JPH066927B2

JPH066927B2 - パルス出力型センサの異常検出装置

Info

Publication number: JPH066927B2
Application number: JP19189985A
Authority: JP
Inventors: 次郎中野; 義三伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-09-02
Filing date: 1985-09-02
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPS6255442A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はパルス出力型センサの異常検出装置に関し、特
にエンジンの吸入空気量の検出値をパルス出力する空気
量センサが正常に作動しているか否かを判定する異常検
出装置に関する。

〔従来の技術〕

エンジンを電子制御するためには、エンジンの運転状態
を正確に把握するセンサ、計算に必要なプログラムおよ
びデータを記憶するメモリ、これらの情報を使ってエン
ジンを制御する最適条件を演算するコンピュータ、およ
びエンジンを直接操作するアクチュエータが必要であ
る。

このうちセンサはエンジン自体の状態はもちろんのこ
と、エンジンの運転環境に関する物理量、電気量、化学
量などの情報の電気信号に変換してコンピュータに伝え
る大事な役割を果しているので、センサの異常の早期発
見は安全性の上からも非常に重要である。

そこで近年、自動車に取り付けられたセンサの正常、異
常を判定する自己診断装置が種々提案されている。

従来のエンジンの運転状態を知るためのパラメータ、特
にエンジンの負荷状態を検出するセンサは、アナログ電
圧を出力するものが一般的である。従って、この形式の
センサでは出力が例えば０Ｖ（ＣＮＤ電圧）になった時
とか、電源電圧Ｖccと同じ電圧（例えば５Ｖ）になった
時をもって、センサが異常であると判定する診断方式が
一般的であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、エンジンへの空気流量の測定を行なうカルマ
ン渦センサのように、単位時間に発生する渦の数を超音
波変調されたパルス列で出力するセンサに対しては、セ
ンサの出力電圧が常に０Ｖ（ＧＮＤ）または５Ｖ（Vc
c）にあるため、上述のような従来の異常診断方式が適
用できなかった。

そこで本発明者らは既に、エンジンの運転状態の検出値
をパルス列信号で出力するセンサが、正常に作動してい
るか否かを判定し、メモリに記憶するかあるいは表示装
置に正常か否かを表示して、的確な修理作業に有効な情
報をもたらすことができるパルス出力型センサの異常検
出装置を提案した（特開昭62-038856号公報）。

ところが、この提案のパルス出力型センサの異常検出装
置には、センサ電源電圧が低下した場合にセンサを異常
と誤診断するという問題点がある。すなわち、例えばエ
ンジンの始動時においてバッテリ電圧はスタータモータ
の起動直後に大きく低下し、バッテリ電圧はスタータモ
ータの稼動停止後再び上昇するが、バッテリ電圧の低下
時にセンサの電源電圧が動作電圧を下回った場合、この
期間センサは正常に作動しないため、この時センサの診
断を実行するとセンサに異常があるという誤診断がなさ
れてしまうという問題点がある。

本発明の目的は、バッテリ電圧またはセンサの電源電圧
が一時的に低下した場合には、エンジンの運転状態の検
出値をパルス列信号で出力するセンサを異常と誤診断す
ることなく、バッテリ電圧またはセンサの電源電圧が正
常な場合には前記センサが正常に作動しているか否かを
判定し、メモリに記憶するかあるいは表示装置に正常か
否かを表示して、的確な修理作業に有効な情報をもたら
すことができる優れたパルス出力型センサの異常検出装
置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成する本発明の構成が第１図に示される。
第１図におけるパルス出力型センサの異常検出装置は、
エンジンの運転状態の検出値をパルス列信号で出力する
パルス出力型センサと、エンジンの回転数を検出する回
転数検出手段と、バッテリ電圧またはセンサの電源電圧
の検出手段と、前記電圧の検出手段の検出電圧値が前記
センサの正常動作電圧以上である所定値以上、かつエン
ジン回転数が所定値以上のときに時間を計数し、前記セ
ンサからのパルスの立上りもしくは立下り毎にリセット
される計数手段、および前記計数手段の計数値が所定値
を越えた時に前記センサの異常状態信号を発生する信号
発生手段を備えていることを特徴としている。

〔作用〕

本発明によれば、計数手段が計数を開始するエンジン回
転数の設定値をアイドリング回転未満に設定し、パルス
出力型センサが正常に作動する電源電圧の下限値を異常
信号発生手段に設定しておくことによって、クランキン
グモータの回転によって得られるエンジンのアイドリン
グ回転数以下においても、センサの電源電圧およびエン
ジンの回転数が前記設定値を越えれば、パルス出力型セ
ンサからのパルス列が検出され、このセンサが正常に作
動している時は計数手段がパルス毎にクリアされて計数
を繰り返す。このときは計数手段からセンサの異常信号
は出力されないが、パルス出力型センサの作動に異常が
生じたときは、計数手段の計数値がクリアされなくなる
ので、その計数値が所定値を越えた時点で計数手段から
センサの異常状態信号が出力される。

〔実施例〕

以下添付図面を用いて本発明の実施例について詳細に説
明する。

第２図は本発明のパルス出力型センサの異常検出装置の
一実施例の構成を示す全体概要図である。第２図におい
て、エンジン１の吸気通路２には、アルミハニカム製の
整流器９の下流側にエアフローセンサ３が設けられてい
る。このエアフローセンサ３は、吸気通路２内にカルマ
ン渦Ｋを発生させ、単位時間に発生する渦の超音波変調
により検出して吸入空気量を測定するカルマン渦式セン
サであって、例えば渦発生器３ａ、超音波送信器３ｂお
よび超音波受信器３ｃを備えている。

なお、エアフローセンサ３としては上記超音波式以外に
もミラー振動反射式等の方式のものが使用できる。

前記エアフローセンサ３はパルス出力型センサであり、
その出力特性はエンジン１の吸入空気量に対し、第３図
に示すような周波数を出力する。この出力信号はローレ
ベルＬ（０Ｖ）−ハイレベルＨ（５Ｖ）のパルス列から
成っており、例えばエンジン始動時の波形ハが第４図
に、スタータモータ信号波形イとエンジンクランク角信
号波形トと共に示されている。

前記エアフローセンサ３の超音波受信器３ｃは制御回路
１０の入出力インタフェース１１に接続されている。こ
の制御回路１０は、例えばマイクロコンピュータとして
構成され、前述の入出力インタフェース１１の他に基準
時間発生器１２、CPU13およびRAM,ROM等のメモリ１４が
設けられており、相互にバスライン１５で、または専用
ライン１６で接続されている。

また、前記入出力インタフェース１１には、エンジン１
のディストリビュータ４に取り付けられた回転数検出セ
ンサ５およびアラーム６が接続されている。また、バッ
テリ８がイグニッションスイッチ７を介してＡ／Ｄ変換
器１７に接続されている。回転数検出センサ５はエンジ
ン１の回転数を制御回路１０に入力し、Ａ／Ｄ変換器１
７はバッテリ電圧すなわちエアフローセンサ３の電源電
圧をバスライン１５に供給し、アラーム６はエアフロー
センサ３の異常時に制御回路１０から信号を供給され
て、エアフローセンサ３の異常を例えば音や光で知らせ
る。

以上のように構成された本発明のパルス出力型センサの
異常検出装置では、所定時間毎に第５図に示す時間割込
ルーチンによりステップ100でバッテリ電圧Ｂが所定電
圧値Ｖ_０（例えば６Ｖ）を越えた時（ＹＥＳ）にステッ
プ101に移行し、このステップ101でエンジン回転数Ｎが
所定値（例えば200rpm）を越えた時（ＹＥＳ）に、前記
CPU13内の時間計数カウンタの計数値ＴＣが１ずつ増大
される（ステップ102）とともに、正常判定用タイマカ
ウンタの時間計数値ＴＲも１ずつ増大される（ステップ
103）。この実施例ではバッテリ電圧Ｂ＜６ボルトの場
合、あるいは、回転数Ｎ＜200rpmの場合は計数値ＴＣは
ステップ104でクリアされて０になるが、この場合に計
数値ＴＣをクリせず保持するようにすることもある。

また、前記CPU13には、入出力インタフェース１１内の
ノイズフィルタ（図示せず）でノイズ成分を除去され
た、前記エアフローセンサ３からのパルスが割込入力ポ
ート（図示せず）を通じて入力されるが、CPU13はこの
パルスの立下り毎に、第６図に示す立下り割込ルーチン
を行なう。このルーチンでは、ステップ201において前
述の時間計数カウンタの計数値ＴＣを用いて空気流量が
計算され（Ｋは定数）、ステップ202でその値が第２図
のメモリ１４に格納される。そしてステップ203で前記
計数値ＴＣがリセットされて０になり、ステップ204でC
PU13からのアラーム出力が有るか否かが判定される。

アラーム出力がある時（ＹＥＳ）はステップ205に移行
して、前述の正常判定用タイマカウンタのエアフローセ
ンサ３から出力されるパルスの計数値ＰＮの値を１増大
させ、アラーム出力がない時（ＮＯ）はステップ206に
移行して、前記タイマカウンタの時間計数値ＴＲおよび
パルス計数値ＰＮがリセットされて共に０になる。

次に第７図のルーチンおよび第８図〜第１０図の波形図
を用いて本発明のパルス出力型センサの異常検出装置の
エンジン始動後からの動作を説明する。

(1) 正常時（波形図は第８図）スタータモータがＯＦＦ状態からＯＮ状態になり、エン
ジンが始動されると、エンジン回転数Ｎは上昇を開始す
る（波形イ、ロ）。これに伴ってエンジン燃焼室内に空
気が導入されるが、エアフローセンサからのパルス出力
は、スタータモータ信号ＳＴＡがＯＦＦからＯＮになっ
た時点で５Ｖから０Ｖに下がった後、スタータモータの
起動により低下したバッテリ電圧Ｂ（波形ト）が、エア
フローセンサの正常作動電圧Ｖ_Ｒに達するまで出力され
ない。バッテリ電圧Ｂが前記電圧Ｖ_Ｒに達すると、正常
状態のエアフローセンサはその空気量に比例したパルス
出力を送出する（波形ハ）。

この実施例では時間計数カウンタを作動させるバッテリ
電圧Ｂの設定値Ｖ_ＯをＶ_Ｏ＞Ｖ_Ｒのように選んである。
また、本発明の装置においては、エンジン回転数Ｎが所
定値Ｎ_Ｏ、例えば200rpmに達するまでは前述のように時
間計数カウンタは作動せず、その計数値ＴＣは０である
（波形ニ）ので、結局、バッテリ電圧Ｂ≧Ｖ_Ｏ、エンジ
ン回転数Ｎ≧Ｎ_Ｏを共に満たす時間Ｚになるまで、時間
計数カウンタの計数値ＴＣは０のままである。

このようにエンジン回転数Ｎの値だけで時間計数カウン
タの計数値ＴＣの計数を制御した場合には、エンジン回
転数Ｎが所定値Ｎ_Ｏを越えた時間Ｘで破線チで示すよう
に時間計数カウンタの計数値ＴＣが増し始め、バッテリ
電圧Ｂがエアフローセンサの正常動作電圧Ｖ_Ｒに達する
前の時間Ｙで、計数値ＴＣが異常判定値ＴＣ_Ｏに達する
ことになって、エアフローセンサが異常であると診断さ
れてしまうからである。

以上の過程は第７図のフローチャートにおいてステップ
300でＮＯ（バッテリ電圧Ｂ＜６Ｖ）となるか、あるい
はステップ300でＹＥＳ（バッテリ電圧Ｂ≧６Ｖ）とな
った後に、ステップ301でＮＯ（アラーム出力＝０）と
なり、ステップ302に移行してここでＮＯ（エンジン回
転数Ｎ＜200rpm）となるルーチンで示される。このと
き、エアフローセンサからのパルスの立下り毎に、前述
の立下り割込ルーチン（第６図）が実行され、ステップ
205だけ行なわれない。

バッテリ電圧Ｂが所定値Ｖ_Ｏ以上になり、エンジン回転
数Ｎが所定値Ｎ_Ｏ以上になると、時間計数カウンタが計
数を開始し（第８図波形ニ）、この計数値ＴＣはエアフローセンサからのパルスの立下
り毎にクリアされて０になる。そして、計数値ＴＣがパ
ルスの立下り毎にクリアされていれば、その値は大きく
なることがなく、エアフローセンサは正常に作動してい
るとみなされるので、CPUからはアラーム信号が出力さ
れず、第８図に波形ホで示されるように、異常フラグＤ
Ｆは立たない。

以上の過程は第７図のフローチャートにおいて、ステッ
プ301からステップ302に移行し、ステップ202ではＹＥ
Ｓ（エンジン回転数Ｎ≧Ｎ_Ｏ）となってステップ303に
移るが、このステップ303でＮＯ（時間計数値ＴＣ≦Ｔ
Ｃo）となってステップ306に移るルーチンで示される。
また、エンジン回転数Ｎが所定値Ｎ_Ｏ以上になった時点
で前述の時間割込ルーチン（第５図）のステップ102,10
3の実行がなされ、以後このステップ102,103は回転数Ｎ
が所定値Ｎ_Ｏを下まわらない限り、所定時間毎に実行さ
れ、下まわった場合はステップ104が実行されて計数値
ＴＣ＝０となる。

(2) 異常時（波形図は第９図）スタータモータがＯＦＦ状態からＯＮ状態になり、エン
ジンが始動されると、バッテリ電圧Ｂが低下し、エンジ
ン回転数Ｎは上昇を開始する（波形イ、ロ、ト）。これ
に伴ってエンジン燃焼室内に空気が導入されるが、エア
フローセンサに異常がある時は、この後エンジン回転数
Ｎが所定値Ｎ_Ｏを越え、かつバッテリ電圧Ｂが所定値Ｖ
_Ｏを越えた時間Ｚとなっても、このセンサからパルスが
送出されない（波形ハで示され、この時は出力ＧＮＤ電
圧またはＶcc電圧）。

時間Ｚでバッテリ電圧Ｂが所定値Ｖ_Ｏ（６Ｖ）以上にな
り、エンジン回転数Ｎが所定値Ｎ_Ｏ（200rpm）以上にな
ると、時間計数カウンタの計数値ＴＣが時間と共に増大
する（第５図のステップ102による）が、前述のように
エアフローセンサからの出力パルスがないので立下り割
込ルーチンが実行されず、この計数値ＴＣはクリアされ
ない。この結果、計数値ＴＣは増大を続け、ついには時
間Ｗで異常判定値ＴＣ_Ｏを越えてしまう（波形ニ）。

この時点でCPUは異常判定を行ない、異常フラグＤＦを
立てて（波形ホ）、アラーム信号を出力する。このアラ
ーム信号により第２図の構成においては、光や音などに
よりエアフローセンサ３の異常を知らせるアラーム６が
作動する。

前述の異常判定はエンジン始動時だけでなく、エンジン
稼動中にエアフローセンサに異常が生じた場合も同様で
ある。

このようにしてエアフローセンサ３の異常が検出され、
アラーム信号が出力された後は、正常判定用タイマカウ
ンタの作動により、以後はこのタイマカウンタがエアフ
ローセンサ３が正常に復帰したと判定するまで、前記ア
ラーム信号は出力され続ける。

以上の過程を第７図で説明する。エアフローセンサから
パルスが出力されなくなると、やがてステップ303でＴ
Ｃ＞ＴＣ_Ｏとなり（ＹＥＳ）、ステップ304に移行す
る。ステップ304ではアラーム出力＝１となってアラー
ム信号が出力され、続いてステップ305に移って前記タ
イマカウンタの時間計数値ＴＲがリセットされて０にな
る。そして、再びステップ301に戻ってきた時にはアラ
ーム出力が有るのでＹＥＳとなり、ステップ307に移行
する。

ステップ307は正常復帰時のエアフローセンサ３からの
パルス数ＰＮの計数値の判定ステップであるが、この時
点ではエアフローセンサ３からのパルス数ＰＮ＝０なの
でＮＯとなり、ステップ308へ進む。ステップ308および
ステップ309は前述のタイマカウンタを所定時間毎にク
リアするステップであり、第５図のステップ103によっ
て所定時間毎に増大するタイマカウンタの時間計数値Ｔ
Ｒが所定値ＴＲ_Ｏ（例えば1000ms）に達しない時（ＹＥ
Ｓ）はそのまま計数値ＴＲを増大させ、計数値ＴＲが所
定値ＴＲ_Ｏ以上になった時は、この計数値ＴＲおよびタ
イマカウンタのパルス計数値ＰＮをクリアして０にす
る。以上の過程ではエアフローセンサからパルスは出力
されないので立下り割込ルーチンは実行されない。

(3) 正常復帰時（波形図は第１０図）異常判定がなされた後で、エンジン回転数Ｎが所定値Ｎ
_Ｏを越えている時に、エアフローセンサが正常に機能す
るように復帰した場合について説明する。

エアフローセンサの異常時には、第１０図に波形へで示
すように正常判定用タイマカウンタが所定周期ＴＲ
_Ｏ（例えば1000ms）で時間の計数とリセットとをくり返
している。本発明の装置では、このタイマカウンタの計
数周期ＴＲ_Ｏの間に、エアフローセンサからの出力パル
スが所定値ＣＫ_Ｏ（例えば１５個）以上制御回路に入力
された時をもって、エアフローセンサが正常復帰したと
判定するようにしている（波形ハ、ホ）。

これを第７図のフローチャートを用いて説明する。アラ
ーム出力が有る状態では、前述のようにステップ301→
ステップ307→ステップ308→ステップ301またはステッ
プ309を経た後ステップ301のルーチンが実行されてい
る。この過程ではエアフローセンサから全くパルスが出
力されないので、立下り割込ルーチンは実行されなかっ
た。

エアフローセンサが復調のきざしが現れ、パルスが出力
され始めると、そのパルスの立下りで第６図の立下り割
込ルーチンが実行され、ステップ204の判定後はステッ
プ205に移行して前記タイマカウンタによりこのパルス
数ＰＮが計数される。このようにして計数されたエアフ
ローセンサからのパルス数ＰＮが、前述のタイマカウン
タの計数周期ＴＲ_Ｏ内で所定値ＣＫ_Ｏ（１５個）に満た
ない場合は、第７図のステップ307でＮＯと判定される
ので、アラーム出力＝１のままであり、エアフローセン
サが正常復帰したとはみなされない。

ところが、タイマカウンタの計数周期ＴＲ_Ｏ内でタイマ
カウンタのパルス計数値ＰＮが所定値ＣＫ_Ｏ（１５個）
に達した時には、ステップ307でＹＥＳと判定されてス
テップ310に移行し、アラーム出力がリセットされて０
になり、アラーム信号の出力が止む。

この結果、次回はステップ301でＮＯと判定されること
になり、以後はステップ301→ステップ302→ステップ30
3→ステップ306の正常時のルーチンがくり返されること
になる。

このように、本発明の装置ではパルス出力型センサの出
力の正常、異常状態および異常状態から正常状態への復
帰状態が的確に判定され、センサの異常状態をアラーム
などの手段により表示することができる。

前記実施例においては、異常状態の判定を表示するため
にアラーム信号として１つの異常フラグＤＦが用いられ
たが、サービスメンテナンス上は２つの異常フラグＤＦ
１，ＤＦ２を用いた方がいっそうサービス性が向上す
る。

すなわち、第１の異常フラグＤＦ１はサービス工場によ
ってバッテリを外す等によってクリアされた後は、一度
異常判定がなされてＤＦ１＝１となると、その後に正常
判定がなされてもクリアされないようにし、現在のエア
フローセンサの正常か異常かの情報は第２の異常フラグ
ＤＦ２を用いて表わすようにすれば、エアフローセンサ
が一時的に異常状態になったが以後正常状態に復帰した
場合についても、一時的異常状態の履歴が前記第１の異
常フラグＤＦ１に残り、エアフローセンサの不良の早期
発見に役立てることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、パルス出力型セン
サの電源電圧が、一時的にこのセンサの正常動作範囲外
まで低下した場合には、センサを異常と誤診断すること
なく、センサの電源電圧がセンサの正常動作範囲内にあ
る時には、パルス出力型センサからのパルスの立上りま
たは立下がり毎にその間の時間を計数し、この計数値が
所定値を越えた時にパルス発生源が異常であると判定す
るようにしたので、パルス出力型センサの正常、異常状
態の診断を的確に行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を説明するための全体ブロック
図、第２図は本発明に係るパルス出力型センサの異常検
出装置の一実施例を示す全体概略図、第３図は第２図の
エアフローセンサの空気流量に対する出力周波数特性を
示す線図、第４図は第２図のエアフローセンサのエンジ
ン始動時の出力信号をスタータモータ信号、クランク角
信号と共に示す波形図、第５図、第６図、第７図は第２
図の制御回路の動作を説明するためのフローチャート、
第８図はエアフローセンサ正常時の各部位の出力波形を
エンジンの始動時から時間と共に示す波形図、第９図は
エアフローセンサ異常時における第８図に相当する波形
図、第１０図はエアフローセンサが異常状態から正常に
復帰する時の各部位の波形を時間と共に示す波形図であ
る。１…エンジン、２…吸気通路、３…エアフローセンサ、５…回転数検出センサ、８…バッテリ、１０…制御回路、Ｋ…カルマン渦。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン(１)の運転状態の検出値をパルス
列信号で出力するパルス出力型センサ(３)、エンジン(１)の回転数を検出する回転数検出手段(５)、バッテリ電圧またはセンサの電源電圧の検出手段(10)、前記電圧の検出手段の検出電圧値が前記センサの正常動
作電圧(V_R)以上である所定値(V_O)以上、かつエンジン回
転数が所定値(N_O)以上のときに時間を計数し、前記セン
サからのパルスの立上りもしくは立下り毎にリセットさ
れる計数手段(TC)、および前記計数手段の計数値が所定値を越えた時に前記センサ
の異常状態信号を発生する信号発生手段(13)、を備えて成るパルス出力型センサの異常検出装置。
【請求項２】前記計数手段が、エンジンが所定回転数以
下になった時に、それまでの計数値をエンジン回転数が
所定値以上に上昇するまで保持する手段を有する特許請
求の範囲第１項記載の装置。
【請求項３】前記計数手段が、エンジン回転数が所定値
以下になった時、計数値をクリアする手段を有する特許
請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項４】前記信号発生手段から異常状態信号が発生
された後の所定時間内に、前記計数手段に前記センサか
ら所定数のパルスが入力された時は、信号発生手段が前
記センサの正常状態信号を発生する特許請求の範囲第１
項から第３項の何れか１項に記載の装置。