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技術 内燃機関の制御装置

出願人 ダイハツ工業株式会社
発明者 福原光浩
出願日 2019年3月28日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-062227
公開日 2020年10月1日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-159332
状態 未査定
技術分野 内燃機関の複合的制御
主要キーワード 三軸加速度センサ 今回計測 回転角速度センサ コックピット内 所定回転角度 エンジンチェックランプ 高圧ループ コイルケース
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(2020年10月1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 (5)

課題

車載内燃機関の異常が発生しているか否かを診断する精度を高める。

解決手段

クランク角信号を参照して内燃機関の回転速度を検出し、所定回転角度あたりの回転速度の低下量が所定値を上回った回数である失火判定回数を計数し、失火判定回数が閾値を超えた場合に異常が発生していると判断するにあたり、クランク角信号をローパスフィルタ処理した上で回転速度の低下量を求めることとし、その遮断周波数を現在の回転速度が高いほど高く設定し、並びに、車両の加速度センサまたはアクセル開度センサ出力信号を参照して現在車両が悪路を走行しているか否かを判定し、悪路を走行していると判定した回数である悪路判定回数を計数し、内燃機関の異常の有無の判断において、失火判定回数から悪路判定回数を減じたものを閾値と比較し、現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分を、現在の内燃機関の回転速度が高いほど大きくする。

概要

背景

内燃機関出力軸であるクランクシャフト所定角度回転するのに要した時間を反復的に計測して回転速度の低下量を求め、この低下量が所定値を上回ったことを条件として、気筒内で失火が発生したと判定する失火判定方法が公知である(例えば、下記特許文献1を参照)。

内燃機関のクランクシャフトの回転速度は、クランク角センサを介して検出することが通例である。クランク角センサは、クランクシャフトの軸端部に固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータ回転角度センシングするものである。そのロータには予め、クランクシャフトの回転方向に沿った所定角度(典型的には、10°CA(クランク角度))毎に、歯または突起が形成されている。クランク角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度クランク角信号としてパルス信号発信する。内燃機関の運転制御を司るECU(Electronic Control Unit)は、このパルスをクランク角信号として受信する(例えば、下記特許文献2を参照)。

概要

車載の内燃機関の異常が発生しているか否かを診断する精度を高める。クランク角信号を参照して内燃機関の回転速度を検出し、所定回転角度あたりの回転速度の低下量が所定値を上回った回数である失火判定回数を計数し、失火判定回数が閾値を超えた場合に異常が発生していると判断するにあたり、クランク角信号をローパスフィルタ処理した上で回転速度の低下量を求めることとし、その遮断周波数を現在の回転速度が高いほど高く設定し、並びに、車両の加速度センサまたはアクセル開度センサ出力信号を参照して現在車両が悪路を走行しているか否かを判定し、悪路を走行していると判定した回数である悪路判定回数を計数し、内燃機関の異常の有無の判断において、失火判定回数から悪路判定回数を減じたものを閾値と比較し、現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分を、現在の内燃機関の回転速度が高いほど大きくする。

目的

本発明は、内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生しているか否かを診断する自己診断ダイアグノーシス)の精度をより高めることを所期の目的とする

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

内燃機関クランクシャフト付設されたクランク角センサ出力信号を参照して内燃機関の回転速度を検出するとともに、内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量が所定値を上回った回数である失火判定回数を計数し、一定期間中の失火判定回数が閾値を超えた場合に、内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生していると判断するものであって、クランク角度センサの出力信号を予め、所定以上の周波数の成分を遮断し所定未満の周波数の成分を通過させるローパスフィルタにより処理した上で、内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量を求めることとし、その遮断周波数を現在の内燃機関の回転速度が高いほど高く設定し、並びに、車両の加速度を検出する加速度センサまたはアクセル開度を検出するアクセル開度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行しているか否かを判定し、悪路を走行していると判定した回数である悪路判定回数を計数し、内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生しているかどうかの判断において、一定期間中の失火判定回数から一定期間中の悪路判定回数を減じたものを閾値と比較し、現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分を、現在の内燃機関の回転速度が高いほど大きくする内燃機関の制御装置

請求項2

加速度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分を、アクセル開度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分よりも大きくする請求項1記載の内燃機関の制御装置。

技術分野

0001

本発明は、車両に動力源として搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。

背景技術

0002

内燃機関の出力軸であるクランクシャフト所定角度回転するのに要した時間を反復的に計測して回転速度の低下量を求め、この低下量が所定値を上回ったことを条件として、気筒内で失火が発生したと判定する失火判定方法が公知である(例えば、下記特許文献1を参照)。

0003

内燃機関のクランクシャフトの回転速度は、クランク角センサを介して検出することが通例である。クランク角センサは、クランクシャフトの軸端部に固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータ回転角度センシングするものである。そのロータには予め、クランクシャフトの回転方向に沿った所定角度(典型的には、10°CA(クランク角度))毎に、歯または突起が形成されている。クランク角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度クランク角信号としてパルス信号発信する。内燃機関の運転制御を司るECU(Electronic Control Unit)は、このパルスをクランク角信号として受信する(例えば、下記特許文献2を参照)。

先行技術

0004

特開2012−077700号公報
特開2014−163284号公報

発明が解決しようとする課題

0005

車両が悪路を走行しているときには、車輪から車軸及び駆動系を介して内燃機関のクランクシャフトに振動や衝撃が伝わる。その結果、クランク角センサの出力信号ノイズ混入し、このノイズを気筒における失火であると誤判定することがあった。

0006

本発明は、内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生しているか否かを診断する自己診断ダイアグノーシス)の精度をより高めることを所期の目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明では、内燃機関のクランクシャフトに付設されたクランク角センサの出力信号を参照して内燃機関の回転速度を検出するとともに、内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量が所定値を上回った回数である失火判定回数を計数し、一定期間中の失火判定回数が閾値を超えた場合に、内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生していると判断するものであって、クランク角度センサの出力信号を予め、所定以上の周波数の成分を遮断し所定未満の周波数の成分を通過させるローパスフィルタにより処理した上で、内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量を求めることとし、その遮断周波数を現在の内燃機関の回転速度が高いほど高く設定し、並びに、車両の加速度を検出する加速度センサまたはアクセル開度を検出するアクセル開度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行しているか否かを判定し、悪路を走行していると判定した回数である悪路判定回数を計数し、内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生しているかどうかの判断において、一定期間中の失火判定回数から一定期間中の悪路判定回数を減じたものを閾値と比較し、現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分を、現在の内燃機関の回転速度が高いほど大きくする内燃機関の制御装置を構成した。

0008

加えて、加速度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分を、アクセル開度センサの出力信号を参照して現在車両が悪路を走行していると判定したときの悪路判定回数の増分よりも大きくすることが好ましい。

発明の効果

0009

本発明によれば、車載の内燃機関の気筒において失火が起こる異常が発生しているか否かを診断する自己診断の精度をより高めることができる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
同実施形態の内燃機関の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。
同実施形態の内燃機関の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。
同実施形態の内燃機関の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。

実施例

0011

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。内燃機関は、車両の駆動系を介して駆動輪に走行のための駆動力を供給する。内燃機関は、例えばポート噴射式の4ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒1(例えば、三気筒エンジン図1には、そのうち一つを図示している)を具備する。各気筒1の吸気バルブよりも上流、各気筒1に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて燃料噴射するインジェクタ11を気筒1毎に設けている。また、各気筒1の燃焼室天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイル14にて発生した誘導電圧印加を受けて、中心電極接地電極との間で火花放電惹起するものである。点火コイル14は、半導体スイッチング素子13であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

0012

吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。

0013

排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用三元触媒41を配置している。

0014

外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置2は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものであり、排気通路4における触媒41の上流側と吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流側とを連通する外部EGR通路21と、EGR通路21上に設けたEGRクーラ22と、EGR通路21を開閉し当該EGR通路21を流れるEGRガスの流量を制御するEGRバルブ23とを要素とする。EGR通路21の入口は、排気通路4における排気マニホルド42またはその下流の所定箇所に接続している。EGR通路21の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流の所定箇所、特にサージタンク33に接続している。

0015

本実施形態の内燃機関の制御装置たるECU0は、プロセッサメモリ入力インタフェース出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ECU0は、複数基のECUまたはコントローラがCAN(Controller Area Network)等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

0016

ECU0の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及び回転速度(エンジン回転数)を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダル踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、気筒1に連なる吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号d、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号e、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号f、車両の加速度を検出する加速度センサ(互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸の三軸のそれぞれの方向に沿った加速度を計測する三軸加速度センサや、三軸加速度センサの機能に加えてX軸回りのθ方向、Y軸回りのφ方向及びZ軸回りのΨ方向のそれぞれの回転方向に沿った角速度を計測する三軸回転角速度センサジャイロセンサ)の機能を備えた六軸加速度センサまたは九軸加速度センサ)から出力される加速度信号g、排気通路4を流れる排気ガス空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号h等が入力される。

0017

ECU0の出力インタフェースからは、イグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、EGRバルブ23に対して開度操作信号l等を出力する。

0018

ECU0のプロセッサは、メモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータ演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、内燃機関の回転速度を知得するとともに気筒1に充填される吸気量(または、新気量)を推算する。そして、それらに基づき、吸気量に見合った要求燃料噴射量燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧点火タイミング要求EGR率(または、EGRガス量)等といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、lを出力インタフェースを介して印加する。

0019

以降、本実施形態のECU0が実施する、内燃機関の気筒1において失火が起こる異常が発生しているか否かを判断する自己診断の手法に関して詳述する。

0020

まず、ECU0は、クランク角信号bを参照して、内燃機関のクランクシャフトの回転速度を常時監視している。具体的には、クランク角信号bのパルス列を基に、クランクシャフトが所定のクランク角度、典型的には30°CA回転するために要した時間を反復的に計測し、今回計測された所要時間から前回計測された所要時間を減算することで、30°CA毎の回転速度の低下量の指標となる、30°CAの所要時間の変化量を得る。30°CAの所要時間の変化量が正値であることは内燃機関の回転速度が低下(減速)傾向にあることを意味し、負値であることは内燃機関の回転速度が上昇(加速)傾向にあることを意味する。

0021

その上で、ECU0は、原則として、30°CAの所要時間の変化量が正値であり、かつこれが所定値を上回るときに、クランクシャフトの回転速度が急落する事象、つまりは気筒1内で失火が起こったと判定する。ECU0は、直近の一定期間内に失火が起こったと判定した回数である失火判定回数を計数してメモリに記憶保持する。

0022

しかしながら、車両が悪路を走行している最中には、車輪から車軸及び駆動系を介して内燃機関のクランクシャフトに振動や衝撃が伝わる。その帰結として、クランク角信号bにノイズが混入することがあり、ECU0がこのノイズを気筒1における失火であると誤判定する可能性がある。

0023

よって、本実施形態のECU0は、図2に示すように、クランク角信号bを予め、所定以上の周波数の成分を遮断し所定未満の周波数の成分を通過させるローパスフィルタにより処理する(ステップS2)。そして、ローパスフィルタを通過したクランク角信号bを基に、30°CA毎の所要時間及びその変化量を求め(ステップS3)、これを所定値と比較して(ステップS4)気筒1において失火が起こったか否かの判定を行う。失火が起こったと判定したならば、失火判定回数のカウンタを所定量増加(例えば、+1インクリメント)させる(ステップS5)。

0024

ステップS2のローパスフィルタ処理における遮断周波数は、(ローパスフィルタ処理前の)クランク角信号bを参照して知得される、現在の内燃機関の回転速度に応じて調整する(ステップS1)。一例として、三気筒エンジンを2000rpmの回転数で運転している場合、240°CA毎に何れかの気筒1の膨脹行程が訪れ、これに起因したクランク角信号bの振動の周波数は50Hzとなる。車両が悪路を走行中にクランク角信号bに混入するノイズの周波数成分はこれよりも高周波であるので、両者を切り分けて前者のみを抽出できるようにローパスフィルタの遮断周波数を設定すればよい。各気筒1の行程に起因する振動の周波数は内燃機関の回転速度に比例することから、ローパスフィルタの遮断周波数は、現在の内燃機関の回転速度が高いほど高く引き上げることになる。

0025

尤も、クランク角信号bをフィルタ処理したとしても、悪路走行によるノイズを完全に除去できるとは限らない。そこで、本実施形態のECU0は、図3に示すように、車両の加速度信号gを参照して現在車両が悪路を走行しているか否かを判定し(ステップS6)、並びに、アクセル開度信号cを参照して現在車両が悪路を走行しているか否かを判定する(ステップS7、S8)。ステップS6では、例えば、車両の上下方向の加速度の絶対値が所定値を上回り、または車両の上下方向の変位量(所定時間内の加速度の積算値時間積分値)の絶対値が所定値を上回ることを条件として、車両が悪路を走行していると判定する。ステップS7では、例えば、アクセルペダルの踏込量が所定量以上増減する振動が所定時間以上継続していることを条件として、車両が悪路を走行していると判定する。

0026

しかして、ECU0は、直近の一定期間内に車両が悪路を走行していると判定した回数である悪路判定回数を計数してメモリに記憶保持する。特に、本実施形態では、加速度信号gから悪路を走行していると判定した場合と、アクセル開度信号cから悪路を走行していると判定した場合とで、失火判定回数の増分を変えるようにしている。即ち、加速度信号g及びアクセル開度信号cの両方から悪路を走行していると判定した場合には、悪路判定回数を所定量Aだけ増加(例えば、+3インクリメント)させる(ステップS9)。加速度信号gのみから悪路を走行していると判定し、アクセル開度信号cからは悪路を走行していると判定しなかった場合には、悪路判定回数を所定量Bだけ増加(例えば、+2インクリメント)増加させる(ステップS10)。並びに、アクセル開度信号cのみから悪路を走行していると判定し、加速度信号gからは悪路を走行していると判定しなかった場合には、悪路判定回数を所定量Cだけ増加(例えば、+1インクリメント)させる(ステップS11)。

0027

悪路判定回数の増分Bは増分Cよりも大きく、増分Aは増分Bよりも大きい。増分A、B、Cは、整数でないことがあり得る。さらに、増分A、B、Cのうちの少なくとも一つ(または、全て)は、(ローパスフィルタ処理前の)クランク角信号bを参照して知得される、現在の内燃機関の回転速度が高いほど大きくすることが好ましい。これは、内燃機関の回転速度が高いほど、ステップS2のローパスフィルタ処理の遮断周波数が高くなり、その分だけノイズがローパスフィルタを通過しやすくなることによる。

0028

最終的に、ECU0は、図4に示すように、直近の一定期間内に計数した失火判定回数から、直近の一定期間内に計数した悪路判定回数を減算し(ステップS12)、それを閾値と比較する(ステップS13)。失火判定回数から悪路判定回数を減じたものが閾値を超えたならば、内燃機関の気筒1において失火が起こる異常が発生しているとの判断を下し(ステップS14)、その旨を示す情報(ダイアグノーシスコード)をメモリに書き込んで記憶保持するとともに、その旨を運転者視覚または聴覚訴えかける態様で報知する。例えば、車両のコックピット内警告灯エンジンチェックランプ)を点灯させたり、ディスプレイに異常の旨を表示したり、警告音を出力したりする。加えて、フェイルセーフ処理として、特定の運転領域で内燃機関を運転するようにしてもよい。

0029

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

0030

本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

0031

0…内燃機関の制御装置
b…クランク角センサの出力信号
c…アクセル開度センサの出力信号
g…加速度センサの出力信号

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