JP3665355B2 - 制御装置を監視する方法および装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の制御装置を監視する方法および装置、さらに詳細には測定値が予測値と比較される内燃機関の制御装置を監視する方法と装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の制御装置を監視するこのような方法および装置がDE−OS2805876(US−A4292658)から知られている。同公報には、アクチュエータの操作量が固定の下方の限界値および/あるいは固定の上方の限界値を越えたかどうかが検査される方法と装置が記載されている。
【0003】
このような構成では、センサは所定の信号領域を越えたかどうかについてだけ監視される。即ち、信号領域を離脱するときのみに故障が検出される。この構成では、例えば断線のような非常に重大な故障ないし欠陥しか検出することができない。この場合、信号の正確な値からの僅かな静的なずれ及び/あるいは動的なずれは検出することができない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた種類の内燃機関の制御装置を監視する方法と装置において、連続運転時、すべての要素、特にアクチュエータとセンサが正常に動作しているかについて制御装置を監視することができるようにすることである。特に問題があるものとして、ラムダセンサが挙げられる。ラムダセンサに欠陥があると、排ガス放出が増大する。ラムダセンサの欠陥ないし故障は、センサが完全に動作しなくなる前に検出できなければならない。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明によれば、
内燃機関の制御装置を監視する方法であって、
減速運転が検出され、
減速運転時に予測される期間が設定され、
ラムダセンサの出力信号が、減速運転検出後前記予測される期間内に所定の値に達しない場合に、ラムダセンサの故障が検出される構成を採用した。
【0006】
また、本発明によれば、
内燃機関の制御装置を監視する装置であって、
減速運転を検出する第1の手段と、
減速運転時に予測される期間を設定する第2の手段と、
ラムダセンサの出力信号が、減速運転検出後前記予測される期間内に所定の値に達しない場合に、ラムダセンサの故障を検出する故障検出装置と、
を備える構成も採用した。
【0007】
【作用】
本発明による方法と装置によって、全ての要素、特にアクチュエータとセンサが正常に動作しているかを監視することが可能になる。特にラムダセンサが完全に動作しなくなる前にラムダセンサの欠陥を検出することができる。
【0008】
内燃機関の制御のために使用するセンサの他に追加的なセンサは必要とされない。
【0009】
特にファジィ論理を用いたとき本発明構成によりセンサの出力信号を監視しその定常的および動的な機能能力を調べることが可能である。
【0010】
好ましくは、減速運転時、ラムダセンサの出力信号が減速運転検出後予測される期間内に所定の値に達しない場合に、故障が検出される。この予測される期間が、空気量を定めるアクチュエータの操作量を示す少なくとも1つの信号に基づいて設定される。
【0011】
本発明の利点および好ましい実施例が従属請求項に記載されている。
【0012】
【実施例】
本発明を図面に示した実施例を用いて以下で説明する。
【0013】
図1には内燃機関を制御するシステム(装置)が概略図示されている。この実施例はディーゼル式内燃機関である。しかしこの方法と装置は原理的に外部着火式内燃機関(ガソリン機関)にも使用可能である。
【0014】
内燃機関100には新気管105を介して新気が供給される。排ガスは排ガス管110を介して排出される。排ガス管110内にはラムダセンサ(酸素センサ)125が配置されている。排気ガス再循環弁138を介して排ガス管110と新気管105が接続される。
【0015】
更に電子制御装置140が設けられている。電子制御装置は、特に燃料量制御装置142と排気ガス再循環制御装置144を有している。燃料量制御装置142は噴射ポンプ145に信号QKを供給し、噴射ポンプはこの信号QKに従って内燃機関に所定の燃料量を計量する。排気ガス再循環制御装置144は電空変換器150と接続されている。この電空変換器150は排気ガス再循環弁138を操作する。
【0016】
ラムダセンサ125は信号Uを燃料量制御装置142及び排気ガス再循環制御装置144に供給する。この信号は第1近似で排ガスの酸素濃度に比例している。電子制御装置140はさらに回転数を検出するセンサ155および運転者の要求QKWを検出するセンサ160と接続されている。
【0017】
この装置は以下のように動作する。すなわち排気ガス再循環弁138を介して内燃機関に供給される空気の組成が調節される。そのために排気ガス再循環制御装置144は対応するパルスデューティー比を有する信号TVを電空変換器150に出力する。パルスデューティー比が大きい時は排気ガス再循環弁138が開き、排気ガス再循環率が大きくなる。パルスデューティー比が小さい時はそれに対応して排気ガス再循環率が小さくなる。
【0018】
噴射ポンプ145は燃焼に必要な燃料量を内燃機関100に供給する。噴射ポンプ145の駆動信号QKと電空変換器150のパルスデューティー比TVは電子制御装置140によって設定される。そのために電子制御装置140は種々の信号を処理する。それらは回転数センサ155の回転数信号Nおよびアクセルペダル位置としてセンサ160によって検出される負荷信号QKWである。更に、ラムダセンサ125の出力信号が燃料量制御装置142にも排気ガス再循環制御装置144にも供給される。ラムダセンサ125は排ガス内の酸素濃度に比例した出力信号を発生するように構成されている。これは排ガスの酸素濃度とラムダセンサの出力信号U間には所定の関係があることを意味している。
【0019】
以下にこの制御装置、特にラムダセンサを監視する方法および装置について説明する。その場合に特に、追加的なセンサが不要であるという利点がある。図2にはこの種の監視装置が概略図示されている。すでに図1で説明されている信号ないしセンサには同一の符号が付してある。
【0020】
電圧検出手段200はバッテリー電圧Ubatを検出する。所定の運転状態を識別する種々の手段が設けられている。すなわち始動検出装置210、アイドリング検出装置212、減速運転(エンジンブレーキ)検出装置214、定常状態検出装置216および冷風検出装置218が設けられている。始動検出装置210は回転数センサ155の出力信号を評価(処理)する。
【0021】
アイドリング検出装置212には回転数信号Nおよびアクセルペダル位置センサ160からの運転者の要求信号QKWが供給される。燃料量制御装置142からの燃料量信号QKおよび回転数センサ155からの回転数信号Nが減速運転検出装置214に供給される。定常状態検出装置216は排気ガス再循環制御装置144からパルスデューティー比TV、回転数信号Nおよび燃料量制御装置142からの燃料量信号QKを評価する。冷風検出装置218はバッテリー電圧Ubat、回転数N、および燃料量信号QKを評価する。
【0022】
運転状態を識別するこれらの手段はまた種々のテスト装置と接続されている。始動検出装置210はバッテリーテスト装置220およびヒータ(加熱)テスト装置222に始動信号を供給する。更に始動検出装置210は排気ガス再循環制御装置のテスト装置224、センサ動特性テスト装置226、センサ特性値(特性曲線)テスト装置228および第2のヒータテスト装置229に、始動時以外の通常運転を特徴づける信号を供給する。
【0023】
アイドリング検出装置212は排気ガス再循環制御装置のテスト装置224に信号を供給する。この信号はアイドリング運転状態を表す。減速運転検出装置214はセンサ動特性テスト装置に信号を供給する。この信号は減速運転(エンジンブレーキ)状態を示している。定常状態検出装置216はセンサ特性値テスト装置228に信号を供給する。この信号は定常運転状態を示している。冷風検出装置218は第2のヒータテスト装置229に信号を供給する。
【0024】
バッテリーテスト装置220は更にバッテリー電圧Ubatに関する信号を処理する。ヒータテスト装置222にはさらにラムダセンサ125の出力信号Uが供給される。排気ガス再循環制御装置のテスト装置224には更に排気ガス再循環制御装置144の出力信号TV、吸入空気量(質量)の実際値に関する信号MLIおよび吸入空気量の目標値に関する信号MLSが供給される。実際値に関する信号MLIはブロック204から得られる。目標値に関する信号MLSはブロック206から得られる。これらのブロックは制御装置140の構成要素である。
【0025】
センサ動特性テスト装置226はラムダセンサ125の出力信号Uおよび排気ガス再循環制御装置144のパルスデューティー比TVを評価する。センサ特性値テスト装置228はラムダセンサ125の出力信号U、回転数信号Nおよび燃料量制御装置142の燃料量信号QKを評価する。更に第2のヒータテスト装置229にはラムダセンサ125の出力信号Uが供給される。
【0026】
テスト装置220、222、224、226、228および229の出力信号は故障検出装置に達する。この故障検出装置230は2つの信号を出力する。
【0027】
テスト装置も同様に好ましくはファジィ論理回路として実現される。しかしファジィ論理回路として実現される他にオブザーバもしくは対応する特性値マップあるいは論理ユニットとすることもできる。特性値マップもしくは論理ユニットはディスクリートな素子によって、ないしはマイクロコンピュータの個々のプログラムステップとして実現することができる。
【0028】
図2には重要な信号だけが図示されている。更に各検出装置およびテスト装置は、対応するセンサないし対応する信号が得られる場合には、他の信号も処理することができる。
【0029】
この装置は以下のように動作する。種々の運転状態を検出する手段が種々の運転状態を識別して、対応する信号をテスト装置に出力する。
【0030】
始動検出装置210は回転数信号Nを評価する。回転数信号が毎分約800回転の領域にある所定のしきい値を下回った時、始動過程を特徴付ける信号が出力される。このしきい値を越えると、数秒の所定時間後に始動以外の内燃機関の運転を示す信号が出力される。
【0031】
アイドリング検出装置212は回転数および運転者の要求に基づいて運転状態がアイドリングであるかどうかを検出する。例えば回転数が毎分約800回転のアイドリング回転数の領域にあり、かつアクセルペダルが操作されていない場合に、運転状態「アイドリング」が存在する。
【0032】
定常状態検出装置216は、監視している信号の変化率が所定の限界値を越えない時、定常的な運転状態であると識別する。従って例えばパルスデューティー比TV、回転数Nおよび/あるいは燃料量信号QKの微分が所定のしきい値を越えたか、もしくはこれらの信号が所定の時間間隔内に所定量以上変化したかが検査される。調べた信号の変化が所定のしきい値より下である場合に、定常運転状態が検出され、対応する信号が出力される。
【0033】
特にバッテリ電圧、回転数および噴射された燃料量QKに関係する所定の運転状態においては、ラムダセンサ125の領域における排ガス温度が加熱されたラムダセンサの駆動温度よりも低くなる場合が生じることがある。それによってラムダセンサが排ガス流によって冷却される。このような運転状態が冷風検出装置218によって検出される。
【0034】
各検出装置は好ましくは論理ユニットとして実現される。特に定常状態検出装置は、この装置がファジィ論理回路として実現されている場合に効果的である。
【0035】
始動時であることを示す信号が始動検出装置210からバッテリーテスト装置220に供給されると、バッテリー電圧Ubatの特性が観察される。バッテリー電圧が所定の特性からずれると、バッテリーテスト装置220が対応する故障信号を発生する。
【0036】
始動検出装置210から始動信号が得られる始動時に、ヒータテスト装置222はラムダセンサ125の出力信号Uが予測される値ないし予測される時間的経過値に対応するかを検査する。
【0037】
吸入空気量の目標値MLS、実際値MLIおよび排気ガス再循環制御装置144のパルスデューティー比TVを評価することによって、排気ガス再循環装置のテスト装置224は、排ガス再循環制御装置のアクチュエータとコントローラが正常に動作しているかを検査する。この検査は好ましくはアイドリングにおいて行われる。
【0038】
通常ラムダセンサは加熱される。その場合ラムダセンサの温度は所定の温度値に制御される。通常運転時でかつ排ガス温度がラムダセンサの制御温度値よりも低い運転状態を冷風検出装置218が検出したときには、第2のヒータテスト装置229は、ラムダセンサ125から対応する出力信号Uが得られるかを検査する。それによりヒータの正しい機能を検査することができる。
【0039】
故障検出装置230の信号Aは、故障が存在することだけを示す。第2の信号Fを用いてこの故障信号が故障のある装置に関連づけられる。信号AとFはこれらの信号をさらに処理する適当なブロック232と234に供給される。すなわち、例えば信号Fに従って対応するチェックランプが起動されるかないし顧客サービスのときの診断の際に調べられるメモリビットをセットすることができる。
【0040】
図3を用いてテスト装置の動作をセンサ特性値テスト装置228の例で詳細に説明する。すでに説明された信号およびブロックには対応する符号が付されており、ここでは改めて説明はしない。
【0041】
始動以外の運転を示す始動検出装置210の信号と、定常状態検出装置218の出力信号がアンドゲート300において論理的に結合される。アンドゲート300の出力信号はしきい値比較装置330に供給される。回転数信号Nは第1の信号処理装置302を介してオブザーバ310に供給される。同様に燃料量信号QKは第2の信号処理装置304を介してオブザーバ310に供給される。ラムダセンサ125の出力信号Uは第3の信号処理装置306を介して加算点315に供給され、加算点はこの信号をオブザーバ310の出力信号と結合する。この結合された信号はその後絶対値形成回路320を介してしきい値比較装置330に供給される。その後このしきい値比較装置の出力にはテスト装置の出力信号が得られる。この信号はその後故障検出装置230に供給される。信号処理装置302、304および306は好ましくはPTl素子として実現される。
【0042】
この装置は以下のように動作する。回転数信号Nおよび燃料量信号QKに基づいてオブザーバ310はラムダセンサの出力信号に対する予測値UEを決定する。この予測される値UEは加算点315において測定値Uと比較される。この比較結果に基づいて絶対値形成手段が絶対値Xを算出する。その後この絶対値はしきい値比較装置においてしきい値Kと比較される。ラムダセンサ信号の予測値と測定値間の偏差の絶対値がしきい値Kより大きい場合、しきい値比較装置は対応する故障信号を故障検出装置230へ出力する。
【0043】
しきい値比較装置330はアンドゲート300から対応する信号があるときのみ検査を実施する。この信号は内燃機関が始動以外の定常運転状態にあるときに得られる。これは定常状態検出装置216ないし始動検出装置210が対応する信号をアンドゲートに供給することを意味している。検査は、定常的な運転状態であるとき始動過程以外でのみ行われる。
【0044】
定常運転状態においてオブザーバ310は、回転数(N)および噴射燃料量を示す信号(QK)に基づいてラムダセンサの出力信号の予測される値(UE)を決定する。しきい値比較装置330は、ラムダセンサの出力信号の予測される値(UE)が測定されたラムダセンサ出力信号からしきい値(K)より大きい値だけずれている場合に、故障であることを識別する。
【0045】
定常的な運転状態において、ラムダセンサの出力信号が予測される所定の値をとるかどうかが調べられる。この場合には、ラムダセンサの定常的な精度が検査される。この構成によって、所定の設定可能なしきい値との比較により検出される許容できない大きい値ないしは小さい値に至らないラムダセンサの欠陥を検出することができる。
【0046】
図4には他の例としてセンサ動特性テスト装置226が詳細に図示されている。アンドゲート400は減速運転検出装置214と始動検出装置210の出力信号を結合する。このアンドゲート400の出力信号は、第1のしきい値比較装置410、第1の時限(タイミング)素子450および第2の時限素子420へ供給される。しきい値比較装置410にはさらに、ラムダセンサ125の出力信号Uが供給される。
【0047】
第2の時限素子420の出力信号はパルスデューティー比設定装置430へ供給され、その入力には排ガス再循環制御装置144のパルスデューティー比TVが供給される。パルスデューティー比設定装置430の出力信号としきい値比較装置の出力信号Tはオブザーバ440へ供給される。オブザーバの出力信号は第2のしきい値比較装置460を介して故障検出装置230へ達する。
【0048】
アンドゲート400の出力信号は、第1の時限素子450とインバータ452を介して第2のアンドゲート454へ達し、さらにまた直接第2のアンドゲート454へ達する。第2のアンドゲート454はしきい値比較装置460へ対応する信号を供給し、それによってしきい値比較装置はアンドゲート454に対応する信号が印加された場合にのみしきい値との比較を行う。
【0049】
本装置は次のように動作する。アンドゲート400は、始動以外の通常運転において減速運転が存在するかどうかを検出する。しきい値比較装置410は、減速運転が発生してからラムダセンサの出力信号Uが所定のしきい値を上回りないしは下回る時間Tを求める。この期間Tはさらにオブザーバ440へ供給される。同時に第2の時限素子420によって、減速運転の検出時点において所定の期間にわたってパルスデューティー比TVを一定に保持することが保証される。パルスデューティー比設定装置430の出力には、減速運転の開始時に排ガス再循環装置144の出力に得られた信号が所定の期間出力される。
【0050】
ラムダセンサの出力信号Uが上昇してしきい値を越える時間Tと減速運転の開始時のパルスデューティー比TVに基づいて、オブザーバ440は故障が存在するかどうかを検出する。この信号が所定のしきい値TS外にある場合には、故障信号が故障検出装置230へ出力される。
【0051】
第1の時限素子はインバータ452及びアンドゲート454との組み合せにより、減速運転離脱時所定の期間TMの経過後に検査が実施されることを保証する。しきい値比較(460)は減速運転開始後所定の期間TMが経過した後に行われる。好ましくは設定期間TMと、パルスデューティー比設定装置により一定の値が保持される所定の期間は等しく選択される。期間TMは、可能な最大期間TSに対応するように選択される。オブザーバ440の入力の測定された期間Tがこの期間TM内にない場合には、故障が検出される。
【0052】
この方法の基礎になる考え方は、減速運転時においては燃料が噴射されず、従って所定の期間内にラムダセンサ125の出力信号が最大可能な酸素含有量を示すことである。所定の期間TS内に最大の酸素含有量に相当するこの出力信号に達しない場合には、特にラムダセンサの領域における故障が考えられる。オブザーバは、予測される上昇時間と、ラムダセンサ125の出力信号が上昇してしきい値を超える測定された時間Tとを比較する。オブザーバは排気ガス再循環装置144のパルスデューティー比TVに従って予測される上昇期間を設定する。
【0053】
この方法によってラムダセンサの動特性を検査することができる。特に、この信号の上昇が所定の期間内に行われないとき、従って遅すぎたりあるいは早すぎたりする場合には故障であると検出される。
【0054】
本発明のこの特別な実施例によればオブザーバにより、出力信号が設定時間TS内に所定のしきい値を下回らないないしは上回らない場合にも、本装置と特にラムダセンサを監視して故障を検出することができる。
【0055】
オブザーバ310ないし410に関しては種々の実現方法がある。すなわち最も簡単な場合にはオブザーバ310ないし410は、回転数Nと燃料量QKに従ってラムダセンサ125の出力信号に対する予測される値UEを格納することによって、特性値マップとして形成される。さらにまた、このオブザーバを対応する論理ユニットとして形成することもできる。オブザーバがファジィ論理回路として構成される場合に、特に好ましい実施例が得られる。
【0056】
それぞれのファジィ論理回路において評価すべき信号が所定の数値範囲に割り当てられる。数値範囲の個々の値のカテゴリーに属する関連の度合はメンバシップ関数によって定められる。図5には回転数の種々のカテゴリーに対するメンバシップ関数が図示されている。
【0057】
符号N8で示すものは毎分800回転の回転数に対するメンバシップ関数である。この回転数はアイドリング回転数に対応する。符号N10は毎分1000回転の回転数のメンバシップ関数を示す。N20は毎分2000回転の回転数のメンバシップ関数を示す。符号N30は毎分3000回転の回転数のメンバシップ関数を示す。符号N40は毎分4000回転の回転数のメンバシップ関数を示す。
【0058】
メンバシップ関数はそれぞれ正規化されており、ゼロと1の間の値をとる。値0は、注目するカテゴリーに属さないことを示し、値1は完全に属することを示す。関数カーブとしては通常は図5(a)に示す三角形の関数が選択される。それに対して図5(b)に示すような矩形の関数が選択された場合には、計算時間はかなり短くなる。
【0059】
ファジィ論理回路には種々の規則が格納されている。これらの規則は経験的ないし実験的な値に基づいている。これらの規則を用いて、種々の評価される信号の個々のメンバシップ関数が結合される。この規則に基づき種々の運転パラメータの処理された信号に従ってセンサ電圧に対する予測値UEが求められる。
【0060】
ファジィ論理を用いることによって、従来の方法を用いる場合に比較してシステム特性への影響量の作用をより良好に考慮することが可能になる。
【0061】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、内燃機関の制御装置を監視する方法と装置において、ラムダセンサの出力信号が、減速運転検出後、設定された予測期間内に所定の値に達しない場合に、ラムダセンサの故障が検出されるので、ラムダセンサの動的な特性が検査でき、ラムダセンサが正常に動作しているかどうかを確実に監視することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関を制御するシステムの概略を示すブロック図である。
【図2】監視装置の構成を示すブロック回路図である。
【図3】センサの特性値を監視する監視装置の詳細を示すブロック図である。
【図4】センサの動特性を監視する監視装置の詳細を示すブロック図である。
【図5】ファジィ論理回路のメンバシップ関数を示す説明図である。
【符号の説明】
210 始動検出装置
212 アイドリング検出装置
214 減速運転検出装置
216 定常状態検出装置
218 冷風検出装置
220 バッテリテスト装置
222 ヒータテスト装置
224 排ガス再循環制御装置テスト装置
226 センサ動特性テスト装置
228 センサ特性曲線テスト装置
230 故障検出装置
Claims (5)
- 内燃機関の制御装置を監視する方法であって、
減速運転が検出され、
減速運転時に予測される期間が設定され、
ラムダセンサの出力信号が、減速運転検出後前記予測される期間内に所定の値に達しない場合に、ラムダセンサの故障が検出されることを特徴とする内燃機関の制御装置を監視する方法。 - 前記予測される期間が、空気量を定めるアクチュエータの操作量を示す少なくとも1つの信号に基づいて設定されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 内燃機関の制御装置を監視する装置であって、
減速運転を検出する第1の手段と、
減速運転時に予測される期間を設定する第2の手段と、
ラムダセンサの出力信号が、減速運転検出後前記予測される期間内に所定の値に達しない場合に、ラムダセンサの故障を検出する故障検出装置と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置を監視する装置。 - 第1の手段として及び/または第2の手段として論理ユニットあるいはオブザーバが設けられることを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 論理ユニットとしてファジィ論理回路が設けられることを特徴とする請求項4に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4243493A DE4243493A1 (de) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Steuereinrichtung |
DE4243493.9 | 1992-12-22 |
Publications (2)
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