JP2020133547A - 内燃機関の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動不良の要因を判定する異常診断装置を提供する。【解決手段】異常診断装置は、スタータ２１とクランク角センサ２２とを備えた内燃機関２０に適用される。異常診断装置は、クランク軸の回転の有無に応じて異なる検出信号を出力する吸入空気量センサ２３を備えている。異常診断装置は、始動不良の要因を判定する要因判定部１２を備えている。要因判定部１２は、スタータ２１の通電中に、クランク角センサ２２によりクランク角の変化が検出されず且つ吸入空気量センサ２３によりクランク軸の回転が検出されないときには、スタータ２１に異常があると判定する。一方、スタータ２１の通電中に、クランク角センサ２２によりクランク角の変化が検出されず且つ吸入空気量センサ２３によりクランク軸の回転が検出されるときには、要因判定部１２は、クランク角センサ２２に異常があると判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の異常診断装置に関する。

特許文献１には、スタータでクランク軸を回転させるクランキングによって始動される内燃機関に関して、スタータに通電しても内燃機関が自立運転可能な状態に移行しない事象、すなわち始動不良をクランク角センサの検出信号に基づいて検出する方法が開示されている。

特開２０１７−１１５６２６号公報

ところで、始動不良の要因の一例として、スタータの異常によってクランク軸を回転させることができない場合がある。その他の要因の例として、クランク角センサの異常によってクランク角が検出できない場合がある。後者の要因の場合、スタータによって実際にはクランク軸が回転しているものの、クランク角に基づく燃料噴射時期や点火時期の設定ができないため、始動不良が発生する。

上記二つの要因の例では、クランク角センサにより検出されるクランク角が変化しないという点で両者は一致する。このため、クランク角センサの検出信号に基づいて始動不良の判定を行う場合には、始動不良の要因を特定することが難しいという問題がある。

上記課題を解決するための内燃機関の異常診断装置は、内燃機関の始動時にクランク軸を回転させるスタータとクランク角センサとを備えた内燃機関に適用される異常診断装置であって、前記クランク軸の回転の有無に応じて異なる検出信号を出力する、前記クランク角センサとは別のセンサと、前記スタータ及び前記クランク角センサの異常を判定する判定部と、を備え、前記判定部は、前記スタータの通電中に、前記クランク角センサによりクランク角の変化が検出されず且つ前記別のセンサにより前記クランク軸の回転が検出されないときには、前記スタータに異常があると判定し、前記スタータの通電中に、前記クランク角センサによりクランク角の変化が検出されず且つ前記別のセンサにより前記クランク軸の回転が検出されるときには、前記クランク角センサに異常があると判定することをその要旨とする。

上記構成によれば、クランク角センサとは別のセンサからの検出信号に基づいてクランク軸の回転の有無を検出することができる。これによって、クランク軸が回転していない場合と、クランク軸が回転しているがクランク角センサによってはクランク軸の回転を検出できていない場合とを切り分けることができる。したがって、内燃機関の始動不良の要因がスタータの異常によるものか、クランク角センサの異常によるものかを診断することができる。

内燃機関の異常診断装置の一実施形態を構成する制御装置と、内燃機関とを示すブロック図。 同実施形態にかかる制御装置が実施する異常診断処理のフローチャート。

以下、車両に搭載される内燃機関の異常診断装置の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、内燃機関２０と、内燃機関２０の制御装置１０とを示している。

内燃機関２０は、内燃機関２０の始動時にクランク軸を回転させるスタータ２１を備えている。車両及び内燃機関２０は、各種センサを備えている。図１には、各種センサの例として、クランクケースに取り付けられているクランク角センサ２２と、吸気通路に取り付けられている吸入空気量センサ２３と、を示している。

制御装置１０は、車両のイグニッションスイッチがオンにされると、スタータ２１に通電を開始する。スタータ２１への通電によってスタータ２１が駆動されることで、クランク軸を回転させるクランキングが実行される。

制御装置１０には、各種センサからの検出信号が入力される。制御装置１０は、入力される検出信号に基づいて内燃機関２０の異常診断に用いるパラメータをそれぞれ算出する。

制御装置１０は、クランク角センサ２２からの検出信号に基づいて、クランク軸の回転角であるクランク角を検出する。制御装置１０は、クランク角に基づいて内燃機関２０の運転に用いる燃料噴射時期及び点火時期を設定する。また、制御装置１０は、クランク角の変化に基づいて機関回転数ＮＥを算出する。なお、クランク角センサ２２に異常が発生しているために、クランク角センサ２２から検出信号が入力されないとき、制御装置１０は、機関回転数ＮＥを「０」として算出する。

制御装置１０は、吸入空気量センサ２３からの検出信号に基づいて、吸入空気量Ｇａを算出する。
制御装置１０は、内燃機関２０の異常を診断するための機能部として始動不良判定部１１と、要因判定部１２と、記憶部１３を備えている。

始動不良判定部１１は、イグニッションスイッチがオンにされてスタータ２１への通電が開始されたとき、すなわちクランキングが開始されたとき、クランキングの継続期間であるクランキング期間Ｔのカウントを開始する。クランキング期間Ｔは、初期値が「０」であり、クランキングによって内燃機関２０が始動を開始したと判定されると始動不良判定部１１によって初期化される。さらに始動不良判定部１１は、内燃機関２０が始動したか、内燃機関２０が始動せず始動不良が発生したか、を機関回転数ＮＥ及びクランキング期間Ｔに基づいて判定する。なお、スタータ２１に異常が発生していると、スタータ２１への通電が行われてもスタータ２１が駆動されない場合がある。この場合であっても、スタータ２１への通電が開始されれば、クランキング期間Ｔのカウントは行われる。すなわち、本実施形態において、クランキング期間Ｔは、スタータ２１への通電が行われている期間である。

要因判定部１２は、始動不良判定部１１によって始動不良が発生していると判定されているとき、スタータ２１に異常が発生しているか、クランク角センサ２２に異常が発生しているか、を吸入空気量Ｇａに基づいて判定する。なお、本実施形態においてクランク角センサ２２の異常として想定しているのは、例えばクランク角センサ２２の検出素子の破損や断線等により、クランク角センサ２２からの検出信号が制御装置１０に入力されない場合である。

本実施形態では、要因判定部１２と、吸入空気量センサ２３とによって、内燃機関２０の異常診断装置が構成されている。始動不良判定部１１及び要因判定部１２によって、異常診断処理が実行される。

図２を用いて、異常診断処理の処理ルーチンについて説明する。本処理ルーチンは、スタータ２１への通電が開始されたときに開始される。
本処理ルーチンが開始されると、まずステップＳ１０１において、始動不良判定部１１によって、機関回転数ＮＥが回転数閾値ＮＥｔｈよりも小さいか否かが判定される。回転数閾値ＮＥｔｈは、スタータ２１への通電によって内燃機関２０が自立運転可能な状態に移行したか否かを判定するための閾値として設定されている。

機関回転数ＮＥが回転数閾値ＮＥｔｈ以上である場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、内燃機関２０が自立運転可能な状態であり、始動不良は発生していないため、本処理ルーチンが終了される。一方、機関回転数ＮＥが回転数閾値ＮＥｔｈよりも小さい場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０２に移行される。

ステップＳ１０２では、始動不良判定部１１によって、クランキング期間Ｔが期間閾値Ｔｔｈよりも長いか否かが判定される。期間閾値Ｔｔｈは、クランキングの実行期間を規定している。期間閾値Ｔｔｈは、スタータ２１やクランク角センサ２２に何らの異常がない場合に、クランキング期間Ｔがこの期間閾値Ｔｔｈよりも長くなれば内燃機関２０が自立運転可能な状態に移行すると想定される値に設定されている。

クランキング期間Ｔが期間閾値Ｔｔｈ以下である場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、処理が再びステップＳ１０１に移行される。一方、クランキング期間Ｔが期間閾値Ｔｔｈよりも長い場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０３に移行される。

ステップＳ１０３において、始動不良判定部１１は、始動不良が発生していると判定する。その後、処理がステップＳ１０４に移行される。ステップＳ１０４において、始動不良判定部１１は、始動不良が発生した時点での各種センサからの検出信号、スタータ２１への通電指示等の制御信号、及びクランキング期間Ｔの値を記憶部１３に記憶する。データの記憶後、始動不良判定部１１は、スタータ２１への通電を停止させ、クランキング期間Ｔを初期化する。その後、処理がステップＳ１０５に移行される。

ステップＳ１０５では、要因判定部１２によって、始動不良が発生した時点での機関回転数ＮＥが「０」であるか否かが判定される。機関回転数ＮＥが「０」ではない場合、クランク軸の回転によってクランク角が変化しており、当該クランク角の変化がクランク角センサ２２によって検出されている。このため、機関回転数ＮＥが「０」ではない場合には（Ｓ１０５：ＮＯ）、始動不良の要因がスタータ２１及びクランク角センサ２２の異常以外にあるため、本処理ルーチンが終了される。

一方、機関回転数ＮＥが「０」である場合は、クランク角が変化していない、またはクランク角センサ２２からの検出信号が制御装置１０に入力されていない。機関回転数ＮＥが「０」である場合には（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０６に移行される。

ステップＳ１０６では、要因判定部１２によって、始動不良が発生した時点での吸入空気量Ｇａが空気量閾値Ｇａｔｈ以下であるか否かが判定される。仮にクランク軸が回転していれば、内燃機関２０のピストンが気筒内を往復動する。ピストンの往復動によって、吸気が吸気通路を介して気筒に流入する。空気量閾値Ｇａｔｈは、吸気通路を通過する吸入空気量Ｇａに基づいてクランク軸の回転を検出するための閾値として予め実験等によって求められた値が設定されている。すなわち、吸入空気量Ｇａが空気量閾値Ｇａｔｈ以下である場合には、クランク軸が回転していないことになる。吸入空気量Ｇａが空気量閾値Ｇａｔｈよりも大きい場合には、クランク軸が回転していることになる。

ステップＳ１０６の処理において、吸入空気量Ｇａが空気量閾値Ｇａｔｈ以下であると判定される場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、処理がステップＳ１０７に移行される。ステップＳ１０７において、要因判定部１２は、クランク軸の回転が検出されないことに基づいて、スタータ２１に異常が発生していることが始動不良の要因であると判定する。その後、要因判定部１２によって始動不良の要因が記憶部１３に記憶され、本処理ルーチンが終了される。

一方、ステップＳ１０６の処理において、吸入空気量Ｇａが空気量閾値Ｇａｔｈよりも大きいと判定される場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、処理がステップＳ１０８に移行される。ステップＳ１０８において、要因判定部１２は、機関回転数ＮＥが「０」である状況でクランク軸の回転が検出されていることに基づいて、クランク角センサ２２に異常が発生していることが始動不良の要因であると判定する。その後、要因判定部１２によって始動不良の要因が記憶部１３に記憶され、本処理ルーチンが終了される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
始動不良判定部１１及び要因判定部１２を備える制御装置１０は、異常診断処理を実行する。異常診断処理では、始動不良判定部１１によって内燃機関２０に始動不良が発生しているか否かを判定することができる。

さらに異常診断処理では、始動不良が発生していると判定されているとき、クランク軸が回転しているか否かを要因判定部１２が判定する。要因判定部１２は、スタータ２１の通電中にクランク角センサ２２によりクランク角の変化が検出されないとき、クランク角センサ２２とは別のセンサである吸入空気量センサ２３からの検出信号に基づいてクランク軸の回転の有無を検出する。このため、クランク軸が回転していない場合と、クランク軸が回転しているがクランク軸の回転を検出できていない場合とを切り分けることができる。これによって、内燃機関２０の始動不良の要因がスタータ２１の異常によるものか、クランク角センサ２２の異常によるものかを診断することができる。

ところで、始動不良の要因を診断する方法として、始動不良を再現した際にスタータ２１の作動音を確認する方法がある。スタータ２１の作動音が聴こえない場合には、始動不良の要因がスタータ２１の異常によるものと判定できる。一方、スタータ２１の作動音が聴こえる場合には、始動不良の要因がスタータ２１以外によるものと判定できる。これに対して本実施形態によれば、始動不良を再現してスタータ２１の作動音を確認することなく、始動不良の要因を判定することができる。すなわち、スタータ２１の作動音を確認することができない環境であっても、記憶部１３に記憶されている情報に基づいて内燃機関２０の始動不良の要因がスタータ２１の異常によるものか、クランク角センサ２２の異常によるものかを診断することができる。

以下、上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係を記載する。
吸入空気量センサ２３は、「前記クランク軸の回転の有無に応じて異なる検出信号を出力する、前記クランク角センサとは別のセンサ」に対応する。また、要因判定部１２は、「前記スタータ及び前記クランク角センサのいずれに異常が発生しているかを判定する判定部」に対応する。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、始動不良判定部１１によって始動不良の発生を判定し、その後、要因判定部１２によって始動不良の要因を判定している。始動不良の要因は、図２におけるステップＳ１０５以降の処理を要因判定部１２が実行することによって判定することができる。このため、始動不良判定部１１が実行する処理によって始動不良の発生が判定できるのであれば、始動不良判定部１１が実行する処理の詳細は適宜変更が可能である。

・上記実施形態では、制御装置１０の機能部としての要因判定部１２によって異常診断装置を構成している。これに替えて、異常診断装置を構成する判定部は、車両の外部に位置する演算装置が備えていてもよい。たとえば、制御装置１０とデータセンターの演算装置との間で外部通信回線網を介してデータの送受信を可能に構成し、ステップＳ１０４において始動不良判定部１１が記憶部１３に記憶したデータをデータセンターの演算装置に送信する。こうした構成によれば、図２におけるステップＳ１０５以降の処理を車両の外部に位置する演算装置が備える判定部によって実行することによって始動不良の要因を判定することができる。すなわち、始動不良の要因がスタータ２１の異常によるものか、クランク角センサ２２の異常によるものかの診断を、車両から離れた遠隔地において行うことができる。

・異常診断処理の実行後、始動不良の発生や始動不良の要因を報知することもできる。たとえば、制御装置１０に接続されている警告灯を点灯することによって報知することができる。また、制御装置１０と外部通信回線網を介して接続されているデータセンターに始動不良の発生や始動不良の要因を送信することもできる。

・上記実施形態では、クランク角センサ２２とは別のセンサ（以下、「回転検出センサ」という。）として吸入空気量センサ２３を例示している。回転検出センサは、クランク軸の回転の有無に応じて異なる検出信号を出力するセンサであれば、吸入空気量センサ２３に限られるものではない。

たとえば、吸気通路の圧力を検出する圧力センサを回転検出センサとして採用することもできる。クランク軸が回転していれば、ピストンの往復動によって吸気通路から気筒内に吸気が流入するため、圧力センサの検出信号が変化する。すなわち、圧力センサの検出信号に基づいてクランク軸が回転しているか否かを要因判定部１２が判定することによって、上記実施形態と同様に、始動不良の要因がスタータ２１の異常によるものか、クランク角センサ２２の異常によるものかを診断することができる。

また、カムシャフトのカム角を検出するカム角センサを回転検出センサとして採用することもできる。カムシャフトは、タイミングチェーンによってクランク軸から動力が伝達される。このため、クランク軸が回転していればカムシャフトが回転し、カム角の変化が検出される。すなわち、カム角センサの検出信号に基づいてクランク軸が回転しているか否かを要因判定部１２が判定することによって、上記実施形態と同様に、始動不良の要因がスタータ２１の異常によるものか、クランク角センサ２２の異常によるものかを診断することができる。

また、車両の自動変速機の、クランク軸に連結されている入力軸の回転数を検出する回転数センサを回転検出センサとして採用することもできる。自動変速機は、内燃機関２０のクランク軸と車両の駆動輪との間の動力伝達経路上に位置している。クランク軸が回転していれば自動変速機に動力が伝達される。なお、異常診断処理が実行されるのは、イグニッションスイッチがオンにされたときであり、自動変速機のシフト位置がパーキング位置またはニュートラル位置にあるときであるため、駆動輪は動いていない。このため、駆動輪の回転が自動変速機に伝達されることはない。すなわち、自動変速機の回転数センサの検出信号に基づいてクランク軸が回転しているか否かを要因判定部１２が判定することによって、上記実施形態と同様に、始動不良の要因がスタータ２１の異常によるものか、クランク角センサ２２の異常によるものかを診断することができる。

１０…制御装置、１１…始動不良判定部、１２…要因判定部、１３…記憶部、２０…内燃機関、２１…スタータ、２２…クランク角センサ、２３…吸入空気量センサ。

Claims (1)

1. 内燃機関の始動時にクランク軸を回転させるスタータとクランク角センサとを備えた内燃機関に適用される異常診断装置であって、
   前記クランク軸の回転の有無に応じて異なる検出信号を出力する、前記クランク角センサとは別のセンサと、
   前記スタータ及び前記クランク角センサの異常を判定する判定部と、を備え、
   前記判定部は、
   前記スタータの通電中に、前記クランク角センサによりクランク角の変化が検出されず且つ前記別のセンサにより前記クランク軸の回転が検出されないときには、前記スタータに異常があると判定し、
   前記スタータの通電中に、前記クランク角センサによりクランク角の変化が検出されず且つ前記別のセンサにより前記クランク軸の回転が検出されるときには、前記クランク角センサに異常があると判定する
   内燃機関の異常診断装置。