JP2612090B2 - 圧力センサのフェールセーフ方法 - Google Patents

圧力センサのフェールセーフ方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、気筒内圧力に基づいて内燃機関の燃焼状
態を判定し、点火時期等の制御パラメータをフィードバ
ック制御する内燃機関制御装置において、気筒内圧力を
検出するための圧力センサのフェールセーフ方法に関す
るものである。
[従来の技術] 一般に、自動車用ガソリンエンジン等に用いられる内
燃機関は、複数の気筒(例えば、4気筒)により、それ
ぞれ、吸気、圧縮、爆発及び排気の4サイクルで駆動さ
れている。このような内燃機関においては、各気筒毎の
イグナイタによる点火時期及びインジェクタによる燃料
噴射順序等を最適に制御するため、マイクロコンピュー
タにより電子的に演算が行われている。
このため、マイクロコンピュータは、各種運転条件及
び運転状態の他に、内燃機関の回転に同期した気筒毎の
基準位置信号及び特定気筒に対応した気筒識別信号等を
取り込み、各気筒毎の動作位置(クランク角)を識別し
て最適なタイミングで制御を行っている。基準位置信号
及び気筒識別信号を発生する手段としては、内燃機関の
カム軸又はクランク軸の回転を検出して同期信号を発生
する回転信号発生器が用いられている。
又、各気筒の点火制御においては、ピストンで圧縮さ
れた混合ガスを点火プラグの火花により燃焼させる必要
があるが、運転状態等によっては、点火制御された気筒
が最適のタイミングで燃焼できず、十分なトルクが得ら
れないことがある。
従って、内燃機関を効率的に運転するためには、各気
筒について最適な燃焼が行われたか否かを点火サイクル
毎に検出する必要がある。このため、従来より、点火後
の爆発行程中の気筒内圧力を検出して燃焼状態を判別
し、点火時期等の制御パラメータをフィードバック制御
する装置が提案されており、例えば、気筒内圧力がピー
クとなるクランク角がA15゜(上死点TDCから15゜後)と
なるように、ピーク位置のずれに応じて点火時期のフィ
ードバック制御が行われている。
第5図は圧力センサを用いた一般的な内燃機関制御装
置を示す構成図である。
図において、(1)は内燃機関を駆動する気筒であ
り、燃焼室(2)と、燃焼室(2)に設けられた点火プ
ラグ(3)と、燃焼室(2)内の混合燃料ガスの爆発に
よって駆動されるピストン(4)と、混合燃料ガスを供
給する吸気部(5)と、燃料後のガスを排出する排気部
(6)と、吸気部(5)と燃焼室(2)との間の開閉制
御する吸気弁(7)と、燃焼室(2)と排気部(6)と
の間を開閉制御する排気弁(8)とを備えている。
点火プラグ(3)は、点火コイル(後述する)に接続
された中心電極と、この中心電極に対向する接地電極と
を有している。又、このような気筒(1)と同様の気筒
は、例えば4気筒エンジンの場合、4個設けられてい
る。
(9)は吸気部(5)に設けられた燃料供給用のイン
ジェクタであり、アクセルのスロットル開度に応じた空
気量により、所定の混合燃料ガスを供給するようになっ
ている。
(2a)は燃焼室(2)の気筒壁に設けられたオリフィ
ス、(10)はオリフィス(2a)を介して燃焼室(2)内
の気筒内圧力を検出する圧力センサ、(11)は二次巻線
の出力端子が点火プラグ(3)の中心電極に接続された
点火コイル、(12)は点火コイル(11)の入力端子に負
の高電圧を印加する電源、(13)は点火コイル(11)の
一次巻線の出力端子に接続された点火装置である。
(14)は吸気弁(7)、排気弁(8)、インジェクタ
(9)及び点火装置(13)等を制御するマイクロコンピ
ュータ(以下、ECUという)であり、気筒の動作位置を
表わす基準位置信号や各種運転状態信号と共に、圧力セ
ンサ(10)からの電圧信号即ち気筒内圧力Pを取り込ん
でいる。
第6図はクランク角θに対する気筒内圧力Pの変化を
示す波形図であり、TDCはクランク角θが0となる上死
点、θPmaxは気筒内圧力Pの最大値Pmaxに対応するピー
ククランク角、θは最適なピーククランク角位置であ
る。
次に、第6図の波形図及び第7図のフローチャート図
を参照しながら、第5図に示した内燃機関制御装置の動
作について説明する。
前述のように、燃焼室(2)においては、ピストン
(4)が2往復運動する間に、吸気、圧縮、爆発及び排
気が行われるが、ECU(14)は、吸気行程でのインジェ
クタ(9)による燃料供給量や、爆発行程での点火プラ
グ(3)による点火時期等を運転条件に応じて最適に制
御する。
即ち、吸気弁(7)を開放して吸気部(5)から混合
燃料ガスを燃焼室(2)に吸収する場合、アクセル操作
によるスロットルの開度に応じて、吸気部(5)に供給
される空気量と共にインジェクタ(9)から供給される
燃料量が制御される。
又、燃焼室(2)内の混合燃料ガスを圧縮した後、所
定のタイミングで点火装置(13)を駆動し、点火コイル
(11)の一次巻線を断続的に通電させる。これにより、
点火コイル(11)の二次巻線から点火プラク(3)の中
心電極に対して負極性の高電圧が印加され、接地電極と
の間で放電により飛火が発生し、燃焼室(2)内で爆発
が起こる。通常、点火時期は、クランク角0゜の位置、
即ちTDC(上死点)の付近である。
点火プラグ(3)の放電により爆発(燃焼)が起こる
と、圧力センサ(10)で検出される燃焼室(2)の気筒
内圧力Pは、ピーククランク角θPmaxで最大値Pmaxとな
るが、最大出力トルクを得るためには、ピーククランク
角θPmaxが最適位置θ(例えば、A15゜)と一致する
ことが望ましい。
従って、まず、圧力センサ(10)により気筒内圧力P
を検出し、気筒内圧力Pの波形(第6図最適)に基づい
て、気筒内圧力Pが最大値Pmaxとなるピーククランク角
θPmaxを検出する(ステップS1)。
そして、ピーククランク角θPmaxと最適位置θとの
偏差量Δθを、 Δθ=θ−θPmax から求め、この偏差量Δθにフィードバックゲイン補
正係数K(≦1)を乗算して、点火時期の補正量Δθig
を、 Δθig=K(θ−θPmax) から算出する(ステップS2)。
最後に、点火時期θigは、補正量Δθigによりフィー
ドバック制御され、 θig=θMAP+Δθig から算出される(ステップS3)。但し、θMAPは運転状
態等により設定される点火時期のマップ値である。
ところで、圧力センサ(10)は、圧力を受ける側に金
属膜を有すると共に、検出された気筒内圧力Pを電圧信
号として出力する回路を有している。従って、圧力セン
サ(10)の回路の短絡や断線等の故障(軽故障)が発生
した場合は、検出される気筒内圧力Pが異常値を示し、
第7図に示したフィードバック制御は適確に行われな
い。又、金属膜の損傷(重故障)が発生した場合は、フ
ィードバック制御が不能になるばかりでなく、燃焼室
(2)内の可燃ガスが圧力センサ(10)内に侵入して損
傷を拡大し、更には圧力センサ(10)を貫通して外部に
漏れ、重大な火災事故につながりかねない。しかし、従
来の内燃機関制御装置は、圧力センサ(10)のフェール
検出機能は設けられていないので、フィードバック制御
の不能状態や危険状態を回避することはできない。
[発明が解決しようとする課題] 従来の内燃機関制御装置は以上のように、圧力センサ
(10)のフェールを検出することができないので、気筒
内圧力を正確に検出することができず、誤検出による誤
制御等が行われたり、重故障時の危険を防止することが
できないという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、圧力センサのフェールを検出した場合に
は、フィードバック誤制御状態や危険状態等を未然に防
止できる圧力センサのフェールセーフ方法を得ることを
目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明に係る圧力センサのフェールセーフ方法は、
圧力センサにより検出される気筒内圧力に基づいて圧力
センサのフェールを判定するステップと、圧力センサが
フェールを示す気筒の制御パラメータを固定するステッ
プと、圧力センサの重故障を判定するステップと、圧力
センサが重故障を示す気筒の制御を停止するステップと
を備えたものである。
[作用] この発明においては、圧力センサのフェールを検出し
た場合には、制御パラメータを固定すると共に、圧力セ
ンサが重故障であるか否かを判定し、重故障の場合には
その圧力センサが属する気筒の制御を停止する。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図はこの発明に関連する圧力センサのフェールセーフ
方法の一具体例を示すフローチャート図であり、S1〜S3
は前述と同様のステップである。尚、この発明が適用さ
れる装置は第5図に示した通りであり、ECU(14)の演
算プログラム等の一部が変更されていればよい。又、ク
ランク角θに対する気筒内圧力Pの波形は第6図に示し
た通りである。
第2図は第1図内のフェール判定動作を示す説明図で
あり、横軸tは時間、縦軸Δθigはフィードバック制御
に用いられる補正量、ΔθFmax及びΔθFminは補正量Δ
θigに対する最大許容値及び最小許容値である。又、斜
線部はフェール領域であり、補正量Δθigにおいて、実
線は圧力センサの正常時、破線は圧力センサのフェール
時をそれぞれ示している。
以下、第1図、第2図、第5図及び第6図を参照しな
がら、この発明に関連したフェールセーフ方法の一具体
例について説明する。
まず、圧力センサ(10)がフェールか否かを判定し
(ステップS0)、フェールでなく正常であれば前述のフ
ィードバック制御ルーチンS1〜S3を実行し、フェールで
あれば、フィードバック制御を行わず、点火時期θigを
マップ値θMAPに固定する(ステップS10)。
尚、ステップS0における圧力センサ(10)のフェール
判定動作は、例えば、以下のように実行される。
まず、ステップS1及びS2において気筒内圧力P及びピ
ーククランク角θPmaxが検出され且つピーククランク角
θPmax及び最適位置θに基づいて補正量Δθigが算出
されるが、この補正量Δθigに対する許容範囲、即ち、
最大許容値ΔθFmax及び最小許容値ΔθFminを予め設定
する。尚、最大許容量θFmax及び最小許容値θFminは、
運転状態に応じた値に設定され得る。
次に、補正量Δθigと最大許容値ΔθFmax及び最小許
容値ΔθFminとを比較し、補正量Δθigが第2図の実線
のように許容範囲内、即ち、 ΔθFmin<Δθig<ΔθFmax であれば圧力センサ(10)が正常と判定する。一方、補
正量Δθigが許容範囲を逸脱し、第2図の破線のように
最大許容値ΔθFmax以上又は最小許容値ΔθFmin以下で
あれば、その気筒に関する圧力センサ(10)がフェール
であると判定する。
このとき、気筒内圧力の検出値に対して統計的処理な
どを施すことなく、点火時期の補正量Δθig(制御パラ
メータ)が異常値を示すときに直ちにフェール判定して
いるので、速やかに且つ確実に圧力センサ(10)のフェ
ール判定を行うことができる。
尚、上記フェール検出ルーチンは各気筒毎に実行さ
れ、各気筒毎の圧力センサ(10)について個別にフェー
ルが検出される。
これにより、圧力センサ(10)のフェールが検出され
た気筒は、点火時期θigがマップ値θMAPに固定され
(ステップS10)、異常なフィードバック補正量Δθig
が反映されなくなるので、点火時期θigが誤制御される
ことはない。
しかし、内燃機関の制御パラメータのフィードバック
誤制御を防止することができても、圧力センサ(10)の
重故障による危険な状態を回避することはできない。
次に、第3図のフローチャート図を参照しながら、圧
力センサ(10)の重故障を判定できるようにしたこの発
明の一実施例について説明する。
第3図において、S0及びS10は前述と同様のステップ
であり、圧力センサ(10)が正常と判定された場合のス
テップは図示されていない。
前述のように、ステップS0において圧力センサ(10)
がフェールと判定された場合、制御パラメータ(点火時
期θig)をマップ値θMAPに固定した後、圧力センサ(1
0)が重故障か否かを判定する(ステップS11)。
この場合、重故障とは圧力センサ(10)の金属膜の損
傷等のメカ的故障であり、可燃ガスの噴出によって火災
等に至る危険がある。このような重故障は、燃焼異常に
よる爆発力(トルク)の低下、角速度センサにより検出
されるトルク変動の増大、圧力センサ(10)に設けられ
た温度センサにより検出される温度上昇、等によって判
定される。
もし、ステップS11において、圧力センサ(10)が重
故障と判定されれば、その圧力センサ(10)が属する故
障気筒の制御を停止して休筒とする(ステップS12)。
気筒の制御停止は、例えば、燃料噴射又は点火制御を
カットするか、全気筒(即ち、エンジンそのもの)を運
動停止させることにより実現される。
尚、上記実施例では、ステップS10において、圧力セ
ンサ(10)のフェールが検出された気筒の制御パラメー
タ(点火時期)をマップ値θMAPに固定させたが、高負
荷運転を禁止することにより圧力センサ(10)及び気筒
の損傷を抑制するようにしてもよい。
第4図は、圧力センサ(10)のフェール検出時には気
筒内圧力Pの最大値Pmaxを抑制するようにしたこの発明
に関連する他の具体例を示すフローチャート図である。
この場合、ステップS1において圧力センサ(10)が正
常と判定されたときには、前述のように補正量Δθigに
より点火時期θigをフィードバック制御する(ステップ
S3)。
一方、圧力センサ(10)がフェールと判定されたとき
には、点火時期θigをマップ値θMAPから所定量θ
け遅角させ、 θig=θMAP−θ に固定する(ステップS20)。
一般に、気筒内圧力Pの最大値Pmaxは、点火時期θig
が進角側に制御されると増大し、点火時期θigが遅角側
に制御されると減少する。従って、ステップS20におけ
る点火時期θigの遅角制御により、気筒内圧力Pは抑制
側に制限される。
尚、気筒内圧力Pの抑制方法は、点火時期θigの遅角
制御に限らず、高負荷運転(過給運転)を禁止するもの
であれば、他の方法を用いてもよい。例えば、空燃比を
希薄にすること、空気の過給圧を下げること、アクセル
のスロットルを所定開度に制限すること、クランク出力
軸の回転数を所定値以下に制限することなどが考えら
れ、どの方法によっても同等の効果を奏する。
又、上記実施例では、内燃機関の制御パラメータが点
火時期θigの場合を例にとって説明したが、燃料噴射量
等の他の制御パラメータを対象にしても同様に適用で
き、同等の効果を奏することは言うまでもない。
又、フェール検出ルーチンは各気筒毎に実行され、各
気筒毎の圧力センサ(10)について個別にフェール検出
されるので、フェール検出時にエンジンを停止させるば
かりでなく、フェール検出された気筒のみについて点火
制御(燃料噴射)を停止又は気筒内圧力を抑制すること
ができる。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、圧力センサにより
検出される気筒内圧力に基づいて圧力センサのフェール
を判定するステップと、圧力センサがフェールを示す気
筒の制御パラメータを固定するステップと、圧力センサ
の重故障を判定するステップと、圧力センサが重故障を
示す気筒の制御を停止するステップとを設け、圧力セン
サが重故障の場合には、その圧力センサが属する気筒の
制御を停止するようにしたので、圧力センサフェールに
よるフィードバック誤制御や危険等を未然に防止できる
圧力センサのフェールセーフ方法が得られる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に関連する一具体例を示すフローチャ
ート図、第2図は第1図のフェール判定動作を示す説明
図、第3図はこの発明の一実施例を示すフローチャート
図、第4図はこの発明に関連する他の具体例を示すフロ
ーチャート図、第5図は一般的な内燃機関制御装置を示
す構成図、第6図はクランク角に対する気筒内圧力の変
化を示す波形図、第7図は一般的な点火時期フィードバ
ック制御方法を示すフローチャート図である。 (1)……気筒、(10)……圧力センサ (14)……ECU、P……気筒内圧力 S1……圧力センサのフェールを判定するステップ S10……制御パラメータを固定するステップ S11……圧力センサの重故障を判定するステップ S12……制御を停止するステップ S20……制御パラメータを圧力抑制側に制限するステッ
プ 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大沢 俊雄 兵庫県姫路市千代田町840番地 三菱電 機株式会社姫路製作所内 (56)参考文献 特開 昭60−108541(JP,A) 実開 平1−66474(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧力センサにより検出される気筒内圧力に
    基づいて前記圧力センサのフェールを判定するステップ
    と、 前記圧力センサがフェールを示す気筒の制御パラメータ
    を固定するステップと、 前記圧力センサの重故障を判定するステップと、 前記圧力センサが重故障を示す気筒の制御を停止するス
    テップと、 を備えた圧力センサのフェールセーフ方法。
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