JP2006226157A - 大気圧センサの故障診断方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 フェールセーフのために2系統の大気圧検出系を有する制御装置において故障している大気圧センサを特定する。
【解決手段】 算出部28は、二つのセンサ9,9aでそれぞれ検出された大気圧PAaと大気圧PAbとの差ΔPを算出する。第1比較部29は、差ΔPがしきい値DPより大きい場合に異常信号を出力する。算出部30は、大気圧PAbとマニホルド圧PMaとの差ΔPAMbを算出する。差算出部31は、大気圧PAaとマニホルド圧PMaとの差ΔPAMaを算出する。第2比較部32は、エンジン停止中に、第1比較部29から異常信号が出力されると、これに応答して差ΔPAMaと差ΔPAMbとを比較する。差ΔPAMaおよび差ΔPAMbのいずれが大きいかによって大気圧センサ9a,9bのいずれが異常であるかを判断する。
【選択図】 図1
【解決手段】 算出部28は、二つのセンサ9,9aでそれぞれ検出された大気圧PAaと大気圧PAbとの差ΔPを算出する。第1比較部29は、差ΔPがしきい値DPより大きい場合に異常信号を出力する。算出部30は、大気圧PAbとマニホルド圧PMaとの差ΔPAMbを算出する。差算出部31は、大気圧PAaとマニホルド圧PMaとの差ΔPAMaを算出する。第2比較部32は、エンジン停止中に、第1比較部29から異常信号が出力されると、これに応答して差ΔPAMaと差ΔPAMbとを比較する。差ΔPAMaおよび差ΔPAMbのいずれが大きいかによって大気圧センサ9a,9bのいずれが異常であるかを判断する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、エンジン制御システムに使用される大気圧センサの故障診断装置に関し、特に、第1大気圧センサと第1大気圧センサをバックアップする第2大気圧センサとを備えるシステムにおけるこれら大気圧センサの故障診断方法および装置に関する。
従来、エンジン制御システムにおいては、多数のセンサが使用されており、これらセンサが正常かどうかを診断する故障診断システムが知られている。例えば、特開2003−307152号公報には、吸気マニホルド内の圧力を感知するセンサの出力信号が、設定された範囲内であるか否かを判断する段階と、エンジン作動条件に基づいて吸気マニホルド内圧力を計算する段階と、センサの出力信号が前記範囲内である場合、該センサの出力信号が示す吸気マニホルド内圧力と計算された吸気マニホルド内圧力との差が設定値より小さいか否かを判断する段階とからなり、センサの出力信号が前記範囲内でない場合、または前記差が前記設定値より小さくない場合に、前記計算された圧力を吸気マニホルド内圧力として設定する方法が開示されている。
また、特開平10−176582号公報に記載された電子制御スロットル装置では、フェールセーフ等を目的としてアクセルセンサやスロットルセンサ等が2系統設けられ、2系統のセンサ出力の比較による故障診断が行われる。例えば、メインスロットルセンサとサブスロットルセンサとの偏差と所定の閾値とを比較することにより、スロットルセンサが異常であるか否かを判定する。
特開2003−307152号公報
特開平10−176582号公報
センサ系の故障のうち、断線やショートなどの故障は、センサ出力値が規定値もしくは規定範囲より高すぎたり低くすぎたりしたときに、異常と判断して予定の対応を行うようにすることができる。しかし、センサ出力値が規定範囲内にある場合でも、出力特性の変化や劣化等に対しては異常の判断が行えないことがある。例えば、航空機用エンジンの制御においては、故障診断の精度には、より一層厳しい基準が設けられるので、従来の故障診断方法では不十分な場合がある。
また、特許文献2に記載された診断方法では、2系統のセンサのいずれかが故障したことを検出することはできるが、2系統のセンサのうち、いずれが故障したかを判断するのは困難である。
本発明の目的は、2系統の大気圧センサを有するシステムにおいて、いずれの大気圧センサが異常であるかを確実に検出することができる大気圧センサの故障診断方法および装置を提供することにある。
前記目的を達成するための本発明は、主制御用の第1の大気圧センサと、該第1の大気圧センサをバックアップする第2の大気圧センサと、マニホルド圧力センサとを有するエンジン制御システムで使用される大気圧センサの故障診断方法において、前記第1大気圧センサで検出された大気圧値と前記第2大気圧センサで検出された大気圧値とが所定値以上違っているときに異常と判断する段階と、前記第1検出大気圧値および第2検出大気圧値のうち前記マニホルド圧力センサの出力値との違いが大きい方の大気圧センサを故障センサとして特定する段階とからなり、前記故障センサの特定を、エンジンの停止中に、前記異常と判断された場合に行う点に第1の特徴がある。
また、本発明は、主制御用の第1大気圧センサと、該第1大気圧センサをバックアップする第2大気圧センサと、マニホルド圧力センサとを有するエンジン制御システムで使用される大気圧センサの故障診断装置において、前記第1大気圧センサで検出された第1検出大気圧値および前記第2大気圧センサで検出された第2検出大気圧値の差がしきい値以上であるときに異常信号を出力する異常認識手段と、前記マニホルド圧力センサの検出値に対する前記第1検出大気圧値および第2検出大気圧値の差をそれぞれ算出し、算出された差のうち大きい方に対応する大気圧値を検出した大気圧センサを故障センサとして特定する異常特定手段とを具備するとともに、前記異常特定手段による故障センサの特定が、エンジンの停止中に、前記異常信号の出力に応答して行われるように構成された点に第2の特徴がある。
また、本発明は、前記異常認識手段および前記異常特定手段による差の判別が、該差の絶対値を用いて行われる点に第3の特徴がある。
また、本発明は、第1大気圧センサで検出された第1検出大気圧値と前記第2大気圧センサで検出された第2検出大気圧値との比の値が所定範囲から外れたときに異常信号を出力する異常認識手段と、前記マニホルド圧力センサの検出値と前記第1検出大気圧値との比の値、および前記マニホルド圧力センサの検出値と前記第2検出大気圧値との比の値を算出し、それぞれ算出された比の値のうち所定値から大きく外れている方に対応する大気圧値を検出した大気圧センサを故障センサとして特定する異常特定手段とを具備するとともに、前記異常特定手段による故障センサの特定が、エンジンの停止中に、前記異常信号の出力に応答して行われる点に第4の特徴がある。
第1〜第4の特徴を有する本発明によれば、第1および第2大気圧センサの出力の違いが大きい場合に、第1および第2大気圧センサの少なくとも一方に異常が生じていることが認識される。そして、この異常判断がなされたときには、さらにエンジン停止中であることを前提に、第1および第2大気圧センサで検出されたそれぞれの圧力と、マニホルド圧力センサで検出された圧力との違いを算出して、その違いが大きい方(第4の特徴によれば、比の値が所定値からより離れている方)に対応する圧力を検出した大気圧センサに異常が発生したことを検出することができる。
したがって、センサの出力が単に所定範囲から外れたことのみをもってセンサの異常を判断する従来の故障検出手段では検出されない異常、例えば劣化による機能低下をきたしたセンサを検出することができる。
これにより、例えば、二つの大気圧検出系を有してフェールセーフを確保し、一方の検出系が故障の際に他方の検出系でバックアップするエンジン制御システムにおいて、エンジン始動時に、二つの大気圧検出系の双方に関して、正常か異常かを判断することができ、この判断に基づいて制御システムに必要な補償動作が可能になる。補償動作には、代替値の使用、バックアップ系列への切り替えなどが含まれる。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図2は故障診断装置を含むエンジンの要部構成図である。図2において、エンジン1は航空機用レシプロ型内燃エンジンであり、始動用にスタータモータ2が設けられる。なお、図2では、2気筒分の要素を図示しているが、エンジン1の気筒数は限定されない。エンジン1の吸気マニホルド3に燃料噴射弁4が設けられ、インジェクタ4の上流には吸気マニホルド3内の圧力を検出するためのマニホルド圧力センサ5が設けられる。さらにその上流側には、スロットルボディ6が設けられ、スロットルボディ6にはスロットル弁7が組み込まれる。スロットル弁7はモータ8によって駆動される。エンジン1の制御用として、さらに大気圧センサ9、カムパルサ10、クランプパルサ11、冷却水温センサ12、および空気温度センサ13等、エンジン制御に必要な周知のセンサが設けられる。
上記各センサの出力信号を入力されて、プログラムに従って燃料噴射や点火制御を行う電子制御ユニット(ECU)14が設けられる。ECU14には、大気圧センサ9の故障診断機能が含まれる。
図3は、上記エンジンの制御系の概要を示すブロック図である。図3に示すように、本実施形態の制御系はフェールセーフの見地から、センサによる検出回路およびECU14を2系統備える。系統はそれぞれAレーン100およびBレーン200と呼ぶ。Aレーン100には、図2に関して説明したセンサを含むAセンサ群101並びにA電源102およびAレーン用のECU14Aが含まれる。同様に、Bレーン200には、Bセンサ群201並びにB電源202およびBレーン用のECU14Bが含まれる。この実施形態では、ECU14AおよびECU14Bを構成する回路基板上もしくはECU14Aおよび14Bのハウジング(図示しない)内に前記大気圧センサ9(9aおよび9b)を設けるが、設置位置はこれに限定されない。
ECU14Aと14Bとは、図示しない互いの通信インタフェースを介して双方向通信可能である。各気筒毎に設けられる燃料噴射弁4の駆動コイル(一つだけ図示する)15の一端(マイナス側)は、切り替えスイッチ16,17を介してそれぞれECU14Aおよび14Bの噴射信号出力端子OAおよびOBに接続される。駆動コイル15の他端(プラス側)はパワースイッチ18を介して、例えば電圧14ボルトを出力する電源19に接続される。パワースイッチ18は電流制限機能を備える。電源19およびパワースイッチ18はECU14Aおよび14B内にそれぞれ設けられる。
ECU14Aから出力される切り替え信号SAはNAND回路20の一方の入力側に接続され、ECU14Bから出力される切り替え信号SBはNOT回路21を介してNAND回路20の他方の入力側に接続される。NAND回路20の出力は、切り替えスイッチ16に入力されるとともに、もう一つのNOT回路22を介して切り替えスイッチ17に入力される。
切り替えスイッチ16および17のうち、切り替え信号SAおよびSBで選択された側に接続されるレーンの噴射信号出力端子の状態に応じて駆動コイル15に電源19から通電される。この通電時間によって燃料噴射弁4の開弁時間すなわち燃料噴射量が決定される。
次に、ECU14Aおよび14Bに含まれる大気圧センサ9aおよび9bの、エンジン始動時の故障診断機能を説明する。本実施形態では、Aレーン100が主制御用であり、Bレーン200はそのバックアップの役割を果たす。図4は、大気圧センサ9aおよび9bの故障診断処理のフローチャートである。図4の処理はエンジン1の始動スイッチがオフからオンに切り替えられたときに起動される。ステップS1では、ECU14Aおよび14Bを初期化する。ステップS2では、Aレーン100の大気圧センサ(第1大気圧センサ)9aの出力電圧VPaaと、Bレーン200の大気圧センサ(第2大気圧センサ)9bの出力電圧VPabと、Aレーン100のマニホルド圧力センサ5の出力電圧VPMaと、Aレーン100のクランプパルサ11から出力されるクランクパルスPLSを読み込む。
ステップS3では、前記出力電圧VPaa、VPab、およびVPMaに基づいてそれぞれ圧力の物理値PAa、PAb、およびPMa(いずれも単位はmmHg)を算出する。例えば、予め設けた換算テーブルを使用して出力電圧を物理値にそれぞれ換算する。ステップS4では、クランクパルスPLSに基づいてエンジン回転数Ne(rpm)を計算する。エンジン回転数Neは、クランクパルスPLSの間隔により算出することができる。クランクパルスPLSが検出されないときはエンジン1は回転されていない。
ステップS5では、電圧VPaaが予定の上限値(ここでは4.5ボルトとする)以上であるか否かを判断する。この判断が肯定であれば、ショートなどによる大気圧センサ9aの異常と判断されるので、ステップS6に進んで、異常時の処理として警報表示やレーンをAレーン100からBレーン200に切り替える処理を行う。ステップS5が否定の場合はステップS7に進む。
ステップS7において電圧VPaaが予定の下限値(例えば0.5ボルト)未満であるか否かを判断する。この判断が肯定であれば、断線などによる大気圧センサ9aの異常と判断されるので、ステップS6に進んで異常時の処理を行う。
ステップS7が否定であれば、大気圧センサ9aにはショートや断線などの故障はないと判断される。しかし、劣化などによって大気圧センサ9aに機能異常が発生していて大気圧センサ9aが正常な圧力値を出力していない場合でも、出力電圧VPaaが上限値および下限値で規定される範囲内に収まることがある。したがって、劣化などによる機能異常に関してはステップS5,S7の処理では判断できない。
そこで、次の処理によって大気圧センサ9aに劣化がないかを判断する。ステップS8では、大気圧PAaとPAbとの差ΔPを算出する。差ΔPは絶対値として求める。ステップS9では、差ΔPがしきい値DPより大きいか否かを判断する。しきい値DPは、例えば44.8mmHgとする。大気圧センサ9aおよび9bは、大気圧センサ9a,9bが同時期に同量劣化することは考えられないので、差ΔPがしきい値DPより小さい場合は、大気圧センサ9a,9bはいずれも正常に動作していると判断され、通常の制御ループを持続する。
差ΔPがしきい値DPより大きい場合は、大気圧センサ9a,9bのいずれか一方に機能異常をきたしていると判断されるので、ステップS10に進んで異常を知らせる警報表示を行う。
そして、以下のステップで大気圧センサ9a,9bのいずれが異常であるかを特定する。まず、ステップS11では、エンジン1が停止状態か否かを判断する。これは、エンジン回転数Neがゼロか否か、つまりクランクパルスPLSの有無によって判断することができる。エンジン1が停止していると判断されれば、ステップS12に進む。ステップS12では、大気圧センサ9aによる検出圧力値PAaとマニホルド圧力センサ5による検出圧力値PMaとの差の絶対値ΔPAMaと、大気圧センサ9bによる検出圧力値PAbとマニホルド圧力センサ5による検出圧力値PMaとの差の絶対値ΔPAMbとを比較する。
ステップS12が否定であれば、大気圧センサ9aに関して劣化等による異常が生じていると判断されるので、ステップS13に進んでレーン切り替えを行い、Bレーン200の出力を採用してエンジン制御を行う。
ステップS12が肯定であれば、大気圧センサ9bに関して劣化などによる異常が生じていると判断される。この場合は、通常制御レーンつまり制御主体であるAレーン100に異常が発生しているのではないので、この通常制御レーンであるAレーン100による制御を維持する。
ステップS11で、エンジンが停止していないと判断された場合は、ステップS12の処理では故障診断できないので、エンジン始動後の故障診断ルーチンへ移行する。エンジン始動後の故障診断ルーチンは、本発明の要部ではないので詳細な説明は省略する。
図1は、図4のフローチャートに関して説明した処理を行うECU14Aの要部機能を示すブロック図である。第1大気圧算出部23は、大気圧センサ9aの検出値VPaaに基づいて大気圧PAaを算出する。第2大気圧算出部24は、大気圧センサ9bの検出値VPabに基づいて大気圧PAbを算出する。マニホルド圧算出部25は、マニホルド圧力センサ5の検出値VPMaに基づいてマニホルド内圧力PMaを算出する。エンジン停止検出部26はクランクパルスPLSの有無によってエンジン1が停止しているときに停止検出信号を出力する。出力正常判別部27は、大気圧センサ9aの検出値VPaaが所定範囲つまり上限値および下限値の間に存在しているかどうかを判別し、検出値VPaaが所定範囲内ならば、出力正常信号を出力する。
大気圧差算出部28は、大気圧PAaと大気圧PAbとの差ΔPを算出する。第1比較部29は、差ΔPとしきい値DPとを比較し、差ΔPの方が小さい場合には正常、大きい場合には異常信号を出力する。大気圧算出部28と第1比較部29は異常認識手段を形成する。
マニホルド圧・第2大気圧差算出部30は、大気圧PAbとマニホルド圧PMaとの差ΔPAMbを算出する。マニホルド圧・第1大気圧差算出部31は、大気圧PAaとマニホルド圧PMaとの差ΔPAMaを算出する。第2比較部32は、第1比較部29からの異常信号、エンジン停止検出部26からの停止検出信号、および出力正常判別部27からの出力正常信号がすべて入力されると、これに応答して差ΔPAMaと差ΔPAMbとを比較する。差ΔPAMaおよび差ΔPAMbのいずれが大きいかによって、差ΔPMAaの方が大きい場合は大気圧センサ9aが異常と判断し、差ΔPAMbの方が大きい場合は大気圧センサ9bが異常と判断する。マニホルド圧・第2大気圧差算出部30、マニホルド圧・第1大気圧差算出部31、および第2比較部32は異常特定手段を形成する。
上述のように、本実施形態によれば、複数系統設けられた大気圧センサを有するシステムにおいて、劣化等によって機能が低下した大気圧センサを特定するために、各大気圧センサとマニホルド圧力センサとでそれぞれ検出された圧力の差に基づいて故障した大気圧センサを特定することができる。
上記実施形態では、第1大気圧センサ9aおよび第2大気圧センサ9bで検出された圧力値相互間、ならびにこれら第1大気圧センサ9aおよび第2大気圧センサ9bとマニホルド圧力センサ5で検出された圧力値間の差に基づいて異常の判断および異常センサの特定を行った。
しかし、本発明はこれに限定されない。前記各圧力値間の差によらず、比の値に基づいて異常の判断および異常センサの特定を行ってもよい。例えば、大気圧差算出部28を圧力PAaとPAbとの比の値を計算する手段に変更する。そして、第1比較部29では、算出された比の値が所定値つまり「1」から予定の範囲内にあるかどうかによって、第1大気圧センサ9aおよび第2大気圧センサがいずれも正常か少なくとも一方が異常であるかを判断するようにする。例えば、圧力PAa/PAbが0.95〜1.05の範囲内であれば大気圧センサ9aおよび9bはいずれも正常であると判断し、この範囲から外れれば、大気圧センサ9aおよび9bの少なくとも一方が異常であると判断する。
同様に、マニホルド圧・第2大気圧差算出部30を、圧力PAaとPMaとの比の値を算出する手段に変更し、マニホルド圧・第1大気圧差算出部31を、圧力PAbとPMaとの比の値を算出する手段に変更する。そして、第2比較部32では、算出された比の値が、所定値つまり「1」から大きく外れている方に対応する圧力値に対応する大気圧センサが異常を生じているセンサであると特定するように構成する。
1…エンジン、 3…吸気マニホルド、 4…燃料噴射弁、 5…マニホルド圧力センサ、 9(9a,9b)…大気圧センサ、 14…ECU、 28…大気圧差算出部、 29…第1比較部、 30…マニホルド・第2大気圧差算出部、 31…マニホルド・第1大気圧差算出部、 32…第2比較部
Claims (4)
- 主制御用の第1の大気圧センサと、該第1の大気圧センサをバックアップする第2の大気圧センサと、マニホルド圧力センサとを有するエンジン制御システムで使用される大気圧センサの故障診断方法において、
前記第1大気圧センサで検出された大気圧値と前記第2大気圧センサで検出された大気圧値とが所定値以上違っているときに異常と判断する段階と、
前記第1検出大気圧値および第2検出大気圧値のうち前記マニホルド圧力センサの出力値との違いが大きい方の大気圧センサを故障センサとして特定する段階とからなり、
前記故障センサの特定を、エンジンの停止中に、前記異常と判断された場合に行うことを特徴とする大気圧センサの故障診断方法。 - 主制御用の第1大気圧センサと、該第1大気圧センサをバックアップする第2大気圧センサと、マニホルド圧力センサとを有するエンジン制御システムで使用される大気圧センサの故障診断装置において、
エンジンが停止中であることを検出するエンジン停止検出手段と、
前記第1大気圧センサで検出された第1検出大気圧値および前記第2大気圧センサで検出された第2検出大気圧値の差がしきい値以上であるときに異常信号を出力する異常認識手段と、
前記マニホルド圧力センサの検出値に対する前記第1検出大気圧値および第2検出大気圧値の差をそれぞれ算出し、算出された差のうち大きい方に対応する大気圧値を検出した大気圧センサを故障センサとして特定する異常特定手段とを具備するとともに、
前記異常特定手段による故障センサの特定が、エンジンの停止中に、前記異常信号の出力に応答して行われるように構成されたことを特徴とする大気圧センサの故障診断装置。 - 前記異常認識手段および前記異常特定手段による差の判別が、該差の絶対値を用いて行われるように構成されたことを特徴とする請求項2記載の大気圧センサの故障診断装置。
- 主制御用の第1大気圧センサと、該第1大気圧センサをバックアップする第2大気圧センサと、マニホルド圧力センサとを有するエンジン制御システムで使用される大気圧センサの故障診断装置において、
エンジンが停止中であることを検出するエンジン停止検出手段と、
前記第1大気圧センサで検出された第1検出大気圧値と前記第2大気圧センサで検出された第2検出大気圧値との比の値が所定範囲から外れたときに異常信号を出力する異常認識手段と、
前記マニホルド圧力センサの検出値と前記第1検出大気圧値との比の値、および前記マニホルド圧力センサの検出値と前記第2検出大気圧値との比の値を算出し、それぞれ算出された比の値のうち所定値から大きく外れている方に対応する大気圧値を検出した大気圧センサを故障センサとして特定する異常特定手段とを具備するとともに、
前記異常特定手段による故障センサの特定が、エンジンの停止中に、前記異常信号の出力に応答して行われるように構成されたことを特徴とする大気圧センサの故障診断装置。
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