JP2023095395A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサの異常検知について改善したエンジン制御装置を提供する。【解決手段】エンジン制御装置であって、エンジンの吸気管に配置した吸気管圧力を検知する圧力センサの異常を検知するセンサ異常検知部を有し、前記センサ異常検知部は、前記圧力センサの出力電圧を、前記エンジンの運転状態における前記圧力センサの出力電圧の正常な範囲である正常出力電圧範囲と比較し、前記圧力センサの現在の出力電圧が前記正常出力電圧範囲に入っていない場合、前記圧力センサの異常であると判定することで、前記圧力センサの異常を検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関を制御するエンジン制御装置に関する。

内燃機関は、例えば各種配管内の圧力を測定する圧力センサを有する。内燃機関を制御するエンジン制御装置では、このような圧力センサの異常を検出することが重要である。例えば特開平０６－２８０６６７号公報には、特に圧力センサの異常判定を広範囲の運転領域で行うと共に圧力センサの連通配管抜け等を検出することのできる内燃機関の圧力センサ異常を検出する技術を開示している。

特開平０６－２８０６６７号公報

しかしながら、特開平０６－２８０６６７号公報では、運転領域を考慮した圧力センサの出力範囲をセンサ正常と判定しており、故障時にセンサの中間値を取るような故障が生じた場合、センサの異常を検知することができない、という問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、圧力センサの異常検知について改善したエンジン制御装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために本発明は、エンジン制御装置であって、エンジンの吸気管に配置した吸気管圧力を検知する圧力センサの異常を検知するセンサ異常検知部を有し、前記センサ異常検知部は、前記圧力センサの出力電圧を、前記エンジンの運転状態における前記圧力センサの出力電圧の正常な範囲である正常出力電圧範囲と比較し、前記圧力センサの現在の出力電圧が前記正常出力電圧範囲に入っていない場合、前記圧力センサの異常であると判定することで、前記圧力センサの異常を検知する。

本発明によれば、圧力センサの異常検知について改善したエンジン制御装置を提供することができる。

上記した以外の本発明の課題、構成、作用及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関及びエンジン制御装置の全体構成図である。 ＥＣＵと圧力センサとを接続するハーネスの回路構成図である。 圧力センサと配線、入力回路（ＲとＣのフィルタ回路）、マイコンの入力ポートの接続関係を示す図である。 圧力センサ出力電圧のタイムチャートである。 圧力センサ天絡故障を検知する処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

以下、本発明の一実施形態に係る内燃機関及びエンジン制御装置について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関及びエンジン制御装置の全体構成図である。

図１における内燃機関１０１は、エンジンである。図１において、内燃機関１０１に吸入される空気は、空気流量計１２０を通過し、スロットル弁１１９、コレクタ１１５の順に吸入にされる。空気は、その後、各気筒に備わる吸気管１１０、吸気弁１０３を介して燃焼室１２１に供給される。圧力センサ１３０は、コレクタ１１５に配置され、吸気管１１０の圧力を検知する。

一方、燃料は、燃料タンク１２３から低圧燃料ポンプ１２４により、内燃機関１０１に備わる高圧燃料ポンプ１２５へ送られる。高圧燃料ポンプ１２５は、排気カム１２８が備わる排気カム軸（図示せず）から伝達される動力から、高圧燃料ポンプ内に備わるプランジャーを上下に可動し、ＥＣＵ１０９からの制御指令値に基づき、高圧燃料ポンプ１２５から吐出する燃料圧が所望の圧力になる様に吸入口に備わる開閉バルブをソレノイドにより制御する。ＥＣＵ１０９はエンジン制御装置の一例である。

上述のようにして高圧化された燃料は、高圧燃料配管１２９を介して、燃料噴射装置１０５へ送られる。燃料噴射装置１０５は、ＥＣＵ１０９内に備わる燃料噴射制御装置１２７の指令に基づき、燃料を燃焼室１２１へ噴射する。

尚、内燃機関１０１には、高圧燃料ポンプ１２５を制御するため、高圧燃料配管１２９内の圧力を計測する燃料圧力センサ１２６が備わっておいる。ＥＣＵ１０９は、燃料圧力センサ１２６のセンサ値に基づき、高圧燃料配管１２９内の燃料圧を所望の圧力になる様、所謂フィードバック制御を行うことが一般的である。

更に内燃機関１０１は、燃焼室１２１毎に点火コイル１０７、点火プラグ１０６を備える。ＥＣＵ１０９は、所望のタイミングで点火コイル１０７への通電制御と点火プラグ１０６の点火制御を行う。

吸入空気と燃料は、燃焼室１２１内で混ざって混合気になる。この燃焼室１２１内の混合気は、点火プラグ１０６から放たれる火花により燃焼する。ピストン１０２は、燃焼室１２１内の混合気の燃焼時の圧力により押し下げられる。混合気の燃焼により生じた排気ガスは、排気弁１０４を介して、排気管１１１に排出される。内燃機関１０１は、排気管１１１の流路に、排気ガスを浄化するための三元触媒１１２を備える。

ＥＣＵ１０９は、燃料噴射制御装置１２７を内蔵し、クランク角度センサ１１６、空気流量計１２０、酸素センサ１１３、アクセル開度センサ１２２、燃料圧力センサ１２６、及び水温センサ１０８等からの信号が入力される。

クランク角度センサ１１６は、内燃機関１０１のクランク軸（図示せず）角度を計測する。空気流量計１２０は、吸入空気量を計測する。酸素センサ１１３は、排気ガス中の酸素濃度を検出する。アクセル開度センサ１２２は、運転者が操作するアクセルの開度を測定する。燃料圧力センサ１２６は、高圧燃料配管１２９内の圧力を計測する。水温センサ１０８は、内燃機関１０１の冷却水温を検出する。

各センサから入力された信号について更に述べると、ＥＣＵ１０９は、アクセル開度センサ１２２からの信号を用いて、内燃機関１０１の要求トルクを算出するとともに、アイドル状態であるか否かの判定等を行う。また、ＥＣＵ１０９は、クランク角度センサ１１６の信号を用いて、内燃機関の回転速度（以下、「エンジン回転数」という）を演算する回転数検出手段と、水温センサ１０８から得られる内燃機関１０１の冷却水温と内燃機関始動後の経過時間等から三元触媒１１２が暖機された状態であるか否かを判断する手段などが備えられている。

また、ＥＣＵ１０９は、上述の要求トルクなどから、内燃機関１０１に必要な吸入空気量を算出し、それに見合った開度信号をスロットル弁１１９に出力する。燃料噴射制御装置１２７は、吸入空気量に応じた燃料量を算出して燃料噴射装置１０５に燃料噴射信号を出力し、更に点火コイル１０７に点火信号を出力する。

次に、図２を用いてＥＣＵ１０９とセンサを接続するハーネスの回路構成について説明する。

図２は、ＥＣＵと圧力センサとを接続するハーネスの回路構成図である。図２において、圧力センサ２２は、内燃機関１０１が有する上述のセンサのうちの圧力センサである。

ＥＣＵ１０９には、センサ等の複数のデバイスが接続されている。図２では、そのうちの１つの圧力センサ２２とＥＣＵ１０９とを接続する配線２１を示している。配線２１は、ＥＣＵ１０９の入力端子に接続しており、入力回路３３（図３参照）を介してマイコン３２（図３参照）に接続している。入力回路３３は、例えば抵抗器（Ｒ）とコンデンサ（Ｃ）のフィルタ回路である。

図３は、圧力センサ、配線、入力回路（ＲとＣのフィルタ回路）、及びマイコンの入力ポートの接続関係を示す図である。

ＥＣＵ１０９は、センサ電源３１、マイコン３２、及び入力回路３３を有する。圧力センサ２２の電源は、ＥＣＵ１０９のセンサ電源３１から供給される。センサ電源３１の電圧は、例えば５Ｖである。

図４は、圧力センサ出力電圧のタイムチャートである。図４のタイムチャートは、時間４１でＥＣＵ１０９の電源を投入（キーＯＮ）後、時間４２で圧力センサ２２の電源電圧が高電圧、例えばバッテリ電圧ＶＢに短絡した場合の圧力センサ出力電圧のタイムチャートである。

時間４１でＥＣＵ１０９の電源を投入すると、吸気管圧力はほぼ大気圧なので、圧力センサ２２の出力電圧は大気圧相当の電圧となる。

時間４２で圧力センサ２２の電源電圧が高電圧、例えばバッテリ電圧ＶＢに短絡した場合、圧力センサ２２の保護回路の構成によって、Ｈｉ側へ圧力センサ２２の出力電圧が変化した場合には、圧力センサ２２の出力電圧は、破線４３のように変化する。

また、時間４２で圧力センサ２２の電源電圧が高電圧、例えばバッテリ電圧ＶＢに短絡した場合、圧力センサ２２の保護回路の構成によって、Ｌｏ側へ圧力センサ２２の出力電圧が変化した場合には、圧力センサ２２の出力電圧は、破線４４のように変化する。

圧力センサ２２の保護回路の構成は、圧力センサの設計で決まるので、破線４３のようにＨｉ側をセンサ出力電圧が示す場合、及び破線４４のようにＬｏ側をセンサ出力電圧が示す場合に対応し、Ｈｉ側異常診断閾値４３１及びＬｏ側異常診断閾値４４１を設定していれば、センサ出力電圧がＨｉ側異常であること及びＬｏ側異常であることを検知できる。すなわち、センサ出力電圧がＨｉ側異常診断閾値４３１よりも高い場合はセンサ異常と判定すること、及びセンサ出力電圧がＬｏ側異常診断閾値４４１よりも低い場合はセンサ異常と判定することができる。

しかし、図４の実線４５のように、センサ保護回路の構成又はセンサの故障状態によっては、図４の実線４５のように、センサ出力電圧がＨｉ側異常閾値とＬｏ側異常閾値との間（以下、「中間値」という）を示す場合があり、この場合、Ｈｉ側異常またはＬｏ側異常であることを検知できない。

エンジン運転状態が、アイドル保持状態、加速状態の二つの運転状態で吸気管圧力と圧力センサ出力電圧の関係について説明する。エンジンスタート後、エンジン回転が持続する状態を維持するように、点火時期、燃料噴射量をＥＣＵ１０９で制御する。
ここで、運転者がアクセルペダルを踏まない場合、スロットルは全閉状態となり、内燃機関１０１には、エンジンの回転を維持するのに必要な空気流量が供給される（アイドル運転状態）。この場合、吸気管圧力は大気圧に比べて負圧となる。運転者がアクセルペダルを踏むと、踏み込み量に応じてスロットルが開き、内燃機関１０１へ流入する空気量が増える。スロットルが全開となるとほぼ大気圧となる（加速状態）。

図５は、圧力センサ天絡故障を検知する処理のフローチャートである。図５のフローチャートを参照して、以下に、センサ出力電圧が中間値を示す場合の異常診断方法を説明する。この処理は、ＥＣＵ１０９によって実行される。

まず、キーＯＮ（Ｓ５０１）後、エンジン始動しエンジン回転を保持する（Ｓ５０２）。その状態がアイドル運転状態（Ｓ５０３：Ｙｅｓ）である。アイドル運転状態の判定（Ｓ５０３）は、スロットル開度が全閉状態で判定する。例えば、スロットル開度≦所定値で判定する。

このアイドル運転状態が所定時間継続中に、今回のアイドル運転状態での圧力センサ２２で検出した吸気管圧力の平均値Ｐ－ｉｄｌｅ、及び圧力の変化幅ΔＰ－ｉｄｌｅを計算する（Ｓ５０４）。なお、図５のＳ５０４では、吸気管圧力の平均値Ｐ－ｉｄｌｅ、及び圧力の変化幅ΔＰ－ｉｄｌｅを、今回Ｖｉｄｌｅ＿ａｖｅと表記している。Ｓ５０４で計算した平均値と変化幅が、所定の範囲に入っている場合（Ｓ５０５：Ｙｅｓ）、正常と判定する（Ｓ５０６）。Ｓ５０４で計算した平均値と変化幅が、所定の範囲に入っていない場合（Ｓ５０５：Ｎｏ）、診断ＮＧすなわち圧力センサ２２の異常（天絡）と判定する（Ｓ５０７）。なお、図５のＳ５０５では、前回のＳ５１４で保持したＶｉｄｌｅ＿ａｖｅと今回Ｖｉｄｌｅ＿ａｖｅとの差分の絶対値が所定値より小さいことで、平均値と変化幅が所定の範囲に入っていることを判定している。Ｓ５０５の所定値は、エンジンの運転状態における圧力センサの出力電圧の正常な範囲である正常出力電圧範囲の一例である。Ｓ５０５の所定値は、前記エンジンの運転状態がアイドル運転状態の場合の範囲の一例である。その後、キーＯＦＦ（Ｓ５１３）まで処理を繰り返し、キーＯＦＦの際には、Ｓ５０４で計算した値及びＳ５０９で計算した値を学習値として保持する（Ｓ５１４）。

アイドル運転状態ではない場合（Ｓ５０３：Ｎｏ）、負荷値＞所定値且つスロットル開度＞所定値の場合（Ｓ５０８：Ｙｅｓ）、加速運転状態と判定する。続いて加速運転状態での吸気管圧力の平均値Ｐ－ａｃｃｅｌ、及び、圧力の変化幅ΔＰ－ａｃｃｅｌを計算する（Ｓ５０９）。なお、図５のＳ５０９では、吸気管圧力の平均値Ｐ－ａｃｃｅｌ、及び圧力の変化幅ΔＰ－ａｃｃｅｌを、今回Ｖａｃｃｅｌ＿ａｖｅと表記している。Ｓ５０９で計算した平均値と変化幅が、所定の範囲に入っている場合（Ｓ５１０：Ｙｅｓ）、正常と判定する（Ｓ５１１）。Ｓ５０４で計算した平均値と変化幅が、所定の範囲に入っていない場合（Ｓ５１０：Ｎｏ）、診断ＮＧすなわち圧力センサ２２の異常（天絡）と判定する（Ｓ５１２）。なお、図５のＳ５１０では、前回のＳ５１４で保持したＶａｃｃｅｌ＿ａｖｅと今回Ｖａｃｃｅｌ＿ａｖｅとの差分の絶対値が所定値より小さいことで、平均値と変化幅が所定の範囲に入っていることを判定している。Ｓ５１０の所定値は、エンジンの運転状態における圧力センサの出力電圧の正常な範囲である正常出力電圧範囲の一例である。Ｓ５１０の所定値は、前記エンジンの運転状態が加速運転状態の場合の範囲の一例である。その後、キーＯＦＦ（Ｓ５１３）まで処理を繰り返し、キーＯＦＦの際には、Ｓ５０４で計算した値及びＳ５０９で計算した値を学習値として保持する（Ｓ５１４）。

なお、圧力の変化幅は、車両の高度によって補正を施すと、診断の精度を上げることができる。これは、車両の高度によって、大気圧が変化するからである。例えば、海抜０メートルでの大気圧を標準大気圧とし、その標準大気圧からの差分に相当する圧力差を算出する。その圧力差で上記平均値を補正することで、高度の違いによる大気圧補正を実現できる。

なお、大気圧は、大気圧センサによって、検知するようにしてもよい。この大気圧センサの出力に基づいて上記平均値を補正するようにしてもよい。

また、地図情報の高度情報と現在地情報があれば、現在地の高度を検知し、その高度に見合った大気圧を算出することができる。この地図情報によって得た大気圧に基づいて上記平均値を補正するようにしてもよい。

＜その他＞
以上説明した各実施例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明は上述の各実施例に限定されず、これらの組み合わせ、及び本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

３１…センサ電源、１０９…ＥＣＵ、１３０…圧力センサ

Claims (5)

1. エンジンの吸気管に配置した吸気管圧力を検知する圧力センサの異常を検知するセンサ異常検知部を有し、
   前記センサ異常検知部は、前記圧力センサの出力電圧を、前記エンジンの運転状態における前記圧力センサの出力電圧の正常な範囲である正常出力電圧範囲と比較し、前記圧力センサの現在の出力電圧が前記正常出力電圧範囲に入っていない場合、前記圧力センサの異常であると判定することで、前記圧力センサの異常を検知する、
   ことを特徴とするエンジン制御装置。
2. 前記センサ異常検知部は、前記正常出力電圧範囲として、前記エンジンの運転状態がアイドル運転状態の場合の範囲と、前記エンジンの運転状態が加速運転状態の場合の範囲を用いる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 前記圧力センサは、前記圧力センサの電源がバッテリ電圧へ天絡した場合に、前記圧力センサの出力電圧がＨｉ側故障判定電圧とＬｏ側故障判定電圧との間に留まる特性を有する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン制御装置。
4. 前記センサ異常検知部は、前記圧力センサの異常として、前記圧力センサの電源がバッテリ電圧へ天絡したことを検知する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
5. 前記センサ異常検知部は、大気圧に応じて前記正常出力電圧範囲を補正する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。

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