JP4178146B2 - エンジンの故障を特定する方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

エンジンの故障を特定する方法およびコンピュータプログラム Download PDF

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Description

本発明は、多気筒燃焼エンジンの個々のシリンダに関連する故障を特定する方法に関する。該方法はまた個々のシリンダに関連する故障を特定するコンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品、およびコンピュータに関する。
多気筒燃焼エンジンがその定格出力の供給に失敗すると、例えば合計8個のシリンダのうちの1個もしくは2個のシリンダの欠陥もしくは故障から問題が生じる。ディーゼルエンジンの場合、シリンダの不具合は燃料噴射器の故障から生じる燃料不足によるか、あるいは圧縮の損失を生じるピストンリングおよびバルブの磨耗による可能性がある。火花点火式エンジンの場合、シリンダの不具合はスパークプラグの欠陥もあり得る。不具合の徴候に、エンジン動作の粗雑さ、シリンダ圧縮の不足、あるいはエンジントルク減少がある。
今日、欠陥もしくは不具合を有するシリンダを特定する、従来技術において周知の方法が多数ある。内燃機関の個々のシリンダからの出力トルクを測定する通常の方法では、試験されるシリンダへの燃料供給は中断されるが、他のシリンダは所定量の燃料を受け取る。エンジン速度(rpm)がエンジンの加速中モニターされ、開始速度からより高速に増すのにかかった時間がカウントされる。比較的長い加速時間は、シリンダが比較的高トルクを供給することを意味する。そのためにシリンダは1個ずつ試験されない。2個以上の燃料噴射器/シリンダに何らかの不具合がある場合、どれであるかを判断するのが非常に困難となり、計測されるトルクがいくつかのシリンダから生じているので、実際のトルクと比較して計測されるトルクの精度は低下する。ゆえに、このような方法では故障を特定のシリンダに関連付けるためにいくつか他の試験を要する。
DE−19540826−A1は、個々のシリンダの故障を特定する方法を開示している。初めにICエンジンの特定の動作状態が設定され、エンジンのrpmが決定される。試験中のシリンダへの燃料供給が中断される。rpmが再決定される。その後に、燃料中断前のrpmから燃料中断後のrpmを引いた差が所定の制限値よりも小さいかどうかが判断される。答えがイエスの場合、このシリンダに関する故障機能データが作り出される。この方法もいくつかの欠点に悩まされる。1つの欠点は、エンジンの吹き上がりを止めるために、シリンダに噴射される燃料が比較的少なくなくてはならないということである。他のシリンダが多量の燃料を受け取る場合、1個のみのシリンダへの燃料を中断させることではエンジンの吹き上がりを止めるのには十分ではない。しかし、この方法が適用される場合、車両の一般的な走行条件に従ってある速度で走行し且つ燃料供給を受ける場合に、すなわちエンジンが吹き上がる速度でエンジンを試験することが通常望ましい。他の欠点は、燃料中断前後のrpmの差が、複数のシリンダを有するエンジンにおいて比較的小さいということである。これは、差が大きい場合よりも、差を読取り、故障の特徴を推測するのをより困難にする。試験中のシリンダへの燃料中断後に続く遅延の間に燃料が供給される1つ以上のシリンダまたは燃料噴射器はうまく作動しない、或は容量を減ずることがあり、ゆえに全体の回転あるいは回転の一部分においてかなりの変動を招く。これも差の解釈をより困難にする。
本発明は、個々のシリンダを試験する、信頼性が高く、かつ正確な方法を提供することを目的とする。該方法により個々のシリンダに関連する問題を容易に見つけだすことができる。
添付の図面とともに読解することにより、方法、制御装置、コンピュータ、そしてコンピュータプログラムの例、また他の実施例に関する次の詳細説明から、本発明の目的、長所、および効果がより容易に理解されよう。
本発明は、多気筒燃焼エンジンの個々のシリンダに関連する故障を特定する方法に関する。該方法は、第一エンジン速度まで燃焼エンジンを加速する段階と、第一エンジン速度に達した際、所定量の燃料供給を受ける個別のシリンダを除く、全シリンダへの燃料供給を中断する段階と、燃焼エンジンの速度が、第一エンジン速度もしくは第一エンジン速度よりも低速の第二エンジン速度のいずれかから、第二速度よりも低速の第三エンジン速度まで低下するのにかかった時間をカウントする段階と、正しく機能しているシリンダの減速時間を示した所定時間と、カウントされた時間とを比較する段階とから成る。
これにより、該方法のカウント段階の間、その個別のシリンダのみへの燃料供給が達せられる。さらに、車両の一般的な運転/巡航速度に相当するエンジン速度の間、個々のシリンダが試験され、かつ、シリンダに噴射される燃料の量も一般的な運転状況に即し得る。本説明および請求項を通して、エンジン速度はrpmにて通常計測されるエンジンの回転速度、あるいはエンジンの回転速度に基づく何らかの対応するパラメータとして定義される。さらに、カウントされた減速時間が得られ、これは、個々のシリンダに関連する故障を容易に見つけだし、これを特定する目的において、計算または基準値との比較に使用される。これにより、個別のシリンダに問題があることを確定する容易でかつ迅速な方法が達せられる。
一実施例において、該方法は、燃焼エンジンを加速する段階の間、全てのシリンダにほぼ等量の第一量の燃料を供給する段階をさらに有する。これにより、全シリンダ間にて速い加速と作業負荷の均一分配が達せられる。
別の実施例において、該方法は、第三エンジン速度に達した後、個別のシリンダへの燃料供給を中断する段階を有する。これにより、エンジン速度のさらなる減速の間、燃料浪費を行うことがない。さらに、減速がより速くなり、より迅速な方法が提供可能となる。
さらに別の実施例において、該方法は、個別のシリンダを再びテストするため、あるいは燃焼エンジンの他のシリンダを試験するために該方法が繰り返される前に、燃焼エンジンの速度を、第三エンジン速度よりも低い、ほぼ一定の低速度に保つ段階を有する。これにより、例えば、rpm、燃料供給、および給気圧といった状態が判っているエンジンの初期状態を得る。該方法は常に初期状態から開始することが好ましく、それにより比較可能な試験結果を出す試験を繰り返すことが容易であることから、これは該方法をより信頼性の高いものにさえする。
適切には、燃焼エンジンはトラックといったような車両のディーゼルエンジンである。
本発明はまた、多気筒燃焼エンジンの個々のシリンダに関連する故障を特定するコンピュータプログラムに関する。該コンピュータプログラムは、エンジン制御装置あるいはエンジン制御装置に連結されたコンピュータといったようなコンピュータにおいて実行するとき、エンジン制御装置に、第一エンジン速度まで燃焼エンジンを加速させるコンピュータ可読プログラムコード手段と、第一エンジン速度に達した際、所定量の燃料供給を受ける個別のシリンダを除く、全シリンダへの燃料供給をエンジン制御装置に中断させるコンピュータ可読プログラムコード手段と、そして、燃焼エンジンの速度が第一エンジン速度もしくは第一エンジン速度よりも低速である第二エンジン速度のいずれかから、第三エンジン速度まで低下するのにかかった時間を、エンジン制御装置あるいはエンジン制御装置に連結を行った他のコンピュータにカウントさせるコンピュータ可読プログラムコード手段と、記憶されている所定時間と、燃焼エンジンの速度が第一エンジン速度あるいは第二エンジン速度のいずれかから第三エンジン速度まで低下するのにかかった時間を、エンジン制御装置あるいはエンジン制御装置に連結を行った他のコンピュータに比較させるコンピュータ可読プログラムコード手段とから成る。
コンピュータプログラムは、エンジン制御装置あるいはエンジン制御装置に連結を行った他のコンピュータに、グラフィカルユーザインターフェースをディスプレイ上に表示させるコンピュータ可読プログラムコード手段から成る。これにより、グラフィカルユーザインターフェースの長所を、該方法の開始、および該方法からの結果表示に役立たせることができる。
コンピュータプログラムは、エンジン制御装置あるいはエンジン制御装置に連結を行った他のコンピュータに、個々のシリンダを試験する少なくとも1つの基準の全部が満たされたかどうかをチェックさせるコンピュータ可読プログラムコード手段から成る。これにより、少なくとも1つの基準が満たされていない場合、該方法が常時開始もしくは中断されるのを、コンピュータプログラムにより回避することが可能となる。これはより安全な試験を可能にするとともに事故の回避に役立つ。
さらに、本発明は、コンピュータプログラムが格納されるコンピュータ可読媒体およびコンピュータプログラムから成る、フロッピー(登録商標)ディスク、CD、DVD、フラッシュメモリ、ハードディスク等といったような、コンピュータプログラム製品に関する。これによってコンピュータプログラムがコンピュータに容易にロード可能となり、かつ、コンピュータがコンピュータプログラムを処理することが可能となる。
さらに、本発明は、記憶手段と、記憶手段に格納された請求項7に記載のコンピュータプログラムとから成る、内蔵の電子エンジン制御装置もしくは車両外部コンピュータといったようなコンピュータに関する。これにより、エンジン制御装置に連結を行った外部のコンピュータのみならず、車両の電子エンジン制御装置といった内部のコンピュータにより本発明における方法を制御することが可能となる。
本発明は様々な修正および他の代替構成を網羅するものであるが、本発明のいくつかの実施例を図示し、以下に詳細なる説明を行う。しかし、この詳細説明と図面は、本発明を本開示の特定の形態に制限する意図ではないことは理解されるべきである。これに反し、本発明の請求範囲はその同等物の全範囲において、添付請求項に表現した本発明の精神および範囲内におけるあらゆる修正および他の代替構成を含むものであることを意図する。
図1は本発明における方法を実行するシステムの概略ブロック図である。トラックおよび船舶といった乗り物(図示せず)は、ここでは4個のシリンダ2a−2dから成るディーゼルエンジン形態の内燃機関1を有する。シリンダ数は図説目的においてのみ4個とする。本発明は公知の数のシリンダを配備した多気筒燃焼エンジンに適用可能であることは理解されるべきである。さらに、本文に詳細説明を行う実施例は乗り物に配備される燃焼エンジンに関するものであるが、本発明は乗り物には配備されない燃焼エンジンにも適用可能であることは当業者にとって明らかである。例えば燃焼エンジンは動力装置に配設され得る。燃焼エンジン1は、車両に組み込まれる電子エンジン制御装置3によって制御される。エンジン制御装置3は、例えば歯付きフライホイール信号(TF信号)およびギア信号形態の感知されたエンジンデータを受け取るようにされている。TF信号は、エンジンの歯付きフライホイール6の回転を感知するエンジン速度センサ5から第一ライン4によって受信される。エンジン速度センサ5は例えば誘導タイプセンサあるいはホール効果センサである。当然、1個以上のエンジン速度センサ5も可能であり、燃焼エンジン1のクランクシャフト(図示せず)回転を計測するといった、エンジン速度を計測する他の場所も考えられる。エンジン制御装置3はまた、各シリンダ2a−2dに燃料供給を行う目的で、制御信号をそれぞれ第二ライン7a―7dの組を通して燃料噴射器装置(図示せず)に送信するようにされている。ギア信号は、トランスミッションがニュートラルのとき、一般にギア信号を供給する例えば離散トランスミッションセンサ9から第三ライン8にて受信する離散信号である。これらは全て当業者にとって周知であることから、これ以上の詳細説明は行わない。
この実施例において、エンジン制御装置3は、例えば外部PCラップトップといった車両の外部コンピュータ10に連結し、本発明による方法はこれを介して開始される。図1には示していないが、当然ながら外部コンピュータ10は、1つ以上の他の内蔵の、もしくは外部の電子制御装置、ゲートウェイ、およびインターフェースを介してエンジン制御装置3に間接的に連結可能である。外部コンピュータ10とエンジン制御装置3との通信も当然ながら部分的に、もしくはほぼワイヤレスである。
図2はエンジン制御装置3を示したものであり、該エンジン制御装置3は、エンジン速度センサ5からTF信号を受け取るために第一バス13aを介して第一ポート12aに、そして、トランスミッションセンサ9からギア信号を受け取るために第二バス13bを介して第二ポート12bに、インジェクタ装置と通信するために第三バス13cを介して第三ポート12cに、そして、外部コンピュータ10と通信するために第四バス13dを介して第四ポート12dとに連結を行った第一CUP11から成る。また、第一CPU11は第五バス13eを介して、ハードディスク、フラッシュメモリ、そしてROM(読み込み専用メモリ)といったような少なくとも1つの記憶手段14にも連結を行う。エンジン制御装置3は、ランダムアクセスメモリ、EEPROM、バスコントローラ、そして、例えばギア信号およびTF信号の両方がアナログ信号である場合のA/Dコンバータ(図示せず)といった、車両のECU(電子制御装置)において通常使用される他の構成要素も適切に具備する。記憶手段14にインストールされているのは例えばTF信号を解釈するためのエンジン速度センサインターフェースコンピュータプログラム15、ギア信号を解釈するためのトランスミッションセンサインターフェースコンピュータプログラム16、シリンダ2a―dへの燃料供給を制御するための燃料制御コンピュータプログラム17、および外部コンピュータ10と通信を行うための第一通信インターフェースコンピュータプログラム18である。これらのコンピュータプログラム15−18はエンジン制御コンピュータプログラムのプログラムモジュールである。当業者にとって明らかであるように、いくつかの機能は部分的にソフトウェアおよびハードウェアにて実行されることもまた理解されるべきである。
図3は外部コンピュータ10の例を図示したものであり、該外部コンピュータ10は、エンジン制御装置3と通信を行うために第六バス13fを介して第五ポート12eに、そして、ディスプレイとの通信のために第七バス13gを介して第六ポート12fとに連結を行った第二CPU19を備え、グラフィカルユーザインターフェースもしくは文字ベースのユーザインターフェースを表示する。また、第二CPU19は第8バス13hを介して、ハードディスク、フラッシュメモリ、およびROMといったような少なくとも1つの格納手段20にも連結を行う。第二格納手段20はシリンダ試験コンピュータプログラムを配備し、これは、エンジン制御装置3、ユーザインターフェースプログラムモジュール22、および基準チェックプログラムモジュール23と通信する第二通信インターフェースプログラムモジュール21を適切に配備する。シリンダ試験コンピュータプログラムは、フロッピー(登録商標)ディスク(図1参照)、外部ハードディスク、CD、DVD、およびフラッシュメモリといったようなコンピュータプログラム製品24から直接、そしてローカルエリアネットワークあるいは広域ネットワークを介するサーバーを通して、外部コンピュータにダウンロードされる。代替的な実施例として、図面には示していないが、本発明は例えば冗長シリンダ試験コンピュータプログラムもしくは分散シリンダ試験コンピュータプログラムを作りだす目的に、シリンダ試験コンピュータプログラムの少なくとも部分が、別々のコンピュータプログラムとして車両のエンジン制御装置および/または他のECUにインストールされる実施例を包含することを理解されたい。
本発明による方法の実施例を図4および図5をもとに詳細に説明を行う。最初の第1ステップS1として、人が外部コンピュータ10からシリンダ試験コンピュータプログラムを開始し、外部コンピュータ10に接続したディスプレイ25(図1参照)に例えばGUI(グラフィカルユーザインターフェース)を表示させる。第2ステップS2において、人が例えばGUIのスタートボタンを押下することによりシリンダ試験開始を求める。この要求はエンジン制御装置3に送信され、該エンジン制御装置3は、第3ステップS3において、シリンダ試験を開始させる少なくとも1つの基準の全てが満たされたかどうかを点検する。該基準は、ギア信号がトランスミッションセンサ9より受け取られた、すなわち、ギアボックスがニュートラル位置にあるということである。他の基準は車両のパーキングブレーキ(図示せず)が作動するということである。さらに他の基準は、感知される車両速度がゼロ、もしくは基準値未満であるということである。また他の基準は、ペダル位置センサ(図示せず)が、例えばクラッチペダルが影響を受けないことを示しているということである。少なくとも1つの基準が満たされない場合、試験開始の要求が拒否され、再度ステップS2が実行されなくてはならない。少なくとも1つの基準が満たされるとシリンダ試験が開始し、該方法は第4ステップS4に続き、シリンダ試験コンピュータプログラムは、エンジン制御装置3が燃焼エンジン1を開始するよう外部コンピュータ10に指示させる。燃焼エンジン1が始動し、比較的低速度L0にて、例えばアイドリング状態で走行する速度にて作動すると、第5ステップS5を開始し、シリンダ試験コンピュータプログラムは燃焼エンジンの加速を第一エンジン速度L1までにする。この加速の間、全シリンダ2a―2dに同量の燃料が供給される。第一エンジン速度L1は、好ましくは一般的な車両推進状況を上回る速度レベルに当たる。第一エンジン速度L1に達すると、試験されるシリンダを除く全てのシリンダへの燃料供給が中断される。これは第6ステップS6において実行され、図4の時間tに当たる。エンジンが第一エンジン速度L1で作動すると、例えば他のシリンダの内部圧縮行程により生じるブレーキ効果が、試験されるシリンダから出力されるパワーよりも強力であることから、試験されるシリンダのみへの燃料供給は第一エンジン速度L1を維持するのに十分ではない。
ゆえに、ステップS6における中断によってエンジン速度が減じられる。試験されるシリンダへの燃料供給はブレーキ効果を上回ることなく増す。従って、他のシリンダへの燃料中断後、L1までの各シリンダへの燃料噴射は、試験されるシリンダへの燃料噴射に比べて比較的低く保たれる。燃料供給が中断されると同時に、すなわち時間tに、エンジン制御装置3および/または外部コンピュータ10は、エンジン速度のモニタリングを継続しながら、時間のカウントを開始する。これは第7ステップS7において実行される。また別の代替第7ステップS7においては、中断後にエンジン速度が第二エンジン速度L2に減じられると、カウントが開始する。この実施例のみにおける第二速度L2は第一速度L1よりもわずかに低速である。この代替第7ステップにおけるカウント開始は図4の時間tに当たり、ここでtは、比較的高エンジン速度にて個々のシリンダ動作を依然試験可能にするため、燃料供給中断後すぐである。エンジン速度が所定の第三速度L3まで低下すると直ちにカウントは停止する。この停止は第8ステップS8にてなされ、これは図4の時間tに当たる。tとt間の時間は、あるいは代替ステップS7におけるtおよびtは、例えば、正常なシリンダにおける減速時間との直接比較に使用される。正常なシリンダの減速時間はシリンダ試験コンピュータプログラムの部分として適切に例えば外部コンピュータ10のデータベースに記憶される。tとtとの間、およびtとtとの間の計測時間がそれぞれ、正常なシリンダの減速時間から、所定の範囲以上逸脱する場合、試験されたシリンダに関連する故障があるという結論が引き出される。
この実施例の第9ステップS9において、第三エンジン速度に達した後、再び同量の燃料が全シリンダに供給され、カウントが停止する。燃料供給の開始は図4の時間tに当たる。しかし、この時、燃料供給はステップS5における加速中よりもかなり少なく、エンジン速度はより制御された態様で、低速L0まで減り続ける。ここで、低速L0に達した際、これを維持するため、必要な場合さらなる燃料供給がなされる。低速L0は第10ステップS10の間、制御される。代替のステップS9にて、試験されるシリンダへの燃料供給はカウント停止後に中断される。この代替ステップS9における中断は、アイドル状態の速度に戻るようエンジンに命令を行う通常のエンジン制御コンピュータプログラムの援助によって実行されよう。一般的な最近のエンジン制御コンピュータプログラムでは、現時の速度が要求された速度よりも速い場合、燃料供給を即座に中断させる。代替ステップS9は燃料をセーブし、より早く低速L0に復帰させる。ステップS5−S10が繰り返される前に低速L0を維持するため、エンジン速度が低速L0以下に、あるいはこれに近づくと、まず初めに全シリンダ2a−2dに再び燃料供給がなされる。
ステップS5−S10の単一実行よりも統計的により正確な平均時間値を得る目的にシリンダの1つを数回試験するためステップS5−S10が数回繰り返される。ステップS5−S10は全てのシリンダに繰り返される。すなわち、他のシリンダが試験されたステップS5−S10の前回の実行のすぐ次に続くステップS5−S10の連続する繰り返しにおいて他のシリンダが試験される。ステップS4−S10の1つが実行されるかぎり、少なくとも1つの基準の点検が適切に継続される。例えばギア信号がトランスミッションセンサ9より中止すると、試験および燃焼エンジン1への燃料供給が直ちに中断される。
本発明による方法を実行するシステムの略ブロック図である。 本発明によるエンジン制御装置を示したものである。 本発明による方法のブロック図である。 テスト時間にわたるエンジン速度のグラフを図示したものである。 方法実施例のブロック図である。

Claims (10)

  1. 第一エンジン速度(L1)まで燃焼エンジン(1)を加速する段階と、第一エンジン速度(L1)に達した際、所定量の燃料供給を受ける個別のシリンダを除く、全シリンダへの燃料供給を中断する段階と、燃焼エンジン(1)の速度が、第一エンジン速度(L1)もしくは第一エンジン速度(L1)よりも低速の第二エンジン速度(L2)のいずれかから第三エンジン速度(L3)まで低下するのにかかった時間をカウントする段階と、正しく機能しているシリンダの減速時間を示した所定時間と、カウントされた時間とを比較する段階とから成る多気筒燃焼エンジン(1)の個々のシリンダに関連する故障を特定する方法。
  2. 請求項1に記載の方法であって、燃焼エンジン(1)を加速する段階の間、全てのシリンダ(2a−2d)にほぼ等量の第一量の燃料を供給する段階をさらに有する、故障を特定する方法。
  3. 請求項1または2に記載の方法であって、第三エンジン速度(L3)に達した後、個別のシリンダへの燃料供給を中断する段階を有する、故障を特定する方法。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、個別のシリンダを再びテストするため、あるいは燃焼エンジン(1)のシリンダ(2a−2d)の他のシリンダを試験するために該方法が繰り返される前に、燃焼エンジン(1)の速度を、第三エンジン速度(L3)よりも低い、ほぼ一定の低速度(L0)に保つ段階を有する、故障を特定する方法。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載の方法において、燃焼エンジン(1)は車両のディーゼルエンジンである、故障を特定する方法。
  6. エンジン制御装置(3)に、第一エンジン速度(L1)まで燃焼エンジン(1)を加速させるコンピュータ可読プログラムコード手段と、第一エンジン速度(L1)に達した際、所定量の燃料供給を受ける個別のシリンダを除く、全シリンダへの燃料供給をエンジン制御装置(3)に中断させるコンピュータ可読プログラムコード手段と、そして、燃焼エンジン(1)の速度が第一エンジン速度(L1)もしくは第一エンジン速度(L1)よりも低速である第二エンジン速度(L2)のいずれかから第三エンジン速度(L3)まで低下するのにかかった時間を、エンジン制御装置(3)あるいはエンジン制御装置(3)に連結を行った他のコンピュータ(10)にカウントさせるコンピュータ可読プログラムコード手段と、記憶されている所定時間と、燃焼エンジン(1)の速度が第一エンジン速度(L1)あるいは第二エンジン速度(L2)のいずれかから第三エンジン速度(L3)まで低下するのにかかった時間を、エンジン制御装置(3)あるいはエンジン制御装置(3)に連結を行った他のコンピュータ(10)に比較させるコンピュータ可読プログラムコード手段とから成る、多気筒燃焼エンジン(1)の個々のシリンダに関連する故障を特定するコンピュータプログラム。
  7. 請求項6に記載のコンピュータプログラムであって、エンジン制御装置(3)あるいはエンジン制御装置(3)に連結を行った他のコンピュータ(10)に、グラフィカルユーザインターフェースをディスプレイ(25)に表示させるコンピュータ可読プログラムコード手段を有する、故障を特定するコンピュータプログラム。
  8. 請求項6または7に記載のコンピュータプログラムであって、エンジン制御装置(3)あるいはエンジン制御装置(3)に連結を行った他のコンピュータ(10)に、個々のシリンダを試験する少なくとも1つの基準の全部が満たされたかどうかを点検させるコンピュータ可読プログラムコード手段を有する、故障を特定するコンピュータプログラム。
  9. 請求項6に記載のコンピュータプログラムおよびコンピュータプログラムが格納されるコンピュータ可読媒体から成るコンピュータプログラム製品(24)。
  10. 記憶手段(14、20)と、記憶手段(14、20)に格納された請求項7に記載のコンピュータプログラムとから成る、内蔵の電子エンジン制御装置(3)もしくは車両の外部コンピュータ(10)といったようなコンピュータ。
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