(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の制御装置を監視する方法であって、
減速運転が検出され、
減速運転時に予測される期間が設定され、
ラムダセンサの出力信号が、減速運転検出後前記予測される期間内に所定の値に達しない場合に、ラムダセンサの故障が検出されることを特徴とする内燃機関の制御装置を監視する方法。
【請求項２】
前記予測される期間が、空気量を定めるアクチュエータの操作量を示す少なくとも１つの信号に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
内燃機関の制御装置を監視する装置であって、
減速運転を検出する第１の手段と、
減速運転時に予測される期間を設定する第２の手段と、
ラムダセンサの出力信号が、減速運転検出後前記予測される期間内に所定の値に達しない場合に、ラムダセンサの故障を検出する故障検出装置と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置を監視する装置。
【請求項４】
第１の手段として及び／または第２の手段として論理ユニットあるいはオブザーバが設けられることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
論理ユニットとしてファジィ論理回路が設けられることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の制御装置を監視する方法および装置、さらに詳細には測定値が予測値と比較される内燃機関の制御装置を監視する方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の制御装置を監視するこのような方法および装置がＤＥ−ＯＳ２８０５８７６（ＵＳ−Ａ４２９２６５８）から知られている。同公報には、アクチュエータの操作量が固定の下方の限界値および／あるいは固定の上方の限界値を越えたかどうかが検査される方法と装置が記載されている。
【０００３】
このような構成では、センサは所定の信号領域を越えたかどうかについてだけ監視される。即ち、信号領域を離脱するときのみに故障が検出される。この構成では、例えば断線のような非常に重大な故障ないし欠陥しか検出することができない。この場合、信号の正確な値からの僅かな静的なずれ及び／あるいは動的なずれは検出することができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた種類の内燃機関の制御装置を監視する方法と装置において、連続運転時、すべての要素、特にアクチュエータとセンサが正常に動作しているかについて制御装置を監視することができるようにすることである。特に問題があるものとして、ラムダセンサが挙げられる。ラムダセンサに欠陥があると、排ガス放出が増大する。ラムダセンサの欠陥ないし故障は、センサが完全に動作しなくなる前に検出できなければならない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明によれば、
内燃機関の制御装置を監視する方法であって、
減速運転が検出され、
減速運転時に予測される期間が設定され、
ラムダセンサの出力信号が、減速運転検出後前記予測される期間内に所定の値に達しない場合に、ラムダセンサの故障が検出される構成を採用した。
【０００６】
また、本発明によれば、
内燃機関の制御装置を監視する装置であって、
減速運転を検出する第１の手段と、
減速運転時に予測される期間を設定する第２の手段と、
ラムダセンサの出力信号が、減速運転検出後前記予測される期間内に所定の値に達しない場合に、ラムダセンサの故障を検出する故障検出装置と、
を備える構成も採用した。
【０００７】
【作用】
本発明による方法と装置によって、全ての要素、特にアクチュエータとセンサが正常に動作しているかを監視することが可能になる。特にラムダセンサが完全に動作しなくなる前にラムダセンサの欠陥を検出することができる。
【０００８】
内燃機関の制御のために使用するセンサの他に追加的なセンサは必要とされない。
【０００９】
特にファジィ論理を用いたとき本発明構成によりセンサの出力信号を監視しその定常的および動的な機能能力を調べることが可能である。
【００１０】
好ましくは、減速運転時、ラムダセンサの出力信号が減速運転検出後予測される期間内に所定の値に達しない場合に、故障が検出される。この予測される期間が、空気量を定めるアクチュエータの操作量を示す少なくとも１つの信号に基づいて設定される。
【００１１】
本発明の利点および好ましい実施例が従属請求項に記載されている。
【００１２】
【実施例】
本発明を図面に示した実施例を用いて以下で説明する。
【００１３】
図１には内燃機関を制御するシステム（装置）が概略図示されている。この実施例はディーゼル式内燃機関である。しかしこの方法と装置は原理的に外部着火式内燃機関（ガソリン機関）にも使用可能である。
【００１４】
内燃機関１００には新気管１０５を介して新気が供給される。排ガスは排ガス管１１０を介して排出される。排ガス管１１０内にはラムダセンサ（酸素センサ）１２５が配置されている。排気ガス再循環弁１３８を介して排ガス管１１０と新気管１０５が接続される。
【００１５】
更に電子制御装置１４０が設けられている。電子制御装置は、特に燃料量制御装置１４２と排気ガス再循環制御装置１４４を有している。燃料量制御装置１４２は噴射ポンプ１４５に信号ＱＫを供給し、噴射ポンプはこの信号ＱＫに従って内燃機関に所定の燃料量を計量する。排気ガス再循環制御装置１４４は電空変換器１５０と接続されている。この電空変換器１５０は排気ガス再循環弁１３８を操作する。
【００１６】
ラムダセンサ１２５は信号Ｕを燃料量制御装置１４２及び排気ガス再循環制御装置１４４に供給する。この信号は第１近似で排ガスの酸素濃度に比例している。電子制御装置１４０はさらに回転数を検出するセンサ１５５および運転者の要求ＱＫＷを検出するセンサ１６０と接続されている。
【００１７】
この装置は以下のように動作する。すなわち排気ガス再循環弁１３８を介して内燃機関に供給される空気の組成が調節される。そのために排気ガス再循環制御装置１４４は対応するパルスデューティー比を有する信号ＴＶを電空変換器１５０に出力する。パルスデューティー比が大きい時は排気ガス再循環弁１３８が開き、排気ガス再循環率が大きくなる。パルスデューティー比が小さい時はそれに対応して排気ガス再循環率が小さくなる。
【００１８】
噴射ポンプ１４５は燃焼に必要な燃料量を内燃機関１００に供給する。噴射ポンプ１４５の駆動信号ＱＫと電空変換器１５０のパルスデューティー比ＴＶは電子制御装置１４０によって設定される。そのために電子制御装置１４０は種々の信号を処理する。それらは回転数センサ１５５の回転数信号Ｎおよびアクセルペダル位置としてセンサ１６０によって検出される負荷信号ＱＫＷである。更に、ラムダセンサ１２５の出力信号が燃料量制御装置１４２にも排気ガス再循環制御装置１４４にも供給される。ラムダセンサ１２５は排ガス内の酸素濃度に比例した出力信号を発生するように構成されている。これは排ガスの酸素濃度とラムダセンサの出力信号Ｕ間には所定の関係があることを意味している。
【００１９】
以下にこの制御装置、特にラムダセンサを監視する方法および装置について説明する。その場合に特に、追加的なセンサが不要であるという利点がある。図２にはこの種の監視装置が概略図示されている。すでに図１で説明されている信号ないしセンサには同一の符号が付してある。
【００２０】
電圧検出手段２００はバッテリー電圧Ｕbatを検出する。所定の運転状態を識別する種々の手段が設けられている。すなわち始動検出装置２１０、アイドリング検出装置２１２、減速運転（エンジンブレーキ）検出装置２１４、定常状態検出装置２１６および冷風検出装置２１８が設けられている。始動検出装置２１０は回転数センサ１５５の出力信号を評価（処理）する。
【００２１】
アイドリング検出装置２１２には回転数信号Ｎおよびアクセルペダル位置センサ１６０からの運転者の要求信号ＱＫＷが供給される。燃料量制御装置１４２からの燃料量信号ＱＫおよび回転数センサ１５５からの回転数信号Ｎが減速運転検出装置２１４に供給される。定常状態検出装置２１６は排気ガス再循環制御装置１４４からパルスデューティー比ＴＶ、回転数信号Ｎおよび燃料量制御装置１４２からの燃料量信号ＱＫを評価する。冷風検出装置２１８はバッテリー電圧Ｕbat、回転数Ｎ、および燃料量信号ＱＫを評価する。
【００２２】
運転状態を識別するこれらの手段はまた種々のテスト装置と接続されている。始動検出装置２１０はバッテリーテスト装置２２０およびヒータ（加熱）テスト装置２２２に始動信号を供給する。更に始動検出装置２１０は排気ガス再循環制御装置のテスト装置２２４、センサ動特性テスト装置２２６、センサ特性値（特性曲線）テスト装置２２８および第２のヒータテスト装置２２９に、始動時以外の通常運転を特徴づける信号を供給する。
【００２３】
アイドリング検出装置２１２は排気ガス再循環制御装置のテスト装置２２４に信号を供給する。この信号はアイドリング運転状態を表す。減速運転検出装置２１４はセンサ動特性テスト装置に信号を供給する。この信号は減速運転（エンジンブレーキ）状態を示している。定常状態検出装置２１６はセンサ特性値テスト装置２２８に信号を供給する。この信号は定常運転状態を示している。冷風検出装置２１８は第２のヒータテスト装置２２９に信号を供給する。
【００２４】
バッテリーテスト装置２２０は更にバッテリー電圧Ｕbatに関する信号を処理する。ヒータテスト装置２２２にはさらにラムダセンサ１２５の出力信号Ｕが供給される。排気ガス再循環制御装置のテスト装置２２４には更に排気ガス再循環制御装置１４４の出力信号ＴＶ、吸入空気量（質量）の実際値に関する信号ＭＬＩおよび吸入空気量の目標値に関する信号ＭＬＳが供給される。実際値に関する信号ＭＬＩはブロック２０４から得られる。目標値に関する信号ＭＬＳはブロック２０６から得られる。これらのブロックは制御装置１４０の構成要素である。
【００２５】
センサ動特性テスト装置２２６はラムダセンサ１２５の出力信号Ｕおよび排気ガス再循環制御装置１４４のパルスデューティー比ＴＶを評価する。センサ特性値テスト装置２２８はラムダセンサ１２５の出力信号Ｕ、回転数信号Ｎおよび燃料量制御装置１４２の燃料量信号ＱＫを評価する。更に第２のヒータテスト装置２２９にはラムダセンサ１２５の出力信号Ｕが供給される。
【００２６】
テスト装置２２０、２２２、２２４、２２６、２２８および２２９の出力信号は故障検出装置に達する。この故障検出装置２３０は２つの信号を出力する。
【００２７】
テスト装置も同様に好ましくはファジィ論理回路として実現される。しかしファジィ論理回路として実現される他にオブザーバもしくは対応する特性値マップあるいは論理ユニットとすることもできる。特性値マップもしくは論理ユニットはディスクリートな素子によって、ないしはマイクロコンピュータの個々のプログラムステップとして実現することができる。
【００２８】
図２には重要な信号だけが図示されている。更に各検出装置およびテスト装置は、対応するセンサないし対応する信号が得られる場合には、他の信号も処理することができる。
【００２９】
この装置は以下のように動作する。種々の運転状態を検出する手段が種々の運転状態を識別して、対応する信号をテスト装置に出力する。
【００３０】
始動検出装置２１０は回転数信号Ｎを評価する。回転数信号が毎分約８００回転の領域にある所定のしきい値を下回った時、始動過程を特徴付ける信号が出力される。このしきい値を越えると、数秒の所定時間後に始動以外の内燃機関の運転を示す信号が出力される。
【００３１】
アイドリング検出装置２１２は回転数および運転者の要求に基づいて運転状態がアイドリングであるかどうかを検出する。例えば回転数が毎分約８００回転のアイドリング回転数の領域にあり、かつアクセルペダルが操作されていない場合に、運転状態「アイドリング」が存在する。
【００３２】
定常状態検出装置２１６は、監視している信号の変化率が所定の限界値を越えない時、定常的な運転状態であると識別する。従って例えばパルスデューティー比ＴＶ、回転数Ｎおよび／あるいは燃料量信号ＱＫの微分が所定のしきい値を越えたか、もしくはこれらの信号が所定の時間間隔内に所定量以上変化したかが検査される。調べた信号の変化が所定のしきい値より下である場合に、定常運転状態が検出され、対応する信号が出力される。
【００３３】
特にバッテリ電圧、回転数および噴射された燃料量ＱＫに関係する所定の運転状態においては、ラムダセンサ１２５の領域における排ガス温度が加熱されたラムダセンサの駆動温度よりも低くなる場合が生じることがある。それによってラムダセンサが排ガス流によって冷却される。このような運転状態が冷風検出装置２１８によって検出される。
【００３４】
各検出装置は好ましくは論理ユニットとして実現される。特に定常状態検出装置は、この装置がファジィ論理回路として実現されている場合に効果的である。
【００３５】
始動時であることを示す信号が始動検出装置２１０からバッテリーテスト装置２２０に供給されると、バッテリー電圧Ｕbatの特性が観察される。バッテリー電圧が所定の特性からずれると、バッテリーテスト装置２２０が対応する故障信号を発生する。
【００３６】
始動検出装置２１０から始動信号が得られる始動時に、ヒータテスト装置２２２はラムダセンサ１２５の出力信号Ｕが予測される値ないし予測される時間的経過値に対応するかを検査する。
【００３７】
吸入空気量の目標値ＭＬＳ、実際値ＭＬＩおよび排気ガス再循環制御装置１４４のパルスデューティー比ＴＶを評価することによって、排気ガス再循環装置のテスト装置２２４は、排ガス再循環制御装置のアクチュエータとコントローラが正常に動作しているかを検査する。この検査は好ましくはアイドリングにおいて行われる。
【００３８】
通常ラムダセンサは加熱される。その場合ラムダセンサの温度は所定の温度値に制御される。通常運転時でかつ排ガス温度がラムダセンサの制御温度値よりも低い運転状態を冷風検出装置２１８が検出したときには、第２のヒータテスト装置２２９は、ラムダセンサ１２５から対応する出力信号Ｕが得られるかを検査する。それによりヒータの正しい機能を検査することができる。
【００３９】
故障検出装置２３０の信号Ａは、故障が存在することだけを示す。第２の信号Ｆを用いてこの故障信号が故障のある装置に関連づけられる。信号ＡとＦはこれらの信号をさらに処理する適当なブロック２３２と２３４に供給される。すなわち、例えば信号Ｆに従って対応するチェックランプが起動されるかないし顧客サービスのときの診断の際に調べられるメモリビットをセットすることができる。
【００４０】
図３を用いてテスト装置の動作をセンサ特性値テスト装置２２８の例で詳細に説明する。すでに説明された信号およびブロックには対応する符号が付されており、ここでは改めて説明はしない。
【００４１】
始動以外の運転を示す始動検出装置２１０の信号と、定常状態検出装置２１８の出力信号がアンドゲート３００において論理的に結合される。アンドゲート３００の出力信号はしきい値比較装置３３０に供給される。回転数信号Ｎは第１の信号処理装置３０２を介してオブザーバ３１０に供給される。同様に燃料量信号ＱＫは第２の信号処理装置３０４を介してオブザーバ３１０に供給される。ラムダセンサ１２５の出力信号Ｕは第３の信号処理装置３０６を介して加算点３１５に供給され、加算点はこの信号をオブザーバ３１０の出力信号と結合する。この結合された信号はその後絶対値形成回路３２０を介してしきい値比較装置３３０に供給される。その後このしきい値比較装置の出力にはテスト装置の出力信号が得られる。この信号はその後故障検出装置２３０に供給される。信号処理装置３０２、３０４および３０６は好ましくはＰＴｌ素子として実現される。
【００４２】
この装置は以下のように動作する。回転数信号Ｎおよび燃料量信号ＱＫに基づいてオブザーバ３１０はラムダセンサの出力信号に対する予測値ＵＥを決定する。この予測される値ＵＥは加算点３１５において測定値Ｕと比較される。この比較結果に基づいて絶対値形成手段が絶対値Ｘを算出する。その後この絶対値はしきい値比較装置においてしきい値Ｋと比較される。ラムダセンサ信号の予測値と測定値間の偏差の絶対値がしきい値Ｋより大きい場合、しきい値比較装置は対応する故障信号を故障検出装置２３０へ出力する。
【００４３】
しきい値比較装置３３０はアンドゲート３００から対応する信号があるときのみ検査を実施する。この信号は内燃機関が始動以外の定常運転状態にあるときに得られる。これは定常状態検出装置２１６ないし始動検出装置２１０が対応する信号をアンドゲートに供給することを意味している。検査は、定常的な運転状態であるとき始動過程以外でのみ行われる。
【００４４】
定常運転状態においてオブザーバ３１０は、回転数（Ｎ）および噴射燃料量を示す信号（ＱＫ）に基づいてラムダセンサの出力信号の予測される値（ＵＥ）を決定する。しきい値比較装置３３０は、ラムダセンサの出力信号の予測される値（ＵＥ）が測定されたラムダセンサ出力信号からしきい値（Ｋ）より大きい値だけずれている場合に、故障であることを識別する。
【００４５】
定常的な運転状態において、ラムダセンサの出力信号が予測される所定の値をとるかどうかが調べられる。この場合には、ラムダセンサの定常的な精度が検査される。この構成によって、所定の設定可能なしきい値との比較により検出される許容できない大きい値ないしは小さい値に至らないラムダセンサの欠陥を検出することができる。
【００４６】
図４には他の例としてセンサ動特性テスト装置２２６が詳細に図示されている。アンドゲート４００は減速運転検出装置２１４と始動検出装置２１０の出力信号を結合する。このアンドゲート４００の出力信号は、第１のしきい値比較装置４１０、第１の時限（タイミング）素子４５０および第２の時限素子４２０へ供給される。しきい値比較装置４１０にはさらに、ラムダセンサ１２５の出力信号Ｕが供給される。
【００４７】
第２の時限素子４２０の出力信号はパルスデューティー比設定装置４３０へ供給され、その入力には排ガス再循環制御装置１４４のパルスデューティー比ＴＶが供給される。パルスデューティー比設定装置４３０の出力信号としきい値比較装置の出力信号Ｔはオブザーバ４４０へ供給される。オブザーバの出力信号は第２のしきい値比較装置４６０を介して故障検出装置２３０へ達する。
【００４８】
アンドゲート４００の出力信号は、第１の時限素子４５０とインバータ４５２を介して第２のアンドゲート４５４へ達し、さらにまた直接第２のアンドゲート４５４へ達する。第２のアンドゲート４５４はしきい値比較装置４６０へ対応する信号を供給し、それによってしきい値比較装置はアンドゲート４５４に対応する信号が印加された場合にのみしきい値との比較を行う。
【００４９】
本装置は次のように動作する。アンドゲート４００は、始動以外の通常運転において減速運転が存在するかどうかを検出する。しきい値比較装置４１０は、減速運転が発生してからラムダセンサの出力信号Ｕが所定のしきい値を上回りないしは下回る時間Ｔを求める。この期間Ｔはさらにオブザーバ４４０へ供給される。同時に第２の時限素子４２０によって、減速運転の検出時点において所定の期間にわたってパルスデューティー比ＴＶを一定に保持することが保証される。パルスデューティー比設定装置４３０の出力には、減速運転の開始時に排ガス再循環装置１４４の出力に得られた信号が所定の期間出力される。
【００５０】
ラムダセンサの出力信号Ｕが上昇してしきい値を越える時間Ｔと減速運転の開始時のパルスデューティー比ＴＶに基づいて、オブザーバ４４０は故障が存在するかどうかを検出する。この信号が所定のしきい値ＴＳ外にある場合には、故障信号が故障検出装置２３０へ出力される。
【００５１】
第１の時限素子はインバータ４５２及びアンドゲート４５４との組み合せにより、減速運転離脱時所定の期間ＴＭの経過後に検査が実施されることを保証する。しきい値比較（４６０）は減速運転開始後所定の期間ＴＭが経過した後に行われる。好ましくは設定期間ＴＭと、パルスデューティー比設定装置により一定の値が保持される所定の期間は等しく選択される。期間ＴＭは、可能な最大期間ＴＳに対応するように選択される。オブザーバ４４０の入力の測定された期間Ｔがこの期間ＴＭ内にない場合には、故障が検出される。
【００５２】
この方法の基礎になる考え方は、減速運転時においては燃料が噴射されず、従って所定の期間内にラムダセンサ１２５の出力信号が最大可能な酸素含有量を示すことである。所定の期間ＴＳ内に最大の酸素含有量に相当するこの出力信号に達しない場合には、特にラムダセンサの領域における故障が考えられる。オブザーバは、予測される上昇時間と、ラムダセンサ１２５の出力信号が上昇してしきい値を超える測定された時間Ｔとを比較する。オブザーバは排気ガス再循環装置１４４のパルスデューティー比ＴＶに従って予測される上昇期間を設定する。
【００５３】
この方法によってラムダセンサの動特性を検査することができる。特に、この信号の上昇が所定の期間内に行われないとき、従って遅すぎたりあるいは早すぎたりする場合には故障であると検出される。
【００５４】
本発明のこの特別な実施例によればオブザーバにより、出力信号が設定時間ＴＳ内に所定のしきい値を下回らないないしは上回らない場合にも、本装置と特にラムダセンサを監視して故障を検出することができる。
【００５５】
オブザーバ３１０ないし４１０に関しては種々の実現方法がある。すなわち最も簡単な場合にはオブザーバ３１０ないし４１０は、回転数Ｎと燃料量ＱＫに従ってラムダセンサ１２５の出力信号に対する予測される値ＵＥを格納することによって、特性値マップとして形成される。さらにまた、このオブザーバを対応する論理ユニットとして形成することもできる。オブザーバがファジィ論理回路として構成される場合に、特に好ましい実施例が得られる。
【００５６】
それぞれのファジィ論理回路において評価すべき信号が所定の数値範囲に割り当てられる。数値範囲の個々の値のカテゴリーに属する関連の度合はメンバシップ関数によって定められる。図５には回転数の種々のカテゴリーに対するメンバシップ関数が図示されている。
【００５７】
符号Ｎ８で示すものは毎分８００回転の回転数に対するメンバシップ関数である。この回転数はアイドリング回転数に対応する。符号Ｎ１０は毎分１０００回転の回転数のメンバシップ関数を示す。Ｎ２０は毎分２０００回転の回転数のメンバシップ関数を示す。符号Ｎ３０は毎分３０００回転の回転数のメンバシップ関数を示す。符号Ｎ４０は毎分４０００回転の回転数のメンバシップ関数を示す。
【００５８】
メンバシップ関数はそれぞれ正規化されており、ゼロと１の間の値をとる。値０は、注目するカテゴリーに属さないことを示し、値１は完全に属することを示す。関数カーブとしては通常は図５（ａ）に示す三角形の関数が選択される。それに対して図５（ｂ）に示すような矩形の関数が選択された場合には、計算時間はかなり短くなる。
【００５９】
ファジィ論理回路には種々の規則が格納されている。これらの規則は経験的ないし実験的な値に基づいている。これらの規則を用いて、種々の評価される信号の個々のメンバシップ関数が結合される。この規則に基づき種々の運転パラメータの処理された信号に従ってセンサ電圧に対する予測値ＵＥが求められる。
【００６０】
ファジィ論理を用いることによって、従来の方法を用いる場合に比較してシステム特性への影響量の作用をより良好に考慮することが可能になる。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、内燃機関の制御装置を監視する方法と装置において、ラムダセンサの出力信号が、減速運転検出後、設定された予測期間内に所定の値に達しない場合に、ラムダセンサの故障が検出されるので、ラムダセンサの動的な特性が検査でき、ラムダセンサが正常に動作しているかどうかを確実に監視することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関を制御するシステムの概略を示すブロック図である。
【図２】監視装置の構成を示すブロック回路図である。
【図３】センサの特性値を監視する監視装置の詳細を示すブロック図である。
【図４】センサの動特性を監視する監視装置の詳細を示すブロック図である。
【図５】ファジィ論理回路のメンバシップ関数を示す説明図である。
【符号の説明】
２１０  始動検出装置
２１２  アイドリング検出装置
２１４  減速運転検出装置
２１６  定常状態検出装置
２１８  冷風検出装置
２２０  バッテリテスト装置
２２２  ヒータテスト装置
２２４  排ガス再循環制御装置テスト装置
２２６  センサ動特性テスト装置
２２８  センサ特性曲線テスト装置
２３０  故障検出装置
【図１】
0003665355.tif 000002
【図２】
0003665355.tif 000003
【図３】
0003665355.tif 000004
【図４】
0003665355.tif 000005
【図５】
0003665355.tif 000006