JP6425599B2 - 診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の各検出部位にそれぞれ取付けられ、取り付けられた検出部位の動作に関する動作状態情報を検出する検出手段と、前記検出手段のそれぞれと信号線を介して接続され、前記信号線を介して前記検出手段それぞれから前記動作状態情報を取得するとともに、前記動作状態情報に基づいて点火装置の動作を制御する点火装置制御手段と、を備え、前記点火装置制御手段が、前記検出手段が検出した前記動作状態情報に基づいて、前記内燃機関の動作に支障のおそれがある異常を検知した場合に異常検知信号を出力するように構成された前記内燃機関の診断装置に関する。

内燃機関を用いた発電システムにおいて、発電システムの動作停止を伴うような重大故障時の原因追及は、一般的に困難である。特に、重大故障の中でも、点火装置の異常に起因する故障については、故障箇所の特定が難しく、場合によっては、故障時の対応として内燃機関を一式交換するなどの大掛かりな対応が必要となる。

内燃機関の故障時の原因を診断するための診断装置として、特許文献１には車両用の内燃機関に設けられた各種制御装置（ＥＣＵ）の動作電圧を取得し、動作電圧の変化から異常を診断する装置が開示されている。この装置は、他の制御装置との間の通信に異常が発生した時に、他の制御装置の動作電圧を取得するように構成されている。

特開２０１４−８４０８２号公報

ところで、発明者の鋭意研究の結果、発電システムに用いられる内燃機関において発生する故障のうち、点火装置の異常については、その主な発生原因が内燃機関の各部にそれぞれ設けられたセンサの不良によるものであるとの知見を得た。上述のように、現状では点火装置の異常が発生すると、故障時の対応にかかる費用や時間などのコストが嵩むため、点火装置異常の原因が特定できれば、必要箇所のメンテナンスのみで対応が済み、故障時の対応に係るコストを大きく抑えられる可能性がある。

しかしながら、現状では、内燃機関を用いた発電システムは、複数個あるセンサの信号が一の点火装置にまとめて取り入れられているため、どのセンサが不良であるかを判定することが困難である。また、特許文献１の診断装置は、車両用の内燃機関の異常を診断するものであり車両に設けられた制御装置（ＥＣＵ）の異常診断には適しているが、内燃機関に設けられた各センサの異常を個別に特定する目的で用いるには適しているとは言い難い。

そこで、本発明の目的は、内燃機関の重大故障時において、内燃機関に設けられた複数のセンサの状態を個別に確認可能とすることで、重大故障が発生した原因を診断可能とする診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る診断装置の特徴構成は、内燃機関の各検出部位にそれぞれ取付けられ、取り付けられた検出部位の動作に関する動作状態情報を検出する検出手段と、
前記検出手段のそれぞれと信号線を介して接続され、前記信号線を介して前記検出手段それぞれから前記動作状態情報を取得するとともに、前記動作状態情報に基づいて点火装置の動作を制御する点火装置制御手段と、を備え、
前記点火装置制御手段が、前記検出手段が検出した前記動作状態情報に基づいて、前記内燃機関の動作に支障のおそれがある異常を検知した場合に異常検知信号を出力するように構成された前記内燃機関の診断装置であって、
前記動作状態情報を記録可能に構成された記録手段と、
前記信号線のそれぞれに接続されるとともに、前記信号線から前記動作状態情報を取得し前記記録手段に記録可能に構成された記録制御手段と、を備え、
前記記録制御手段が、
前記点火装置制御手段と通信可能に構成され、
前記点火装置制御手段から出力された前記異常検知信号に基づいて、前記信号線から前記動作状態情報を取得し前記記録手段に記録するように構成された点にある。

上記特徴構成によれば、診断装置の記録制御手段は、各検出手段と点火装置制御手段とを接続する信号線から検出手段が検出した動作状態情報を取得可能に構成されるとともに、点火装置制御手段から出力された異常検知信号に基づいて、動作状態情報を記録手段に記録する。すなわち、診断装置の記録手段には、内燃機関の動作に支障のおそれがある異常が検知された時点における、各検出手段によって検出された動作状態情報が記録される。よって、記録手段に記録された動作状態情報を調べることで、各検出部位の故障の有無を確認することができ、故障箇所の特定が行い易くなる。すなわち、重大故障が発生した原因を診断可能とする診断装置を提供することができる。

加えて、記録制御手段は、各検出手段と点火装置制御手段とを接続する信号線から動作状態情報を取得することから、各検出手段と点火装置制御手段との間で通信に障害が発生した場合であっても、各検出手段からの動作状態情報を取得することができ、例えば、取得した動作状態情報に異常がなければ、各検出手段と点火装置制御手段との間の通信線に不具合が発生していると診断することが可能となる。すなわち、検出手段の故障に加えて、各検出手段と点火装置制御手段とを接続する通信線の故障をも診断することができる。

さらなる特徴構成は、前記記録制御手段が、前記点火装置制御手段による前記異常検知信号の出力開始時に発生するチャタリング信号の入力を受けた時に、所定期間、前記信号線から前記動作状態情報を取得し前記記録手段に記録する点にある。

上記特徴構成によれば、記録制御手段に異常検知信号が入力され終わるより前に、動作状態情報の記録を開始することができる。すなわち、内燃機関の動作に支障のおそれがある異常が検知された際に迅速に動作状態情報の記録開始することができ、異常検知信号の入力を受けて記録を開始する場合に比べて、より多くの動作状態情報が記録されることから、各検出部位の故障の有無をより正確に確認することができる。

また、別の特徴構成は、前記点火装置制御手段と同一の電力源から電力供給され作動するように構成された点にある。

上記特徴構成によれば、電力の供給系統に問題が生じない限り、点火装置制御手段に電力が供給されている場合には、診断装置にも電力が供給される。よって、別の電力源から診断装置に電力供給される場合に比べて、点火装置制御手段が作動しているにもかかわらず診断装置が電力不足で作動しないといった問題の発生を抑えることができ、動作状態情報の記録動作の安定性を確保することができる。

さらに、別の特徴構成は、前記記録手段が、揮発性媒体からなる第１記録手段と、不揮発性媒体からなる第２記録手段とからなり、
前記記録制御手段が、
所定期間、前記信号線から前記動作状態情報を取得し前記第１記録手段に記録する第１記録動作と、
当該第１記録動作の後に前記第１記録手段に記録された前記動作状態情報を前記第２記録手段に転記する第２記録動作と、を実行するように構成された点にある。

上記特徴構成によれば、動作状態情報を逐次記録する際に用いる第１記録手段を揮発性媒体としながら、不揮発性媒体の第２記録手段に動作状態情報を記録する。これにより、第２記録手段に所定期間の間、逐次記録し続けることを避けることができ、揮発性媒体に比べ、読み書き回数に制限のある不揮発性媒体である第２記録手段の寿命が短くなることを抑えることができる。

また、前記検出手段が、前記動作状態情報として点火装置の制御に関わる物理量を検出するセンサであると好適である。

診断装置の概略図 重故障検知信号発生時の一例を示す図 重故障検知信号発生時の一例を示す図 重故障検知信号発生時の一例を示す図

以下では本発明に係る診断装置２を、図１を用いて説明する。本発明に係る診断装置２は、内燃機関１の点火装置１３の異常を診断するために用いられる。以下では、まず、診断装置２が対象とする内燃機関１について説明する。

１．内燃機関の構成
本実施形態においては、診断装置２を、発電システムに用いられる内燃機関１を対象として用いる場合の例を示す。発電システムとして、例えば、家庭用のコージェネレーションシステムを用いることができる。

内燃機関１には、内燃機関１内の燃焼室（不図示）に供給される混合気に点火するための点火装置１３が設けられる。内燃機関１には、点火装置１３を制御するための点火装置制御手段１２、及び内燃機関１内の各部における各種動作状態情報ｉを検出する検出手段１０が備えられる。

検出手段１０は、内燃機関１の各検出部位にそれぞれ取付けられ、取り付けられた検出部位の動作に関する動作状態情報ｉを検出する。より詳しくは、検出手段１０は、動作状態情報ｉとして、各種の速度（角速度）や電圧、圧力など、点火装置１３の制御に関わる物理量を検出するセンサである。具体的には、内燃機関１に設けられたカム軸やクランク軸の角速度を検出するための回転角センサや、クランク軸に設けられたクランクポジションセンサなどが用いられる。

点火装置制御手段１２は、内燃機関１内に設けられた複数の検出手段１０のそれぞれと信号線１１を介して接続される。点火装置制御手段１２は、信号線１１を介して検出手段１０それぞれから動作状態情報ｉを取得するとともに、取得した動作状態情報ｉに基づいて点火装置１３の動作を制御する。具体的には、点火装置制御手段１２として点火装置１３を制御するためのシーケンサが用いられる。検出手段１０と点火装置１３とは信号線１１で接続され、検出手段１０により検出された動作状態情報ｉがリアルタイムに点火装置制御手段１２に出力される。

点火装置制御手段１２は、検出手段１０が検出した動作状態情報ｉに基づいて、異常の発生の有無を判定するとともに、点火装置１３の動作を制御する。より詳しくは、点火装置制御手段１２は、検出手段１０から入力された動作状態情報ｉに基づいて、内燃機関１における異常の有無を判定し、異常がないと判定した場合には、点火装置１３を通常動作させる。

一方、例えば、入力された動作状態情報ｉの値が正常値から大きく異なるなどの理由によって、内燃機関１において異常が発生していると判定された場合には、さらに、発生した異常の重度が判定される。具体的には、内燃機関１の動作に支障がない程度の軽微な異常（軽故障）であると判定された場合は、軽故障検知信号を出力し、点火装置１３を通常動作させる。また、内燃機関１の動作に支障のおそれがある異常（重故障）であると判定された場合には、点火装置制御手段１２は重故障検知信号ｅを出力し、点火装置１３の動作を停止する。

ここで、重故障検知信号ｅが「異常検知信号」に相当する。なお、軽故障か重故障かの判定は、あらかじめ点火装置制御手段１２に判定条件が組み込まれる。例えば、あらかじめ点火装置制御手段１２に、各検出手段１０の動作状態情報ｉについて異常が発生した場合に軽故障と判定するか重故障と判定するかを記憶させることで、判定される。

具体的には、重故障検知信号ｅが出力される判定条件としては、点火装置１３の点火タイミングを調整するためのイグニッショントリガに設けられたピックアップセンサ（検出手段１０）の出力が正常な範囲を越えていることや、カム軸やクランク軸の回転角センサ（検出手段１０）の出力が正常な範囲を越えている（過速度である）こと、燃焼室内に設けられた圧力センサ（検出手段１０）の出力が正常な範囲から外れていること、などが設定される。

本実施形態においては、点火装置制御手段１２による重故障検知信号ｅの出力開始時にはチャタリング信号ｃが発生する。

２．診断装置の構成
診断装置２は、動作状態情報ｉを記録可能に構成された記録手段２０と、検出手段１０から出力される動作状態情報ｉを記録手段２０に記録するための記録制御手段２１が備えられる。

記録手段２０は、揮発性媒体からなる第１記録手段２０ａと、不揮発性媒体からなる第２記録手段２０ｂとからなる。具体的には、第１記録手段２０ａとして頻繁に読み書きを行うことに適した媒体、具体的にはＤＲＡＭなどの揮発性メモリを用いる。第１記録手段２０ａは、所定期間Ｔの間、連続して動作状態情報ｉの記録（具体的には、５００ｍｓ間の記録）を行うために必要な容量を備える。より具体的には、所定期間Ｔの間、設定されたサンプリング周期で動作状態情報ｉを書き込み続けられるだけの容量を備える。

第２記録手段２０ｂとしては、メモリカードなど診断装置２に対して挿脱自在に構成され、可搬性を備えた不揮発性メモリを用いる。第２記録手段２０ｂには、複数回の動作状態情報ｉの記録を保持できる程度の記憶容量が設けられる。このような構成とすることで、
診断装置２から第２記録手段２０ｂを取り外し、診断装置２が設けられた場所とは別の場所において、第２記録手段２０ｂに記録された動作状態情報ｉを元に故障原因を解析することが可能となる。

記録制御手段２１は、演算装置及び記憶装置からなり、内燃機関１との通信や、記録手段２０（第１記録手段２０ａ及び第２記録手段２０ｂ）の制御を行う。具体的には、信号線１１を介して動作状態情報ｉを取得し、取得した動作状態情報ｉを記録手段２０に記録可能に構成される。記録制御手段２１は、内燃機関１に設けられた信号線１１から分岐した信号引込線２２によって、信号線１１のそれぞれと接続される。このような構成により、検出手段１０から出力された動作状態情報ｉが、点火装置制御手段１２を介さず、直接記録制御手段２１に入力される。

さらに、記録制御手段２１は、点火装置制御手段１２と通信可能に構成される。より詳しくは、点火装置制御手段１２と記録制御手段２１とを接続する通信線２３が設けられ、記録制御手段２１には、通信線２３を介して点火装置制御手段１２が出力する重故障検知信号ｅなどの各種信号が入力される。

本実施形態において、診断装置２は、点火装置制御手段１２を駆動させる電力源と同一の電力源から電力供給され作動する。具体的には、点火装置制御手段１２に電力を供給する電力線３を分岐させることで、診断装置２に電力供給が行われる。このような構成により、点火装置制御手段１２が動作しているにも関わらず、電力トラブルなどにより診断装置２のみが動作しないといった問題が起きることを抑え、記録動作の安定性を向上させている。

３．診断装置の動作
診断装置２の記録制御手段２１は、点火装置制御手段１２から出力された重故障検知信号ｅに基づいて、信号線１１から動作状態情報ｉを取得し記録手段２０に記録する。より詳しくは、記録制御手段２１が、点火装置制御手段１２による重故障検知信号ｅの出力開始時に発生するチャタリング信号ｃの入力を受けた時に、所定期間Ｔ、信号線１１から動作状態情報ｉを取得し記録手段２０に記録する。

ここで、動作状態情報ｉの記録を行う所定期間Ｔとしては５００ｍｓが設定される。チャタリング信号ｃの入力を受けた時に、記録を開始することで、重故障検知信号ｅが記録制御手段２１に入力され終わるよりも早く記録を開始することができる。具体的には、１００ｍｓ早く記録を開始することができる。

記録制御手段２１が、チャタリング信号ｃの入力を受けてから、動作状態情報ｉを記録手段２０に記録するまでの動作についてより詳しく説明する。

まず、記録制御手段２１は、所定期間Ｔ、信号線１１から信号引込線２２を介して動作状態情報ｉを取得し、第１記録手段２０ａに記録する第１記録動作を実行する。検出手段１０から出力される動作状態情報ｉはアナログ信号のため、記録制御手段２１ではあらかじめ設定されたサンプリング周期で、デジタルデータに変換して取得する。サンプリング周期は、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの間で可変可能に構成される。第１記録手段２０ａには、所定期間Ｔの間に、所定期間Ｔ／サンプリング周期の回数、動作状態情報ｉが書き込まれる。

次に、記録制御手段２１は、第１記録動作の後に、第１記録手段２０ａに記録された所定期間Ｔ分の動作状態情報ｉを第２記録手段２０ｂに転記する第２記録動作を実行する。記録制御手段２１は、第２記録手段２０ｂに動作状態情報ｉを転記する際に、必要に応じてＣＳＶ形式またはバイナリ形式に変換して記録する。このような構成とすることで、第１記録手段２０ａに対して、動作状態情報ｉの記録を行う所定期間Ｔは記録制御手段２１の処理負荷を抑え動作状態情報ｉの取りこぼしを抑えながら、第２記録手段２０ｂには後処理の容易な形式で動作状態情報ｉを記録することができる。

診断装置２による動作状態情報ｉの記録例を図２〜図４を用いて説明する。図２〜図４は、重故障検知信号ｅが発生した前後において検出手段１０が検出した動作状態情報ｉの時系列変化を示している。

図２中、Ａはカム軸に設けられたピックアップセンサ（検出手段１０）が検出した動作状態情報ｉを、Ｂはクランク軸に設けられたピックアップセンサ（検出手段１０）が検出した動作状態情報ｉを示している。この例では、通常ＡとＢとは同じタイミングでそれぞれ１つのシグナルが発生するところ、−３００ｍｓのタイミングにおいて、Ａのシグナルが２回発生している。これに起因して、点火装置制御手段１２が重故障検知信号ｅを出力する。この場合、点火装置制御手段１２は、Ａの動作状態情報ｉが２回発生した直後である−２９６ｍｓ付近に、記録制御手段２１へと重故障検知信号ｅを出力し、記録制御手段２１は、重故障検知信号ｅの出力に伴い発生するチャタリング信号ｃを受信した時点で動作状態情報ｉの記録を開始する。具体的には、図中、所定期間Ｔの範囲で動作状態情報ｉが記録される。

また別の例として、図３では、Ａはカム軸に設けられたピックアップセンサ（検出手段１０）が検出した動作状態情報ｉを、Ｂはクランク軸に設けられたピックアップセンサ（検出手段１０）が検出した動作状態情報ｉを示している。この例では、本来、Ａにおいて大きなシグナルが発生するタイミングである７９０ｍｓ付近において、シグナルが発生していない。これに起因して、記録制御手段２１が重故障検知信号ｅを出力する。この場合、図中、７９０ｍｓ直後から所定期間Ｔの範囲で動作状態情報ｉが記録される。

さらに別の例として、図４では、Ｃは、検出手段１０としてのイグニッショントリガに設けられたピックアップセンサ（検出手段１０）が検出した動作状態情報ｉを、Ｂはクランク軸に設けられたピックアップセンサ（検出手段１０）が検出した動作状態情報ｉを示している。この例では、本来、Ｃにおいてシグナルが発生するタイミングである４５０ｍｓ付近において、シグナルが発生していない。これに起因して、記録制御手段２１が重故障検知信号ｅを出力する。この場合、図中、４５０ｍｓ直後から所定期間Ｔの範囲で動作状態情報ｉが記録される。

以上のように、内燃機関１の動作に支障のおそれがある重故障が発生した場合には、点火装置制御手段１２が重故障検知信号ｅを出力することで、診断装置２の記録制御手段２１が即座に各検出手段１０が出力する動作状態情報ｉを記録し始める。よって、記録手段２０に記録された動作状態情報ｉを調べることで、検出手段１０が設けられた各検出部位の故障の有無を確認することができ、故障箇所の特定が行い易くなる。すなわち、重大故障が発生した原因を診断可能とする診断装置２を提供できる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態においては、記録制御手段２１は、チャタリング信号ｃの入力がされた時に記録を開始する場合の一例を示したが、重故障検知信号ｅの入力を確認した後、記録を開始する構成としても構わない。

（２）上記実施形態においては、診断装置２が点火装置制御手段１２と同一の電力源を用いる場合の一例を示したが、診断装置２が点火装置制御手段１２とは異なる電力源を用いても構わない。

（３）上記実施形態においては、記録手段２０が第１記録手段２０ａと第２記録手段２０ｂとからなる場合の一例を示したが、記録手段２０が第２記録手段２０ｂのみからなる構成としても構わない。この場合、記録制御手段２１は、動作状態情報ｉの記録を第２記録手段２０ｂに対して逐次行うように構成すると良い。

１ ：内燃機関
２ ：診断装置
１０ ：検出手段
１１ ：信号線
１２ ：点火装置制御手段
１３ ：点火装置
２０ ：記録手段
２０ａ ：第１記録手段
２０ｂ ：第２記録手段
２１ ：記録制御手段
Ｔ ：所定期間
ｃ ：チャタリング信号
ｅ ：重故障検知信号（異常検知信号）
ｉ ：動作状態情報

Claims (5)

1. 内燃機関の各検出部位にそれぞれ取付けられ、取り付けられた検出部位の動作に関する動作状態情報を検出する検出手段と、
   前記検出手段のそれぞれと信号線を介して接続され、前記信号線を介して前記検出手段それぞれから前記動作状態情報を取得するとともに、前記動作状態情報に基づいて点火装置の動作を制御する点火装置制御手段と、を備え、
   前記点火装置制御手段が、前記検出手段が検出した前記動作状態情報に基づいて、前記内燃機関の動作に支障のおそれがある異常を検知した場合に異常検知信号を出力するように構成された前記内燃機関の診断装置であって、
   前記動作状態情報を記録可能に構成された記録手段と、
   前記信号線のそれぞれに接続されるとともに、前記信号線から前記動作状態情報を取得し前記記録手段に記録可能に構成された記録制御手段と、を備え、
   前記記録制御手段が、
   前記点火装置制御手段と通信可能に構成され、
   前記点火装置制御手段から出力された前記異常検知信号に基づいて、前記信号線から前記動作状態情報を取得し前記記録手段に記録するように構成された診断装置。
2. 前記記録制御手段が、前記点火装置制御手段による前記異常検知信号の出力開始時に発生するチャタリング信号の入力を受けた時に、所定期間、前記信号線から前記動作状態情報を取得し前記記録手段に記録する請求項１に記載の診断装置。
3. 前記点火装置制御手段と同一の電力源から電力供給され作動するように構成された請求項１又は２に記載の診断装置。
4. 前記記録手段が、揮発性媒体からなる第１記録手段と、不揮発性媒体からなる第２記録手段とからなり、
   前記記録制御手段が、
   所定期間、前記信号線から前記動作状態情報を取得し前記第１記録手段に記録する第１記録動作と、
   当該第１記録動作の後に前記第１記録手段に記録された前記動作状態情報を前記第２記録手段に転記する第２記録動作と、を実行するように構成された請求項１〜３の何れか一項に記載の診断装置。
5. 前記検出手段が、前記動作状態情報として点火装置の制御に関わる物理量を検出するセンサである請求項１〜４の何れか一項に記載の診断装置。

Images