JP6620594B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに配置されるノッキングセンサの異常を検出する電子制御装置に関する。

従来より、エンジンの振動を検出するノッキングセンサを用いてエンジンの点火時期制御が行われているが、ノッキングセンサに断線等の異常が生じるとノッキングの発生を検出できなくなる。以下、ノッキングセンサを「ノックセンサ」と称する。このノックセンサの異常を検出する技術として、例えば特許文献１に開示されているものがある。この技術では、エンジンサイクルにおいてノイズゲート期間を設定し、当該期間内でノックセンサより出力されるノック信号をノイズレベルとして検出する。そして、１サイクル中の各気筒のノイズレベルの内で最大値を求め、その最大値が異常判定値よりも小さい場合にノックセンサの異常を判定している。

特開２００９−１４４６８１号公報

ところで、エンジン制御用のＥＣＵ（Electronic Control Unit）には、ノックセンサの信号線だけでなく、その他のセンサやアクチュエータ等との接続を行うための信号線も併せて一纏めに束ねられた状態で配線が接続される。この場合、低コスト化を図る目的で、シールド線に比較してノイズ耐性が低いツイスト線等が用いられることが多い。すると、ノックセンサの信号線が断線した場合に断線部がアンテナ化することで、隣接する他の信号線から正常時よりもノイズレベルが高い電気ノイズが重畳されることがある。

特許文献１の技術では、正常時のノイズレベルよりも断線時のノイズレベルの方が小さくなることを前提に異常判定を行っているため、上記のようなケースでは、ノックセンサが正常な状態にあっても異常と誤判定する問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、断線時のノイズレベルが正常時のノイズレベルを上回る場合でも、ノッキングセンサの異常を適切に検出できる電子制御装置を提供することにある。

請求項１記載の電子制御装置によれば、演算装置は、内燃機関の上死点が経過した後の一定時間を、ノッキングが発生し得るノッキング発生区間として設定する。そして、ノッキング発生区間内におけるセンサ信号のレベルが第１異常判定値以下の場合はセンサ信号が入力される信号線が断線していると判定する。

また、演算装置は、センサ信号のレベルが第１異常判定値を上回る場合において、ノッキング発生区間外におけるセンサ信号のレベルが第１異常判定値よりも小さく設定されている第２異常判定値を上回り、且つ制御対象としているアクチュエータを駆動制御している期間内であれば、信号線が断線している状態でノイズが重畳されていると判定する。この場合、断線している信号線がアンテナとなり、アクチュエータの駆動信号がノイズとして拾われたことで信号入力異常が発生したと想定される。したがって、信号線の断線を検出できる。

請求項２記載の電子制御装置によれば、演算装置は、ノッキング発生区間外におけるセンサ信号のレベルが第２異常判定値を上回り、且つアクチュエータを駆動制御している期間外であれば、センサ信号が入力される信号線の断線とは異なる要因に基づくノイズの重畳が発生したと判定する。この場合、請求項１のケースとは異なる要因によることが明らかなので、その異なる要因に基づくノイズの重畳が発生したと判定できる。

第１実施形態であり、エンジン制御システムの概略構成を示す図 ＥＣＵの内部構成を概略的に示す機能ブロック図 区間Ｐの振動レベルＡを算出する処理を示すフローチャート ノック発生区間におけるセンサ信号波形を示す図 異常判定処理を示すフローチャート 振動レベルα，βを示す図 第２実施形態であり、異常判定処理を示すフローチャート ノック発生区間及び前記区間外におけるセンサ信号波形を示す図 第３実施形態であり、異常判定処理を示すフローチャート 第４実施形態であり、異常判定処理を示すフローチャート

（第１実施形態）
図１に示すように、エンジン１の吸気管２の最上流部には、エアクリーナ３が設けられている。エアクリーナ３の下流側には、モータ４によって開度調節されるスロットルバルブ５と、このスロットルバルブ５の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ６とが設けられている。エンジン１は内燃機関に相当する。

更に、スロットルバルブ５の下流側には、サージタンク７が設けられ、このサージタンク７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ８が設けられている。また、サージタンク７には、エンジン１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド９が設けられている。エンジン１の各気筒には、それぞれの筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０が取り付けられている。また、エンジン１のシリンダヘッドには、各気筒に点火プラグ１１が取り付けられており、各気筒内の混合気は、各気筒の点火プラグ１１の火花放電によって着火される。

一方、エンジン１の排気管１２には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ１３（空燃比センサ又は酸素センサ等）が設けられており、この排出ガスセンサ１３の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒１４が設けられている。

また、エンジン１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ１５や、ノッキングを検出するノックセンサ１６が取り付けられている。図示しないクランク軸の外周側には、クランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ１７が取り付けられ、このクランク角センサ１７の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。触媒１４の後段にもまた排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ１８が配置されている。

これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）２０に入力される。このＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」と表記する）を主体として構成され、内蔵された図示しないＲＯＭに記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射量、点火時期、スロットル開度等を制御する。ノックセンサ１６とＥＣＵ２０との間は信号線１９により接続されている。

図２に示すように、ＥＣＵ２０のインターフェイス回路２１に設けられているローパスフィルタ２２は、ノックセンサ１６からのセンサ信号に含まれている高周波成分を除去する。マイコン２３を構成するＡ／Ｄ変換部２４は、ＬＰＦ２２を介して入力される前記センサ信号をＡ／Ｄ変換し、変換したデータをＤＦＴ処理部２５及びＡ／Ｄピーク値算出部２６に入力する。

ＤＦＴ処理部２５は、入力されたデータを例えばＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタ処理してノック信号相当の周波数成分を抽出する。ピークホールド部２７は、フィルタ処理された周波数成分のピークレベルをホールドし、ホールドしたレベルをノック判定部２８に入力する。ノック判定部２８は、入力されたピークレベルとノック判定閾値とを比較してノック判定を行い、判定結果を出力する。

Ａ／Ｄピーク値算出部２６は、例えばＴＤＣ周期のような単位区間Ｐ毎のハイ側Ａ／Ｄピーク値とロー側Ａ／Ｄピーク値とを算出する。振動レベル算出部２９は、例えば前記２つのピーク値の差を求め、ノック信号の振動レベルを算出する。ノック信号異常検出部３０は、前記振動レベルからノック信号の異常を検出する。マイコン２３は演算装置に相当し、ＥＣＵ２０は電子制御装置に相当する。

図３に示すフローチャートのステップＳ１〜Ｓ４及び図４に示す波形図は、振動レベル算出部２９の上記処理内容に対応している。単位区間Ｐは、例えば圧縮上死点後；ＡＴＤＣ１０°ＣＡ〜ＡＴＤＣ９０°ＣＡ間のようにノックが発生し得る区間であるノック発生区間に設定する。

次に、本実施形態の作用について説明する。図５に示すように、ノック信号異常検出部３０は、ノック発生区間における振動レベルαを算出すると（Ｓ１１）、前記振動レベルαと異常判定値１とを比較する（Ｓ１２）。図６に示すように、振動レベルαは振幅のピークピーク値である。同図に示すように、ノックセンサ１６の正常時には、所定レベルよりも大きい振動レベルのノック信号が入力されるため、振動レベルαが異常判定値１を下回る場合は（ＮＯ）断線異常が発生していると判定する（Ｓ１７）。

一方、振動レベルαが異常判定値1よりも大きかった場合は（Ｓ１２；ＹＥＳ）、ノック発生区間とは別の区間、すなわちノック発生区間外における振動レベルβを算出する（Ｓ１３）。振動レベルβも振動レベルαと同様に、振幅のピークピーク値である。ノック発生区間外は、例えばＡＴＤＣ１００°ＣＡ〜ＡＴＤＣ１８０°ＣＡといった任意の区間に限定しても良い。

続くステップＳ１４では、振動レベルβと異常判定値２とを比較する。ここで、ノックセンサ１６及びノックセンサ信号線１９が正常であればノック発生区間外ではノッキングが発生しないので、振動レベルβは所定値よりも小さくなる。したがって、振動レベルβが異常判定値２よりも小さい場合は（ＮＯ）ノック信号は正常であると判定する（Ｓ１６）。一方、振動レベルβが異常判定値２よりも大きい場合は（Ｓ１４；ＹＥＳ）、ノックセンサ信号にノイズが重畳していると判定する（Ｓ１５）。尚、異常判定値１及び２については、第２実施形態の図８に示している。また、異常判定値２は閾値に相当し、異常判定値１よりも小さい値に設定される。

以上のように本実施形態によれば、マイコン２３は、エンジン１の上死点が経過した後の一定時間を、ノッキングが発生し得るノッキング発生区間として設定する。そして、ノッキング発生区間の経過後に、ノックセンサ１６より出力されるセンサ信号のレベルが所定の閾値を超えると信号入力異常を検出する。このように構成すれば、ノッキングが発生し得ない期間にセンサ信号のレベルが上昇したことを以って、ノックセンサ１６の信号入力異常を検出できる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図７に示すように、第２実施形態の異常検出処理は、図５に示すフローチャートのステップＳ１４で「ＹＥＳ」と判断するとステップＳ１８に移行し、異常判定要因の切り分けを行う。ステップＳ１８では、その時点が、ＥＣＵ２０が制御対象としているアクチュエータ，例えば電子スロットルやオルタネータ、スタータ等に対し、駆動信号を出力しているタイミングと同期しているか否かを判断する。

ここで図８に示すように、駆動信号の出力タイミングと同期している場合は（ＹＥＳ）ノックセンサ信号線１９が断線し、断線部がアンテナ化していることで、隣接する他の信号線から電気ノイズが重畳している状態による異常と判定する（Ｓ１９）。一方、駆動信号の出力タイミングと同期していない場合は（ＮＯ）、ノックセンサ信号線１９の断線とは別の要因によるノイズ重畳に基づく異常であると判定する（Ｓ２０）。

以上のように第２実施形態によれば、マイコン２３は、信号入力異常が、制御対象としているアクチュエータを駆動制御している期間内に検出されると、センサ信号が入力される信号線が断線していると判定する。この場合、断線している信号線１９がアンテナとなり、アクチュエータの駆動信号がノイズとして拾われたことで信号入力異常が発生したと想定される。したがって、信号線の断線を検出できる。

また、マイコン２３は、信号入力異常が、制御対象としているアクチュエータを駆動制御している期間外に検出されると、センサ信号が入力される信号線１９の断線とは異なる要因に基づくノイズの重畳が発生したと判定する。この場合、上記のケースとは異なる要因によることが明らかなので、その異なる要因に基づくノイズの重畳が発生したと判定できる。

（第３実施形態）
マイコン２３はノッキングを検出するため、ノックセンサ１６のセンサ信号電圧のＡ／Ｄ変換や、デジタルフィルタ処理を高速で処理する必要がある。しかし、上記実施形態のようにセンサ信号をノック発生区間外でも取り込むようにすると、マイコン２３の負荷が過大になってしまうことが考えられる。

そこで第３実施形態では、ステップＳ１３における処理区間を必要最低限とすることを考える。ステップＳ１８の振動レベル判定は、例えばモータ４のようなアクチュエータに対する駆動信号の出力タイミングにおけるセンサ信号を基に判定すれば良い。つまり、アクチュエータ駆動信号の出力タイミング外でのセンサ信号はステップＳ１８の処理には不要であるから、図９に示すステップＳ２１ではセンサ信号を、ノック発生区間外で且つノイズ源となるアクチュエータの駆動信号の出力タイミングに限定して取り込んで、振動レベルγを算出する。そして、振動レベルγに基づいてノイズの有無を判定する。

以上のように第３実施形態によれば、マイコン２３は、ノッキング発生区間の経過後に行うセンサ信号のサンプリングを、アクチュエータを駆動制御している期間内に行うようにした。これにより、マイコン２３の処理負荷を低減できる。

（第４実施形態）
第３実施形態では、ノイズ源となりうるアクチュエータの駆動信号の出力タイミングを基に断線によるノイズ重畳を判定した。しかし、各アクチュエータの駆動は、ＥＣＵ２０によりエンジン１の制御における適切なタイミングで行われるため、必ずしもノック発生区間外にアクチュエータが駆動されるとは限らない。したがって、ノック発生区間外におけるノイズ重畳異常判定の頻度が十分に確保できない可能性がある。

そこで第４実施形態では、図１０に示すステップＳ２３において、ノック発生区間外でノイズ重畳を検出することを目的として、ＥＣＵ２０が意図的にアクチュエータを駆動することで、異常判定頻度が一定以上となるように確保する。ここで、ステップＳ２３おけるアクチュエータの駆動タイミングは、通常のエンジン制御に悪影響を及ぼしてはいけないので、例えばアイドリングストップ中でエンジンが停止している際にＥＧＲバルブを駆動するなどでも良い。

以上のように第４実施形態によれば、ＥＣＵ２０は、ノッキング発生区間の経過後に、アクチュエータを駆動制御しながら並行してセンサ信号のサンプリングを行う。したがって、異常判定頻度を上昇させることができる。

本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
ノッキング発生区間を設定する上死点経過後の一定時間については、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。

１ エンジン、４ モータ、１６ ノッキングセンサ、１９ 信号線、２０ ＥＣＵ、２３ マイクロコンピュータ。

Claims (3)

1. ノッキングを検出するため内燃機関（１）に配置されるノッキングセンサ（１６）より出力されるセンサ信号に基づいてノッキング発生の有無を判定する演算装置（２３）を備え、
   前記演算装置は、前記内燃機関の上死点が経過した後の一定時間を、ノッキングが発生し得るノッキング発生区間として設定し、
   前記ノッキング発生区間内における前記センサ信号のレベルが第１異常判定値以下の場合は前記センサ信号が入力される信号線（１９）が断線していると判定し、
   前記センサ信号のレベルが前記第１異常判定値を上回る場合において、前記ノッキング発生区間外におけるセンサ信号のレベルが前記第１異常判定値よりも小さく設定されている第２異常判定値を上回り、且つ制御対象としているアクチュエータ（４）に対する駆動信号を制御している期間内であれば、前記信号線が断線している状態でノイズが重畳されていると判定する電子制御装置。
2. 前記演算装置は、前記ノッキング発生区間外におけるセンサ信号のレベルが前記第２異常判定値を上回り、且つ前記アクチュエータを駆動制御している期間外であれば、前記信号線の断線とは異なる要因に基づくノイズの重畳が発生したと判定する請求項１記載の電子制御装置。
3. 前記演算装置は、前記ノッキング発生区間外に行う前記センサ信号のサンプリングを、前記アクチュエータを駆動制御している期間内に限定して行う請求項１記載の電子制御装置。

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