JP6874295B2 - 異常検出装置、異常検出方法及び異常検出システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの異常を検出する異常検出装置、異常検出方法及び異常検出システムに関する。

従来、複数の気筒を有する車両のエンジンにおいて、気筒間のばらつきの影響を軽減するために、各気筒における燃料噴射量を補正する技術が知られている。特許文献１は、各気筒の燃料噴射量の補正量と初期補正量との偏差が所定の範囲を超えた場合に、異常が発生したと判定する装置が開示されている。

特開平９−１７７５８７号公報

燃料噴射量の補正量は、さまざまな要因によって変動する。したがって、従来の技術のように、使用されている補正量と初期補正量との偏差が所定の範囲を超えたことによって異常が発生したと判定してしまうと、補正量の変動が一時的なものであり、異常が発生していないにもかかわらず、異常が発生したと誤判定してしまう場合があるという問題が生じていた。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、燃料噴射量の補正量に基づく気筒の異常検出精度を向上させることができる異常検出装置、異常検出方法及び異常検出システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の異常検出装置は、車両に搭載された複数の気筒を有するエンジンの異常を検出する異常検出装置であって、前記エンジンが所定の状態である間の前記複数の気筒それぞれの燃料噴射量の補正量を取得する取得部と、前記取得部が取得した複数の前記補正量を前記気筒のそれぞれに関連付けて時系列に記憶する記憶部と、前記複数の補正量の変化パターンに基づいて、前記複数の気筒のいずれかに異常が発生したか否かを判定する判定部と、を有する。

前記判定部は、例えば、前記補正量が所定の期間内に所定の回数以上にわたって所定の上限値以上又は下限値以下である場合に、当該補正量に対応する前記気筒に異常が発生したと判定する。

前記判定部は、前記エンジンが起動してから停止するまでの期間内のアイドル状態における前記補正量の最大値又は最小値を前記上限値又は前記下限値と比較することにより、異常が発生したか否かを判定してもよい。

前記判定部は、複数の前記期間内の複数の前記最大値又は最小値を前記上限値又は前記下限値と比較することにより、異常が発生したか否かを判定してもよい。

前記判定部は、複数の前記補正量の変化状態に基づいて、前記最大値及び前記最小値を推定し、推定した前記最大値及び前記最小値に基づいて、異常が発生したか否かを判定してもよい。

本発明の第２の態様の異常検出方法は、車両に搭載された複数の気筒を有するエンジンの異常を検出する方法であって、前記エンジンが所定の状態である間の前記複数の気筒それぞれの燃料噴射量の補正量を取得するステップと、前記取得部が取得した複数の前記補正量を、前記補正量が用いられた時刻に関連付けて記憶部に記憶させるステップと、複数の時刻に対応する前記複数の補正量を基準値と比較することにより、前記複数の気筒のいずれかに異常が発生したか否かを判定するステップと、を有する。

本発明の第３の態様の異常検出システムは、車両に搭載されたエンジンと、前記エンジンの異常を検出する異常検出装置と、を備える異常検出システムであって、前記エンジンは、複数の気筒それぞれの燃料噴射量を補正する制御部と、前記燃料噴射量の補正量を示す補正量データを、無線通信回線を介して前記異常検出装置に送信する通信部と、を有し、前記異常検出装置は、前記エンジンが所定の状態である間の前記複数の気筒それぞれに対応する前記補正量データを取得する取得部と、前記取得部が取得した複数の前記補正量を前記気筒のそれぞれに関連付けて時系列に記憶する記憶部と、前記複数の補正量の変化パターンに基づいて、前記複数の気筒のいずれかに異常が発生したか否かを判定する判定部と、を有する。

本発明によれば、燃料噴射量の補正量に基づく気筒の異常検出精度を向上させることができるという効果を奏する。

本実施形態に係る異常検出システムの構成を示す図である。 本実施形態に係る車両のエンジン系の構成を示す図である。 エンジンを起動してからの補正量の変化の様子を示す模式図である。 異常検出装置の構成を示す図である。 判定部が、異常が発生したと判定する方法について説明するための図である。 異常検出装置が気筒の異常を検出する動作のフローチャートである。

図１は、本実施形態に係る異常検出システムＳの構成を示す図である。異常検出システムＳは、異常検出装置１と車両Ｔとが連動して車両Ｔの異常を検出するシステムである。異常検出装置１は、各種の車両Ｔの状態を示すデータを収集するデータ収集センターＣに設置されている。異常検出装置１は、無線通信回線を介して複数の車両Ｔと接続されており、それぞれの車両Ｔから所定の時間間隔で、車両Ｔの状態を示すデータを受信する。異常検出装置１は、車両Ｔから受信した各種のデータに基づいて車両Ｔの異常を検出する。

異常検出装置１は、ネットワーク（例えばインターネット）を介して、車両Ｔを管理する管理基地局Ｍに設置されたコンピュータと接続されている。管理基地局Ｍは、例えば車両Ｔを所有する会社や車両Ｔを整備する会社である。管理基地局Ｍの社員は、異常検出装置１から車両Ｔに異常が発生したことの通知を受けると、車両Ｔの運転者に異常が発生していることを通知したり、車両Ｔの整備を行ったりすることで、重大な事故を未然に防ぐことができる。

異常検出システムＳは、車両Ｔの各気筒の燃料噴射量の補正値に基づいて、異常が発生している気筒を特定することができる。まず、車両Ｔが有する気筒を含むエンジン系の構成について説明する。

［エンジン系２の構成］
図２は、本実施形態に係る車両Ｔのエンジン系２の構成を示す図である。本実施形態のエンジン系２は、多気筒（本実施形態では４気筒）のディーゼルエンジンを有する。エンジン系２は、エンジン２１と、エンジン２１に接続されている吸気通路２２及び排気通路２３と、コモンレール２４と、４つの気筒２５（２５ａ〜２５ｄ）と、燃料噴射弁（インジェクタ）２６と、筒内圧センサ２７と、クランク角センサ２８と、制御部として機能するＥＣＵ（Electronic Control Unit）２９と、通信部３０とを有する。

コモンレール２４は、燃料噴射弁２６から各気筒２５に噴射される燃料を高圧状態で貯留する。
気筒２５には、各気筒２５を識別するための気筒番号が割り振られている。気筒２５ａ〜気筒２５ｄには、それぞれ０１〜０４の気筒番号が割り振られている。

燃料噴射弁２６及び筒内圧センサ２７は、それぞれの気筒２５に対して設けられている。燃料噴射弁２６は、ＥＣＵ２９の制御に基づいて定められた量の燃料を気筒２５内に噴射する。筒内圧センサ２７は、気筒２５の内部の圧力すなわち筒内圧を検出し、検出した筒内圧をＥＣＵ２９に通知する。クランク角センサ２８は、クランクシャフトの回転角及びエンジンの回転数を検出し、検出した回転数をＥＣＵ２９に通知する。

ＥＣＵ２９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備えている。ＥＣＵ２９は、各気筒２５の燃料噴射弁２６から噴射される燃料量を制御する。また、ＥＣＵ２９は、気筒２５間の回転変動のばらつきや燃焼状態のばらつきを低減するために、エンジン運転状態に基づいて定まる燃料噴射量を補正する。

具体的には、ＥＣＵ２９は、アクセル開度に対応して予め定められたエンジン回転数と燃料噴射量との関係に基づいて、クランク角センサ２８が検出したエンジン回転数に対応する燃料噴射量を決定する。この際、ＥＣＵ２９は、各気筒２５の回転変動のばらつき量を検出し、回転変動のばらつき量に基づいて、各気筒２５の燃料噴射量を補正する。ただし、ＥＣＵ２９が燃料噴射量を補正できる量には上限値及び下限値があり、上限値又は下限値を超える補正が必要な場合、補正量は上限値又は下限値に設定される。

ＥＣＵ２９は、エンジン２１を起動してから停止するまでの間において、エンジン２１がアイドル状態である間の各気筒２５の補正量の最大値又は最小値を、気筒番号に関連付けてＲＡＭに記憶させる。ＥＣＵ２９は、例えば、エンジン２１を起動してから補正量が安定した後の補正量を定期的にＲＡＭに記憶させる。

図３は、エンジン２１を起動してからの補正量の変化の様子を示す模式図である。補正量は、エンジン２１の内部温度によって変化し、例えば図３に示すように、エンジン２１を起動してからの時間が経過するにつれて、補正量が徐々に大きくなった後に安定する。安定した時点での補正量は、エンジン２１を起動してから停止するまでの間における補正量の最大値又は最小値にほぼ等しい。

図３に示す例の場合、気筒２５ａは、補正量が徐々に大きくなって、補正値ａが最大値となっている。気筒２５ｂは、補正量が徐々に大きくなって、補正値ｂが最大値となっている。気筒２５ｃは、補正量が徐々に小さくなって、補正値ｃが最小値となっている。気筒２５ｄは、補正量が徐々に小さくなって、補正値ｄが最小値となっている。

ＥＣＵ２９は、このように安定した後に特定した最大値及び最小値をＲＡＭに記憶させる。ＥＣＵ２９は、エンジン２１を起動してから所定の時間が経過した後の補正量を、最大値又は最小値としてＲＡＭに記憶させてもよい。

通信部３０は、無線通信回線を介してデータを送受信するための無線通信ユニットである。通信部３０は、ＥＣＵ２９から取得した各種のデータを異常検出装置１に送信するとともに、異常検出装置１が送信した各種のデータを受信してＥＣＵ２９に通知する。通信部３０は、例えば、ＥＣＵ２９が各気筒２５の燃料噴射量に対して適用した補正量を示す補正量データを、気筒２５を特定するための気筒番号に関連付けて、所定の時間間隔で異常検出装置１に送信する。

［異常検出装置１の構成］
図４は、異常検出装置１の構成を示す図である。
異常検出装置１は、第１通信部１１と、第２通信部１２と、記憶部１３と、制御部１４とを有する。制御部１４は、取得部１４１と、判定部１４２と、異常通知部１４３とを有する。

第１通信部１１は、無線通信回線を介して、エンジン系２との間でデータを送受信するための無線通信ユニットである。第１通信部１１は、例えばパケット通信網のコンピュータを介して、予め登録された複数の車両Ｔから補正量データ等の各種データを含む電波を受信する。第１通信部１１は、受信した電波に含まれる補正量データを抽出し、補正量データを取得部１４１に入力する。

第２通信部１２は、インターネットを介して管理基地局Ｍのコンピュータとの間でデータを送受信するための通信コントローラである。第２通信部１２は、判定部１４２が車両Ｔの気筒２５の異常を検出した場合に、車両Ｔを管理する管理基地局Ｍのコンピュータに対して、異常を通知するメッセージを送信する。

記憶部１３は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等を含む記憶媒体である。記憶部１３は、制御部１４が実行するプログラムを記憶している。また、記憶部１３は、車両Ｔから送信される補正量データを、各車両Ｔに固有の識別情報、気筒番号及び補正量が用いられた時刻に関連付けて時系列に記憶する。

また、記憶部１３は、判定部１４２が気筒２５の補正量の上限値及び下限値を記憶している。補正量の上限値及び下限値は車両Ｔの車種ごとに異なるので、記憶部１３は、例えば車両Ｔの車種に関連付けて補正量の上限値及び下限値を記憶する。

制御部１４は、例えばＣＰＵであり、記憶部１３に記憶されたプログラムを実行することにより、取得部１４１、判定部１４２及び異常通知部１４３として機能する。
取得部１４１は、複数の異なる時刻においてＥＣＵ２９によって使用された、エンジン２１が所定の状態における燃料噴射量の補正量を示す補正量データを、第１通信部１１を介して取得する。取得部１４１は、車両Ｔのエンジン２１が起動してから停止するまでの間におけるアイドル状態において使用された補正量の最大値又は最小値を示す補正量データを取得する。

取得部１４１は、補正量の最大値又は最小値を示す補正データを所定の期間ごとに取得し、所定の期間ごとに取得した複数の補正量データを時系列に記憶部１３に記憶させる。
所定の期間は、例えば、エンジン２１が起動してから停止するまでの期間である。

判定部１４２は、記憶部１３に記憶された複数の補正量データを読み出して、複数の補正量の変化パターンに基づいて、複数の気筒２５のいずれかに異常が発生したか否かを判定する。具体的には、判定部１４２は、補正量が所定の期間内に所定の回数以上にわたって所定の上限値又は下限値になっている場合に、この補正量に対応する気筒２５に異常が発生したと判定する。判定部１４２は、例えば、エンジン２１が起動してから停止するまでの期間内のアイドル状態における補正量の最大値又は最小値を上限値又は下限値と比較することにより、異常が発生したか否かを判定する。

図５は、判定部１４２が、異常が発生したと判定する方法について説明するための図である。図５は、取得部１４１が車両Ｔから取得した、各気筒２５の補正量データの例を示している。図５の横軸は補正量データの記録を開始してからの経過日数を示している。縦軸は、補正量を示しており、正の数字は燃料噴射量を増やす補正量を示しており、負の数字は燃料噴射量を減らす補正量を示している。

図５においては、気筒２５ａの補正量が１４日目から増加し始めて、１８日目以降に、上限値である１５になっている日が増えている。判定部１４２は、１９日目から３９日目までの２０日間のうち１３日間において補正量が１５になっていることから、気筒２５ａに異常が発生したと判定する。

判定部１４２が、異常が発生したと判定する変化パターンのルールは任意であり、補正量が、所定の回数以上にわたって連続して上限値又は下限値に等しい場合に異常が発生したと判定してもよい。また、判定部１４２は、所定の期間内の補正量の平均値が上限値又は下限値から所定の値以内である場合に、異常が発生したと判定してもよい。

異常通知部１４３は、判定部１４２が気筒２５に異常が発生していると判定した場合に、異常が発生したことを管理基地局Ｍのコンピュータに通知する。具体的には、異常通知部１４３は、異常が発生した車両Ｔの識別情報と、異常が発生した気筒２５の気筒番号と、当該車両Ｔを管理している管理基地局Ｍのコンピュータのアドレスと、異常が発生した旨と、を含む異常通知メッセージを作成して、第２通信部１２を介して送信することにより、管理基地局Ｍのコンピュータに異常が発生したことを通知する。

［異常検出動作のフローチャート］
図６は、異常検出装置１が気筒２５の異常を検出する動作のフローチャートである。
まず、取得部１４１は、車両Ｔから送信された補正量データを取得する（Ｓ１１）。取得部１４１は、補正量データを取得するたびに、補正量データと車両Ｔの識別情報及び気筒番号とを関連付けて、記憶部１３に記憶させる（Ｓ１２）。

取得部１４１が新たな補正量データを取得したことに応じて、判定部１４２は、直近の所定期間内に取得部１４１が取得した複数の補正量データの変化パターンを特定する（Ｓ１３）。そして、判定部１４２は、特定した変化パターンが正常範囲に入っているか否かを判定する（Ｓ１４）。

判定部１４２は、図５に示した気筒２５ｂ、２５ｃ、２５ｄのように変化パターンが正常範囲に入っている場合（Ｓ１４においてＹＥＳ）、異常が発生していないと判定して処理をステップＳ１１に戻し、次の吸気量データが送信されてくるまで待機する。判定部１４２は、図５に示した気筒２５ａのように変化パターンが正常範囲に入っていない場合（Ｓ１４においてＮＯ）、気筒２５ａに異常が発生したと判定する（Ｓ１５）。

ここで、判定部１４２は、異常のレベルが、緊急対応が必要なほどのレベルであるか、緊急対応は要しない程度のレベルであるかを判定し、異常が発生した旨とともに、緊急性のレベルを異常通知部１４３に通知する（Ｓ１６）。異常通知部１４３は、緊急性がある異常（例えば運転に支障を生じさせる異常）の発生の通知を受けた場合、管理基地局Ｍと車両Ｔの両方に、異常が発生したことを通報する（Ｓ１７）。異常通知部１４３は、補正量が上限値又は下限値と一致している頻度が所定の値以上である場合に、緊急性がある異常であると判定してもよい。異常通知部１４３は、緊急性がない異常（例えば、部品の劣化が推定される異常）の発生の通知を受けた場合、管理基地局Ｍに対してのみ、異常が発生したことを通報する（Ｓ１８）。

［変形例１］
以上の説明において、車両ＴのＥＣＵ２９が、エンジン２１が起動してから停止するまでの間のアイドル状態における補正量の最大値及び最小値を特定するものとしたが、補正量の最大値及び最小値を特定する主体は任意である。例えば、ＥＣＵ２９は、全ての補正量データを異常検出装置１に送信し、異常検出装置１の取得部１４１は、エンジンのアイドル状態以外の状態において使用された補正量を示す補正量データを取得してもよい。

この場合、取得部１４１は、エンジン回転数とアクセル開度を示す情報のように、エンジンの状態を示す情報を補正量データに関連付けて取得する。取得部１４１は、取得した補正量データから、アイドル状態において使用された補正量データを抽出し、抽出した補正量データを時系列に記憶部１３に記憶させる。このようにすることで、異常検出装置１は、図５に示したようにプロットされた補正量データに基づいて異常を検出することができる。

なお、車両Ｔがエンジン２１を起動してから短時間でエンジン２１を停止する場合、補正量が安定する前にエンジン２１が停止してしまい、最大値及び最小値を特定できない場合がある。このような場合、判定部１４２は、エンジン２１が起動してからの複数の補正量の変化状態に基づいて、最大値及び最小値を推定し、推定した最大値及び最小値に基づいて、異常の有無を判定してもよい。

［変形例２］
図５に示した例において、横軸は、補正量データの記録を開始してからの経過日数であったが、横軸の単位は任意である。異常検出装置１は、例えば、エンジン２１が起動してから停止するまでの期間を横軸の１単位として、エンジン２１が起動してから停止するまでの１期間内に１つの補正量データをプロットしてもよい。

［本実施形態の異常検出装置１による効果］
以上説明したように、車両Ｔは、エンジン２１がアイドル状態における各気筒２５の燃料噴射量の補正量を示す補正量データを異常検出装置１に送信する。そして、異常検出装置１は、取得部１４１が取得した複数の補正量データを気筒２５のそれぞれに関連付けて時系列に記憶部１３に記憶し、判定部１４２が、複数の補正量の変化パターンに基づいて、複数の気筒２５のいずれかに異常が発生したか否かを判定する。このようにすることで、判定部１４２が、一時的な気筒２５の補正量の変動の影響を排除して、継続的に補正量が上限値又は下限値に達している場合に異常であると判定できるので、気筒２５の異常を検出する精度が向上する。

また、異常検出装置１は、エンジン２１が起動してから停止するまでの期間内のアイドル状態における補正量の最大値又は最小値を上限値又は下限値と比較することにより、異常が発生したか否かを判定するので、燃料噴射量が安定している状態での補正量の変化に基づいて判定することができる。したがって、異常を検出する精度がさらに向上する。

また、異常検出装置１は、複数の補正量の変化状態に基づいて最大値及び最小値を推定し、推定した最大値及び最小値に基づいて、異常が発生したか否かを判定する。このようにすることで、エンジン２１が起動してから停止するまでの期間が短く、補正量が安定していない状態であっても、補正量を異常の判定に用いることができる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態においては、データ収集センターＣに設置された異常検出装置１において、気筒２５の異常を検出したが、車両Ｔが、第１の実施形態の異常検出装置１と同等の異常検出装置を有し、車両Ｔにおいて気筒２５の異常を検出してもよい。この場合、車両Ｔの異常検出装置が異常を検出した場合、車両Ｔの異常検出装置は、異常が発生したことをインスツルメントパネルに表示して運転者に通知したり、管理基地局Ｍに異常の発生を通報したりする。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 異常検出装置
２ エンジン系
１１ 第１通信部
１２ 第２通信部
１３ 記憶部
１４ 制御部
２１ エンジン
２２ 吸気通路
２３ 排気通路
２４ コモンレール
２５ 気筒
２６ 燃料噴射弁
２７ 筒内圧センサ
２８ クランク角センサ
２９ ＥＣＵ
３０ 通信部
１４１ 取得部
１４２ 判定部
１４３ 異常通知部

Claims (5)

1. 車両に搭載された複数の気筒を有するエンジンの異常を検出する異常検出装置であって、
   前記エンジンが起動してから停止するまでの期間における前記複数の気筒それぞれの燃料噴射量の補正量を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した複数の前記補正量を前記気筒のそれぞれに関連付けて時系列に記憶する記憶部と、
   前記複数の補正量の変化パターンに基づいて、前記複数の気筒のいずれかに異常が発生したか否かを判定する判定部と、
   を有し、
   前記判定部は、前記期間内のアイドル状態における前記補正量の最大値又は最小値を所定の上限値又は下限値と比較し、前記補正量の最大値又は最小値が前記期間よりも長い期間内に所定の回数以上にわたって前記上限値又は前記下限値に達している場合に、当該補正量に対応する前記気筒に異常が発生したと判定する、
   異常検出装置。
2. 前記判定部は、複数の前記期間内の複数の前記最大値又は最小値を前記上限値又は前記下限値と比較することにより、異常が発生したか否かを判定する、
   請求項１に記載の異常検出装置。
3. 前記判定部は、複数の前記補正量の変化状態に基づいて、前記最大値及び前記最小値を推定し、推定した前記最大値及び前記最小値に基づいて、異常が発生したか否かを判定する、
   請求項１又は２に記載の異常検出装置。
4. 車両に搭載された複数の気筒を有するエンジンの異常を検出する方法であって、
   前記エンジンが起動してから停止するまでの期間における前記複数の気筒それぞれの燃料噴射量の補正量を取得するステップと、
   取得した複数の前記補正量を、前記補正量が用いられた時刻に関連付けて記憶部に記憶させるステップと、
   複数の時刻に対応する前記複数の補正量のうち、前記期間内のアイドル状態における前記補正量の最大値又は最小値を所定の上限値又は下限値と比較し、前記補正量の最大値又は最小値が前記期間よりも長い期間内に所定の回数以上にわたって前記上限値又は前記下限値に達している場合に、当該補正量に対応する前記気筒に異常が発生したと判定するステップと、
   を有する異常検出方法。
5. 車両に搭載されたエンジンと、前記エンジンの異常を検出する異常検出装置と、を備える異常検出システムであって、
   前記エンジンは、
   複数の気筒それぞれの燃料噴射量を補正する制御部と、
   前記燃料噴射量の補正量を示す補正量データを、無線通信回線を介して前記異常検出装置に送信する通信部と、
   を有し、
   前記異常検出装置は、
   前記エンジンが起動してから停止するまでの期間における前記複数の気筒それぞれに対応する前記補正量データを取得する取得部と、
   前記取得部が取得した複数の前記補正量を前記気筒のそれぞれに関連付けて時系列に記憶する記憶部と、
   前記複数の補正量の変化パターンに基づいて、前記複数の気筒のいずれかに異常が発生したか否かを判定する判定部と、
   を有し、
   前記判定部は、前記期間内のアイドル状態における前記補正量の最大値又は最小値を所定の上限値又は下限値と比較し、前記補正量の最大値又は最小値が前記期間よりも長い期間内に所定の回数以上にわたって前記上限値又は前記下限値に達している場合に、当該補正量に対応する前記気筒に異常が発生したと判定する異常検出システム。
   
   
   
   
   
   

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