JP2006233891A - エンジン制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料噴射量を算出するためのマニホルド圧力を検出するマニホルド圧力センサが故障時にマニホルド圧力センサの出力に替える値を提供する。
【解決手段】 異常判定部３５はマニホルド圧力センサ５Ａの出力電圧が所定範囲にない場合に異常信号を出力する。マニホルド圧推定部３０は、エンジン回転数、スロットル開度、および大気圧からマニホルド圧力推定値ＰＭｃａｌを算出する。マニホルド圧推定部３０は、マニホルド圧力センサ５Ａに故障が生じたときに、推定値ＰＭｃａｌをマニホルド圧力センサ５Ａの出力の代替値として使用し、エンジン制御を継続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン制御方法および装置に関し、特に、吸気マニホルド圧力値を使用して燃料噴射制御を行うエンジン制御方法および装置に関する。

従来、エンジンの燃料噴射制御システムにおいては、吸気マニホルド内の負圧（以下、「マニホルド圧力」と呼ぶ）とエンジン回転数とに基づいて基本燃料噴射量を算出するスピードデンシティ法と呼ばれる制御手法が広く用いられている。マニホルド圧力の検出にはマニホルド圧力センサが用いられる。一般に、正常なシステム動作を維持するため、マニホルド圧力センサの故障を検出する診断装置が採用されている。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装置が開示されている。
特開２００３−３０７１５２号公報

上記故障診断装置を有するシステムにおいて、マニホルド圧力センサの故障が検出されたときにも、システムの運行が継続できることが望まれる。

本発明の目的は、マニホルド圧力センサを有するシステムにおいて、マニホルド圧力センサに異常が生じた場合でも動作を継続することができるエンジン制御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、マニホルド圧力センサと、大気圧センサと、エンジン回転数検出手段と、スロットルセンサとを有するエンジンの制御方法において、前記マニホルド圧力センサの故障時に、エンジン回転数、スロットル開度、および大気圧に基づいてマニホルド圧推定値を算出し、前記マニホルド圧推定値でマニホルド圧力センサの出力値を代表させて燃料噴射制御を行う点に特徴がある。

上記特徴を有する本発明によれば、マニホルド圧力センサを備えた制御方法を採用しているシステムにおいて、マニホルド圧力センサが故障をした場合に、マニホルド圧推定値を使用してエンジンの制御を継続することができるので、本発明の制御方法で制御されるエンジンにおいて高い信頼性を確保することができる。

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制御装置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、燃料噴射弁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。両者を区別する場合、メインのものを第１のマニホルド圧力センサ５Ａと呼び、バックアップ用のものを第２のマニホルド圧力センサ５Ｂと呼ぶ。

マニホルド圧力センサ５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。スロットルボディ６には、スロットル開度を検出するためのスロットルセンサ６Ａが設けられる。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、マニホルド圧力センサ５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。第１のマニホルド圧力センサ５ＡはＡセンサ群１０１に含まれ、第２のマニホルド圧力センサ５ＢはＢセンサ群２０１に含まれる。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）内に大気圧センサ９（９ａおよび９ｂ）を設けるが、大気圧センサ９の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、主制御用Ａレーン１００のマニホルド圧力センサの診断および故障時の補償に関して説明する。Ｂレーン２００は、Ａレーン１００が異常状態になり、レーン切り替えが行われた場合に、Ａレーン１００を補助するために使用することができる。ここでは、Ａレーン１００が異常状態の場合に、レーン切り替えを行わず、代替値を使用する例を説明する。

図４は、マニホルド圧力センサ５Ａの故障診断処理のフローチャートである。ステップＳ１では、ＥＣＵ１４Ａを初期化する。ステップＳ２では、Ａレーン１００の、第１のマニホルド圧力センサ５Ａの出力電圧ＶＰＭａと、Ａレーン１００の大気圧センサ９ａの出力電圧ＶＰＡａと、スロットルセンサ６Ａの出力ＰＬＰ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に基づいて大気圧の物理値ＰＡａ（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Ｓ３では、さらにクランクパルスＰＬＳに基づき、例えばクランクパルスＰＬＳの間隔により、エンジン回転数Ｎｅが算出される。

ステップＳ４では、マニホルド圧力センサ５Ａの出力電圧ＶＰＭａ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。この判断が否定であれば、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、電圧ＶＰＭａ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。この判断が否定であれば、ステップＳ６に進み、マニホルド圧力センサ５Ａの出力電圧ＶＰＭａに基づき換算テーブルを参照してマニホルド圧力ＰＭｘを算出する。

ステップＳ４の判断が肯定であれば、ショートなどによってマニホルド圧力センサ５Ａが故障状態と判断されるので、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）、スロットル開度ＰＬＰ（％）、大気圧ＰＡａ（ｍｍＨｇ）に基づいて、マニホルド圧力センサ５Ａの出力代替値としてマニホルド圧推定値ＰＭｃａｌを算出する。

ステップＳ５の判断が肯定の場合も、断線などによるマニホルド圧力センサ５Ａの異常と判断されるので、ステップＳ７に進んでマニホルド圧推定値ＰＭｃａｌを算出する。

ステップＳ７で算出されたマニホルド圧推定値ＰＭｃａｌは、マニホルド圧力センサ５Ａによって検出されたマニホルド圧力値ＰＭａの代替値として使用される（ステップＳ８）。

次に、マニホルド圧推定値ＰＭｃａｌを求めるために使用される大気圧ＰＡと、エンジン回転数Ｎｅと、スロットル開度ＰＬＰと、マニホルド圧力ＰＭａとの関係の具体例を説明する。

図５は、エンジン回転数Ｎｅと、大気圧ＰＡと、マニホルド圧力ＰＭａと、スロットル開度ＰＬＰとの関係を示すデータテーブルである。このデータは、大気圧ＰＡを種々設定できる試験装置内で、大気圧ＰＡを５５０ｍｍＨｇに設定し、種々の回転数Ｎｅでエンジン１を運転したときものであり、縦軸にマニホルド圧力ＰＭａをとり、横軸にスロットル開度ＰＬＰをとってある。エンジン１を搭載した航空機が高度８０００フィートの上空を航行しているときの大気圧ＰＡ５５０ｍｍＨｇを代表大気圧とする。

このデータを利用して、エンジン回転数Ｎｅが２３００ｒｐｍ、スロットル開度ＰＬＰ３５％のときのマニホルド圧力ＰＭａを求める。図５において、スロットル開度ＰＬＰが３５％のライン（縦の点線）とエンジン回転数Ｎｅ２３００ｒｐｍの曲線との交点を点Ｘとすると、その交点Ｘに対応するマニホルド圧力ＰＭａを読み取ることができる。つまりマニホルド圧推定値ＰＭｃａｌを求めることができる。ここで得られたマニホルド圧推定値ＰＭｃａｌは４２０ｍｍＨｇである。図５に示したデータは、ＥＣＵ１４Ａ，１４Ｂ内のメモリ手段に記憶され、このデータに関数演算や直線補間等を実施してマニホルド圧推定値ＰＭｃａｌが算出される。

図６は、エンジン回転数Ｎｅが２３００ｒｐｍのときの、種々の大気圧（７５０ｍｍＨｇ、５５０ｍｍＨｇ、３５０ｍｍＨｇ）におけるマニホルド圧力ＰＭａと、スロットル開度ＰＬＰとの関係を示す図である。

前記代表大気圧を使用しないで、このような特性曲線のデータを使用して、この特性曲線上にない中間大気圧での推定マニホルド圧力ＰＭｃａｌを求める手順を説明する。例えば、高度９５００フィートでの飛行を想定し、大気圧ＰＡが５２０ｍｍＨｇ、エンジン回転数Ｎｅが２３００ｒｐｍ、スロットル開度ＰＬＰが３５％の場合の例を説明する。まず、スロットル開度ＰＬＰが３５％のライン（縦の点線）と大気圧ＰＡが３５０ｍｍＨｇおよび５５０ｍｍＨｇの特性曲線とのそれぞれの交点を点Ａおよび点Ｃとする。そして、仮想される大気圧５２０ｍｍＨｇの特性曲線とスロットル開度ＰＬＰが３５％のラインとの交点Ｂは、点Ａと点Ｃとの中間に想定される。

点Ｂで示されるマニホルド圧力ＰＭａは点Ａ、点Ｂおよび点Ｃの座標に基づいて補間計算によって求められる。すなわち、各点Ａ，Ｂ，Ｃの座標（ＰＬＰ，ＰＭａ，ＰＡ）は、Ａ（３５，２５０，３５０）、Ｂ（３５，ＰＭａ，５２０）、Ｃ（３５，４１５，５５０）であり、マニホルド圧力ＰＭａは次式で算出される。ＰＭａ＝２５０＋（４１５−２５０）／（５５０−３５０）×（５２０−３５０）。この式によれば、マニホルド圧力ＰＭａは３９０ｍｍＨｇ、つまりマニホルド圧推定値ＰＭｃａｌが３９０ｍｍＨｇとして求められる。

例えば５００ｒｐｍから使用上限３０００ｒｐｍまで、５００ｒｐｍ毎に図６のようなデータテーブルを作成しておき、これをＥＣＵ１４Ａ，１４Ｂに記憶しておくことにより、種々のエンジン回転数に応じたマニホルド圧推定値ＰＭｃａｌを算出することができる。

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。異常判定部３５は、マニホルド圧力センサ５Ａの出力電圧ＶＰＭａが予定の電圧範囲（例えば、０．５ボルト〜４．５ボルト）から外れているか否かでマニホルド圧力センサ５Ａの異常有無を判定する。マニホルド圧力センサ５Ａが正常であれば、出力電圧ＶＰＭａをマニホルド圧力算出部３６に入力する。マニホルド圧力算出部３６は、電圧値ＶＰＭａと圧力値ＰＭａとの対応テーブルを備えていて、入力された電圧値ＶＰＭａに対応する圧力値ＰＭａを出力する。マニホルド圧力ＰＭａはエンジン制御部３７に入力されて、燃料噴射量や点火時期の演算に使用される。

マニホルド圧力センサ５Ａに故障状態が生じた場合、マニホルド圧推定部３０でマニホルド圧推定値ＰＭｃａｌを算出して、この推定値ＰＭｃａｌをマニホルド圧力ＰＭａとしてエンジン制御部３７に入力する。

このように、マニホルド圧力センサが故障状態に陥ったときに、エンジン回転数、スロットル開度、大気圧など、故障したと判断されたマニホルド圧力センサ以外のセンサの出力を使用してマニホルド圧力推定値を計算し、この計算された値をマニホルド圧力センサの出力に代替使用してエンジンの制御を継続することができる。

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。 推定マニホルド圧力の算出に使用されるデータテーブルの例を示す図である。 推定マニホルド圧力の算出に使用されるデータテーブルの別の例を示す図である。

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（５Ａ，５Ｂ）…マニホルド圧力センサ、 ９（９ａ，９ｂ）…大気圧センサ、 １４（１４Ａ，１４Ｂ）…ＥＣＵ、 ３０…マニホルド圧推定部、 ３５…異常判定部、 ３６…マニホルド圧力算出部、 ３７…エンジン制御部

Claims (2)

1. マニホルド圧力センサと、大気圧センサと、エンジン回転数検出手段と、スロットルセンサとを有するエンジンの制御方法において、
   前記マニホルド圧力センサの故障時に、エンジン回転数、スロットル開度、および大気圧に基づいてマニホルド圧推定値を算出し、
   前記マニホルド圧推定値でマニホルド圧力センサの出力値を代表させて燃料噴射制御を行うことを特徴とするエンジン制御方法。
2. マニホルド圧力センサと、大気圧センサと、エンジン回転数検出手段と、スロットルセンサとを有するエンジンの制御装置において、
   前記マニホルド圧力センサの異常を検出する故障診断手段と、
   予め設定したエンジン回転数、スロットル開度、マニホルド圧、および大気圧の相互関係に従い、エンジン回転数、スロットル開度、および大気圧値を入力されてマニホルド圧推定値を出力する圧力算出手段と、
   マニホルド圧力センサに異常が検出されたときに前記マニホルド圧推定値でマニホルド圧力センサの出力値を代表させて燃料噴射制御を行うエンジン制御部とを具備したことを特徴とするエンジン制御装置。

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