JPH04103858A - 圧力センサのフェールセーフ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、気筒内圧力に基づいて内燃機関の燃焼状態
を判定し、点火時期等の制御パラメータをフィードバッ
ク制御する内燃機間制御装！において、気筒内圧力を検
出するための圧力センサのフェールセーフ方法に関する
ものである。

［従来の技術］ 一般に、自動車用ガソリンエンジン等に用いられる内燃
機関は、複数の気筒（例えば、４気筒）により、それぞ
れ、吸気、圧縮、爆発及び排気の４サイクルで駆動され
ている。このような内燃機関においては、各気筒毎のイ
グナイタによる点火時期及びインジェクタによる燃料噴
射順序等を最適に制御するため、マイクロコンピュータ
により電子的に演算が行われている。

このため、マイクロコンピュータは、各種運転条件及び
運転状態の他に、内燃機間の回転に同期した気筒毎の基
準位置信号及び特定気筒に対応した気筒識別信号等を取
り込み、各気筒毎の動作位Ｗ（クランク角）を識別して
最適なタイミングで制御を行っている６基準位置信号及
び気筒識別信号を発生する手段としては、内燃機関のカ
ム軸又はクランク軸の回転を検出して同期信号を発生す
る回転信号発生器が用いられている。

又、各気筒の点火制御においては、ピストンで圧縮され
た混合ガスを点火プラグの火花により燃焼させる必要が
あるが、運転状態等によっては、点火制御された気筒が
最適のタイミングで燃焼できず、十分なトルクが得られ
ないことがある。

従って、内燃Ｉ！閏を効率的に運転するためには、各気
筒について最適な燃焼が行われたか否かを点火サイクル
毎に検出する必要がある。このため、従来より、点火後
の爆発行程中の気筒内圧力を検出して燃焼状態を判別し
、点火時期等の制御パラメータをフィードバック制御す
る装置が提案されており、例えば、気筒内圧力がピーク
となるクランク角がＡ１５°（上死点ＴＤＣから１５°
後）となるように、ピーク位置のずれに応じて点火時期
のフィードバック制御が行われている。

第５図は圧力センサを用いた一般的な内燃機関制御装置
を示す精成図である。

図において、（１）は内燃機関を駆動する気筒てあり、
燃焼室（２）と、燃焼室（２）に設けられた点火プラグ
（３）と、燃焼室（２）内の混合燃料ガスの爆発によっ
て駆動されるピストン（４）と、混合燃料ガスを供給す
る吸気部（５）と、燃料後のガスを排出する排気部（６
）と、吸気部（５）と燃焼室（２）との間を開閉制御す
る吸気弁（７）と、燃焼室（２）と排気部（６）との間
を開閉制御する排気弁（８）とを備えている。

点火プラグ（３）は、点火コイル（後述する）に接続さ
れた中心電極と、この中心電極に対向する接地電極とを
有している６又、このような気筒（１）と同様の気筒は
、例えば４気筒エンジンの場合、４個設けられている。

（９）は吸気部（５）に設けられた燃料供給用のインジ
ェクタであり、アクセルのスロットル開度に応じた空気
量により、所定の混合燃料ガスを供給するようになって
いる。

（２ａ）は燃焼室（２）の気筒壁に設けられたオリフィ
ス、（１０）はオリフィス（２ａ）を介して燃焼室（２
）内の気筒内圧力を検出する圧力センサ、（１１）は二
次巻線の出力端子が点火プラグ（３）の中心電極に接続
された点火コイル、（１２）は点火コイル（１１）の入
力端子に負の高電圧を印加する電源、〈１３）は点火コ
イル（１１）の−次巻線の出力端子に接続された点火装
置である。

（１４）は吸気弁（７）、排気弁（８）、インジェクタ
（９）及び点火装置（１３）等を制御するマイクロコン
ピュータ（以下、ＥＣＵという）であり、気筒の動作位
置を表わす基準位置信号や各種運転状態信号と共に、圧
力センサ（１０）からの電圧信号即ち気筒内圧力Ｐを取
り込んでいる。

第６図はクランク角θに対する気筒内圧力Ｐの変化を示
す波形図であり、ＴＤＣはクランク角θが０となる上死
点、θｐｍａＸは気筒内圧力Ｐの最大値Ｐ　ｗａｘに対
応するピーククランク角、θＦは最適なピーククランク
角位置である。

次に、第６図の波形図及び第７図のフローチャート図を
参照しながら、第５図に示した内燃機関制御装置の動作
について説明する。

前述のように、燃焼室（２）においては、ピストン（４
）が２往復運動する間に、吸気、圧縮、爆発及び排気が
行われるが、Ｅ　ＣＵ　（ｉｔ、）は、吸気行程でのイ
ンジェクタ（９）による燃料供給量や、爆発行程での点
火プラグ（３）による点火時期等を運転条件に応じて最
適に制御する。

即ち、吸気弁（７）を開放して吸気部（５）から混合燃
料ガスを燃焼室（２）に吸入する場合、アクセル操作に
よるスロットルの開度に応じて、吸気部（５）に供給さ
れる空気量と共にインジェクタ（９）から供給される燃
料量が制御される。

又、燃焼室（２）内の混合燃料ガスを圧縮した後、所定
のタイミングで点火装置（１３）を駆動し、点火コイル
（１１）の−次巻線を断続的に通電させる。これにより
、点火コイル（１１）の二次巻線から点火プラグ（３）
の中心電極に対して負極性の高電圧が印加され、接地電
極との間で放電による飛火が発生し、燃焼室（２）内で
爆発が起こる。通常、点火時期は、クランク角Ｏ°の位
置、即ちＴ、Ｄ　Ｃ（上死点）の付近である。

点火プラグ（３）の放電により爆発（燃焼）が起こると
、圧力センサ（１０）で検出される燃焼室（２）の気筒
内圧力Ｐは、ピーククランク角θＰ＋＊ａｘで最大値Ｐ
　ｗａｘとなるが、最大出力トルクを得るためには、ピ
ーククランク角θｐｌ＊ａＸが最適位置θ８（例えば、
Ａ１５°）と一致することが望ましい。

従って、まず、圧力センサ（１０）により気筒内圧力Ｐ
を検出し、気筒内圧力Ｐの波形（第６図最適）に基づい
て、気筒内圧力Ｐが最大値Ｐ　ｌ０ａｘとなるピークク
ランク角θｐＭａＸを検出する（ステップＳｌ）。

そして、ピーククランク角θｐｆｆｌａＸと最適位１θ
８との偏差量Δθ２を、 Δθ２＝θ８−θｐＨｌａＸ から求め、この偏差量Δθ２にフィートバンクゲイン補
正係数Ｋ（≦１）を乗算して、点火時期の補正量Δθｉ
ｇを、 ΔθｉＨ＝　Ｋ　（θ５−θ、ｍａｘ）から算出する（
ステップＳ２）。

最後に、点火時期θ１ｇは、補正量ΔθＩｇによりフィ
ードバック制御され、 θｉｇ−θ１．ｌＡＰ十Δθ１ｇ から算出される（ステップＳ、３）。但し、θＮＡＰは
運転状態等により設定される点火時期のマツプ値である
。

ところで、圧力センサ（１０）は、圧力を受ける側に金
属膜を有すると共に、検出された気筒内圧力Ｐを電圧信
号として出力する回路を有している。

従って、圧力センサ（１０）の回路の短絡や断線等の故
障（軽故障）が発生した場合は、検出される気筒内圧力
Ｐが異常値を示し、第７図に示したフィードバック制御
は適確に行われない、又、金属膜の損傷（重故障）が発
生した場合は、フィードバック制岬が不能になるばかり
でなく、燃焼室（２）内の可燃ガスが圧力センサ（１０
）内に侵入して損傷を拡大し、更には圧力センサ（１０
）を貫通して外部に漏れ、重大な火災事故につながりか
ねない。しかし、従来の内燃機関制御装置は、圧力セン
サ（１０）のフェール検出機能は設けられていないので
、フィードバック制御の不能状態や危険状態を回避する
ことはできない。

［発明が解決しようとする課題〕 従来の内燃機関制御装置は以上のように、圧力センサ（
１０）のフェールを検出することができないので、気筒
内圧力を正確に検出することができず、誤検出による誤
制御等が行われたり、重故障時の危険を防止することが
できないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、圧力センサのフェールを検出した場合には、
フィードバック誤制御状態や危険状態等を未然に防止で
きる圧力センサのフェールセーフ方法を得ることを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の第１の発明に係る圧力センサのフェールセー
フ方法は、圧力センサにより検出される気筒内圧力に基
づいて圧力センサのフェールを判定するステップと、圧
力センサがフェールを示す気筒の制御パラメータを固定
するステップとを備えたものである。

又、この発明の第・２の発明に係る圧力センサのフェー
ルセーフ方法は、圧力センサにより検出される気筒内圧
力に基づいて圧力センサのフェールを判定するステップ
と、圧力センサがフェールを示す気筒の制御パラメータ
を固定するステップと、圧力センサの重故障を判定する
ステップと、圧力センサが重故障を示す気筒の制御を停
止するステップとを備えたものである。

又、この発明の第３の発明に係る圧力センサのフェール
セーフ方法は、圧力センサにより検出される気筒内圧力
に基づいて圧力センサのフェールを判定するステップと
、圧力センサがフェールを示す気筒の制御パラメータを
気筒的圧力抑制側に制限するステップとを備えたもので
ある。

［作用］ この発明の第１の発明においては、圧力センサのフェー
ルを検出した場合には、その圧力センサが属する気筒の
フィードバック制御を中止して制御パラメータを固定す
る６ 又、この発明の第２の発明においては、圧力センサのフ
ェールを検出した場合には、制御パラメータを固定する
と共に、圧力センサが重故障であるか否かを判定し、重
故障の場合にはその圧力センサが属する気筒の制御を停
止する。

又、この発明の第３の発明においては、圧力センサのフ
ェールを検出した場合には、その圧力センサが属する気
筒の制御パラメータを気笛内圧力抑制側に制限する。

「実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の第１の発明の一実施例を示すフローチャ
ート図であり、Ｓ１〜Ｓ３は前述と同様のステップであ
る。尚、この発明が適用される装置は第５図に示した通
りであり、Ｅ　ＣＵ　（１４）の演算プログラム等の一
部が変更されていればよい。

又、クランク角θに対する気筒内圧力Ｐの波形は第６図
に示した通りである。

第２図は第１図内のフェール判定動作を示す説明図であ
り、横軸ｔは時間、縦軸Δθｉｇはフィードバック制御
に用いられる補正量、ΔθＦＩＩＩａ×及びΔθｒｌｌ
！ｎは補正量Δθｉｇに対する最大許容値及び最小許容
値である。又、斜線部はフェール領域てあり、補正量Δ
θｉＨにおいて、実線は圧力センサの正常時、破線は圧
力センサのフェール時をそれぞれ示している。

以下、第１図、第２図、第５図及び第６図を参照しなが
ら、この発明の第１の発明の一実施例について説明する
。

まず、圧力センサ（１０）がフェールか否かを判定しく
ステップＳＯ）、フェールでなく正常であれば前述のフ
ィードバック制御ルーチン８１〜Ｓ３を実行し、フェー
ルであれば、フィードバック制御を行わず。

点火時期θｉｇをマツプ値θＮＡＰに固定する（ステッ
プ５ＩＯ）。

尚、ステップＳＯにおける圧力センサ（１０）のフェー
ル判定動作は、例えば、以下のように実行される。

まず、ステップＳ１及びＳ２において気筒内圧力Ｐ及び
ピーククランク角θＰ輸ａｘが検出され且つピーククラ
ンク角θｐＨｌＬ！及び最適位置θ８に基づいて補正量
Δθｉｇが算出されるが、この補正量Δθｉｇに対する
許容範囲、即ち、最大許容値Δθｙ１ｍａＸ及び最小許
容値Δθｒｌｌ：ｎを予め設定する。尚、最大許容値ｅ
ｒＴａａＭ及び最小許容値θ１ｉｎは、運転状態に応じ
た値に設定され得る。

次に、補正ＩΔθｉｇと最大許容値ΔθｒｌｌｌａＸ及
び最小許容値Δθｙｅａｒｎとを比較し、補正量Δθｉ
ｇが第２図の実線のように許容範囲内、即ち、Δθ７輪
ｉｎ＜Δθｉｇ（ΔθｖＴ＃ＩＩＸであれば圧力センサ
（１０）が正常と判定する。一方、補正量Δθｉｇが許
容範囲を逸脱し、第２図の破線のように最大許容値Δθ
Ｆｍａｘ以上又は最小許容値Δθｒｌ＊！ｎ以下であれ
ば、その気筒に関する圧力センサ（１０）がフェールで
あると判定する。

尚、上記フェール検出ルーチンは各気筒毎に実行され、
各気筒毎の圧力センサ（１０）について個別にフェール
が検出される。

これにより、圧力センサ（１０）のフェールが検出され
た気筒は、点火時期θｉｇがマツプ値θ□２に固定され
（ステップ５１０）　＋異常なフィードバック補正量Δ
θｉｇが反映されなくなるので、点火時期θｉｇが誤制
御されることはない。

しかし、内燃機関の制御パラメータのフィードバック誤
制御を防止することができても、圧力センサ（１０）の
重故障による危険な状態を回避することはできない。

次に、第３図のフローチャート図を参照しながら、圧力
センサ（１０）の重故障を判定できるようにしたこの発
明の第２の発明に一実施例について説明する。

第３図において、ＳＯ及びＳ１０は前述と同様のステッ
プであり、圧力センサ（１０）が正常と判定された場台
のステップは図示されていない７ 前述のように、ステップＳＯにおいて圧力センサ（１０
）がフェールと判定された場合、制御パラメータ（点火
時期θｉｇ）をマツプ値θＭＡＰに固定した後、圧力セ
ンサ（１０）が重故障か否かを判定する（ステップ５１
１）。

この場合、重故障とは圧力センサ（１０）の金属膜の損
傷等のメカ的故障であり、可燃ガスの噴出によって火災
等に至る危険がある。このような重故障は、燃焼異常に
よる爆発力（トルク）の低下、角速度センサにより検出
されるトルク変動の増大、圧力センサ（１０）に設けら
れた温度センサにより検出される温度上昇、等によって
判定される。

もし、ステップＳｌｌにおいて、圧力センサ（１０）が
重故障と判定されれば、その圧力センサ（１０）が属す
る故障気筒の制御を停止して体筒とする（ステップ５１
２）。

気筒の制御停止は、例えば、燃料噴射又は点火制御をカ
ットするか、全気筒（即ち、エンジンそのもの）を運転
停止させることにより実現される。

尚、上記実施例では、ステップＳＩＯにおいて、圧力セ
ンサ（１０〉のフェールが検出された気筒の制御パラメ
ータ（点火時期）をマツプ値θＭＡｐに固定させたが、
高負荷運転を禁止することにより圧力センサけ０）及び
気筒の損傷を抑制するようにしてもよい。

第４図は、圧力センサ（１０）のフェール検出時には気
筒内圧力Ｐの最大値Ｐｍａｘを抑制するようにしたこの
発明の第３の発明の一実施例を示すフローチャート図で
ある。

この場合、ステップＳ１において圧力センサ（１０）が
正常と判定されたときには、前述のように補正量Δθｉ
ｇにより点火時期θ’＋ｇをフィードバック制御する（
ステップＳ３）。

一方、圧力センサ（１０）がフェールと判定されたとき
には、点火時期θｉｇをマツプ値θＮＡＰから所定量θ
、たけ遅角させ、 θｉｇ＝θ□２−θ。

に固定する（ステップ５２０）。

一般に、気筒内圧力Ｐの最大値Ｐ　ｗａｘは、点火時期
θｉｇが進角側に制御されると増大し、点火時期θｉｇ
が遅角側に制御されると減少する。従って、ステップＳ
２０における点火時期θｉｇの遅角制御により、気筒内
圧力Ｐは抑制側に制限される。

尚、気筒内圧力Ｐの抑制方法は、点火時期θｉｇの遅角
制御に限らず、高負荷運転（過給運転）を禁止するもの
であれば、他の方法を用いてもよい。

例えば、空燃比を希薄にすること、空気の過給圧を下げ
ること、アクセルのスロットルを所定開度に制限するこ
と、クランク出力軸の回転数を所定値以下に制限するこ
となどが考えられ、どの方法によっても同等の効果を奏
する。

又、上記各実施例では、内燃機関の制御パラメータが点
火時期θｉｇの場合を例にとって説明したが、燃料噴射
量等の他の制御パラメータを対象にしても同様に適用で
き、同等の効果を奏することは言うまでもない。

又、フェール検出ルーチンは各気筒毎に実行され、各気
筒毎の圧力センサ（１０）について個別にフェール検出
されるので、フェール検出時にエンジンを停止させるば
かりでなく、フェール検出された気筒のみについて点火
側ｍ＜燃料噴射）を停止又は気筒内圧力を抑制すること
ができる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明の第１の発明によれば、圧力セ
ンサにより検出される気筒内圧力に基づいて圧力センサ
のフェールを判定するステップと、圧力センサが７エー
ルを示す気筒の制御パラメータを固定するステップとを
設け、圧力センサのフェールを検出した場合には、その
圧力センサが属する気筒のフィードバック制御を中止す
るようにしなので、圧力センサフェールによるフィード
バック誤制御や危険等を未然に防止できる圧力センサの
フェールセーフ方法が得られる効果がある。

又、この発明の第２の発明によれば、圧力センサにより
検出される気筒内圧力に基づいて圧力センサのフェール
を判定するステップと、圧力センサがフェールを示す気
筒の制御パラメータを固定するステップと、圧力センサ
の重故障を判定するステップと、圧力センサが重故障を
示す気筒の制御を停止するステップとを設け、圧力セン
サが重故障の場合には、その圧力センサが属する気筒の
制御を停止するようにしたのて、圧力センサフェールに
よるフィードバック誤制御や危険等を未然に防止できる
圧力センサのフェールセーフ方法が得られる効果がある
。

又、この発明の第３の発明によれば、圧力センサにより
検出される気筒内圧力に基づいて圧力センサのフェール
を判定するステップと、圧力センサがフェールを示す気
筒の制御パラメータを気筒内圧力抑制側に制限するステ
ップとを設け、圧力センサのフェールを検出した場合に
は、その圧力センサが属する気筒の制御パラメータを気
筒内圧力抑制側に制限するようにしたので、圧力センサ
フェールによるフィードバック誤制御や危険等を未然に
防止できる圧力センサのフェールセーフ方法が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の発明の一実施例を示すフロー
チャート図、第２図は第１図のフェール判定動作を示す
説明図、第３図は、二の発明の第２の発明の一実施例を
示すフローチャート図、第４図はこの発明の第３の発明
の一実施例を示すフローチャート図、第５図は一般的な
内燃機関制御装置を示す構成図、第６図はクランク角に
対する気筒内圧力の変化を示す波形図、第７図は一般的
な点火時期フィードバック制御方法を示すフローチャー
ト図である。 （１）・・・気筒　　　　　　（１０）・・圧力センサ
（１４）−、Ｅ　ＣＩＪ　　　、　　　Ｐ・・・気筒内
圧力Ｓ１・・・圧力センサのフェールを判定するステッ
プＳ１０・・・制御パラメータを固定するステップＳｌ
ｌ・・・圧力センサの重故障を判定するステップＳ１２
・・・制御を停止するステップ Ｓ２０・・・制御パラメータを圧力抑制側に制限するス
テップ 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧力センサにより検出される気筒内圧力に基づい
   て前記圧力センサのフェールを判定するステップと、 前記圧力センサがフェールを示す気筒の制御パラメータ
   を固定するステップと、 を備えた圧力センサのフェールセーフ方法。
2. （２）圧力センサにより検出される気筒内圧力に基づい
   て前記圧力センサのフェールを判定するステップと、 前記圧力センサがフェールを示す気筒の制御パラメータ
   を固定するステップと、 前記圧力センサの重故障を判定するステップと、 前記圧力センサが重故障を示す気筒の制御を停止するス
   テップと、 を備えた圧力センサのフェールセーフ方法。
3. （３）圧力センサにより検出される気筒内圧力に基づい
   て前記圧力センサのフェールを判定するステップと、 前記圧力センサがフェールを示す気筒の制御パラメータ
   を、前記気筒内圧力を抑制する側に制限するステップと
   、 を備えた圧力センサのフェールセーフ方法。