JPH04350347A - エンジン制御装置のセンサ系異常検出方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン制御装置の特
に吸入空気量を計測するセンサの異常検出方法に関する
。

【０００２】

【従来の技術】従来は、特公昭６３−２７５４０　号に
示す様に、吸入空気量を計測するセンサの出力と判定値
（特公昭６３−２７５４０　号では、イグニッションス
イッチ閉成時の吸入空気量センサの出力）とを比較する
ため、特定の運転状態でしか、異常判定が出来ない（例
えば、エンジン回転数が高く、吸入空気量が多い時の吸
入空気量センサの出力がエンジンが停止しているイグニ
ッションスイッチ閉成時の吸入空気量センサ出力値以下
を示している場合など）。又、センサがオープン又はシ
ョートを検出する方法としてセンサ出力が所定値（下限
）以下又は所定値（上限）以上となった時異常と判定す
る方法は、運転状態に関係なく異常判定（診断）が行え
るが、反面、判定の規準となる上下限の所定値は、セン
サがオープン又はショート時の出力に近い値しか設定で
きないため、吸入空気量センサが、故障し真の吸入空気
量を計測できなくなった状態から異常と判定される直前
までは、大幅に誤ったセンサ出力に基づいてエンジン制
御が行われることから運転性がいちじるしく悪化してし
まうなどの問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術で
は異常判定の基準となる判定値が、運転状態によらず一
定（一旦決まってしまえば、キーオフまで一定）であっ
たため、異常と判定されるまで故障した誤ったセンサ出
力に基づきエンジン制御を行う運転条件が広い（この間
運転性が大幅に悪化）という問題に対し、運転状態の変
化に応じて判定値を適切に変化させることでセンサ異常
の早期発見を目的とする（誤ったセンサ出力によって制
御される運転条件をせまくすることで運転性の悪化を減
らす）。

【０００４】

【課題を解決するための手段】目的を達成する手段とし
て、判定の対称となる吸入空気量を計測する第１の手段
（吸入空気量センサ）の他に、少なくとも吸入空気量を
推定する第２の手段を設け、第２の手段によって推定さ
れた吸入空気量Ｑ２から求めた判定値と第１の手段によ
って計測された吸入空気量Ｑ１とを比較することで第１
の手段（吸入空気量センサ）の異常判定を行うこととし
た。

【０００５】

【作用】本発明によれば、吸入空気量センサ出力と比較
し異常判定を行う基準となる判定値が、運転状態（吸入
空気量）の変化に応じてするので、運転状態にかかわら
ず吸入空気量センサの異常を早期に判定できる。

【０００６】

【実施例】図１にエンジン制御システムの構成を示す。

【０００７】エンジンへ吸入される空気（以下、吸入空
気量と表記）は、エアクリーナ１８を通り、絞り弁１９
にて吸入空気量を制限され、インジェクタ８から噴射・
供給される燃料と混合し、ピストン２０が下降する吸気
行程時に下がった吸気バルブ１９とシリンダヘッドとの
隙間を通ってシリンダ内へ吸入される。

【０００８】吸入された空気・燃料は、圧縮行程におい
てピストン２０の上昇により圧縮され、点火プラグ１５
により点火され爆発（燃焼）し、ピストン２０を押し下
げる（膨張行程）。燃焼後のシリンダ内の排気ガスは、
次の排気行程時に下がった排気バルブ２１とシリンダヘ
ッドとの隙間を通り、触媒２２によって排気ガス中の有
害成分が除去され大気へ排出される。

【０００９】これは、周知の４サイクルエンジンである
。

【００１０】２はエアフローメータであり、エンジンに
吸入される空気量（以下吸入空気量と記す）を計量する
ものである。

【００１１】図に示したものは吸入空気が大きな通路（
メイン通路）と小さな通路（バイパス通路）を分割して
流れるうち、バイパス通路側を流れる空気量に応じた信
号をエアフローメータ２からコントロールユニット１へ
送り、この信号を基に全部の吸入空気量を求める方式（
バイパスエア方式）である。

【００１２】５は絞り弁開度センサであり、吸入空気量
を調整する絞り弁１９の開度に応じた信号を出力する。 この信号からアイドル（絞り弁が全閉）状態であるかを
判定したり、所定時間内の信号の変化量を求めて加速ま
たは減速状態であるかを判定したりする。

【００１３】３は水温センサであり、エンジンの冷却水
温に応じた信号を出力する。この信号からエンジンが暖
気〜暖気後、高水温（オーバーヒート気味）のどの状態
にあるかを判定し、これを基に供給する燃料量や点火時
期を適切に補正することで暖気途中の運転性悪化やオー
バーヒートによるエンジン破損などのトラブルを抑える
よう制御する。

【００１４】４はクランク角センサであり、エンジンの
クランク角が所定の位置にきた時に信号を出力する。コ
ントロールユニット１ではこの信号を基準に点火コイル
１３への通電をＯＮ／ＯＦＦして点火タイミングを制御
したり、インジェクタ８からの燃料噴射を開始したりす
る。

【００１５】６はＯ２センサであり、排気ガス中の酸素
濃度が高い（多い）場合は低い電圧（ＬＯＷ信号）を、
低い（少ない）場合は高い電圧（ＨＩ信号）を出力する
。

【００１６】ＬＯＷ信号の時は空燃比Ａ／Ｆが薄い状態
であり、供給する燃料量を増やし、ＨＩ信号の時は空燃
比Ａ／Ｆが濃い状態なので燃料量を減らすよう調整する
ことで空燃比Ａ／Ｆを常に理論空燃比の近傍に制御し、
排気ガス中の有害成分を抑える。

【００１７】この他にもスタータＳＷ２３，エアコンＳ
Ｗ２４，Ｎ／Ｌ　　ＳＷ（ギヤのニュートラル／非ニュ
ートラルの検出やクラッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を検出）
２５，パワステＳＷ２６，電気負荷ＳＷ（ヘッドライト
やラジエータファンのＯＮ／ＯＦＦ）２７，車速センサ
２８，バッテリ７などがコントロールユニット１に接続
されている。

【００１８】１のコントロールユニットでは、以上説明
したセンサ，ＳＷ等から出力される信号を基に演算し、
インジェクタ８からの燃料噴射（供給）量や点火コイル
１３への通電タイミングＯＮ／ＯＦＦ（点火時期，通電
時間）、絞り弁１９をバイパスして吸入される空気量（
バイパス通路の開口面積を調整するバルブの動作量）を
決定しエンジンを制御する。

【００１９】タンク１１の燃料は、ポンプ１０によって
加圧され、インジェクタ８及びプレッシャーレギュレー
タ９に送られる。プレッシャーレギュレータ９ではタン
ク１１へ戻る燃料量を調整し、燃料にかかっている圧力
（以下、燃圧と記す）が所定値となるよう調圧する。こ
れによりインジェクタ８はいつも一定の燃圧状態となっ
ている。インジェクタ８はコントロール１からの（駆動
）信号によって開弁（ＯＮ）／閉弁（ＯＦＦ）する。

【００２０】インジェクタ８から供給される燃料量は前
記のように燃圧が一定であるため開弁時間に比例する。 このため、コントロールユニット１では供給される燃料
量が最適になる様インジェクタ８の開弁時間を制御して
いる。

【００２１】点火コイル１３は１次側コイルと２次側コ
イルの２つのコイルと１次側コイルへの通電をＯＮ／Ｏ
ＦＦするためのパワースイッチによって構成されている
。１次側コイルはパワースイッチを介してコントロール
ユニット１につながっている。２次側コイルはディスト
リビュータ１４を経由してエンジンの点火プラグ１５に
接続されている。また、２次側コイルは１次側コイルよ
りコイルも巻数が多い構造となっているため、パワース
イッチによって１次側コイルへの通電がＯＮ→ＯＦＦす
ると２次側コイルに高電圧が発生し、接続されている点
火プラグ１５に火花が飛び、シリンダ内の空気／燃料が
燃焼する。

【００２２】点火時期は各センサの信号を基に最適な値
（クランク角度位置）をコントロールユニット１で演算
・決定する。

【００２３】コントロールユニット１では、クランク角
センサ４からの信号を基にクランク角度位置を求め、前
記の最適な値（クランク角度位置）で点火コイル１３へ
の通電をＯＮ／ＯＦＦし、点火時期／通電時間を制御す
る。

【００２４】アイドル・スピード・コントロール・バル
ブ（以下、ＩＳＣバルブと表記）１３は、吸入空気量を
制限する絞り弁９をバイパスする通路の開口面積をコン
トロールユニット１の信号に応じて変化させることで吸
入空気量を制御している。例えば、アイドル（絞り弁１
９全閉）時、回転上昇時は吸入空気量を減じ、回転下降
時は増加するようにＩＳＣバルブ１３を制御することで
運転者に不快を与えるアイドル回転変動を抑えたり、急
減速時に吸入空気量が増加するようＩＳＣバルブ１３を
制御することで吸入空気量が急に変化（減少）すること
によって起こる減速ショックを抑える働きをする。

【００２５】図２はコントロールユニットの構成を示す
ものである。

【００２６】エンジン制御に使用されているセンサの出
力信号はアナログ信号とデジタル信号がある。アナログ
信号とは、図３に示すように時間軸に対しセンサ出力が
連続的に変化するもので前記の水温センサ，スロットル
センサ出力などが該当する。デジタル信号とは、図４に
示すように時間軸に対して出力が高い状態（Ｈｉ信号）
か、または低い状態（Ｌｏｗ信号）の２つの状態しか出
力しないもので前記のクランク角センサ，スイッチ信号
（例えば、スタータｓｗ）などが該当する。

【００２７】各センサからの出力信号はまず入力回路に
入る。

【００２８】入力回路ではセンサ信号に乗ってきたノイ
ズを除去したり、デジタル信号の波形整形を行う。

【００２９】マイクロコンピュータ（以下、マイコンと
表記）ではＲＯＭに納められている演算手順（以下、プ
ログラムと表記）に従い、ＣＰＵがセンサ出力に応じた
各アクチュエータの制御量を計算し、結果を出力回路へ
送る。

【００３０】入力回路を経由したセンサ信号は、デジタ
ル信号であれば直接、アナログ信号であればＡ／Ｄ変換
を行うＬＳＩ（以下、Ａ／Ｄと表記）を経由してＩ／Ｏ
と呼ばれるＬＳＩ（以下、Ｉ／Ｏと表記）へ送られる。

【００３１】ここでＡ／Ｄとはアナログのセンサ信号を
デジタル信号へ変換する働きをするもので、マイコン内
では変換後のデジタル信号を使って計算を行う。

【００３２】また、Ｉ／Ｏはマイコンと外部回路との信
号のやり取り（入力・出力）を受け持つ。

【００３３】この他にＣＰＵで計算した結果を一時的に
記憶しておくＲＡＭと呼ばれるＬＳＩ（以下、ＲＡＭと
表記）や時間を計測した所定時間が経過したことをＣＰ
Ｕへ警告したり、Ｉ／Ｏを経由して入力されたデジタル
信号のパルス数を数えたりするカウンタと呼ばれるＬＳ
Ｉ（以下、カウンタと表記）などからマイコンが構成さ
れている。

【００３４】出力回路ではマイコンからの信号をアクチ
ュエータを駆動できる信号レベルに変換を行う。

【００３５】コントロールユニットにはマイコンの正常
に動作していることをチェックする機能とマイコンが故
障した際マイコンによる制御を中止し、ハードウエアに
よってアクチュエータを制御する機能（バックアップ）
を持っている。

【００３６】マイコンのチェック機能およびバックアッ
プ機能について説明する。

【００３７】マイコンは、一定周期ごとにパルス信号を
出力するようになっている。診断回路ではこのパルス信
号が決められた周期ごとにマイコンから送られているか
をチェックし、パルス信号が不規則な周期で送られてく
るとマイコン故障と判定する。

【００３８】マイコン故障と判定した場合、診断回路は
出力回路へ送られるアクチュエータへの制御信号をマイ
コンの出力からバックアップ回路の出力へ切り替える。 バックアップ回路では入力回路を経由したセンサ信号に
応じてアクチュエータへの制御信号を決定するがマイコ
ン制御ほど精密な制御は行っていない。

【００３９】これによりマイコン故障の際考えられる車
両暴走の危険回避と走行不能状態に陥ることなく走行を
続けることができる。

【００４０】図５はコントロールユニット（図２参照）
内のＲＯＭに納められている演算手順を示したものであ
る。

【００４１】コントロールユニット内のマイコンでは通
常、以下の処理を行っている。イグニッション（ＩＧＮ
）ＳＷがＯＮするとまず各センサ出力信号の読み込みを
行う。センサ出力信号は必要に応じて加工されたのち計
算に使われる。

【００４２】例えば、図６はエアフローセンサ出力と吸
入空気量の関係を示したもので、この図に示すデータは
前記ＲＯＭの中に納められていてエアフローセンサ出力
を読み込んだ際、センサ出力は図６に示す関係で吸入空
気量に相当する値に変換されたのち、各計算に使われる
。

【００４３】インジェクタを開弁させる時間、ＥＧＩパ
ルス幅は前記の吸入空気量と後で述べるエンジン回転数
から求めた基本パルス幅に補正係数を乗じて決定する。 補正係数は図７に示すように水温やエンジン回転数など
のパラメータに対して最適な値（補正係数）が前記のＲ
ＯＭに納められていてエンジン状態に応じて使われる。

【００４４】点火時期は図８に示すようなエンジン回転
数とエンジンの負荷状態を示す前記の基本パルス幅と最
適な点火時期の関係を示すデータ郡（マップ）が前記の
ＲＯＭに納められていてエンジン状態に応じた値が読み
出される。点火コイルへの通電時間も同様に図９に示す
ようなデータがＲＯＭに納められていて適時使用される
。

【００４５】以上得られた点火時期，通電時間に前記Ｅ
ＧＩパルス同様、補正係数を乗じて最終値を決定する。

【００４６】ＩＳＣバルブも同様にＲＯＭに制御量を示
すデータが納められていて例えば、前記の絞り弁が全閉
の時は、エンジン回転数の変化量に応じて、それ以外で
は絞り弁開度や吸入空気量に応じてもとまる値に補正係
数を乗じて最終値を決定する。ＩＳＣバルブは一定時間
ごとに制御量（駆動信号）を更新する。

【００４７】以上述べた処理（演算）は一定の周期ごと
に繰り返し行われるが、この他にクランク角センサのＨ
ｉ信号（ＲＥＦ信号）が入力されるたびに演算される割
込み処理がある。

【００４８】割込み処理では、インジェクタへ開弁信号
（ＥＧＩパルス）を出力したり、点火コイルへのＯＮ（
通電開始）タイミングやＯＦＦ（点火時期）タイミング
を出力回路へ指示したりする。また、ＲＥＦ信号の周期
を計測してエンジン回転数を求めたりする。

【００４９】次に図１０，図１１を使って本発明の一実
施例を説明する。

【００５０】図１０は、計算及び判定手順を示したフロ
ーチャートである。まず、吸入空気量センサや絞り弁開
度センサなど各センサからの出力の読み込み（１０１）
、吸入空気量センサ（図１０ではＡＦＭ）出力から計測
した吸入空気量Ｑ１　を求める（１０２）。次に絞り弁
開度センサ出力及びエンジン回転数から計算し、推定し
て求めた吸入空気量Ｑ２を求める（１０３）。前記Ｑ２
から前記吸入空気量センサ出力と比較し、異常判定を行
うための判定値Ｑｍａｘ（上限）とＱｍｉｎ（下限）を
計算する（１０４）。次に異常判定を行うが、前記の判
定値上限Ｑｍａｘ　と前記吸入空気量センサ出力から求
めたＱ１を比較（１０５）し、■ＱｍａｘよりもＱ１　
の方が大きい場合、又は判定値下限のＱｍｉｎと前記Ｑ
１を比較し（１０６）、■Ｑｍｉｎ　よりもＱ１の方が
小さい場合、吸入空気量（ＡＦＭ）センサが異常と判定
（１０８）する。又、前記■及び■以外の場合は、吸入
空気量センサは正常（１０７）と判定する。

【００５１】図１１は、本発明の効果を説明するチャー
トである。ここで図中のＮＧＯＵ及びＮＧＯＣは、従来
技術で説明したオープン又はショートを検出することを
狙った従来の判定値であり、ここでは従来技術と比較し
て本発明の優れた効果を説明する。図１１は、吸入空気
量センサは、経過時間軸上のＸ点で故障し出力が上昇、
その後故障から復期し、正常な出力へ戻った場合のチャ
ートである。従来技術による異常判定ではｂ点でセンサ
異常と判定、その後ｃ点で正常と判定しているが、異常
判定されるｂ点の直前及び異常判定が解除されたｃ点の
直後では、実際にエンジンへ吸入されている空気量Ｑａ
に対し、大きな誤差がありＱ１を基に制御を行ったので
は、運転性の悪化はさけることは出来ない。又、通常吸
入空気量センサが異常と判定された場合フェールセーフ
としてバックアップ機能を有しているシステムが多いが
、ここでは吸入空気量センサ異常時は、前記吸入空気量
を推定する第２の手段で求められたＱ２　を使用するシ
ステムであると仮定した場合ｂ点及びｃ点で制御がＱ１
からＱ２、又はＱ２からＱ１へ切り換るが、Ｑ１とＱ２
の差が大きく切り換え時にショック等が発生し、運転者
に不快感を与えることが考えられる。

【００５２】これに対し、本発明によれば、Ｑ１がＱｍ
ａｘを越すａ点で異常と判定、ｄ点で異常判定が解除と
なる。従来技術で問題となった異常判定直前及び解除直
後の実際の吸入空気量ＱａとＱ１の誤差も小さく運転性
が悪化する範囲もせまい。又、異常判定時及び異常判定
解除時のバックアップモードへの切り換え、復期につい
てもＱ１とＱ２の差が小さい状態において行われるため
ショック等の発生も少ない。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、吸入
空気量センサの異常を早期に発見することが出来、セン
サ異常時に運転者へ与える不快感を大幅に軽減できると
いう優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】システム構成図である。

【図２】コントロールユニット構成図である。

【図３】センサ出力〜アナログ信号を示す図である。

【図４】センサ出力〜デジタル信号を示す図である。

【図５】演算手順を示すフローチャートである。

【図６】コントロールユニット内のＲＯＭに納められて
いる吸入空気量（エアフロー）センサ出力と吸入空気量
の関係図である。

【図７】コントロールユニット内のＲＯＭに納められて
いる演算に使われる補正係数とパラメータの関係図であ
る。

【図８】同じく点火時期マップを示す図である。

【図９】同じくバッテリ電圧と点火コイルへの通電時間
の関係図である。

【図１０】本発明を示すフローチャートである。

【図１１】本発明の効果を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…コントロールユニット、２…吸入空気量センサ（エ
アフローセンサ）、４…クランク角センサ、５…絞り弁
開度センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンへ吸入される空気量を計測する第
   １の手段と吸入される空気量を第１の手段以外に求める
   第２の手段とを有し、前記吸入空気量を計測する第１の
   手段の故障判定を少なくとも第１の手段で計測された吸
   入空気量Ｑ１と第２の手段で推定された吸入空気量Ｑ２
   　から求められた所定値とを比較することによって判定
   することを特徴としたエンジン制御装置のセンサ系異常
   検出方法。
2. 【請求項２】請求項１においてエンジン回転数を計測す
   る第３の手段と吸入空気量を調節する絞り弁の開度を検
   出する第４の手段とを有し、前記吸入空気量を求める第
   ２の手段が、少なくとも前記の第３の手段によって計測
   されたエンジン回転数と第４の手段によって計測された
   絞り弁開度によって構成されることを特徴とするエンジ
   ン制御装置のセンサ系異常検出方法。