このように、本実施例のシステムにおいては、V型エンジンでは左右の気筒群31L,31Rが同等に運転制御されるという特性に着目し、各気筒群31L,31Rに1つのスロットルセンサ11L、11Rを設けるだけで、スロットルセンサ11L,11R、又はスロットルバルブ32L,32Rの異常判定を行うことが可能となる。これにより、従来に比べて構成が小型化ならびに簡素化され、コストを低減することができる。また、従来に比べてスロットルセンサの個数が削減されるため、制御ルーチンにおいて比較処理等の処理ステップが削減され、制御ソフトを簡略化することが可能となり、制御ソフトの開発が容易になる。
また、異常が検出された場合には、スロットルモータの駆動を停止することで、エンジンが異常状態のまま運転制御されるのを回避することができる。
なお、スロットルセンサ11L,11Rで検出された両スロットル開度TL,TRに代えて、電流センサ144L,144Rで検出された両スロットルモータ13L,13Rの駆動電流を比較して、両駆動電流が一致しなかった場合には、電流センサ144L,144Rのいずれか一方もしくは双方の検出信号が誤っているものと判定し、すなわちいずれか一方もしくは双方の電流センサ144L,144Rが故障して異常が発生しているものと判定する。あるいは、両駆動電流が一致していない場合には、スロットルモータ13L,13R又はスロットルバルブ32L,32Rのいずれか一方もしくは双方が故障して異常が発生しているものと判定するようにしてもよい。
また、上記実施例では、V型エンジンを一例として説明したが、V型エンジンに限定されることはない。例えば、直列型エンジンにおいて、複数の気筒を2つ以上のグループに分け、V型エンジンの場合と同様に2つ以上の各グループの気筒が同等に運転制御されるような機構であっても、上記実施例を同様に適用して同様の効果を得ることができる。
さらに、同等に駆動制御される対になったエンジンの給排気バルブにおいて、給排気バルブの動作タイミングやリフト量(上下移動量)を電気的に制御するようなエンジン制御システムにおいて、スロットルバルブ32L,32Rのスロットルセンサ11L,11Rの検出値に代えて、給排気バルブのリフト量の検出値に対して上記実施例を同様に適用するようことも可能である。
さらに、上記実施例から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
(イ)前記異常検出手段で異常が検出された場合には、前記吸入空気量制御手段の駆動を停止する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の異常検出システム。
上記構成によれば、車両が異常状態のまま制御されることを回避することができ、車両の安全走行に寄与することができる。
(ロ)前記内燃機関は、クランクシャフトを境に左右一対の気筒群を有する所謂V型エンジン、もしくは気筒が複数のグループに分割されてそれぞれのグループが同等に運転制御される直列型エンジンである
ことを特徴とする請求項1,2及び前記(イ)項のいずれか1項に記載の内燃機関の異常検出システム。
上記構成によれば、様々な形態の内燃機関においても、異常を検出することができる。
(ハ)前記吸入空気量制御手段は、スロットルバルブ、又は給排気バルブである
ことを特徴とする請求項1,2,前記(イ)項及び前記(ロ)項のいずれか1項に記載の内燃機関の異常検出システム。
上記構成によれば、スロットルバルブもしくは給排気バルブにより空気が吸入される内燃機関において、スロットルバルブ又は給排気バルブの異常を検出することができる。
本発明の実施例1に係る内燃機関の異常検出システムの構成を示す図である。 実施例1に係る異常検出の処理手順を示すフローチャートである。 V型エンジンにおけるスロットルバルブの制御システムの構成を示す図である。 従来における内燃機関の異常検出システムの構成を示す図である。 図4に示す構成における異常検出の処理手順を示す図である。
符号の説明
11L,11R,41La,41Lb,41Ra,41Rb…スロットルセンサ
12,34…アクセル開度センサ
13L,13R,42L,42R…スロットルモータ
14,35…電子制御装置
31L,31R…気筒群
32L,32R…スロットルバルブ
33…アクセルペダル
141L,141R,142,351La,351Lb,351Ra,351Rb…入力信号処理回路
143L,143R,353L,353R…モータ駆動回路
144L,144R…電流センサ
145,352…マイコン

Claims (2)

  1. 複数の気筒群が同等に運転制御される内燃機関の前記各気筒群に設けられて前記各気筒群に吸入される空気の量を各気筒群とも同様に制御する吸入空気量制御手段にそれぞれ対応して設けられ、前記各吸入空気量制御手段の吸入空気量に対応した開度を検出する検出手段と、
    前記各検出手段で検出された開度を比較し、比較結果に基づいて前記吸入空気量制御手段又は前記検出手段の異常を検出する異常検出手段と
    を有することを特徴とする内燃機関の異常検出システム。
  2. 複数の気筒群が同等に運転制御される内燃機関の前記各気筒群に設けられて前記各気筒群に吸入される空気の量を各気筒群とも同様に制御する吸入空気量制御手段にそれぞれ対応して設けられ、前記各吸入空気量制御手段を駆動制御するアクチュエータの駆動電流を検出する検出手段と、
    前記各検出手段で検出された前記アクチュエータの駆動電流を比較し、比較結果に基づいて前記吸入空気量制御手段又は前記検出手段の異常を検出する異常検出手段と
    を有することを特徴とする内燃機関の異常検出システム。
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