JP2005299415A - エンジンの異常状態判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンで生じる様々な異常を、複数のセンサを設けることなく、また、特に、エンジンを分解したりすることなく、容易且つ的確に、早期に発見する。
【解決手段】異常状態判定装置１１では、周波数分析部１１ａで力検出センサ９からのＦx、Ｆy、Ｆzの各方向の力を周波数分析し、特性マップ選択部１１ｂでＦx、Ｆy、Ｆzの各方向毎にエンジン回転数に応じた特性マップを選択する。特性比較判定部１１ｃで周波数分析値と特性マップとをＦx、Ｆy、Ｆzの各方向毎に比較処理してエンジン１に異常があるか否かを判定する。異常が検出された場合には、エンジン制御装置１３に出力低減指令が行われ、また、警報ランプ１２が点灯される。更に、判定結果解析出力部１１ｆは、異常が検出された時刻と共に、Ｆx、Ｆy、Ｆzのどの方向で異常が発生したかを場合分けし、これらの情報を故障診断メモリ１４に記憶させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ピストンリングの異常摩耗やコンロッドクラック等のエンジンに生じる様々な異常を検出するエンジンの異常状態判定装置に関する。

一般に、車両のエンジンにおいては、その不具合を検出するため様々なセンサが設けられている。例えば、特開平７−１５１５９８号公報では、エンジンのノッキングを検出するため、エンジンのシリンダヘッドやシリンダブロックに振動センサを取り付け、エンジン振動の中の予め定めた特定の共鳴周波数成分を抽出して、この周波数成分が所定レベルより大きくなったか否かを判定することによりノッキングの発生の有無を判定することが開示されている。
特開平７−１５１５９８号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される技術では、ノッキングの発生の有無を判定できるが、他のエンジンの異常状態を判定できないという問題がある。例えば、ピストンリングの異常摩耗、コンロッドクラック、スラストメタルの摩耗といった不具合は、通常、エンジンを分解整備しなければ、発見することが難しく、エンジンの出力低下や異常振動等の現象が生じるようになって初めて発見される。こうしたエンジンの異常は、可能な限り早期に発見されることが望ましい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジンで生じる様々な異常を、複数のセンサを設けることなく、また、特に、エンジンを分解したりすることなく、容易且つ的確に、早期に発見することができるエンジンの異常状態判定装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンに関してピストンの往復運動する方向と、クランク軸の回転軸方向と、これらピストン往復運動方向とクランク軸回転軸方向とで決定する平面に直交する軸方向の３軸方向に作用する力をそれぞれ検出する力検出手段と、エンジンの運転状態に応じて上記３軸方向のそれぞれに作用する力の信号の基準となる特性を予め記憶した基準特性記憶手段と、上記基準となる特性と上記力検出手段からの信号とを上記３軸方向のそれぞれの方向毎に比較してエンジンに異常が発生しているか否かを判定する比較判定手段と、上記比較判定手段で上記エンジン異常の発生を判定した際に、上記エンジン異常が発生した方向により異常状態を場合分けする判定結果解析手段と、上記比較判定手段で上記エンジン異常の発生を判定した際に、エンジン出力を低減させるエンジン出力低減手段とを備えたことを特徴としている。

本発明によるエンジンの異常状態判定装置は、エンジンで生じる様々な異常を、複数のセンサを設けることなく、また、特に、エンジンを分解したりすることなく、容易且つ的確に、早期に発見することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図４は本発明の実施の第１形態を示し、図１はエンジンマウンティングシステムの概略説明図、図２はエンジンの異常状態判定装置の機能ブロック図、図３はエンジンの異常状態判定プログラムのフローチャート、図４は基準周波数特性のマップと力検出センサ信号の周波数分析値との比較処理の説明図である。

図１において、符号１は自動車のエンジンを示し、このエンジン１の後方にはトルクコンバータケース２に格納されたトルクコンバータ部分と前輪終減速部分が連結され、このトルクコンバータケース２の後方にはトランスミッションケース３に格納されたオートマチックトランスミッション部分が連結されている。

エンジン１の下部の両側２箇所は、車体フレームにフロントクッションラバー４を介して支持されており、トランスミッションケース３の後端のリヤカバー５は、クロスメンバ６上にリヤクッションラバー７を介して支持されている。また、トルクコンバータケース２の上部は、ピッチングストッパロッド８によりボディー側に係止されている。

上述のフロントクッションラバー４の上面のエンジン１と接触する部分には、図１中のＦx（幅方向）、Ｆy（前後方向）、Ｆz（上下方向）の力をそれぞれ検出する力検出手段としての力検出センサ９が埋設されている。

次に、本実施の第１形態によるエンジンの異常状態判定装置１１の機能ブロックを図２に示す。エンジンの異常状態判定装置１１は、力検出センサ９からＦx、Ｆy、Ｆzのそれぞれの方向の力が入力され、エンジン回転数センサ１０からエンジン回転数が入力される。そして、これら入力信号を基に、エンジン１に異常が発生したか否か判定し、異常が発生した場合には、コンビネーションメータに設けた警報ランプ１２を点灯させ、エンジン制御装置１３にエンジン出力を低下させる信号を出力し、また、故障診断メモリ１４に異常状態を記憶させる。

すなわち、エンジンの異常状態判定装置１１は、周波数分析部１１ａ、特性マップ選択部１１ｂ、特性比較判定部１１ｃ、警報出力部１１ｄ、エンジン出力指令部１１ｅ、判定結果解析出力部１１ｆから主要に構成されている。

周波数分析部１１ａは、力検出センサ９からＦx、Ｆy、Ｆzのそれぞれの方向の力が入力され、図４（ｂ）に示すように、周波数毎のエネルギの周波数分析（スペクトラム分析）をして、このデータを特性比較判定部１１ｃに出力する。

特性マップ選択部１１ｂは、基準特性記憶手段としてのもので、エンジン回転数センサ１０からエンジン回転数が入力され、予め実験等により求め記憶しておいたマップの中から、対応するエンジン回転数における特性マップを選択する。例えば、特性マップ選択部１１ｂには、図４（ａ）に示すように、Ｆx、Ｆy、Ｆzの各方向毎に、エンジン回転数に応じた、周波数とエネルギの特性マップが複数記憶されている。そして、この特性マップ選択部１１ｂにて選択された特性マップは、特性比較判定部１１ｃに出力される。

特性比較判定部１１ｃは、周波数分析部１１ａからＦx、Ｆy、Ｆzの各方向毎の周波数分析値が入力され、特性マップ選択部１１ｂからＦx、Ｆy、Ｆzの各方向毎の周波数の特性マップが入力される。そして、周波数分析部１１ａからの周波数分析値と周波数の特性マップとをＦx、Ｆy、Ｆzの各方向毎に比較し（図４（ｃ）参照）、周波数分析部１１ａからの周波数分析値が周波数の特性マップより設定値（図４（ｃ）の破線の領域）以上異なる場合には、エンジン１に異常があると判定する。

特性比較判定部１１ｃによりエンジン１の異常が判定された場合には、警報出力部１１ｄに信号が出力され、コンビネーションメータに設けた警報ランプ１２が点灯されて、ドライバに対して車両を点検するように促す。

また、特性比較判定部１１ｃによりエンジン１の異常が判定された場合には、エンジン出力低減手段としてのエンジン出力指令部１１ｅに信号が出力され、エンジン１に過大な負荷がかからないように、エンジン出力の低減を図るべくエンジン制御装置１３に出力低減指令が行われる。

更に、特性比較判定部１１ｃによりエンジン１の異常が判定された場合には、判定結果解析出力部１１ｆに対して信号が出力される。このように特性比較判定部１１ｃは、比較判定手段として設けられている。

判定結果解析出力部１１ｆは、エンジン１の異常が判定された場合に特性比較判定部１１ｃから、そのエンジン異常が発見された状態の信号が入力される。そして、その異常状態の発生状況を故障診断メモリ１４に記憶させる。例えば、異常が検出された時刻と共に、Ｆx、Ｆy、Ｆzのどの方向で異常が発生したかを記憶させる。これにより、点検において故障診断メモリ１４を参照することにより、例えば、水平対向エンジンの場合では、Ｆx方向で異常が発生している場合にはエンジン１のピストン系に異常（ピストンリングの異常摩耗やコンロッドクラック等）発生と判定することができる。また、Ｆy方向及びＦz方向で異常が発生している場合にはエンジン１のクランクシャフト関係（スラストメタルの磨耗）等を判定できる。また、横置きエンジンの場合では、Ｆy方向で異常が発生している場合にはエンジン１のピストン系に異常（ピストンリングの異常摩耗やコンロッドクラック等）発生と判定することができる。更に、Ｆx方向及びＦz方向で異常が発生している場合にはエンジン１のクランクシャフト関係（スラストメタルの摩耗）等を判定することができる。このように、判定結果解析出力部１１ｆは、判定結果解析手段として設けられている。

次に、エンジン１の異常状態判定プログラムを、図３のフローチャートで説明する。まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、必要パラメータを読み込み、Ｓ１０２に進み、周波数分析部１１ａで、力検出センサ９からのＦx、Ｆy、Ｆzのそれぞれの方向の力を、周波数分析（スペクトラム分析）する。

次いで、Ｓ１０３に進み、特性マップ選択部１１ｂで、Ｆx、Ｆy、Ｆzの各方向毎に、エンジン回転数に応じた、周波数とエネルギの特性マップを選択する。

次に、Ｓ１０４に進み、特性比較判定部１１ｃにおいて、周波数分析部１１ａからの周波数分析値と周波数の特性マップとをＦx、Ｆy、Ｆzの各方向毎に比較処理してエンジン１に異常があるか否かを判定する。

そして、Ｓ１０５に進み、Ｓ１０４の比較処理の結果、異常が検出された場合には、Ｓ１０６以降に進み、異常が検出されていないのであれば、そのままプログラムを抜ける。

Ｓ１０５の判定の結果、エンジン１に異常が検出されてＳ１０６に進むと、エンジン出力指令部１１ｅに信号が出力され、エンジン１に過大な負荷がかからないように、エンジン出力の低減を図るべくエンジン制御装置１３に出力低減指令が行われる。

次いで、Ｓ１０７に進み、警報出力部１１ｄに信号が出力され、コンビネーションメータに設けた警報ランプ１２が点灯されて、ドライバに対して車両を点検するように促す。

次に、Ｓ１０８に進み、判定結果解析出力部１１ｆは、異常が検出された時刻と共に、Ｆx、Ｆy、Ｆzのどの方向で異常が発生したかを場合分けし、Ｓ１０９に進んで、これらの情報を故障診断メモリ１４に記憶させてプログラムを抜ける。

このように本実施の第１形態によれば、力検出センサ９によるエンジン１の３軸方向に発生する力からエンジン１の異常を検出するようになっているので、エンジン１を分解することなく総合的なエンジン１の異常（ピストンリングの異常摩耗やコンロッドクラックやスラストメタルの摩耗等）が検出できる。また、エンジン１の異常が発生した場合には、その発生している方向の力により、その異常がピストン関連によるものか、クランク軸関連によるものかも容易に判別できる。更に、センサも力検出センサ９を設けるだけで良いため、コスト的、スペース的にも有利である。また、エンジン１で異常が発生した場合には、エンジン出力を制限するようになっているので、エンジン１に無理な負荷がかからず、ユーザが車両をサービス店に持ち込んで適切な整備が期待できる。

次に、図５〜図７は本発明の実施の第２形態を示し、図５はエンジンの異常状態判定装置の機能ブロック図、図６はエンジンの異常状態判定プログラムのフローチャート、図７は基準となる力の閾値の特性マップの説明図である。尚、本実施の第２形態は、力検出センサからの信号と比較する基準となる特性を力の閾値としたことが、前記第１形態と異なり、他の構成及び作用は前記第１形態と同様であるので説明は省略する。

すなわち、図５において、符号２０は、エンジンの異常状態判定装置を示し、このエンジンの異常状態判定装置２０には、前記第１形態と同様、力検出センサ９からＦx、Ｆy、Ｆzのそれぞれの方向の力が入力され、エンジン回転数センサ１０からエンジン回転数が入力される。そして、これら入力信号を基に、エンジン１に異常が発生したか否か判定し、異常が発生した場合には、コンビネーションメータに設けた警報ランプ１２を点灯させ、エンジン制御装置１３にエンジン出力を低下させる信号を出力し、また、故障診断メモリ１４に異常状態を記憶させる。

すなわち、エンジンの異常状態判定装置２０は、力の閾値設定部２０ａ、特性比較判定部２０ｂ、警報出力部２０ｃ、エンジン出力指令部２０ｄ、判定結果解析出力部２０ｅから主要に構成されている。

力の閾値設定部２０ａは、基準特性記憶手段としてのもので、エンジン回転数センサ１０からエンジン回転数が入力され、予め実験等により求め記憶しておいた特性マップから、対応するエンジン回転数における力の閾値を設定する。例えば、力の閾値設定部２０ａには、図７に示すように、エンジン回転数に応じた力の閾値の特性マップがＦx、Ｆy、Ｆzの各方向毎に記憶されている。そして、Ｆx、Ｆy、Ｆzの各方向毎にそれぞれエンジン回転数に応じた力の閾値を求め、特性比較判定部２０ｂに出力する。

特性比較判定部２０ｂは、力検出センサ９からＦx、Ｆy、Ｆzの各方向毎の力の信号が入力され、力の閾値設定部２０ａからＦx、Ｆy、Ｆzの各方向毎の力の閾値が入力される。そして、力検出センサ９からの力の信号と力の閾値設定部２０ａからの力の閾値とをＦx、Ｆy、Ｆzの各方向毎に比較し、力検出センサ９から力の信号が力の閾値を超える場合には、エンジン１に異常があると判定する。

特性比較判定部２０ｂによりエンジン１の異常が判定された場合には、警報出力部２０ｃに信号が出力され、コンビネーションメータに設けた警報ランプ１２が点灯されて、ドライバに対して車両を点検するように促す。

また、特性比較判定部２０ｂによりエンジン１の異常が判定された場合には、エンジン出力低減手段としてのエンジン出力指令部２０ｄに信号が出力され、エンジン１に過大な負荷がかからないように、エンジン出力の低減を図るべくエンジン制御装置１３に出力低減指令が行われる。

更に、特性比較判定部２０ｂによりエンジン１の異常が判定された場合には、判定結果解析出力部２０ｅに対して信号が出力される。このように特性比較判定部２０ｂは、比較判定手段として設けられている。

判定結果解析出力部２０ｅは、エンジン１の異常が判定された場合に特性比較判定部２０ｂから、そのエンジン異常が発見された状態の信号が入力される。そして、その異常状態の発生状況を故障診断メモリ１４に記憶させる。例えば、異常が検出された時刻と共に、Ｆx、Ｆy、Ｆzのどの方向で異常が発生したかを記憶させる。これにより、点検において故障診断メモリ１４を参照することにより、例えば、水平対向エンジンの場合では、Ｆx方向で異常が発生している場合にはエンジン１のピストン系に異常（ピストンリングの異常摩耗やコンロッドクラック等）発生と判定することができる。また、Ｆy方向及びＦz方向で異常が発生している場合にはエンジン１のクランクシャフト関係（スラストメタルの摩耗）等を判定できる。また、横置きエンジンの場合では、Ｆy方向で異常が発生している場合にはエンジン１のピストン系に異常（ピストンリングの異常摩耗やコンロッドクラック等）発生と判定することができる。更に、Ｆx方向及びＦz方向で異常が発生している場合にはエンジン１のクランクシャフト関係（スラストメタルの摩耗）等を判定することができる。このように、判定結果解析出力部１１ｆは、判定結果解析手段として設けられている。

次に、エンジン１の異常状態判定プログラムを、図６のフローチャートで説明する。まず、Ｓ２０１で、必要パラメータを読み込み、Ｓ２０２に進み、力の閾値設定部２０ａで、Ｆx、Ｆy、Ｆzの各方向毎に、エンジン回転数に応じた、力の閾値を設定する。

次いで、Ｓ２０３に進み、特性比較判定部２０ｂにおいて、力検出センサ９からの信号と力の閾値とをＦx、Ｆy、Ｆzの各方向毎に比較処理してエンジン１に異常があるか否かを判定する。

そして、Ｓ２０４に進み、Ｓ２０３の比較処理の結果、異常が検出された場合には、Ｓ２０５以降に進み、異常が検出されていないのであれば、そのままプログラムを抜ける。

Ｓ２０４の判定の結果、エンジン１に異常が検出されてＳ２０５に進むと、エンジン出力指令部２０ｄに信号が出力され、エンジン１に過大な負荷がかからないように、エンジン出力の低減を図るべくエンジン制御装置１３に出力低減指令が行われる。

次いで、Ｓ２０６に進み、警報出力部２０ｃに信号が出力され、コンビネーションメータに設けた警報ランプ１２が点灯されて、ドライバに対して車両を点検するように促す。

次に、Ｓ２０７に進み、判定結果解析出力部２０ｅは、異常が検出された時刻と共に、Ｆx、Ｆy、Ｆzのどの方向で異常が発生したかを場合分けし、Ｓ２０８に進んで、これらの情報を故障診断メモリ１４に記憶させてプログラムを抜ける。

このように本実施の第２形態によれば、前記第１形態で説明した効果に加え、力検出センサ９からの信号を周波数分析処理することなく実現できるので、制御をより簡素化することができる。

尚、本実施の形態においては、基準となる特性をエンジン回転数に応じて選定するようにしているが、他に、スロットル開度等のエンジン運転状態のパラメータを加えて、より緻密な制御を実現することも可能である。

本発明の第１形態による、エンジンマウンティングシステムの概略説明図 同上、エンジンの異常状態判定装置の機能ブロック図 同上、エンジンの異常状態判定プログラムのフローチャート 同上、基準周波数特性のマップと力検出センサ信号の周波数分析値との比較処理の説明図 本発明の第２形態による、エンジンの異常状態判定装置の機能ブロック図 同上、エンジンの異常状態判定プログラムのフローチャート 同上、基準となる力の閾値の特性マップの説明図

符号の説明

１ エンジン
４ フロントクッションラバー
９ 力検出センサ（力検出手段）
１０ エンジン回転数センサ
１１ 異常状態判定装置
１１ａ 周波数分析部
１１ｂ 特性マップ選択部（基準特性記憶手段）
１１ｃ 特性比較判定部（比較判定手段）
１１ｄ 警報出力部
１１ｅ エンジン出力指令部（エンジン出力低減手段）
１１ｆ 判定結果解析出力部（判定結果解析手段）
１２ 警報ランプ
１３ エンジン制御装置
１４ 故障診断メモリ
２０ 異常状態判定装置
２０ａ 力の閾値設定部（基準特性記憶手段）
２０ｂ 特性比較判定部（比較判定手段）
２０ｃ 警報出力部
２０ｄ エンジン出力指令部（エンジン出力低減手段）
２０ｅ 判定結果解析出力部（判定結果解析手段）
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (3)

1. エンジンに関してピストンの往復運動する方向と、クランク軸の回転軸方向と、これらピストン往復運動方向とクランク軸回転軸方向とで決定する平面に直交する軸方向の３軸方向に作用する力をそれぞれ検出する力検出手段と、
   エンジンの運転状態に応じて上記３軸方向のそれぞれに作用する力の信号の基準となる特性を予め記憶した基準特性記憶手段と、
   上記基準となる特性と上記力検出手段からの信号とを上記３軸方向のそれぞれの方向毎に比較してエンジンに異常が発生しているか否かを判定する比較判定手段と、
   上記比較判定手段で上記エンジン異常の発生を判定した際に、上記エンジン異常が発生した方向により異常状態を場合分けする判定結果解析手段と、
   上記比較判定手段で上記エンジン異常の発生を判定した際に、エンジン出力を低減させるエンジン出力低減手段と、
   を備えたことを特徴とするエンジンの異常状態判定装置。
2. 上記基準特性記憶手段で予め記憶する上記基準となる特性は周波数特性であり、上記比較判定手段は、上記基準となる周波数特性と上記力検出手段からの信号を周波数分析した信号とを比較してエンジンに異常が発生しているか否かを判定することを特徴とする請求項１記載のエンジンの異常状態判定装置。
3. 上記基準特性記憶手段で予め記憶する上記基準となる特性は力の値の閾値であり、上記比較判定手段は、上記基準となる力の閾値と上記力検出手段からの信号とを比較してエンジンに異常が発生しているか否かを判定することを特徴とする請求項１記載のエンジンの異常状態判定装置。

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