JP2006177204A - 燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 技術の燃料噴射量制御装置１は、エンジンの始動時においてのみ異常を検出するものであって、運転中における異常を検出するものではなかった。
他方、エンジンの運転中における異常を検出するものもあるが、雰囲気温度の上昇によって、ラックを駆動する比例ソレノイドやラック位置センサ等のコイルの抵抗値の変化等の影響のため、正確にラックを所定位置に駆動させ、且つ正確にラックの位置を検出することが難しく、精度が悪いという問題があった。
【解決手段】 ラック３５の位置を検出するラック位置センサ２０と、ラック位置センサ２０から得られるＲａｃｔ（ラック位置検出信号）と目標ラック位置とに基づいてＱｏｕｔ（ラック制御信号）を算出するＥＣＵ１０が、ＱｏｕｔとＲａｃｔの関係が、マップ５０（正常相関関係）の範囲内に無い場合に前記ラック位置検出信号が異常であると出力する。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料噴射量を調節するラックの位置を検出するためのラック位置検出手段から得られるラック位置検出信号の異常を検出する燃料噴射量制御装置に関するものである。

図１を用いて、エンジンに燃料を供給するための一般的な燃料噴射量制御装置１について説明する。
燃料噴射量制御装置１は、ラック位置検出手段の一例であるラック位置センサ２０から得られるラック位置と目標ラック位置とに基づいて、ラック制御手段の一例であるＥｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下「ＥＣＵ」という）１０が、ラック３５を駆動する比例ソレノイド３０の電流量を調節することによって、ラック３５を目標ラック位置となるように制御するものである。
また、ＥＣＵ１０とラック位置センサ２０との接続は、センサアンプ４１やハーネス等で中継されており、センサアンプ４１はバッテリ４２と接地点４３に接続されているので、ＥＣＵ１０等は電力を取得すると共に接地を確保することができる。
ところで、燃料噴射量制御装置１においては、ときとして、ラック位置センサ２０内部における断線・短絡や、ＥＣＵ１０とラック位置センサ２０との間に設けられるセンサアンプ４１やハーネス等の断線・短絡等の異常が発生する場合がある。
このような異常の検出方法としては、例えば下記特許文献１に示されるようなものがある。
特許文献１には、エンジン始動時にラックを所定位置に移動させ、このときラック位置センサ２０の出力が所定範囲内にあるか否かを判断し、該所定範囲内にない場合に異常と判断するものについて記載されている。
即ち、エンジン始動時において、ラックが所定位置にある場合に対応する値をラック位置センサ２０が正常に出力できず、異常なラック位置検出信号を出力する場合に、断線・短絡等の異常が発生したと判断するものである。
実開平６−４３２３８号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される技術は、エンジンの始動時においてのみ異常を検出するものであって、運転中における異常を検出するものではなかった。

他方、出願人は従来、以下のような処理を施していた。
正常におけるラック位置センサ２０の出力であるラック位置検出信号（以下「Ｒａｃｔ」という）と、ラック駆動制御の指令値であるラック制御信号（以下「Ｑｏｕｔ」という）との正常相関関係は、図２に示すように、Ｑｏｕｔの増加に伴ってＲａｃｔも増加する関係（例えば、一点鎖線５３で示すような比例関係）であり、その交点は例えば点５１や点５２となる。
したがって、例えば、ＱｏｕｔがＱ１の時にＲａｃｔがＲ１以外の値、或いは、ＱｏｕｔがＱ２の時にＲａｃｔがＲ２以外の値の場合には異常と判断しても良い。
しかし、ＱｏｕｔとＲａｃｔとの関係において、正常状態の範囲が不明であることから、誤検出の回避のために、実際には極端な値となった場合のみを異常と判断していた。
この場合の極端な値の一例としては、ＲａｃｔとＱｏｕｔとの関係が異常領域４５又は異常領域４６に存在する場合である。
異常領域４５は、Ｑｏｕｔが０近傍である場合に、正常ならばＲａｃｔも０近傍の値となる筈であるが、通常起こりえないような大きな値をラック位置センサ２０が出力している場合である。
また、異常領域４６は、Ｑｏｕｔが最大値近傍である場合に、正常ならばＲａｃｔも最大値近傍となる筈であるが、通常起こりえないような小さな値をラック位置センサ２０が出力している場合である。

しかしながら、上述のような異常検出処理では、以下に示すような問題がある。
例えば、ＲａｃｔとＱｏｕｔとの関係が正常に点５１又は点５２のような位置にあった状況でラック位置センサ２０とセンサアンプ４１との間で断線が発生しても、ＲａｃｔとＱｏｕｔとの関係は直ぐに異常領域４５又は異常領域４６に収まらず、時間が掛かることが知られている。例えば、ＲａｃｔとＱｏｕｔの関係が、時間をかけて経路（１）〜（３）を移動して異常領域４５又は異常領域４６に到達することが知られている。
これは、ラック３５の制御が、図３に示すようなフィードバック制御に基づいて行われるため、フィードバック制御特有の応答遅れ等の原因によるものである。
このフィードバック制御について説明する。
ラック位置センサ２０の目標値である目標ラック位置（以下「Ｒｓｅｔ」という）とＲａｃｔとの偏差が、ラック制御手段であるＥＣＵ１０に入力される。
ＥＣＵ１０は、操作量としてＱｏｕｔを算出し、比例ソレノイドのコイルに供給するラック駆動電流を発生するラック駆動手段１１に入力する。
次に、ラック駆動手段１１はラック駆動電流を比例ソレノイドに供給することによってラック３５を駆動制御し、その結果をラック位置センサ２０がＲａｃｔとして検出する。
そして、ラック位置センサ２０によって検出されたＲａｃｔは、再びＲｓｅｔと比較され、その偏差がＥＣＵ１０に入力され、上述した処理を繰り返す。
このような一巡のフィードバック制御が行われるため、異常が発生した場合に、ＲａｃｔとＱｏｕｔとの関係が異常領域４５又は異常領域４６に収まるまで時間がかかってしまうことにより異常検出が遅れてラック３５を正常に制御できないため、エンジンの出力が急上昇したり急低下する現象が発生する場合がある。

そこで、本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、精度良く早期にラック位置検出信号（Ｒａｃｔ）とラック制御信号（Ｑｏｕｔ）との関係から、断線・短絡等の異常を検出する燃料噴射量制御装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、燃料噴射量を調節するラックの位置を検出するラック位置検出手段と、該ラック位置検出手段から得られるラック位置検出信号と目標ラック位置とに基づいてラック制御信号を算出するラック制御手段と、を具備する燃料噴射量制御装置において、予め求められた正常状態における正常ラック制御信号と正常ラック位置検出信号との関係である正常相関関係を記憶する正常相関関係記憶手段と、前記ラック位置検出手段及び前記ラック制御手段によって得られる前記ラック制御信号と前記ラック位置検出信号との関係が、前記正常相関関係の範囲内に無い場合に前記ラック位置検出信号が異常であると出力する異常検出手段と、を具備するものである。

請求項２においては、前記正常相関関係記憶手段に記憶される正常相関関係は、前記ラック近傍の雰囲気温度による影響を境界条件として加味して設定されてなるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１の構成により、正常相関関係を明確に定めることが可能となるので、エンジンを運転している場合であっても、そのときのラック制御信号とラック位置検出信号との関係が、正常相関関係の範囲内にない場合に、ラック位置が異常状態での限界に達する前に、ラック位置検出手段等に断線・短絡の異常が発生したことを外部に発報することが可能となる。

請求項２の構成により、燃料噴射量制御装置やエンジンの特性に合った正常相関関係を定めることが可能となるので、前記燃料噴射量制御装置や前記エンジンの特性に応じた異常検出の処理を行うことが可能となって、誤検出を少なくすることが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の本発明を実施するための最良の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
図１は一般的な燃料噴射量制御装置のハードウェアの構成を示した概略構成図、図２は従来の技術における異常領域の説明図、図３は燃料噴射量制御装置のフィードバック制御のブロック図、図４は正常相関関係記憶手段に記憶される正常相関関係の一例であるマップ５０を示した図、図５はＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示したフローチャート、図６は正常相関関係記憶手段に記憶される正常相関関係の一例であるマップ６０を示した図、である。

先ず、図１を用いて本発明を実施するための最良の形態に係る燃料噴射量制御装置１のハードウェアの概略構成について説明する。
尚、ここで説明する燃料噴射量制御装置１のハードウェア上の構成は、既に上述した従来のものと同様であるが、再度詳しく説明する。
燃料噴射量制御装置１は、主として、ラック位置センサ２０、ＥＣＵ１０、比例ソレノイド３０等を具備する。
上記ラック位置センサ２０は、燃料噴射量制御装置１の燃料噴射量を調節するラック３５の位置を検出して、その検出結果をラック位置検出信号（Ｒａｃｔ）として出力するラック位置検出段の一例である。
ＥＣＵ１０は、上記ラック位置センサ２０から得られるＲａｃｔと目標ラック位置（Ｒｓｅｔ）とに基づいて、ラック３５を制御するためのラック制御信号（Ｑｏｕｔ）を算出するラック制御手段の一例である。
ここでは、ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の機能を一体的に内蔵するものであって、単体で記憶、演算、出力等の処理を行えるものである。
比例ソレノイド３０は、上記ＥＣＵ１０によって算出されたＱｏｕｔに基づいて発生するラック駆動電流によって、ラック３５を駆動制御するものであってＥＣＵ１０と接続されている（一点鎖線）。
また、ＥＣＵ１０とラック位置センサ２０との接続は、図１に示すようにセンサアンプ４１やハーネス等で中継されており、センサアンプ４１はバッテリ４２と接地点４３に接続されているので、ＥＣＵ１０等は電力を取得すると共に接地を確保することができる。

＜正常相関関係記憶手段、異常検出手段＞
また、ＥＣＵ１０は、正常相関関係記憶手段及び異常検出手段の役割を担っている。
正常相関関係記憶手段とは、予め求められた正常状態における正常ラック制御信号と、正常ラック位置検出信号との関係である正常相関関係を記憶するものである。
このような正常相関関係は、例えば、燃料噴射量制御装置１の研究開発段階において予め求められるものであって、図４に示すように閉曲線で囲まれるマップ５０としてＥＣＵ１０に記憶することができる。
尚、ＲａｃｔとＱｏｕｔとの関係は、Ｑｏｕｔの増加に伴ってＲａｃｔも増加する関係であるので、Ｑｏｕｔによってラック駆動電流が一義的に定まるなら、正常相関関係を一つの正常曲線で表せるはずである。
しかしながら、燃料噴射量制御装置１の雰囲気温度上昇による比例ソレノイド３０の抵抗値の変化等により、Ｑｏｕｔが同じでもラック駆動電流が変化するため、ＲａｃｔとＱｏｕｔとの相関関係にはバラツキが生じるため、正常相関関係をマップ５０のように閉曲線で囲まれる範囲として定めている。
異常検出手段とは、ラック位置センサ２０及びＥＣＵ１０によって得られる運転時におけるラック制御信号（Ｑｏｕｔ）とラック位置検出信号（Ｒａｃｔ）との関係が、上記正常相関関係の範囲内に無い場合に、ラック位置検出信号が異常であると出力するものである。
この場合は、ラック位置検出信号が異常であると出力することは、ＥＣＵ１０に表示部や操作部等を別に設けることによって、その表示部や操作部に異常の旨を出力することによって行うことができる。
上述のように構成することによって、正常相関関係を明確に定めることが可能となるので、エンジンを運転している場合であっても、そのときのラック位置検出信号（Ｒａｃｔ）とラック制御信号（Ｑｏｕｔ）との関係が、正常相関関係の範囲内に無い場合に、ラック位置センサ２０等に断線・短絡の異常が発生したことを外部に発報することが可能となる。
また、上記構成は、ラック位置検出信号（Ｒａｃｔ）とラック制御信号（Ｑｏｕｔ）との関係が、正常相関関係の範囲内に無い場合にラック位置センサ２０等に断線・短絡等の異常が発生したと判断するものであるので、既に上述した従来の異常領域４５・４６と比較して、異常と判断する領域が広げることが可能となって、以下のようなフィードバック制御を行った場合における応答遅れ等による異常検出の遅れを防止することが可能となる。

＜制御系＞
このように構成された燃料噴射量制御装置１は、従来と同様に図３に示すようなフィードバック制御を行うことによって、ＲｓｅｔとＲａｃｔとの偏差を０になるように制御する。
ここで、図３に示すフィードバック制御について再度簡単に説明する。
ＥＣＵ１０は、ＲｓｅｔとＲａｃｔとの偏差に基づいてＱｏｕｔを算出し、ラック駆動手段１１に入力する。
ラック駆動手段１１は比例ソレノイド３０にラック駆動電流を供給してラック３５を駆動制御する。この駆動制御の結果はラック位置センサ２０がＲａｃｔとして検出されると共に、該ＲａｃｔはＲｓｅｔと比較されてその偏差が再度ＥＣＵ１０に入力される。
このような一巡のフィードバック制御が繰り返し行われると共に、ＥＣＵ１０は演算周期毎に図５に示すようなフローチャートに従った処理を行う。

＜フローチャート＞
先ず、ＥＣＵ１０は、その電源起動時に、内蔵するＲＯＭ等から正常相関関係の一例であるマップ５０を取得し、内蔵するＲＡＭ等に展開することによってロードする（Ｓ１０）。
そして、ＥＣＵ１０は、所定の制御周期毎に、ラック位置センサ２０から得られるラック位置検出信号（Ｒａｃｔ）と目標ラック位置（Ｒｓｅｔ）を取得して上記フィードバック制御を行うとともに、以下の処理を行う（Ｓ１５）。
ＥＣＵ１０は、ラック位置センサ２０から得られるラック位置検出信号（Ｒａｃｔ）の値と、算出したラック制御信号（Ｑｏｕｔ）の値との交点が、上記マップ５０の閉曲線で囲まれる範囲内に無いかを判断する（Ｓ２０）。
この判断で、ＲａｃｔとＱｏｕｔの交点がマップ５０の範囲内に無いと判断された場合は処理がステップＳ３０へ移行し、他方、ＲａｃｔとＱｏｕｔの交点がマップ５０の範囲内に有ると判断された場合は再度ステップＳ２０の処理を行う。
そして、ＥＣＵ１０は、ＲａｃｔとＱｏｕｔの交点がマップ５０の範囲に無い状態で所定時間が経過したか否かを判断する（Ｓ３０）。
この判断で、所定時間が経過したと判断された場合は処理がステップＳ４０へ移行し、他方、所定時間が経過していないと判断された場合は上記ステップＳ２０へ移行する。
ＥＣＵ１０は、上記ステップＳ３０でＲａｃｔとＱｏｕｔの交点がマップ５０の範囲に無い状態で所定時間が経過したと判断されたことで、ラック位置検出信号が異常であると判断して外部の表示部や操作部等に異常の旨を出力する（Ｓ４０）。
上述のような処理を行っているので、ラック位置センサ２０等が正常である場合に、不意の外乱等の影響で一時的にＲａｃｔとＱｏｕｔの交点が正常相関関係を示すマップ５０の範囲から外れる事態が発生しても、即異常と判断してその旨を出力することを防止することが可能となる。
つまり、ラック位置センサ２０等が正常であるにも拘らず異常であると誤検出することを防止することが可能となる。

＜境界条件＞
上述においては、正常相関関係の一例として、ＲａｃｔとＱｏｕｔとの比例関係に単に幅をもたせたマップ５０を用いる場合について説明した。
以下では、ＲａｃｔとＱｏｕｔとの比例関係に幅をもたせてマップを定めるにおいて、ラック３５の近傍に設けられるエンジン等による雰囲気温度の変化による影響も加味した境界条件としてマップを定める（温度をパラメータとした）場合の一例について図６を用いて説明する。
ラック３５近傍が常温である場合における、ＲａｃｔとＱｏｕｔとの正常相関関係の一例である正常曲線は、例えば常温曲線Ｌ１のように定められる。
この場合に、ラック３５近傍が常温より低い温度の場合における正常曲線は常温曲線Ｌ１よりも上方に描かれる低温曲線Ｌ２と定めることができ、他方、ラック３５近傍が常温より高い温度の場合における正常曲線は常温曲線Ｌ１よりも下方に描かれる高温曲線Ｌ３と定めることができる。
また、低温曲線Ｌ２よりも低く燃料噴射量制御装置１を利用することができる限界の温度における正常曲線は、低温曲線Ｌ２よりも上方に描かれる限界低温曲線Ｌ４と定めることができ、他方、高温曲線Ｌ３よりも高く燃料噴射量制御装置１を利用することができる限界の温度における正常曲線は、高温曲線Ｌ３よりも下方に描かれる限界高温曲線Ｌ５と定めることができる。
このようにして、最上方の限界低温曲線Ｌ４と最下方の限界高温曲線Ｌ５とで挟まれる範囲を正常相関関係の一例のマップとして定めることができるが、更に以下のようにして定めてもよい。
ここでは、温度やラック位置センサ２０の計測誤差も鑑みて、更に上方側及び下方側に上方誤差曲線Ｌ６及び下方誤差曲線Ｌ７を定めることによって、上方誤差曲線Ｌ６及び下方誤差曲線Ｌ７で挟まれる範囲を正常相関関係の一例のマップ６０として定めることができる。
また、上方誤差曲線Ｌ６における上端側及び下端側の端点を上端点Ｐ１及び下端点Ｐ２、並びに、下方誤差曲線Ｌ７における上端側及び下端側の端点を上端点Ｐ４及び下端点Ｐ３を定める。
即ち、上方誤差曲線Ｌ６、下方誤差曲線Ｌ７、２つの上端点Ｐ１・Ｐ４、及び２つの下端点Ｐ２・Ｐ３を境界条件として正常相関関係の一例であるマップ６０の範囲を定めることができる。
このようにして定めたマップ６０は、ラック位置センサ２０等が正常状態において、ＲａｃｔとＱｏｕｔとの関係を各雰囲気温度帯域毎に測定した値をプロットしたものであるので、本発明の燃料噴射量制御装置１やエンジンの特性に合った正常相関関係といえる。
したがって、図５で説明したフローチャートに従った処理が行われることで、燃料噴射量制御装置１やエンジンの特性に応じた異常検出の処理を行うことが可能となるので、誤検出を少なくすることが可能となる。
また、ＥＣＵ１０がマップ６０をロードする際の処理や演算の負荷を低減するために、マップの定め方を下記の如く簡略化することもできる。
例えば、上方誤差曲線Ｌ６及び下方誤差曲線Ｌ７の略中間位置となる中間点Ｐ５及び中間点Ｐ６を定める。
この場合に、該中間点Ｐ５及び中間点Ｐ６、並びに、既に上述した４つの点（Ｐ１〜Ｐ４）によって囲まれる範囲を、正常相関関係の一例であるマップと定めても良い。
このように点のみでマップを定めることで、上方誤差曲線Ｌ６及び下方誤差曲線Ｌ７を用いて定める場合と異なって、マップが簡略化されるので、ＥＣＵ１０にかかる負荷を軽減して処理の高速化を図ることが可能となる。

一般的な燃料噴射量制御装置のハードウェアの構成を示した概略構成図。 従来の技術における異常領域の説明図。 燃料噴射量制御装置のフィードバック制御のブロック図。 正常相関関係記憶手段に記憶される正常相関関係の一例であるマップ５０を示した図。 ＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示したフローチャート。 正常相関関係記憶手段に記憶される正常相関関係の一例であるマップ６０を示した図．

符号の説明

１ 燃料噴射量制御装置
１０ ＥＣＵ
２０ ラック位置センサ
３０ 比例ソレノイド
３５ ラック
４１ センサアンプ
５０ マップ
６０ マップ

Claims (2)

1. 燃料噴射量を調節するラックの位置を検出するラック位置検出手段と、
   該ラック位置検出手段から得られるラック位置検出信号と目標ラック位置とに基づいてラック制御信号を算出するラック制御手段と、
   を具備する燃料噴射量制御装置において、
   予め求められた正常状態における正常ラック制御信号と正常ラック位置検出信号との関係である正常相関関係を記憶する正常相関関係記憶手段と、
   前記ラック位置検出手段及び前記ラック制御手段によって得られる前記ラック制御信号と前記ラック位置検出信号との関係が、前記正常相関関係の範囲内に無い場合に前記ラック位置検出信号が異常であると出力する異常検出手段と、
   を具備することを特徴とする燃料噴射量制御装置。
2. 前記正常相関関係記憶手段に記憶される正常相関関係は、前記ラック近傍の雰囲気温度による影響を境界条件として加味して設定されてなる請求項１記載の燃料噴射量制御装置。
   

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