JP6044262B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

特許文献１には、筒内圧センサを備えた内燃機関が開示されている。このような内燃機関で異常燃焼が起きた際、筒内圧センサが悪影響を受けることがある。悪影響を受けた筒内圧センサでは、出力に異常を生じることがある。特許文献１には、筒内圧センサの出力に異常が生じた場合、その異常を筒内圧センサの異常として検出する装置が開示されている。

特開平５−３２１７４７号公報 特開２００７−３０３２９４号公報

しかしながら、上記従来の装置では、出力に異常が生じるまで、筒内圧センサの異常を検出することができない。筒内圧センサの出力は、内燃機関の制御に用いられている。したがって、出力の異常は、内燃機関の制御に悪影響を与えることがある。これを予防するには、出力に異常が生じる以前の段階から筒内圧センサの状態を把握することが望まれる。しかし、上記従来の装置では、筒内圧センサの状態を把握することができなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、筒内圧センサの状態を把握することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の燃焼圧を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサの出力に基づいて、気筒ごとの燃焼行程における最大燃焼圧を検出する最大燃焼圧検出手段と、
前記最大燃焼圧に基づいて、気筒ごとの燃焼行程に破損指数を与える破損指数付与手段と、
前記破損指数を順次積算して積算破損指数とする破損指数積算手段と、
予め定められた一定距離に渡る前記破損指数の積算値を単位走行距離当りの積算破損指数とし、前記一定距離を走行するごとに前記単位走行距離当りの積算破損指数を算出する単位走行距離当り積算破損指数算出手段と、
最新の単位走行距離当りの積算破損指数の、その直前に算出された単位走行距離当りの積算破損指数に対する差分を算出する差分算出手段と、
判定値を記憶した判定値記憶手段と、
前記差分が前記判定値を超えているか否かを判定し、超えている場合に前記内燃機関における異常燃焼の発生頻度が急増していると判定する異常燃焼急増判定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の燃焼圧を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサの出力に基づいて、気筒ごとの燃焼行程における最大燃焼圧を検出する最大燃焼圧検出手段と、
前記最大燃焼圧に基づいて、気筒ごとの燃焼行程に破損指数を与える破損指数付与手段と、
前記破損指数を順次積算して積算破損指数とする破損指数積算手段と、
予め定められた一定距離に渡る前記破損指数の積算値を単位走行距離当りの積算破損指数とし、前記一定距離を走行するごとに前記単位走行距離当りの積算破損指数を算出する単位走行距離当り積算破損指数算出手段と、を備え、
前記単位走行距離当りの積算破損指数算出手段は、前記一定距離を走行するまで前記破損指数を順次積算し得られた暫定積算値を記憶する暫定積算値記憶手段を含み、
前記暫定積算値の、最新の単位走行距離当りの積算破損指数に対する差分を算出する差分算出手段と、
判定値を記憶した判定値記憶手段と、
前記差分が前記判定値を超えているか否かを判定し、超えている場合に前記内燃機関における異常燃焼の発生頻度が急増していると判定する異常燃焼急増判定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記差分が前記判定値を超えている場合に、前記内燃機関の異常を警報する内燃機関異常警報手段を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記差分が前記判定値を超えている場合に、前記内燃機関の高負荷運転が回避されるように前記内燃機関の制御値を変更する内燃機関制御値変更手段を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、積算破損指数を算出することで、毎回の燃焼行程が筒内圧センサに与えた影響により各気筒の筒内圧センサがどのような状態になっているのか、数値をもって把握することができる。第１の発明によれば、一定走行距離ごとに、異常燃焼の発生頻度が急増しているかどうかを判定することもできる。

第２の発明によれば、積算破損指数を算出することで、毎回の燃焼行程が筒内圧センサに与えた影響により各気筒の筒内圧センサがどのような状態になっているのか、数値をもって把握することができる。第２の発明によれば、暫定積算値が判定値を超えたそのときに、異常燃焼の発生頻度が急増していることも判定できる。このため、第２の発明によれば、異常燃焼の発生頻度の急増を早期に把握することができる。

第３の発明によれば、内燃機関の異常を警報することにより、車両の搭乗者に内燃機関で異常が起きていることを知らせることができる。

第４の発明によれば、内燃機関の制御値を変更することにより、内燃機関に異常が発生している状態で高負荷運転が行われ、内燃機関が故障してしまうのを防ぐことができる。

本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための概略構成図である。 本発明の実施の形態において、内燃機関の燃焼行程における燃焼圧の波形を示す図である。 本発明の実施の形態において、積算破損指数を気筒ごとに算出した図である。 本発明の実施の形態において、単位走行距離当りの積算破損指数の図である。 本発明の実施の形態において、ＥＣＵ１６が実行する異常判定ルーチンのフローチャートである。

実施の形態
[実施の形態のシステム構成]
図１は、本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための概略構成図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。通常、内燃機関は複数の気筒で構成されるが、図１には１つの気筒のみが描かれている。本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

内燃機関１０には、筒内圧（以下、燃焼圧という。）を検出するための筒内圧センサ１２が各気筒に取り付けられている。また、内燃機関１０には、点火プラグ１４が取り付けられている。内燃機関１０の制御系には、ＥＣＵ１６が設けられている。ＥＣＵ１６の入力部には、上述した筒内圧センサ１２が接続されている。また、ＥＣＵ１６の出力部には、上述した点火プラグ１４が接続されている。ＥＣＵ１６は、筒内圧センサ１２からの入力情報に基づいてプログラムを実行し、点火プラグ１４等の各種アクチュエーターを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。

[実施の形態における第１の特徴的処理]
ところで、内燃機関の燃焼行程では、プレイグニッション等の異常燃焼が起きることが知られている。異常燃焼が起きると正常燃焼に比べて高い燃焼圧が生じる。そして、異常燃焼は、筒内圧センサ１２に好ましくない影響を与えることが懸念される。このため、異常燃焼の燃焼圧が筒内圧センサ１２へ与える影響を把握することが望まれる。

そこで、本実施形態では、それぞれの燃焼圧の高さを基準にして、燃焼圧の階層化（レベル分け）を行う。そして、階層化した燃焼圧に対して、レベルに応じた数値を付与する。さらに、その数値を積算することにより、燃焼圧が筒内圧センサ１２へ及ぼす影響の蓄積具合を把握することとした。

図２は、内燃機関の燃焼行程における燃焼圧の波形を示す図である。図２に示す曲線１８は、正常燃焼の波形を示している。図２に示す曲線２０、２２、そして２４は、異常燃焼の波形を示している。波形のピークの丸印は、各燃焼圧における最大燃焼圧（以下、Ｐｍａｘという。）を示している。本実施の形態は、上述したそれぞれの燃焼をＰｍａｘの高さにより階層化する。具体的には図２に示すように、正常燃焼付近のＰｍａｘを示す異常燃焼または正常燃焼はレベル１に、レベル１より高いＰｍａｘを示す異常燃焼はレベル２に、そしてレベル２より高いＰｍａｘを示す異常燃焼はレベル３にそれぞれ階層化している。この手法をとることにより、それぞれの燃焼圧が筒内圧センサ１２に及ぼす影響のレベルを把握しやすくなる。

次に、階層化された燃焼に数値（以下、破損指数という。）が付与される。破損指数とは、それぞれの燃焼圧が筒内圧センサ１２に与える影響を数値化したものである。破損指数は、Ｐｍａｘのレベルが高いほど、破損指数に高い値が付与される。本実施の形態では、レベル１に０．２、レベル２に１、そしてレベル３に３とそれぞれ破損指数が設定されている。疲労限以下のストレスとなるＰｍａｘはカウントされない（レベル１以下）。このように、破損指数を付与することにより、燃焼圧の影響を数値化することができるようになる。さらに、本実施形態では、上記の破損指数が積算される。以下、これを積算破損指数と称すこととする。積算破損指数をとることにより、燃焼圧の影響がどの程度蓄積しているか把握することができる。

図３は積算破損指数を気筒ごとに算出した図である。図３に示すように、本実施形態では、積算破損指数は気筒ごとに積算される。このような手法によれば、筒内圧センサ１２の状態を気筒ごとに把握することができる。また、本実施形態では、図３に示すように、交換判断値が定められている。交換判断値とは、筒内圧センサ１２への疲労がある一定レベルに達して、交換が必要になったことを示すための値である。図３は、第１気筒（♯１気筒）の積算破損指数が交換判断値を超えた状態を示している。この場合、第１気筒の筒内圧センサ１２の交換が必要になったことが判断できる。このように、本実施形態によれば、積算破損指数に基づいて、筒内圧センサ１２の交換の必要性を気筒ごとに判断することができる。

[実施の形態における第２の特徴的処理]
ところで、上述したとおり、内燃機関１０の燃焼行程では異常燃焼が起きることがある。この異常燃焼は筒内圧センサ１２だけではなく、内燃機関１０の本体にも悪影響を及ぼすことが知られている。このため、内燃機関１０で異常燃焼が起きていることを早期に把握し、異常燃焼が起きている内燃機関１０を点検して、異常燃焼の原因を把握することが望まれる。

そこで、本実施形態では、上述した積算破損指数を一定間隔の走行距離で区切ることにより、単位走行距離当りの積算破損指数を算出する。そして、この単位走行距離当りの積算破損指数が急に増加したときに、内燃機関１０で異常燃焼が起きやすくなっていると判定することとした。

図４は、単位走行距離当りの積算破損指数の図である。単位走行距離当りの積算破損指数とは、上述した積算破損指数を単位走行距離（図４では１０００ｋｍ）ごとに分けて算出したものである。単位走行距離当りの積算破損指数を算出することにより、積算破損指数が増加する時期を把握することができる。また、本実施形態では、単位走行距離当りの積算破損指数に対して判定値を有している。判定値とは、内燃機関１０への疲労がある一定レベルに達して、点検が必要になったことを示すための値である。

図４は、５０００ｋｍから６０００ｋｍまで走行する間に、積算破損指数が急に増加した状態を示している。この場合、５０００ｋｍから６０００ｋｍまでの間に、内燃機関１０に何らかの異常が発生したと認識できる。そして、図４に示すように、この状態をさらに放置するとやがて故障にいたることが推定される。本実施形態では、５０００ｋｍから６０００ｋｍまでの間に異常燃焼が増加していることがわかるので、内燃機関１０が故障にいたる前に点検をする必要性を検知することができる。

［異常検出ルーチン］
図５は、本発明の実施の形態において、ＥＣＵ１６が実行する異常判定ルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンでは、まず、Ｓ１００において、ＥＣＵ１６はＰｍａｘを検出する。具体的には、１サイクルの燃焼中に筒内圧センサ１２によって検出された燃焼圧がＥＣＵ１６に入力される。次に、ＥＣＵ１６は、入力された１サイクルの燃焼圧からＰｍａｘを検出する。

その後、Ｓ１１０において、破損指数が算出される。具体的には、まず、ＥＣＵ１６は、上述した手法によりＰｍａｘの高さを基準にして燃焼を階層化する。ＥＣＵ１６は、階層化した燃焼に上述した０．２、１、そして３のいずれかの数値を付与することで破損指数を算出する。本ステップでは、さらに、破損指数を気筒ごとに積算することで、上述した積算破損指数を算出する。

本実施形態において、ＥＣＵ１６は第１のメモリー領域と第２のメモリー領域を備えている。Ｓ１１０で算出された積算破損指数は第１のメモリー領域に記憶されるものとする。

その後、Ｓ１２０において、積算破損指数が上述した交換判断値より低いか否かが判定される。積算破損指数が交換判断値より高い場合は、筒内圧センサ１２に異常が生じていると判定される。この場合、ＥＣＵ１６は、ＣＰＳ（筒内圧センサ１２）交換表示灯を点灯させる（Ｓ１３０）。この結果、車両の搭乗者は、筒内圧センサ１２の交換時期が到来したことを把握することができる。

その後、Ｓ１４０において、異常燃焼抑制制御が行われる。具体的には、空燃比のリッチ化、スロットルバルブの制限、動作線変更等の制御が行われる。この結果、異常燃焼が抑制され、筒内圧センサ１２が破損するのを抑制できる。以後、本ルーチンが繰り返し実行されることにより、異常燃焼抑制制御が継続される。また、実際に筒内圧センサ１２を交換したときに、第１のメモリー領域に記憶されている積算破損指数がリセットされる。

一方、上記Ｓ１２０において、積算破損指数が交換判断値より低いと判断された場合は、筒内圧センサ１２の交換の必要性が低いと判断される。この場合、続いて、単位走行距離当りの積算破損指数が算出される（Ｓ１５０）。具体的には、まず、ＥＣＵ１６は走行距離が１０００ｋｍの倍数かどうかを判断する。この判断が否定された場合は、上述した破損指数を、単位走行距離当りの積算破損指数の暫定値（以下、暫定積算値という。）として積算する。

Ｓ１５０で算出された暫定積算値は、ＥＣＵ１６の第２のメモリー領域に記憶される。このため、第１のメモリー領域に記憶されている積算破損指数がリセットされても、暫定積算値は第２のメモリー領域に記憶されている。

一方、Ｓ１５０において、走行距離が１０００ｋｍの倍数かどうかの判定が肯定された場合は、その時点で第２のメモリー領域に記憶されている暫定積算値を単位走行距離当りの積算破損指数として記憶する。さらに、この記憶が終わった際に、第２のメモリー領域の暫定積算値をリセットする。このような手法によれば、１０００ｋｍの倍数ごとの積算破損指数を単位走行距離当りの積算破損指数として記憶することができる。

また、本実施形態では、上記の処理によって記憶された最新の単位走行距離当りの積算破損指数を今回値と称すこととする。さらに、今回値の直前に記憶された単位走行距離当りの積算破損指数を前回値と称すこととする。そして、本ステップ（Ｓ１５０）の最後に、ＥＣＵ１６は、今回値と前回値との差分を算出する。

その後、Ｓ１６０において、その差分が上述した判定値より低いか否かが判定される。その差分が判定値より高い場合は、異常燃焼が急激に増加していると判定できる。このため、ＥＣＵ１６は、内燃機関の点検をするように信号を出力する。この信号は、エンジン点検表示灯を点灯させる（Ｓ１７０）。この結果、車両の搭乗者は、内燃機関１０の状態変化を精度よく早期に認識することができる。

その後、Ｓ１８０において、内燃機関１０の制御値を変更する。具体的には、内燃機関１０が異常燃焼により悪影響を受けるのを防止するために、高負荷運転の回避（スロットル制限、点火遅角）等の制御が行われる。この結果、内燃機関１０が悪影響を受けた際のドライバビリティ・エミッション・燃費の悪化を防ぐことができる。

一方、上記Ｓ１６０でその差分が判定値より低いと判断された場合は、内燃機関１０に異常がある可能性が低いと判断される。その後、本処理は繰り返される。

上述したルーチンでは、積算破損指数が交換判断値より高いと判断された場合、単位走行距離当りの積算破損指数の算出をスキップすることとしている。この場合、異常燃焼の急増が検知できない状態となる。これに対して、上述したルーチンは、積算破損指数が交換判断値より高いと判断された場合に、Ｓ１４０の後にＳ１５０以下の処理をするように変更しても良い。この場合、筒内圧センサ１２の異常判定と同時に異常燃焼の急増の判定を行うことができる。

また、上述したルーチンでは、単位走行距離当りの積算破損指数の差分を算出する際、最新の値である今回値と今回値の直前に記憶された前回値を使用している。この方法によると、積算破損指数が急増した場合に、１０００ｋｍ単位でしか異常を認識できない。これに対して上述したルーチンは、１０００ｋｍの倍数に到達するまで加算している暫定積算値と前回値との差分を算出しても良いものとする。この方法によると、差分が判定値を超えたそのときにエンジン点検表示灯が点灯する。このため、車両の搭乗者は、異常燃焼の急増を早期に認識することができる。

また、上述した実施の形態は、単位走行距離当りの積算破損指数を算出する際、走行距離を１０００ｋｍで区切ったが、これに限らず任意の走行距離で区切ることができる。

また、上述した実施の形態においては、階層化（レベル１、２、そして３）と破損指数（０．２、１、そして３）を上記の値としているが、これらは、この数値に限定されるものではない。すなわち、階層化は、３段階に限らずに任意の段階にレベル分けすることができる。また、破損指数は、高いＰｍａｘほど高い値を設定するというルールに従う限り、任意の数値を設定することができる。

尚、上述した実施の形態においては、筒内圧センサ１２が前記第１の発明による「筒内圧センサ」に相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ１６が、上記Ｓ１００を実行することにより前記第１の発明における「最大燃焼圧検出手段」が、上記Ｓ１１０を実行することにより前記第１の発明における「破損指数付与手段」が、上記Ｓ１１０を実行することにより前記第１の発明における「破損指数積算手段」が、上記Ｓ１５０を実行することにより前記第１の発明及び第２の発明における「単位走行距離当り積算破損指数算出手段」及び「差分算出手段」が、上記Ｓ１６０を実行することにより前記第１の発明及び第２の発明における「異常燃焼急増判定手段」が、Ｓ１７０を実行することにより前記第３の発明における「内燃機関異常警報手段」が、上記Ｓ１８０を実行することにより前記第４の発明における「内燃機関制御値変更手段」が実現されている。

尚、実施の形態において、上記Ｓ１６０において用いられる判定値が前記第１の発明及び第２の発明における「判定値」に対応している。

１０ 内燃機関
１２ 筒内圧センサ（ＣＰＳ）
１４ 点火プラグ
１６ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼圧を検出する筒内圧センサと、
   前記筒内圧センサの出力に基づいて、気筒ごとの燃焼行程における最大燃焼圧を検出する最大燃焼圧検出手段と、
   前記最大燃焼圧に基づいて、気筒ごとの燃焼行程に破損指数を与える破損指数付与手段と、
   前記破損指数を順次積算して積算破損指数とする破損指数積算手段と、
   予め定められた一定距離に渡る前記破損指数の積算値を単位走行距離当りの積算破損指数とし、前記一定距離を走行するごとに前記単位走行距離当りの積算破損指数を算出する単位走行距離当り積算破損指数算出手段と、
   最新の単位走行距離当りの積算破損指数の、その直前に算出された単位走行距離当りの積算破損指数に対する差分を算出する差分算出手段と、
   判定値を記憶した判定値記憶手段と、
   前記差分が前記判定値を超えているか否かを判定し、超えている場合に前記内燃機関における異常燃焼の発生頻度が急増していると判定する異常燃焼急増判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の燃焼圧を検出する筒内圧センサと、
   前記筒内圧センサの出力に基づいて、気筒ごとの燃焼行程における最大燃焼圧を検出する最大燃焼圧検出手段と、
   前記最大燃焼圧に基づいて、気筒ごとの燃焼行程に破損指数を与える破損指数付与手段と、
   前記破損指数を順次積算して積算破損指数とする破損指数積算手段と、
   予め定められた一定距離に渡る前記破損指数の積算値を単位走行距離当りの積算破損指数とし、前記一定距離を走行するごとに前記単位走行距離当りの積算破損指数を算出する単位走行距離当り積算破損指数算出手段と、を備え、
   前記単位走行距離当りの積算破損指数算出手段は、前記一定距離を走行するまで前記破損指数を順次積算し得られた暫定積算値を記憶する暫定積算値記憶手段を含み、
   前記暫定積算値の、最新の単位走行距離当りの積算破損指数に対する差分を算出する差分算出手段と、
   判定値を記憶した判定値記憶手段と、
   前記差分が前記判定値を超えているか否かを判定し、超えている場合に前記内燃機関における異常燃焼の発生頻度が急増していると判定する異常燃焼急増判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記差分が前記判定値を超えている場合に、前記内燃機関の異常を警報する内燃機関異常警報手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記差分が前記判定値を超えている場合に、前記内燃機関の高負荷運転が回避されるように前記内燃機関の制御値を変更する内燃機関制御値変更手段を備えることを特徴とする請求項１または３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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