JP2006214361A - エンジンの異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン２に回転異常が発生したときに、異常原因を特定することができる異常検出装置１を提供することにある。
【解決手段】異常検出装置１は、エンジン２の回転数を用いて回転変動量を算出する回転変動量算出手段５と、エンジン２に燃料の噴射が行われていない時（無噴射時）の回転変動量に基づき、エンジン２に回転異常が発生したか否かを判定する回転異常判定手段６とを備える。無噴射時の回転変動量は、燃料噴射装置等の出力発生装置の影響を受けていない。よって、無噴射時の回転変動量に基づき、エンジン２に回転異常が発生したか否かを判定すれば、エンジン２自体に起因する回転異常が発生したか否かを判定することができる。このため、この異常検出装置１により回転異常が発生したと判定されたときには、異常原因をエンジン２自体に起因するものに特定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの回転異常を検出する異常検出装置に関する。

〔従来の技術〕
従来から、エンジンの各気筒における回転変動量を監視することで、エンジンの回転異常を検出する異常検出装置が公知となっている。この異常検出装置の１つに、回転数を気筒間で平均化するため、回転変動量に応じて噴射量の補正を行い、このときの補正量が所定値以上になった気筒を異常気筒と判定するものがある（例えば、特許文献１参照）。ここで、回転変動量とは、各気筒におけるピストンの作動状態を示すものであり、例えば、各気筒での膨張行程による回転数の増加量として定義される。

〔従来技術の不具合〕
しかし、この技術のように回転変動量を監視するのみでは、異常気筒の特定はできるものの、異常原因を特定することができない。例えば、ディーゼルエンジンのような直噴型エンジンの場合、回転異常が生じる原因には、エンジン自体に起因するものと、気筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射装置に起因するものとが考えられ、異常原因がいずれに起因するものであるかを識別できないと、適切な処理を行うことができない。
特許第２５９５６６３号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、エンジンに回転異常が発生したときに、異常原因を特定することができるエンジンの異常検出装置を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のエンジンの異常検出装置（以下、単に「異常検出装置」とする）は、エンジンの回転数を用いて、エンジンの各気筒におけるピストンの作動状態を示す回転変動量を算出する回転変動量算出手段と、エンジンに燃料の噴射が行われていない時（無噴射時）の、回転変動量算出手段が算出する回転変動量に基づき、エンジンに回転異常が発生したか否かを判定する回転異常判定手段とを備える。
無噴射時の回転変動量は、燃料噴射装置等の出力発生装置の影響を受けていない。よって、無噴射時の回転変動量に基づき、エンジンに回転異常が発生したか否かを判定すれば、エンジン自体に起因する回転異常が発生したか否かを判定することができる。このため、この異常検出装置により回転異常が発生したと判定されたときには、異常原因をエンジン自体に起因するものに特定することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の異常検出装置によれば、回転異常判定手段は、全気筒の回転変動量を集取して、回転変動量の気筒間平均を算出し、気筒間平均と回転変動量とを比較することで、エンジンに回転異常が発生したか否かを判定する。
回転変動量は、噴射の有無以外に、エンジン回転数、エンジン温度、スロットル開度、補機負荷（補機とは、例えば、オルタネータやエアコンのコンプレッサである）等により影響を受けて変動する。しかし、全気筒の回転変動量を集取する程度の短期間では、このような回転変動量を変動させる変動因子の影響が極めて小さい。このため、請求項２の手段によれば、変動因子が安定していないときでもエンジンに回転異常が発生したか否かを判定することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の異常検出装置によれば、回転異常判定手段は、回転変動量を変動させる変動因子が安定していると判断した時に、所定の閾値と回転変動量とを比較することで、エンジンに回転異常が発生したか否かを判定する。
変動因子が安定している時、回転変動量が変動因子から受ける影響は小さい。よって、無噴射、かつ変動因子が安定している時に回転変動量が変動すれば、エンジンに回転異常が発生している可能性は極めて高い。このため、変動因子が安定していると判断した時に、所定の閾値と回転変動量とを比較することで、エンジンに回転異常が発生したか否かを判定することができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の異常検出装置によれば、変動因子が安定している時とは、クランキング時である。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の異常検出装置によれば、回転変動量と比較される所定の閾値は、回転変動量の算出時期に応じて変化する可変量である。
回転変動量は、走行距離等に応じて経時変化する。そこで、閾値を回転変動量の算出時期に応じて変化する可変量とすることで、経時変化を反映した閾値を設定することができる。このため、経時変化を考慮した異常検出を行うことができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の異常検出装置によれば、回転異常判定手段は、所定の閾値と回転変動量との差に応じて、エンジンに回転異常が発生したと判定するまでの、所定の閾値と回転変動量との比較回数を増減する。
これにより、所定の閾値と回転変動量との差が小さい時には比較回数を増やし、異常発生の判定を慎重に行うとともに、所定の閾値と回転変動量との差が大きい時には、少ない比較回数で迅速に異常発生の判定を行うことができる。

〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の異常検出装置によれば、回転異常判定手段によりエンジンに回転異常が発生したと判定された場合、エンジン出力が所定の上限以下に制限される。

〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の異常検出装置によれば、回転変動量は、いずれかの気筒でピストンが上死点に到達した時から、次に別の気筒でピストンが上死点に到達する時までの期間における、回転数の最大値と回転数の初期値との差である。

最良の形態１のエンジンの異常検出装置は、エンジンの回転数を用いて、エンジンの各気筒におけるピストンの作動状態を示す回転変動量を算出する回転変動量算出手段と、エンジンに燃料の噴射が行われていない時の、回転変動量算出手段が算出する回転変動量に基づき、エンジンに回転異常が発生したか否かを判定する回転異常判定手段とを備える。さらに、回転異常判定手段は、全気筒の回転変動量を集取して、回転変動量の気筒間平均を算出し、気筒間平均と回転変動量とを比較することで、エンジンに回転異常が発生したか否かを判定する。

そして、回転異常判定手段によりエンジンに回転異常が発生したと判定された場合、エンジン出力が所定の上限以下に制限される。
なお、回転変動量は、いずれかの気筒でピストンが上死点に到達した時から、次に別の気筒でピストンが上死点に到達する時までの期間における、回転数の最大値と回転数の初期値との差である。

最良の形態２のエンジンの異常検出装置によれば、回転異常判定手段は、回転変動量を変動させる変動因子が安定していると判断した時に、所定の閾値と回転変動量とを比較することで、エンジンに回転異常が発生したか否かを判定する。なお、変動因子が安定している時とは、クランキング時である。

また、回転変動量と比較される所定の閾値は、回転変動量の算出時期に応じて変化する可変量である。そして、回転異常判定手段は、所定の閾値と回転変動量との差に応じて、エンジンに回転異常が発生したと判定するまでの、所定の閾値と回転変動量との比較回数を増減する。

〔実施例１の構成〕
実施例１の異常検出装置１の構成を、図１を用いて説明する。
異常検出装置１は、例えば、４気筒のディーゼルエンジン２の回転異常を検出するものである。そして、異常検出装置１は、図１（ａ）に示すように、出力発生装置３を制御するＥＣＵ４（エレクトロニック・コントロール・ユニットの略：電子制御装置）が、後記する回転変動量算出手段５や回転異常判定手段６として機能することにより構成される。

ここで、出力発生装置３、ＥＣＵ４、および電源（図示せず）から出力発生装置３に電力を供給させるＥＤＵ７（エレクトリック・ドライビング・ユニットの略）について説明しておく。

出力発生装置３は、ディーゼルエンジン２にエンジン出力を発生させるものである。また、出力発生装置３は、本実施例のようにディーゼルエンジン２によりエンジン出力を得る場合、気筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射装置である（以下、ディーゼルエンジン２をエンジン２とし、出力発生装置３を燃料噴射装置３とする）。

燃料噴射装置３は、図１（ｂ）に示すように、燃料タンク９の低圧の燃料を高圧化して吐出する燃料噴射ポンプ１０、燃料噴射ポンプ１０から吐出された燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール１１、エンジン２に搭載されコモンレール１１に蓄圧された燃料を気筒内に噴射するインジェクタ１２などから構成されている。燃料噴射ポンプ１０やインジェクタ１２は、通電により磁気吸引力を発生させるソレノイド（図示せず）をアクチュエータとして有する。

ＥＣＵ４は、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムやデータを保存するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置、入力回路、出力回路、電源回路等を備える周知構造のマイクロコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ４は、エンジン回転数、エンジン温度、スロットル開度等のエンジン２の状態を示す信号、およびコモンレール１１の燃料圧力（レール圧）等の燃料噴射装置３の状態を示す信号の入力を受ける。そして、ＥＣＵ４は、これらの入力信号に基づき燃料噴射ポンプ１０やインジェクタ１２を駆動制御するための制御信号を合成してＥＤＵ７に出力することで、出力制御手段１４として機能する。

ＥＤＵ７は、燃料噴射ポンプ１０を駆動するための駆動電流を、燃料噴射ポンプ１０のソレノイドに通電させるポンプ駆動回路（図示せず）、インジェクタ１２を駆動するための駆動電流を、インジェクタ１２のソレノイドに通電させるインジェクタ駆動回路（図示せず）などにより構成されている。ポンプ駆動回路やインジェクタ駆動回路は、各々、燃料噴射ポンプ１０やインジェクタ１２を駆動制御するための制御信号の入力を受けることで作動して、各々のソレノイドに駆動電流を通電させる。

以下、異常検出装置１について説明する。
異常検出装置１は、エンジン回転数を用いて、エンジン２の各気筒におけるピストン（図示せず）の作動状態を示す回転変動量を算出する回転変動量算出手段５、エンジン２に燃料の噴射が行われていない時の回転変動量に基づき、エンジン２に回転異常が発生したか否かを判定する回転異常判定手段６としての機能を備える。

回転変動量算出手段５は、エンジン回転数（以下、回転数と呼ぶ）を用いて回転変動量を算出する。回転変動量は、各気筒での膨張行程による回転数の増加量として定義され、例えば、図２に示すように、いずれかの気筒でピストン（図示せず）が上死点に到達した時から、次に別の気筒でピストンが上死点に到達する時までの期間における、回転数の最大値と初期値との差として定義することができる。なお、図２において、＃１、＃２、＃３、＃４は４つ気筒を区別するための符号である。また、回転変動量は、最大値や初期値そのものとして定義することもでき、最大値と初期値との平均値として定義することもできる。

回転異常判定手段６は、エンジン２に燃料の噴射が行われていない時の、回転変動量算出手段５が算出する回転変動量に基づき、エンジン２に回転異常が発生したか否かを判定する。ここで、エンジン２に燃料の噴射が行われていない時（無噴射時）とは、例えば、クランキング時やアクセルオフ時等である。そして、回転異常判定手段６は、無噴射時に全気筒の回転変動量を集取して、回転変動量の気筒間平均を算出し、気筒間平均と各気筒の回転変動量とを比較することで、エンジン２に回転異常が発生したか否かを判定する。

そして、回転異常判定手段６が、エンジン２に回転異常が発生したと判定した場合、出力制御手段１４は、エンジン出力が所定の上限以下に制限されるように、燃料噴射ポンプ１０やインジェクタ１２を駆動制御する。例えば、出力制御手段１４は、インジェクタ１２による噴射量に上限を設け、噴射量がこの上限以下となるように燃料噴射ポンプ１０やインジェクタ１２を駆動制御する。

〔実施例１の制御方法〕
実施例１の異常検出装置１による制御方法を、図２ないし図４を用いて説明する。
まず、図３に示す制御方法のフローチャートを説明する。まず、ステップＳ１で、異常検出条件が成立したか否か、すなわち無噴射状態になったか否かを判定する。そして、異常検出条件が成立していると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２に進み、異常検出条件が成立していないと判定された場合（ＮＯ）、この制御フローを終了する。

次に、ステップＳ２で、回転数を用いて回転変動量を算出する。さらに、ステップＳ３で、全気筒の回転変動量が集取できたか否かを判定する。そして、全気筒の回転変動量が集取できたと判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４に進み、全気筒の回転変動量が集取できていないと判定された場合（ＮＯ）、この制御フローを終了する。

次に、ステップＳ４で気筒間平均を算出する。さらに、ステップＳ５で、気筒間平均と各気筒の回転変動量とを比較して異常があるか否かを判定する。そして、異常ありと判定された場合（ＹＥＳ）、エンジン２に回転異常が発生したと判定されステップＳ６に進み、異常なしと判定された場合（ＮＯ）、この制御フローを終了する。ステップＳ６では、エンジン出力を所定の上限以下に制限する。

この制御フローによる処理の具体例を示す。例えば、異常検出条件が成立した時に回転数が図２に示すように推移したとすると、各気筒の回転変動量および気筒間平均は、図４に示すように算出される。そして、気筒間平均と各気筒の回転変動量との差が算出されるとともに、この差が所定値よりも大きいか否かが判定される。これにより、気筒間平均と＃４気筒の回転変動量との差が所定値よりも大きい、と判定されたとする。この結果、エンジン２に回転異常が発生したと判定され、エンジン出力の制限が行われる。

〔実施例１の効果〕
実施例１の異常検出装置１は、回転数を用いて回転変動量を算出する回転変動量算出手段５と、無噴射時の回転変動量に基づき、エンジン２に回転異常が発生したか否かを判定する回転異常判定手段６とを備える。
無噴射時の回転変動量は、燃料噴射装置３の影響を受けていない。よって、無噴射時の回転変動量に基づき、エンジン２に回転異常が発生したか否かを判定すれば、エンジン２自体に起因する回転異常が発生したか否かを判定することができる。このため、この異常検出装置１により回転異常が発生したと判定されたときには、異常原因をエンジン２自体に起因するものに特定することができる。

また、回転異常判定手段６は、全気筒の回転変動量を集取して、回転変動量の気筒間平均を算出し、気筒間平均と各気筒の回転変動量とを比較することで、エンジン２に回転異常が発生したか否かを判定する。
回転変動量は、噴射の有無以外に、回転数、エンジン２の温度、スロットル開度、補機負荷（補機とは、例えば、オルタネータやエアコンのコンプレッサである）等により影響を受けて変動する。しかし、全気筒の回転変動量を集取する程度の短期間では、回転変動量に対する変動因子の影響が極めて小さい。このため、変動因子が安定していないときでもエンジン２に回転異常が発生したか否かを判定することができる。

〔実施例２の構成〕
実施例２の異常検出装置１の構成を、図５を用いて説明する。
実施例２では、オルタネータやエアコンのコンプレッサのようにエンジン出力により駆動される補機１６により、エンジン出力の一部が吸収される。そして、補機１６に吸収されるエンジン出力（補機負荷）を示す信号がＥＣＵ４に入力される。

実施例２の回転異常判定手段６は、回転変動量を変動させる変動因子が安定していると判断した時に、所定の閾値と回転変動量とを比較することで、エンジン２に回転異常が発生したか否かを判定する。

変動因子とは、例えば、回転数、エンジン温度、スロットル開度、補機負荷である。また、変動因子が安定している時とは、例えば、図６に示すように、スタータオン後のクランキング時である。

また、回転変動量と比較される所定の閾値は、回転変動量の算出時期に応じて変化する可変量である。すなわち、この閾値は、経時変化するように設定された可変量であり、例えば、図７に示す閾値ラインに従って変更される。この閾値ラインは、過去の市場からの回収品や耐久試験の終了品の調査結果に基づく実績値を考慮した回転変動量の経時変化に対する予測ラインに基づいて決定される。

さらに、回転異常判定手段６は、閾値と回転変動量との差に応じて、エンジン２に回転異常が発生したと判定するまでの、閾値と回転変動量との比較回数を増減する。例えば、 閾値と回転変動量との差が小さい時には比較回数を増やし、異常発生の判定を慎重に行い、閾値と回転変動量との差が大きい時には、少ない比較回数で迅速に異常発生の判定を行う。

〔実施例２の制御方法〕
実施例２の異常検出装置１による制御方法を、図７および図８を用いて説明する。
まず、図８に示す制御方法のフローチャートを説明する。まず、ステップＳ１１で、異常検出条件が成立したか否か、すなわち無噴射状態になったか否か、および変動因子が安定しているか否か、を判定する。そして、異常検出条件が成立していると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進み、異常検出条件が成立していないと判定された場合（ＮＯ）、この制御フローを終了する。

次に、ステップＳ１２で、回転数を用いて回転変動量を算出する。さらに、ステップＳ１３で、閾値と回転変動量とを比較して回転変動量が閾値よりも小さいか否かを判定するそして、回転変動量が閾値よりも小さい場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１４に進む。回転変動量が閾値よりも小さくない場合（ＮＯ）、この制御フローを終了する。

次に、ステップＳ１４で、異常があるか否かを判定する。そして、異常ありと判定された場合（ＹＥＳ）、エンジン２に回転異常が発生したと判定されステップＳ１５に進み、異常なしと判定された場合（ＮＯ）、ステップＳ１１に戻る。ステップＳ１５では、エンジン出力を所定の上限以下に制限する。

ステップＳ１４で異常ありと判定される場合とは、閾値と回転変動量との差が一定値以上である場合（ケース１）、および、閾値と回転変動量との差が一定値未満であっても、ステップＳ１３でＹＥＳと判定された回数が所定値に達した場合（ケース２）である。なお、ケース２の場合には、ステップＳ１３でＹＥＳと判定された時期が、所定の基準時期から所定の期間内にあることを、異常ありと判定するための条件として加えてもよい。

この制御フローによる処理の具体例を示す。異常検出条件が成立した時に回転変動量が、例えば、図７に示すように算出されたとする。これにより、４つの回転変動量のうちの１つが閾値よりも小さくなったとする（以下、閾値よりも小さくなった回転変動量を注意値と呼ぶ）。この場合、閾値と注意値との差が一定値以上であれば、ケース１が成り立つので異常と判定される。また、閾値と注意値との差が一定値未満であれば、回転変動量が閾値よりも小さくなった回数（ステップＳ１３でＹＥＳと判定された回数）が所定値に達したか否かが判定される。この結果、所定値に達していれば、ケース２が成り立つので異常と判定される。

〔実施例２の効果〕
実施例２の回転異常判定手段６は、回転変動量を変動させる変動因子が安定していると判断した時に、所定の閾値と回転変動量とを比較することで、エンジン２に回転異常が発生したか否かを判定する。
変動因子が安定している時、回転変動量が変動因子から受ける影響は小さい。よって、無噴射、かつ変動因子が安定している時に回転変動量が変動すれば、エンジン２に回転異常が発生している可能性は極めて高い。このため、変動因子が安定していると判断した時に、所定の閾値と回転変動量とを比較することで、エンジン２に回転異常が発生したか否かを判定することができる。

また、回転変動量と比較される閾値は、回転変動量の算出時期に応じて変化する可変量である。
回転変動量は、走行距離等に応じて経時変化する。そこで、閾値を回転変動量の算出時期に応じて変化する可変量とすることで、経時変化を反映した閾値を設定することができる。このため、経時変化を考慮した異常検出を行うことができる。

また、回転異常判定手段６は、閾値と回転変動量との差に応じて、エンジンに回転異常が発生したと判定するまでの、回転変動量と閾値との比較回数を増減する。
これにより、閾値と回転変動量との差が小さい時には比較回数を増やし、異常発生の判定を慎重に行うとともに、閾値と回転変動量との差が大きい時には、少ない比較回数で迅速に異常発生の判定を行うことができる。

〔変形例〕
本実施例では、異常検出装置１をディーゼルエンジンに適用する例を挙げて説明したが、出力発生装置として点火装置を要するガソリンエンジン等にも適用することができる。

（ａ）は異常検出装置を備えたシステムの全体図であり、（ｂ）は燃料噴射装置の構成図である（実施例１）。 回転変動量の説明図である（実施例１）。 異常検出装置による制御方法のフローチャートである（実施例１）。 異常検出装置による異常発生の判定を示す説明図である（実施例１）。 異常検出装置を備えたシステムの全体図である（実施例２）。 （ａ）はスタータのオンオフの推移を示すタイムチャートであり、（ｂ）は回転数の推移を示すタイムチャートである（実施例２）。 異常検出装置による異常発生の判定を示す説明図である（実施例２）。 異常検出装置による制御方法のフローチャートである（実施例２）。

符号の説明

１ 異常検出装置
２ エンジン
５ 回転変動量算出手段
６ 回転異常判定手段

Claims (8)

1. エンジンの回転数を用いて、前記エンジンの各気筒におけるピストンの作動状態を示す回転変動量を算出する回転変動量算出手段と、
   前記エンジンに燃料の噴射が行われていない時の、前記回転変動量算出手段が算出する回転変動量に基づき、前記エンジンに回転異常が発生したか否かを判定する回転異常判定手段とを備えたエンジンの異常検出装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの異常検出装置において、
   前記回転異常判定手段は、
   全気筒の回転変動量を集取して、前記回転変動量の気筒間平均を算出し、
   この気筒間平均と回転変動量とを比較することで、前記エンジンに回転異常が発生したか否かを判定することを特徴とするエンジンの異常検出装置。
3. 請求項１に記載のエンジンの異常検出装置において、
   前記回転異常判定手段は、前記回転変動量を変動させる変動因子が安定していると判断した時に、所定の閾値と前記回転変動量とを比較することで、前記エンジンに回転異常が発生したか否かを判定することを特徴とするエンジンの異常検出装置。
4. 請求項３に記載のエンジンの異常検出装置において、
   前記変動因子が安定している時とは、クランキング時であることを特徴とするエンジンの異常検出装置。
5. 請求項３に記載のエンジンの異常検出装置において、
   前記所定の閾値は、前記回転変動量の算出時期に応じて変化する可変量であることを特徴とするエンジンの異常検出装置。
6. 請求項３に記載のエンジンの異常検出装置において、
   前記回転異常判定手段は、前記所定の閾値と前記回転変動量との差に応じて、前記エンジンに回転異常が発生したと判定するまでの、前記所定の閾値と前記回転変動量との比較回数を増減することを特徴とするエンジンの異常検出装置。
7. 請求項１に記載のエンジンの異常検出装置において、
   前記回転異常判定手段により前記エンジンに回転異常が発生したと判定された場合、エンジン出力が所定の上限以下に制限されることを特徴とするエンジンの異常検出装置。
8. 請求項１に記載のエンジンの異常検出装置において、
   前記回転変動量は、いずれかの気筒でピストンが上死点に到達した時から、次に別の気筒でピストンが上死点に到達する時までの期間における、前記回転数の最大値と前記回転数の初期値との差であることを特徴とするエンジンの異常検出装置。

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