JP2020159332A

JP2020159332A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2020159332A
Application number: JP2019062227A
Authority: JP
Inventors: 光浩福原; Mitsuhiro Fukuhara
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-10-01

Abstract

【課題】車載の内燃機関の異常が発生しているか否かを診断する精度を高める。【解決手段】クランク角信号を参照して内燃機関の回転速度を検出し、所定回転角度あたりの回転速度の低下量が所定値を上回った回数である失火判定回数を計数し、失火判定回数が閾値を超えた場合に異常が発生していると判断するにあたり、クランク角信号をローパスフィルタ処理した上で回転速度の低下量を求めることとし、その遮断周波数を現在の回転速度が高いほど高く設定し、並びに、車両の加速度センサまたはアクセル開度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行しているか否かを判定し、悪路を走行していると判定した回数である悪路判定回数を計数し、内燃機関の異常の有無の判断において、失火判定回数から悪路判定回数を減じたものを閾値と比較し、現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分を、現在の内燃機関の回転速度が高いほど大きくする。【選択図】図３

Description

本発明は、車両に動力源として搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。

内燃機関の出力軸であるクランクシャフトが所定角度回転するのに要した時間を反復的に計測して回転速度の低下量を求め、この低下量が所定値を上回ったことを条件として、気筒内で失火が発生したと判定する失火判定方法が公知である（例えば、下記特許文献１を参照）。

内燃機関のクランクシャフトの回転速度は、クランク角センサを介して検出することが通例である。クランク角センサは、クランクシャフトの軸端部に固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。そのロータには予め、クランクシャフトの回転方向に沿った所定角度（典型的には、１０°ＣＡ（クランク角度））毎に、歯または突起が形成されている。クランク角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度クランク角信号としてパルス信号を発信する。内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）は、このパルスをクランク角信号として受信する（例えば、下記特許文献２を参照）。

特開２０１２−０７７７００号公報特開２０１４−１６３２８４号公報

車両が悪路を走行しているときには、車輪から車軸及び駆動系を介して内燃機関のクランクシャフトに振動や衝撃が伝わる。その結果、クランク角センサの出力信号にノイズが混入し、このノイズを気筒における失火であると誤判定することがあった。

本発明は、内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生しているか否かを診断する自己診断（ダイアグノーシス）の精度をより高めることを所期の目的とする。

本発明では、内燃機関のクランクシャフトに付設されたクランク角センサの出力信号を参照して内燃機関の回転速度を検出するとともに、内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量が所定値を上回った回数である失火判定回数を計数し、一定期間中の失火判定回数が閾値を超えた場合に、内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生していると判断するものであって、クランク角度センサの出力信号を予め、所定以上の周波数の成分を遮断し所定未満の周波数の成分を通過させるローパスフィルタにより処理した上で、内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量を求めることとし、その遮断周波数を現在の内燃機関の回転速度が高いほど高く設定し、並びに、車両の加速度を検出する加速度センサまたはアクセル開度を検出するアクセル開度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行しているか否かを判定し、悪路を走行していると判定した回数である悪路判定回数を計数し、内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生しているかどうかの判断において、一定期間中の失火判定回数から一定期間中の悪路判定回数を減じたものを閾値と比較し、現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分を、現在の内燃機関の回転速度が高いほど大きくする内燃機関の制御装置を構成した。

加えて、加速度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分を、アクセル開度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分よりも大きくすることが好ましい。

本発明によれば、車載の内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生しているか否かを診断する自己診断の精度をより高めることができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。同実施形態の内燃機関の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。同実施形態の内燃機関の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。同実施形態の内燃機関の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。内燃機関は、車両の駆動系を介して駆動輪に走行のための駆動力を供給する。内燃機関は、例えばポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒エンジン。図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気バルブよりも上流、各気筒１に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ１１を気筒１毎に設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイル１４にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１４は、半導体スイッチング素子１３であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

外部ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラがＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及び回転速度（エンジン回転数）を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、気筒１に連なる吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｆ、車両の加速度を検出する加速度センサ（互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三軸のそれぞれの方向に沿った加速度を計測する三軸加速度センサや、三軸加速度センサの機能に加えてＸ軸回りのθ方向、Ｙ軸回りのφ方向及びＺ軸回りのΨ方向のそれぞれの回転方向に沿った角速度を計測する三軸回転角速度センサ（ジャイロセンサ）の機能を備えた六軸加速度センサまたは九軸加速度センサ）から出力される加速度信号ｇ、排気通路４を流れる排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、メモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、内燃機関の回転速度を知得するとともに気筒１に充填される吸気量（または、新気量）を推算する。そして、それらに基づき、吸気量に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

以降、本実施形態のＥＣＵ０が実施する、内燃機関の気筒１において失火が起こる異常が発生しているか否かを判断する自己診断の手法に関して詳述する。

まず、ＥＣＵ０は、クランク角信号ｂを参照して、内燃機関のクランクシャフトの回転速度を常時監視している。具体的には、クランク角信号ｂのパルス列を基に、クランクシャフトが所定のクランク角度、典型的には３０°ＣＡ回転するために要した時間を反復的に計測し、今回計測された所要時間から前回計測された所要時間を減算することで、３０°ＣＡ毎の回転速度の低下量の指標となる、３０°ＣＡの所要時間の変化量を得る。３０°ＣＡの所要時間の変化量が正値であることは内燃機関の回転速度が低下（減速）傾向にあることを意味し、負値であることは内燃機関の回転速度が上昇（加速）傾向にあることを意味する。

その上で、ＥＣＵ０は、原則として、３０°ＣＡの所要時間の変化量が正値であり、かつこれが所定値を上回るときに、クランクシャフトの回転速度が急落する事象、つまりは気筒１内で失火が起こったと判定する。ＥＣＵ０は、直近の一定期間内に失火が起こったと判定した回数である失火判定回数を計数してメモリに記憶保持する。

しかしながら、車両が悪路を走行している最中には、車輪から車軸及び駆動系を介して内燃機関のクランクシャフトに振動や衝撃が伝わる。その帰結として、クランク角信号ｂにノイズが混入することがあり、ＥＣＵ０がこのノイズを気筒１における失火であると誤判定する可能性がある。

よって、本実施形態のＥＣＵ０は、図２に示すように、クランク角信号ｂを予め、所定以上の周波数の成分を遮断し所定未満の周波数の成分を通過させるローパスフィルタにより処理する（ステップＳ２）。そして、ローパスフィルタを通過したクランク角信号ｂを基に、３０°ＣＡ毎の所要時間及びその変化量を求め（ステップＳ３）、これを所定値と比較して（ステップＳ４）気筒１において失火が起こったか否かの判定を行う。失火が起こったと判定したならば、失火判定回数のカウンタを所定量増加（例えば、＋１インクリメント）させる（ステップＳ５）。

ステップＳ２のローパスフィルタ処理における遮断周波数は、（ローパスフィルタ処理前の）クランク角信号ｂを参照して知得される、現在の内燃機関の回転速度に応じて調整する（ステップＳ１）。一例として、三気筒エンジンを２０００ｒｐｍの回転数で運転している場合、２４０°ＣＡ毎に何れかの気筒１の膨脹行程が訪れ、これに起因したクランク角信号ｂの振動の周波数は５０Ｈｚとなる。車両が悪路を走行中にクランク角信号ｂに混入するノイズの周波数成分はこれよりも高周波であるので、両者を切り分けて前者のみを抽出できるようにローパスフィルタの遮断周波数を設定すればよい。各気筒１の行程に起因する振動の周波数は内燃機関の回転速度に比例することから、ローパスフィルタの遮断周波数は、現在の内燃機関の回転速度が高いほど高く引き上げることになる。

尤も、クランク角信号ｂをフィルタ処理したとしても、悪路走行によるノイズを完全に除去できるとは限らない。そこで、本実施形態のＥＣＵ０は、図３に示すように、車両の加速度信号ｇを参照して現在車両が悪路を走行しているか否かを判定し（ステップＳ６）、並びに、アクセル開度信号ｃを参照して現在車両が悪路を走行しているか否かを判定する（ステップＳ７、Ｓ８）。ステップＳ６では、例えば、車両の上下方向の加速度の絶対値が所定値を上回り、または車両の上下方向の変位量（所定時間内の加速度の積算値、時間積分値）の絶対値が所定値を上回ることを条件として、車両が悪路を走行していると判定する。ステップＳ７では、例えば、アクセルペダルの踏込量が所定量以上増減する振動が所定時間以上継続していることを条件として、車両が悪路を走行していると判定する。

しかして、ＥＣＵ０は、直近の一定期間内に車両が悪路を走行していると判定した回数である悪路判定回数を計数してメモリに記憶保持する。特に、本実施形態では、加速度信号ｇから悪路を走行していると判定した場合と、アクセル開度信号ｃから悪路を走行していると判定した場合とで、失火判定回数の増分を変えるようにしている。即ち、加速度信号ｇ及びアクセル開度信号ｃの両方から悪路を走行していると判定した場合には、悪路判定回数を所定量Ａだけ増加（例えば、＋３インクリメント）させる（ステップＳ９）。加速度信号ｇのみから悪路を走行していると判定し、アクセル開度信号ｃからは悪路を走行していると判定しなかった場合には、悪路判定回数を所定量Ｂだけ増加（例えば、＋２インクリメント）増加させる（ステップＳ１０）。並びに、アクセル開度信号ｃのみから悪路を走行していると判定し、加速度信号ｇからは悪路を走行していると判定しなかった場合には、悪路判定回数を所定量Ｃだけ増加（例えば、＋１インクリメント）させる（ステップＳ１１）。

悪路判定回数の増分Ｂは増分Ｃよりも大きく、増分Ａは増分Ｂよりも大きい。増分Ａ、Ｂ、Ｃは、整数でないことがあり得る。さらに、増分Ａ、Ｂ、Ｃのうちの少なくとも一つ（または、全て）は、（ローパスフィルタ処理前の）クランク角信号ｂを参照して知得される、現在の内燃機関の回転速度が高いほど大きくすることが好ましい。これは、内燃機関の回転速度が高いほど、ステップＳ２のローパスフィルタ処理の遮断周波数が高くなり、その分だけノイズがローパスフィルタを通過しやすくなることによる。

最終的に、ＥＣＵ０は、図４に示すように、直近の一定期間内に計数した失火判定回数から、直近の一定期間内に計数した悪路判定回数を減算し（ステップＳ１２）、それを閾値と比較する（ステップＳ１３）。失火判定回数から悪路判定回数を減じたものが閾値を超えたならば、内燃機関の気筒１において失火が起こる異常が発生しているとの判断を下し（ステップＳ１４）、その旨を示す情報（ダイアグノーシスコード）をメモリに書き込んで記憶保持するとともに、その旨を運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知する。例えば、車両のコックピット内の警告灯（エンジンチェックランプ）を点灯させたり、ディスプレイに異常の旨を表示したり、警告音を出力したりする。加えて、フェイルセーフ処理として、特定の運転領域で内燃機関を運転するようにしてもよい。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…内燃機関の制御装置
ｂ…クランク角センサの出力信号
ｃ…アクセル開度センサの出力信号
ｇ…加速度センサの出力信号

Claims

内燃機関のクランクシャフトに付設されたクランク角センサの出力信号を参照して内燃機関の回転速度を検出するとともに、内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量が所定値を上回った回数である失火判定回数を計数し、一定期間中の失火判定回数が閾値を超えた場合に、内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生していると判断するものであって、
クランク角度センサの出力信号を予め、所定以上の周波数の成分を遮断し所定未満の周波数の成分を通過させるローパスフィルタにより処理した上で、内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量を求めることとし、その遮断周波数を現在の内燃機関の回転速度が高いほど高く設定し、
並びに、車両の加速度を検出する加速度センサまたはアクセル開度を検出するアクセル開度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行しているか否かを判定し、悪路を走行していると判定した回数である悪路判定回数を計数し、内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生しているかどうかの判断において、一定期間中の失火判定回数から一定期間中の悪路判定回数を減じたものを閾値と比較し、
現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分を、現在の内燃機関の回転速度が高いほど大きくする内燃機関の制御装置。
加速度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分を、アクセル開度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分よりも大きくする請求項１記載の内燃機関の制御装置。