JP2006226157A - 大気圧センサの故障診断方法および装置 - Google Patents

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

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。

本発明の一実施形態に係る診断装置の要部機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る診断装置を含むエンジン制御システムの全体図である。 本発明の一実施形態に係る診断装置を含むエンジン制御システムの要部を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る診断装置の要部処理を示すフローチャートである。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

Images