(57)【要約】【課題】車両の内燃機関および駆動系に何らかの異常があることを検知する。【解決手段】本発明の車両異常検出装置は、内燃機関１０の筒内圧を検出する筒内圧検出手段７８と、該筒内圧検出手段７８により検出された筒内圧に基づいて図示トルクを導出する図示トルク導出手段と、車両の走行状態量を検出する走行状態量検出手段と、該走行状態量検出手段により検出された走行状態量に基づいて図示トルクを推定する図示トルク推定手段と、前記図示トルク導出手段により導出された図示トルクと、前記図示トルク推定手段により推定された図示トルクとの比較を行うことにより、車両に異常があるか否かを判定する判定手段とを備える。車両の走行状態量として、車速、車体加速度、車体傾斜角などが用いられる。【選択図】図１
2008309070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
該筒内圧検出手段により検出された筒内圧に基づいて図示トルクを導出する図示トルク導出手段と、
車両の走行状態量を検出する走行状態量検出手段と、
該走行状態量検出手段により検出された走行状態量に基づいて図示トルクを推定する図示トルク推定手段と、
前記図示トルク導出手段により導出された図示トルクと、前記図示トルク推定手段により推定された図示トルクとの比較を行うことにより、車両に異常があるか否かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする車両異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内圧および車両の走行状態量に基づいて車両の異常を検出できる車両異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には定速走行制御装置が開示されている。この装置では、筒内圧およびクランク角に基づいて図示トルクが求められ、この図示トルクから摩擦トルクを減じることで正味トルクが算出される。そして、この装置は、ブレーキが踏まれておらず、車速が４０ｋｍ／ｈ以上のとき、エンジントルク、変速比、車体加速度、車両重量に基づいて車両の走行抵抗を計算し、この走行抵抗に応じた最適な制御ゲインを求め、この制御ゲインに基づくスロットル開度でスロットル弁を制御することで、定速走行を実現するように構成されている。
【０００３】
他方、特許文献２には、圧縮着火式内燃機関の燃料噴射系の異常を精度良く診断することを可能にする燃料噴射系の異常診断装置が開示されている。この装置は、各気筒内で実際に発生した図示トルクを筒内圧センサによって実測し、その実図示トルクが、目標燃料噴射量との関係で定まる目標図示トルクから所定値以上かけ離れている気筒が存在する場合には、その気筒の燃料噴射系が異常であると診断する。すなわち、この装置は、実際の燃料噴射量と相関する実図示トルクをパラメータとして燃料噴射系の異常を診断することにより、精度の高い異常診断を実現する。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−６４４６１号公報
【特許文献２】特開２００６−１３８２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば運転者等に車両の修理あるいはメンテナンスなどを促すためには、上記特許文献２に記載の装置などを用いて、車両の内燃機関および駆動系のどこに異常があるのかを検知することは有効である。しかしながら、この場合には、複数箇所の異常検出用に複数の装置を備えることが必要であり、これにはコスト面から問題がある。
【０００６】
他方、車両の内燃機関および駆動系のどこかに異常があるときに、異常個所がどこであるのかではなく、それらに何らかの異常があることを検知する装置等は提案されていない。
【０００７】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、車両の内燃機関および駆動系の内の特定箇所の異常を検知するのではなく、車両の内燃機関および駆動系に何らかの異常があることを検知することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の車両異常検出装置は、内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、該筒内圧検出手段により検出された筒内圧に基づいて図示トルクを導出する図示トルク導出手段と、車両の走行状態量を検出する走行状態量検出手段と、該走行状態量検出手段により検出された走行状態量に基づいて図示トルクを推定する図示トルク推定手段と、前記図示トルク導出手段により導出された図示トルクと、前記図示トルク推定手段により推定された図示トルクとの比較を行うことにより、車両に異常があるか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、内燃機関の筒内圧に基づいて図示トルク導出手段により導出された図示トルクと、車両の走行状態量に基づいて図示トルク推定手段により推定された図示トルクとの比較を行うことにより、車両に異常があるか否かが判定されるので、車両の内燃機関および駆動系に何らかの異常があることを検知することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１１】
まず、第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概略図である。内燃機関１０は、燃料であるガソリンを燃料噴射弁１２から吸気ポート１４に噴射し、点火プラグ１６によって着火させるポート噴射型式の内燃機関である。なお、この内燃機関１０が搭載された車両は、４速ＡＴ（自動変速機）、トルクコンバータ等の周知の駆動系を備えている。
【００１２】
この内燃機関１０の吸気通路１８は、互いに接続されたエアクリーナ２０、吸気管２２、サージタンク２４、吸気マニフォルド２６およびシリンダヘッドに形成された吸気ポート１４によって区画形成される。吸気ポート１４の下流側端部である出口は吸気弁２８によって開閉される。吸気通路１８の内、エアクリーナ２０とサージタンク２４との間には電子制御式のスロットル弁３０が設けられる。スロットル弁３０は、アクチュエータ３２によって駆動される。他方、内燃機関１０の排気通路３６は、互いに接続された排気ポート３８、排気マニフォルド４０、排気管４２および触媒４４によって区画形成される。排気ポート３８の上流側端部である入口は排気弁４６によって開閉される。なお、上記吸気弁２８および上記排気弁４６の駆動機構である動弁機構は、吸気弁２８および排気弁４６を、コンロッド４８を介してピストン５０が連結されているクランク軸５２の回転に同期して制御することが可能な機構である。なお、図示しないが、クランク軸５２の先には上記トルクコンバータ、上記自動変速機、デファレンシャル等の駆動系が接続されている。
【００１３】
内燃機関１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５６に、各種値などを検出（導出あるいは推定）するための信号を電気的に出力する各種センサ類を備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。吸入空気量を検出するためのエアフロメータ５８が吸気通路１８の途中に備えられている。また、吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ６０が備えられている。また、スロットル弁３０の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ６２も備えられている。また、クランク軸５２のクランク回転信号を検出するためのクランクポジションセンサ６４が取り付けられている。ここでは、このクランクポジションセンサ６４は機関回転数（機関回転速度）を検出するための回転数センサとしても利用される。さらに、内燃機関１０の冷却水温を検出するための温度センサ６６も備えられている。さらに、車速すなわち車両の速度を検出するための車速センサ６８が備えられている。さらに、車体加速度すなわち車両の加速度を検出するためのＧ（加速度）センサ７０、および、車体傾斜角すなわち車両の傾きを検出するための傾斜センサ７２も設けられている。また、シフトレバーが操作されることでシフト位置信号を出力する、シフトポジションスイッチ７４が備えられている。さらに、内燃機関１０の各気筒には、燃焼室７６すなわち筒内の圧力（筒内圧）を検出するための筒内圧センサ７８がそれぞれ設けられている。
【００１４】
ＥＣＵ５６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、前記各種センサ類が電気的に接続されている。これらからの出力信号に基づき、予め設定されたプログラムにしたがって円滑な内燃機関１０の運転がなされるように、ＥＣＵ５６は出力インタフェースから電気的に作動信号（駆動信号）を出力する。例えば、これら作動信号に基づいて燃料噴射弁１２、点火プラグ１６、スロットル弁３０の各々は制御される。
【００１５】
また、ＥＣＵ５６から出力される作動信号に基づいて点灯する警報ランプ（ウォーニングランプ）８０が、ここでは運転席のフロントパネルに設けられている。警報ランプ８０は、通常は消灯状態にあり、後述するようにＥＣＵ５６が車両に異常があると検知したときにＥＣＵ５６から出力される作動信号により点灯される。
【００１６】
なお、筒内圧を検出する筒内圧検出手段は、主に、筒内圧センサ７８およびＥＣＵ５６の一部により構成される。また、車両の走行状態量を検出する走行状態量検出手段は、本第１実施形態では走行状態量として車速、車体傾斜角（勾配）、ギヤ比が用いられるので、車速センサ６８、傾斜センサ７２、シフトポジションスイッチ７４およびＥＣＵ５６の一部により構成される。そして、筒内圧に基づいて図示トルクを導出する図示トルク導出手段や、走行状態量に基づいて図示トルクを推定する図示トルク推定手段や、それらの図示トルクの比較を行うことにより車両に異常があるか否かを判定する判定手段は、それぞれＥＣＵ５６の一部により構成される。
【００１７】
次に、図２のフローチャートに基づいて、本第１実施形態の車両異常検出について説明する。なお、図２のフローチャートは、内燃機関１０が始動されたときから内燃機関１０が停止されるまで、およそ２０ｍｓごとに繰り返される。
【００１８】
内燃機関１０が始動されると、まず、ＥＣＵ５６は、ステップＳ２０１で、車速が所定値以上か否かを判定する。ここでは、所定値として、２０ｋｍ／ｈという値が設定されているが、他の如何なる値であっても良い。ただし、所定値は、０ｋｍ／ｈよりも大きな値であるのが良い。なお、ここでは、本第１実施形態の車両異常判定が、車両がある程度の速度で走行しているときに行われることを明確にするべく、ステップＳ２０１を設けたが、本発明においてステップＳ２０１は必須ではない。
【００１９】
ステップＳ２０１で否定判定されると該ルーチンは終了する。他方、ステップＳ２０１で肯定判定されると、ステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０３では、図示トルクＴｉが筒内圧に基づいて導出される。筒内圧に基づいて導出される図示トルクＴｉを以下、実図示トルクＴｉｔと表す。
【００２０】
実図示トルクＴｉｔは、筒内圧センサ７８からの出力信号に基づいて検出された筒内圧に基づいて導出される。なお、その実図示トルクＴｉｔの導出には、クランクポジションセンサ６４からの出力信号に基づいて検出される機関回転数も用いられる。
【００２１】
ここで筒内圧に基づいて実図示トルクＴｉｔを求める方法を説明する。以下の（１）式、（２）式を用いて実図示トルクＴｉｔが算出される。
【００２２】
【数１】
2008309070.tif 000003
【００２３】
（１）式に示されるように、図示仕事Ｗは、各気筒でＰｉ・ｄＶｉの値を積算し、全気筒のそれらを合計することで求められる。ここで、Ｐｉは、所定のクランク角（例えばクランク角１０°）ごとに筒内圧センサ７８を用いて検出された筒内圧である。また、ｄＶｉは、所定のクランク角（例えばクランク角１０°）ごとの筒内容積Ｖの変化量である。このように、各気筒においてＰｉ・ｄＶｉを積算し、全気筒のそれらの和を求めることで、図示仕事Ｗ（筒内仕事量）を求めることができる。
【００２４】
（２）式は、（１）式で求めた図示仕事Ｗをトルクに変換するための式である。（２）式によれば、全気筒での燃焼に起因する実図示トルクＴｉｔを求めることができる。
【００２５】
実図示トルクＴｉｔは筒内での燃焼による仕事量に基づいて算出されており、クランク軸５２には実図示トルクＴｉｔから内燃機関（エンジン）１０のフリクションを差し引いたトルクが出力される。すなわち、実図示トルクＴｉｔは、トルクＴをグラフ化した場合の面積に相当する値であり、実図示トルクＴｉｔは燃焼室７６の爆発で発生する全トルクに相当する。
【００２６】
なお、実図示トルクＴｉｔの導出方法としては種々の方法が公知である。上記した実図示トルクＴｉｔの導出方法は既知の他の導出方法によって代替され得る。
【００２７】
ステップＳ２０３で実図示トルクＴｉｔが導出されると、次ぐステップＳ２０５で車両の走行状態量に基づいて図示トルクＴｉが推定される。以下、推定される図示トルクＴｉを推定図示トルクＴｉｅと表す。上記したように、本第１実施形態では、走行状態量として車速、車体傾斜角、ギヤ比が用いられるので、ここでは、まず、車速、車体傾斜角およびギヤ比が導出される。なお、シフトポジションスイッチ７４からのシフト位置信号によって定められるギヤ段に基づいて、そのときのギヤ比がＲＯＭから読み込まれる。
【００２８】
本第１実施形態では、推定図示トルクＴｉｅを車速、車体傾斜角、ギヤ比および機関回転数との関係で表した３次元マップ化されたデータが、予め実験により求められてＲＯＭに記憶されている。このデータをここでは車速、車体傾斜角およびギヤ比で検索することで推定図示トルクＴｉｅが求められる。ただし、３次元マップ化されたデータは、図示しない駆動系の変速機等の正常時のフリクション、車両の走行抵抗等を考慮して作成されている。
【００２９】
図３に、その３次元マップを、ある車体傾斜角できった２次元マップを概略的に示す。図３の線Ｉおよびそれに概略的に並行に走る線はギヤ比線であり、図中下からギヤ段が１速、２速、３速、４速のときのギヤ比線である。また、図３の線ＩＩおよびそれに概略的に並行に走る線は等車速線であり、図中右上側にある等車速線ほどより早い車速に関する等車速線である。なお、図３には複数本の等車速線の内の２本しか表されていない。図３では、機関回転数は図中右にいくほど高くなり、推定図示トルクＴｉｅは図中上にいくほど大きくなる。
【００３０】
なお、本第１実施形態では、上記３次元マップ化されたデータの検索に車速、車体傾斜角およびギヤ比が用いられるが、これに限定されず、上記記載から明らかなように車速、車体傾斜角、ギヤ比および機関回転数の内の任意の３つが用いられ得る。
【００３１】
ステップＳ２０５で推定図示トルクＴｉｅが求められると、次ぐステップＳ２０７で実図示トルクＴｉｔと推定図示トルクＴｉｅとの差分としてのΔトルクが求められる。ただし、ここで求められるΔトルクは、実図示トルクＴｉｔと推定図示トルクＴｉｅとの差の絶対値であるので、０あるいは正の値である。このΔトルクは、例えば、駆動系のトルクコンバータ、変速機等においてフリクションが異常発生している場合に、大きくなる。
【００３２】
次ぐステップＳ２０９ではΔトルクが予めＲＯＭに記憶されている判定値と比較される。そして、Δトルクが判定値を超えていないときには否定判定される。ここで否定判定されるということは、内燃機関１０および駆動系のどこにも異常がないことを表しているので、ステップＳ２１１で警告信号が発信されない。したがって、上記警告ランプ８０は消灯される、あるいは消灯状態に保たれる。
【００３３】
他方、Δトルクが判定値を超えたときには、ステップＳ２０９で肯定判定される。ここで肯定判定されるということは、車両の内燃機関１０および駆動系の少なくともどこかに異常があることを表している。したがって、この場合には、ステップＳ２１３で警告信号が発信される。したがって、上記警告ランプ８０が点灯される、あるいは点灯状態に保たれる。
【００３４】
ただし、ステップＳ２１１あるいはステップＳ２１３を経ることで、そのときのルーチンは終了する。
【００３５】
なお、ステップＳ２１３に至って警告信号が発信されて、一旦警告ランプ８０が点灯した後は、図２のフローチャートに従った制御は行われずに、該警告ランプ８０は点灯状態に保たれても良い。この場合、点灯状態にある警告ランプ８０は修理業者等によって消灯されるように構成され得る。
【００３６】
筒内圧に基づいて求められた実図示トルクＴｉｔは内燃機関１０の燃焼状態に基づいた図示トルクＴｉである。これに対して、走行状態量に基づいて推定された推定図示トルクＴｉｅは車両の走行状態に基づいて推定される図示トルクＴｉである。それ故、これらの間の差が所定値すなわち上記判定値よりも大きいときには車両の内燃機関１０および駆動系のどこかに何らかの異常があることになる。したがって、それらの値を比較することのみで、的確に、車両に異常があるときにはそれを検出することが可能になる。これにより、上記の如く、ＥＣＵ５６は、車両に異常がある旨を運転者等に対して警告することが可能になる。
【００３７】
上記したように、ＥＣＵ５６等の演算等で、素早く簡単に、車両の内燃機関１０および駆動系に何らかの異常があることを検知できる。それ故、内燃機関１０や駆動系に大きなダメージを与えることなく、運転者はそれらの作動を停止できる。したがって、事故発生を的確に予防することができる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態と、上記第１実施形態との違いは、推定図示トルクＴｉｅの求め方にある。その相違のために重量センサが車両に設けられる以外は、本第２実施形態の内燃機関システムは上記第１実施形態の内燃機関システムと概ね同じであり、車両の異常検出の手順および車両の異常検出により奏される効果等もそれらの間で概ね同じである。したがって、以下では、第２実施形態での推定図示トルクＴｉｅの求め方について説明して、他の説明を省略する。
【００３９】
なお、重量センサは積載重量（乗車人員の重量を含む）を検出するための信号をＥＣＵ５６に対して出力する。また、車両の走行状態量を検出する走行状態量検出手段は、本第２実施形態では走行状態量として車体加速度（加速Ｇ）、車体傾斜角、ギヤ比、車体全重量、積載重量が用いられるので、Ｇセンサ７０、傾斜センサ７２、シフトポジションスイッチ７４、重量センサおよびＥＣＵ５６の一部により構成される。
【００４０】
推定図示トルクＴｉｅを求めるに際して、車体加速度（加速Ｇ）ａ、車体傾斜角θ、ギヤ比が用いられる。まず、タイヤ駆動力Ｆが導出される。タイヤ駆動力Ｆとは、タイヤに内燃機関１０および駆動系から及ぼされている力であって車両全体を駆動する力のことである。タイヤ駆動力Ｆは、式（３）から式（５）に基づいて算出される。
【００４１】
【数２】
2008309070.tif 000004
【００４２】
Ｍは車体全重量であり、ｍ１は空車状態の車体重量であり、ｍ２は積載重量である。空車状態の車体重量ｍ１は予め求められてＲＯＭに記憶されている。積載重量ｍ２は、ここでは車両に設けられた重量センサを用いて計測される。しかしながら、積載重量ｍ２は、車室内のシート下に取り付けられた圧力センサを用いて推定される乗員数に所定重量、例えば６０ｋｇを乗じた値にされてもよい。図４および式（５）から明らかなように、車両が傾いているときに車両に生じる勾配力ｆは車体傾斜角θに基づいて求められる。なお、ｇは重力加速度であり、図４中の白抜き矢印は車両の進行方向を表している。
【００４３】
タイヤ駆動力Ｆが導出されると、軸トルクＴｓが、式（６）に基づいて求められる。
【００４４】
【数３】
2008309070.tif 000005
【００４５】
ηは車両に固有の値であり、具体的には、タイヤ半径、減速比および駆動系の正常時のフリクションを考慮して予め定められた定数である。ただし、定数ηとして各ギヤ比に対して異なる値が予め求められてＲＯＭに記憶されているので、そのときのギヤ比で適切なηが読み込まれる。ギヤ比は、上記第１実施形態で説明した如く、そのときのギヤ段に基づいて定められる。なお、このようにして軸トルクＴｓは積載重量ｍ２を考慮して求められるので、それは車両の走行状態をより適切に反映する。
【００４６】
軸トルクＴｓが求められると、式（７）により推定図示トルクＴｉｅが求められる。
【００４７】
【数４】
2008309070.tif 000006
【００４８】
Ｔｆはフリクショントルクである。ここでは、予め実験により求められてＲＯＭに記憶されている図５に表したようなマップ化されたデータを、吸入空気量と機関回転数とを用いて検索することで、フリクショントルクＴｆは求められる。なお、図５に表したようなマップ化されたデータは、フリクショントルクＴｆを吸入空気量や機関回転数との関係で定めたデータであり、正常時の駆動系のフリクション等を考慮して定められている。
【００４９】
このようにして求められた推定図示トルクＴｉｅと、上記第１実施形態で説明したように筒内圧に基づいて導出された実図示トルクＴｉｔとを比較することで、車両の内燃機関１０や駆動系に何らかの異常がある場合には、車両に異常があることを検出することができる。
【００５０】
以上、本発明を第１および第２実施形態に基づいて説明したが、例えば、車両の走行状態に関連する量、すなわち走行状態量として、上記した車速、車体加速度、車体傾斜角、車体全重量、積載重量、ギヤ比のみならず、車輪速度、車輪加速度、タイヤ前後力を用いても良い。すなわち、車両の走行状態量として、車速、車体加速度、車輪速度、車輪加速度、タイヤ前後力、車体傾斜角、車体全重量（車体重量＋積載重量）、積載重量（乗員重量含む）、ギヤ比の内の少なくとも１つを用いて、推定図示トルクＴｉｅは推定され得る。
【００５１】
また、筒内圧は、上記各実施形態では筒内圧センサ７８を用いて直接的に検出されたが、例えば吸気圧、排気圧等を用いて予め実験により求めてＲＯＭに記憶しておいたデータを検索することで推定されても良い。
【００５２】
上記各実施形態では、車両の異常を検出したときに、警報ランプを点灯させることにした。しかしながら、車両の異常が検出されたとき、他の制御等が行われてもよい。例えば、車両に何らかの異常があることが検出されたとき、内燃機関１０や駆動系の負担を軽減するような制御が行われてもよい。
【００５３】
なお、上述した各実施形態はポート噴射形式のガソリン機関に本発明を適用したものであったが、本発明は筒内直噴形式のガソリン機関、ディーゼル機関、さらには気体燃料を用いる内燃機関、２サイクル機関などの他の形式の内燃機関においても有効であり、上記各実施形態の場合と同様の効果を得ることができることはいうまでもない。また、本発明は如何なる気筒数、気筒の配列等を有する内燃機関にも適用され得る。
【００５４】
上記各実施形態では、変速機は有段変速機であったが、無段変速機であってもよい。あるいは変速機は、手動変速機であってもよい。
【００５５】
なお、上記各実施形態等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概略図である。
【図２】第１実施形態のフローチャートである。
【図３】推定図示トルクを求めるための３次元マップをある車体傾斜角できった２次元マップを模式的に表したグラフである。
【図４】車体傾斜角と勾配力との関係を説明するための模式図である。
【図５】フリクショントルクを求めるためのデータを模式的に表したグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１０  内燃機関
１２  燃料噴射弁
１６  点火プラグ
５８  エアフロメータ
６０  吸気温度センサ
６４  クランクポジションセンサ
６６  温度センサ
７８  筒内圧センサ
【図１】
2008309070.tif 000007
【図２】
2008309070.tif 000008
【図３】
2008309070.tif 000009
【図４】
2008309070.tif 000010
【図５】
2008309070.tif 000011