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技術 電子制御装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 蓮井直樹
出願日 2016年2月25日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-034222
公開日 2017年8月31日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2017-150409
状態 特許登録済
技術分野 内燃機関の複合的制御
主要キーワード センサ信号電圧 センサ信号波形 ピークピーク値 判定頻度 ツイスト線 アンテナ化 ノイズ重畳 処理区間
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

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。

解決手段

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。

概要

背景

従来より、エンジン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。

概要

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。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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項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の経過後に、前記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電子制御装置

請求項2

前記演算装置は、前記信号入力異常が、制御対象としているアクチュエータ(4)を駆動制御している期間内に検出されると、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する請求項1記載の電子制御装置。

請求項3

前記演算装置は、前記信号入力異常が、制御対象としているアクチュエータ(4)を駆動制御している期間外に検出されると、前記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重畳が発生したと判定する請求項1又は2記載の電子制御装置。

請求項4

前記演算装置は、前記ノッキング発生区間の経過後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行う請求項2又は3記載の電子制御装置。

請求項5

前記演算装置は、前記ノッキング発生区間の経過後に、前記アクチュエータを駆動制御しながら並行して、前記センサ信号のサンプリングを行う請求項2から4の何れか一項に記載の電子制御装置。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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。

先行技術

0003

特開2009−144681号公報

発明が解決しようとする課題

0004

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重畳されることがある。

0005

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。

0006

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。

課題を解決するための手段

0007

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、ノッキングセンサ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、ノッキングセンサの信号入力異常を検出できる。

0008

請求項2記載の電子制御装置によれば、演算装置は、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がアンテナとなり、アクチュエータの駆動信号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。

0009

請求項3記載の電子制御装置によれば、演算装置は、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2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。

図面の簡単な説明

0010

第1実施形態であり、エンジン制御システム概略構成を示す図
ECUの内部構成を概略的に示す機能ブロック
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

実施例

0011

(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。

0012

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。

0013

一方、エンジン1の排気管12には、排出ガス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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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)。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

(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。

0025

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)。

0026

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。

0027

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。

0028

(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。

0029

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。

0030

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。

0031

(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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

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