JP4335167B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、たとえば2輪車に用いられるV型2気筒の内燃機関(以下、「エンジン」ともいう)を制御する内燃機関制御装置に関し、特に吸気圧力センサの配管はずれ故障を検出可能な故障診断手段を備えた内燃機関制御装置に関するものである。
一般に、内燃機関制御装置の制御ユニット(ECU)は、各種センサの検出情報に基づいてエンジンの各種アクチュエータ(インジェクタや点火プラグ)を駆動している。
エンジンの各種センサには、吸気系でのインテークマニフォールド圧力を測定する吸気圧力センサが含まれる。
この種の吸気圧力センサは、たとえば2輪車用エンジンの場合、吸気圧力センサの取り付けスペースの制約などから、吸気圧力センサとインテークマニフォールドとの間をチューブで配管して、インテークマニフォールド圧力を測定している。
また、吸気圧力センサと制御ユニットとの間は、信号線を介して接続されている。
また、従来の内燃機関制御装置において、制御ユニットは、吸気圧力センサの信号線異常を検出するための故障診断手段を含み、吸気圧力の変化量に基づいて、吸気圧力センサと制御ユニットとを接続する信号線の異常(断線故障または短絡故障)を検出している。
また、制御ユニットは、故障診断手段が上記信号線異常を検出した場合には、異常判定された吸気圧力センサの検出情報の使用を禁止するようになっている(たとえば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記のような配管構成を有する吸気圧力センサにおいて、仮に配管が外れると、吸気圧力センサに大気圧が導入されるので、検出される吸気圧力は、エンジン停止中(または、スロットル全開中)と同じ値を示すことになる。
したがって、上記従来装置における故障診断手段では、吸気圧力センサの配管はずれ故障発生時に、吸気圧力センサの信号線異常を検出することができず、吸気圧力センサの配管はずれ故障が発生した場合には、スロットル全開状態と判定してしまう。
この場合、制御ユニットは、たとえばアイドル状態またはスロットル全閉状態であっても、スロットル全開に対応した多量の燃料をエンジンに供給し、排気ガス中の有害ガス(HC、CO)を増加させることになる。
また、必要量以上に多量の燃料がエンジンに供給されることから、未燃焼ガスが排気管に流れ、アフターバーン現象により排気管温度を上昇させることになる。
さらに、故障(信号線異常)が表示されないことから、ユーザが正常状態と認識しているにもかかわらず、エンジンを始動することができない状態に陥る。
特開2002−295300号公報
従来の内燃機関制御装置では、故障診断手段が吸気圧力センサの配管はずれ故障を検出することができないので、配管はずれ故障が発生しても、吸気圧力センサの正常状態におけるスロットル全開状態と判定してしまい、多量の燃料をエンジンに供給して排気ガスの悪化などを招くという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、吸気圧力センサの配管はずれ故障を検出することにより、ユーザへの警告報知や故障発生時の対処を可能とした内燃機関制御装置を得ることを目的とする。
この発明による内燃機関制御装置は、内燃機関の吸気系に設けられたスロットルバルブのスロットル開度を測定するスロットル開度検出手段と、吸気系の吸気圧力を測定する吸気圧力検出手段と、内燃機関のクランク角度を測定するクランク角度検出手段と、内燃機関の回転速度を測定する回転速度検出手段と、スロットル開度、吸気圧力、回転速度およびクランク角度に基づいて内燃機関を制御する制御ユニットと、内燃機関のアイドル状態を検出するアイドル検出手段とを備え、吸気圧力検出手段は、配管を介して吸気系に接続された吸気圧力センサを含み、制御ユニットは、吸気圧力検出手段の異常を検出する故障診断手段を含み、故障診断手段は、吸気圧力の変化に基づいて、吸気圧力センサと制御ユニットとの間の信号線の断線または短絡を検出するとともに、吸気圧力センサの配管のはずれ故障を検出する内燃機関制御装置において、内燃機関は、複数の気筒を有し、吸気圧力検出手段は、複数の気筒の吸気および排気のレイアウトによって互いに異なる各吸気圧力を個別に測定するための気筒と同数の吸気圧力センサを含み、制御ユニットは、複数の吸気圧力センサのうちのいずれかが異常と判定された場合には、正常と判定された吸気圧力センサからの吸気圧力を用いて、異常と判定された吸気圧力センサに対応する気筒を制御し、故障診断手段は、内燃機関のアイドル状態において、内燃機関の1制御周期での排気行程における最大吸気圧力と、内燃機関の吸気行程における最小吸気圧力との差圧を算出し、差圧が、スロットル開度の全開状態に対応する所定値未満を示す場合に、複数の吸気圧力センサごとに、吸気圧力センサの配管のはずれ故障状態を判定するものである。
この発明によれば、吸気圧力センサの配管はずれ故障を検出することにより、ユーザへの警告報知や故障発生時の対処を行うことができる。
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る内燃機関制御装置を示すブロック図であり、2輪車のV型2気筒エンジンに適用した場合を示している。
図1において、制御ユニットを構成するECU1には、エンジンの運転状態を検出する周知の各種センサとして、スロットル開度センサ2と、吸気圧力センサ3と、クランク角度センサ4とが接続されている。
また、ECU1には、エンジンの周知の各種アクチュエータとして、各気筒#1、#2に対応した燃料噴射用のインジェクタ5と、各気筒#1、#2に対応した点火用のイグニションコイル6および点火プラグ7と、異常検出時の点灯駆動される警告用LED8とが接続されている。
スロットル開度センサ2は、エンジンの吸気系に設けられたスロットルバルブのスロットル開度θを測定してECU1に入力する。
吸気圧力センサ3は、エンジンの吸気系(インテークマニフォールド)の吸気圧力Pbを測定してECU1に入力する。
このとき、前述のように、吸気圧力センサ3とインテークマニフォールドとの間は、チューブ配管を介して連通されている。
クランク角度センサ4は、電磁ピックアップなどからなり、エンジンのクランク軸の回転角度位置および各気筒の基準位置を示す所定角度間隔のパルス信号を生成し、これをクランク角度信号CAとしてECU1に入力する。
クランク角度信号CAは、ECU1内において、クランク角度の測定に用いられるとともに、エンジンの回転速度Neの算出にも寄与する。
したがって、クランク角度センサ4は、エンジンの回転速度Neを測定するための回転速度センサとしても機能する。
ECU1は、各種演算処理を実行するマイコン10と、各センサ2〜4に対して給電するセンサ電源11と、スロットル開度θ、吸気圧力Pbおよびクランク角度信号CAを取り込む入力インタフェース12、13、14とを備えている。
マイコン10は、スロットル開度θ、吸気圧力Pb、回転速度Neおよびクランク角度信号CAに基づく演算処理結果に応じて、インジェクタ5、イグニションコイル6および点火プラグ7を駆動して内燃機関を制御する。
また、ECU1内のマイコン10は、異常検出時に警告用LED8を駆動して異常発生状態を報知する。
すなわち、マイコン10は、吸気圧力センサ3の異常のみならず、エンジン全体の異常を検出する故障診断手段を含む。
マイコン10内の故障診断手段は、たとえば、吸気圧力Pbの変化に基づいて、吸気圧力センサ3とECU1との間の信号線の断線または短絡を検出するとともに、吸気圧力センサ3の配管のはずれ故障を検出する。
このとき、マイコン10内の故障診断手段は、内燃機関のアイドル状態において、内燃機関の1制御周期(1制御サイクル)における吸気圧力の変化量(後述する最大吸気圧力Pmaxと最小吸気圧力Pminとの差圧ΔP)が、スロットル開度θの全開状態に対応する所定変化量を示す場合に、吸気圧力センサ3の「配管はずれ故障状態」を判定するようになっている。
なお、スロットル開度θおよびクランク角度信号CA(回転速度Ne)は、後述するようにアイドル状態の検出にも寄与しており、スロットル開度センサ2およびクランク角度センサ4は、アイドル検出用のセンサとしても機能する。
また、他の各種センサとして、内燃機関のアイドル状態を検出するアイドルスイッチ(図示せず)をスロットル全閉位置の付近に配置してもよい。
次に、図1に示したこの発明の実施の形態1による基本動作について説明する。
まず、ECU1内のマイコン10は、スロットル開度センサ2から入力されるスロットル開度θを示す電圧信号と、吸気圧力センサ3から入力される吸気圧力Pbを示す電圧信号と、クランク角度センサ4から入力されるクランク角度信号CAと、他のセンサ(エアフローセンサ、冷却水温度センサなど)からの検出信号とに基づいて演算処理を実行し、エンジンの負荷状況、エンジンの回転速度Ne、クランク角度などの各種運転情報を取得する。
以下、マイコン10は、各種センサからの入力情報に基づきエンジン負荷状況やエンジン燃焼室の空気量を演算して運転状態を判定し、インジェクタ5の駆動タイミングおよび駆動時間を算出してインジェクタ5を駆動するとともに、イグニションコイル6の駆動タイミングを算出して、点火プラグ7による点火タイミングを制御する。
また、マイコン10内の故障診断手段は、各種センサからの入力信号やアクチュエータ(インジェクタ5およびイグニションコイル6などの出力装置)が故障状態にあると判定した場合には、警告用LED8を点灯駆動してユーザに報知し、必要に応じてエンジン保護動作および危険回避動作を行うことを促す。
図2は上記動作を示すタイミングチャートであり、V型2気筒エンジンのアイドル時(または、スロットル開度が低開度時)でのクランク角度信号CAと吸気圧力Pbとの関係を示している。
図2においては、クランク角度信号CAと各気筒#1、#2の吸気圧力Pb1、Pb2との関係が正常状態にある場合を示している。
図2において、インテークマニフォールドの吸気圧力Pb1、Pb2は、1制御サイクル(720°[CA])のうちの排気行程で最大吸気圧力Pmaxすなわち最小負圧(大気圧)となり、吸気行程で最小吸気圧力Pminすなわち最大負圧となる。
マイコン10内の故障診断手段は、1制御サイクル(720°[CA])内の最大吸気圧力Pmax(大気圧)と最小吸気圧力Pmin(最大負圧)とを記憶して、両者の差圧ΔP(=Pmax−Pmin)を計算し、差圧ΔPがあらかじめ設定した所定値(所定変化量)ΔPo以上を示す場合には正常状態と判定し、差圧ΔPが所定値ΔPo未満を示す場合には、吸気圧力センサ3の異常状態と判定する。
つまり、マイコン10は、吸気圧力センサ3からの吸気圧力Pbの計測値がほとんど変化しないことから、吸気圧力センサ3の「配管はずれ故障状態」を検出する。
ただし、エンジンの回転速度Neがアイドル回転速度よりも高い場合や、スロットル開度θが十分に開放している場合(アイドルスイッチのオフ状態)には、吸気圧力センサ3の測定値が変化せず、最大吸気圧力Pmaxと最小吸気圧力Pminとの差圧ΔPが小さくなるので、異常状態の誤判定を防止するために、故障判定の実行は禁止される。
図3はスロットル開度θが全開を示す場合のクランク角度信号CAと吸気圧力Pb1、Pb2との関係を示すタイミングチャートである。
図3において、各吸気圧力Pb1、Pb2は、制御サイクル内でほとんど一定値(大気圧に相当)を示している。
したがって、スロットル全開時には、吸気圧力Pbに基づいて吸気圧力センサ3の故障有無を判定することはできない。
図4は吸気圧力センサ3の「配管はずれ故障状態」が発生した場合のクランク角度信号CAと吸気圧力Pb1、Pb2との関係を示すタイミングチャートである。
図4において、「配管はずれ」が発生すると、吸気圧力Pb1、Pb2は、エンジン停止時またはスロットル全開時と同じ値(大気圧に相当)となる。
したがって、エンジンがアイドル状態(スロットル全閉、且つエンジン回転速度が定常運転時よりも低い状態)で配管はずれの故障判定を実行すれば、誤判定のない信頼性の高い故障判定を実現可能なことが分かる。
なお、吸気圧力センサ3は、複数(2個)の気筒の各吸気圧力Pb1、Pb2を個別に測定するための気筒と同数(2個)の吸気圧力センサを含み、故障診断は、複数の気筒ごとの吸気圧力Pb1、Pb2に基づいて、気筒ごとに個別に実行される。
次に、図5のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態1による故障診断動作について、さらに詳細に説明する。
図5において、マイコン10は、まず、最大吸気圧力Pmax、最小吸気圧力Pminの各値、およびその他の変数値の初期化処理を実行した後(ステップS100)、各種センサの検出情報(スロットル開度θ、吸気圧力Pb、クランク角度信号CAなど)を読み込み(ステップS101)、クランク角度信号CAから、1制御サイクルに相当するクランク角度(=720°)が経過したか否かを判定する(ステップS102)。
ステップS102において、720°[CA](1制御サイクル)が経過した(すなわち、YES)と判定されれば、後述するステップS107に移行する。
一方、ステップS102において、720°[CA](1制御サイクル)が経過していない(すなわち、NO)と判定されれば、続いて、今回検出された吸気圧力Pbの値が前回までの最大吸気圧力Pmaxよりも大きいか否かを判定する(ステップS103)。
ステップS103において、Pb>Pmax(すなわち、YES)と判定されれば、最大吸気圧力Pmaxを今回の吸気圧力Pbの値に更新して(ステップS104)、ステップS101に戻り、上記処理を繰り返し実行する。
一方、ステップS103において、Pb≦Pmax(すなわち、NO)と判定されれば、続いて、今回検出された吸気圧力Pbの値が前回までの最小吸気圧力Pminよりも小さいか否かを判定する(ステップS105)。
ステップS105において、Pb<Pmin(すなわち、YES)と判定されれば、最小吸気圧力Pminを今回の吸気圧力Pbの値に更新して(ステップS106)、ステップS101に戻り、上記処理を繰り返し実行する。
一方、ステップS105において、Pb≧Pmin(すなわち、NO)と判定されれば、直ちにステップS101に戻る。
上記処理ステップS101〜S106を繰り返し、吸気圧力センサ3からの検出値Pbと最大吸気圧力Pmaxおよび最小吸気圧力Pminの各値とを比較して、最大吸気圧力Pmaxおよび最小吸気圧力Pminの各値を更新する。
そして、ステップS102において、エンジンの1制御サイクル(720°)が経過した(すなわち、YES)と判定されれば、1制御サイクル間の最大吸気圧力Pmaxおよび最小吸気圧力Pminの各値の計測が終了したものと見なし、続いて、現在の回転速度Neが所定回転速度Neoよりも低いか否かを判定する(ステップS107)。
所定回転速度Neoは、吸気圧力Pbの変化量(差圧ΔP)に基づく故障判定を実行したときに、誤判定を生じない回転速度Neの範囲(アイドル回転速度範囲)の上限値に対応する。
ステップS107において、Ne≧Neo(すなわち、NO)と判定されれば、回転速度Neが、誤判定を生じ得る範囲の値であると見なし、故障判定処理を実行せずに、図5の処理フローを終了する。
一方、ステップS107において、Ne<Neo(すなわち、YES)と判定されれば、現在のエンジン回転速度Neが、吸気圧力Pbの変化量に基づく故障判定を実行可能な(誤判定を生じない)範囲内にあるものと見なし、続いて、現在のスロットル開度θが所定開度θoよりも小さいか否かを判定する(ステップS108)。
所定開度θoは、吸気圧力Pbの変化量に基づく故障判定を実行したときに、誤判定を生じないスロットル開度θの範囲の上限値に対応する。
ステップS108において、θ≧θo(すなわち、NO)と判定されれば、スロットル開度θが、誤判定を生じ得る範囲の値であると見なし、故障判定処理を実行せずに、図5の処理フローを終了する。
一方、ステップS108において、θ<θo(すなわち、YES)と判定されれば、現在のスロットル開度θが、吸気圧力Pbの変化量に基づく故障判定を実行可能な(誤判定を生じない)範囲内にあるものと見なし、以下のように、吸気圧力Pbの変化量に基づく故障判定を実行する。
すなわち、ステップS107およびS108はアイドル検出手段として機能しており、スロットル開度θの判定条件(ステップS107)と、回転速度Neの判定条件(ステップS108)との両方を満たした場合のみに、故障診断手段は、最大吸気圧力Pmaxと最小吸気圧力Pminとの差圧ΔP(=Pmax−Pmin)を算出し(ステップS109)、差圧ΔPが所定値ΔPoよりも小さいか否かを判定する(ステップS110)。
所定値ΔPoは、アイドル時における吸気圧力センサ3の「配管はずれ状態」に相当する差圧ΔPの上限値に対応するように、あらかじめ設定されている。
ステップS110において、ΔP<ΔPo(すなわち、YES)と判定されれば、吸気圧力Pbの変化がない「配管はずれ故障状態」と見なし、故障検出フラグを立てて(ステップS111)、図5の処理フローを終了する。
一方、ステップS110において、ΔP≧ΔPo(すなわち、NO)と判定されれば、吸気圧力Pbに変化がある(吸気圧力センサ3は正常状態)と見なし、故障検出フラグをクリアして正常検出状態に設定し(ステップS112)、図5の処理フローを終了する。
前述のように、エンジン運転中の回転速度Neおよびスロットル開度θがアイドル状態(または、低回転速度、低開度状態)を示す場合には、インテークマニフォールド内の吸気圧力Pbは、吸気行程では低下し、排気行程では、吸気バルブおよび排気バルブが閉成されていることから、最大吸気圧力Pmax(大気圧、または大気圧相当値)となる。
したがって、上記のように、エンジンの1制御サイクル内(720゜のクランク角度)での吸気圧力Pbの変化量(差圧ΔP)を検出することにより、吸気圧力センサ3の「配管はずれ故障状態」を検出することができる。
また、吸気圧力センサ3の配管はずれ故障を検出したときに、警告用LED8を駆動することによりユーザへの警告報知を行い、必要に応じて故障発生時の対処を促すことができる。
以上の説明では、吸気圧力センサ3の故障状態が判定された場合のマイコン10による具体的な対応処理について言及しなかったが、2気筒のうちの一方に対応する吸気圧力センサの故障状態が判定された場合には、他方の気筒に対応する正常な吸気圧力センサの検出情報に基づいてエンジン制御を継続させることが望ましい。
この場合、吸気圧力センサ3は、前述のように、複数(2個)の気筒の各吸気圧力Pb1、Pb2を個別に測定するための気筒と同数(2個)の吸気圧力センサを含む。
また、マイコン10は、2個の吸気圧力センサのうちのいずれかが異常と判定された場合には、正常と判定された吸気圧力センサからの吸気圧力を用いて、異常と判定された吸気圧力センサに対応する気筒を制御する。
すなわち、マイコン10は、故障判定処理(図5内のステップS109、S110)を実行した結果、吸気圧力センサ3の配管がはずれていると判定された場合、または、吸気圧力センサ3の信号線の断線や短絡が判定された場合には、故障判定された気筒に対応する吸気圧力センサの検出信号の使用を禁止し、正常値を示す他方の吸気圧力センサからの信号を使用してエンジン制御を継続する。
このように、複数の気筒ごとに取り付けられた複数の吸気圧力センサを有するエンジンシステムにおいて、一方の吸気圧力センサが故障した場合に、故障していない他方の吸気圧力センサからのセンサ信号を、故障した方のセンサ信号の値と見なして同一値を用いることにより、正常な吸気圧力センサを故障した吸気圧力センサの代用として、燃料噴射量、燃料噴射時期および点火時期の演算処理や、各気筒の行程判別処理および大気圧の推定処理などを実行することができ、一方の吸気圧力センサが故障しても、エンジン制御を継続することができる。
一般に、気筒ごとの複数の吸気圧力センサを有するエンジンシステムにおいては、各気筒の吸気圧力センサの検出値は、吸気および排気のレイアウトなどの要因によって互いに微妙に異なるので、各検出値の微妙な違いを使用して燃料量の最適化を実現することによりエンジン性能を効率的に引き出している。
このように、故障した吸気圧力センサの信号に他方の正常な吸気圧力センサの信号を代入することにより、気筒ごとの微妙な差による最適化を実現することはできないものの、エンジン性能を大きく低下させることなく、エンジンの運転を継続させることができる。
なお、上記実施の形態1では、2輪車用のV型2気筒エンジンに適用した場合について説明したが、チューブ配管を有する吸気圧力センサ3を用いたエンジンシステムであれば、他の多気筒エンジンに適用しても同等の作用効果を奏することは言うまでもない。
また、警告手段として警告用LED8を用いたが、ユーザに警告を報知して対処を促す手段であれば、他の表示手段または音声発生手段などを用いてもよい。
この発明の実施の形態1に係る内燃機関制御装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態1に係るV型2気筒エンジンの正常時の動作例を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態1に係るV型2気筒エンジンのスロットル全開時の動作例を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態1に係るV型2気筒エンジンにおいて配管はずれ故障が発生した場合の動作例を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態1に係る内燃機関制御装置の具体的な動作を示すフローチャートである。
符号の説明
1 ECU(制御ユニット)、2 スロットル開度センサ、3 吸気圧力センサ、4 クランク角度センサ、5 インジェクタ、6 イグニションコイル、7 点火プラグ、8 警告用LED、10 マイコン、CA クランク角度信号、Ne 回転速度、Pb、Pb1、Pb2 吸気圧力、Pmax 最大吸気圧力、Pmin 最小吸気圧力、θ スロットル開度、ΔP 差圧、ΔPo 所定値(所定変化量)、S107、S108 アイドル状態を判定するステップ(アイドル検出手段)、S109、S110 故障診断手段、S109 差圧を算出するステップ、S110 差圧を所定値と比較するステップ。

Claims (3)

  1. 内燃機関の吸気系に設けられたスロットルバルブのスロットル開度を測定するスロットル開度検出手段と、
    前記吸気系の吸気圧力を測定する吸気圧力検出手段と、
    前記内燃機関のクランク角度を測定するクランク角度検出手段と、
    前記内燃機関の回転速度を測定する回転速度検出手段と、
    前記スロットル開度、前記吸気圧力、前記回転速度および前記クランク角度に基づいて前記内燃機関を制御する制御ユニットと、
    前記内燃機関のアイドル状態を検出するアイドル検出手段とを備え、
    前記吸気圧力検出手段は、配管を介して前記吸気系に接続された吸気圧力センサを含み、
    前記制御ユニットは、前記吸気圧力検出手段の異常を検出する故障診断手段を含み、
    前記故障診断手段は、前記吸気圧力の変化に基づいて、前記吸気圧力センサと前記制御ユニットとの間の信号線の断線または短絡を検出するとともに、前記吸気圧力センサの配管のはずれ故障を検出する内燃機関制御装置において、
    前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
    前記吸気圧力検出手段は、前記複数の気筒の吸気および排気のレイアウトによって互いに異なる各吸気圧力を個別に測定するための前記気筒と同数の吸気圧力センサを含み、
    前記制御ユニットは、前記複数の吸気圧力センサのうちのいずれかが異常と判定された場合には、正常と判定された吸気圧力センサからの吸気圧力を用いて、前記異常と判定された吸気圧力センサに対応する気筒を制御し、
    前記故障診断手段は、前記内燃機関のアイドル状態において、前記内燃機関の1制御周期での排気行程における最大吸気圧力と、前記内燃機関の吸気行程における最小吸気圧力との差圧を算出し、前記差圧が、前記スロットル開度の全開状態に対応する所定値未満を示す場合に、前記複数の吸気圧力センサごとに、前記吸気圧力センサの配管のはずれ故障状態を判定することを特徴とする内燃機関制御装置。
  2. 前記内燃機関は、2輪車用のV型2気筒エンジンであることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関制御装置。
  3. 前記制御ユニットに接続された警告手段を備え、
    制御ユニットは、前記吸気圧力センサの配管のはずれ故障を検出した場合に、前記警告手段を駆動することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関制御装置。
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