(57)【要約】【課題】絶えず信号処理が実行される信号処理装置においても、入力された信号の受信感度を調整する感度調整部の故障の有無を診断することができる故障診断システムを得る。【解決手段】同種の複数のセンサと、対象となる機器の動作状態を検出する各種センサ４と、複数のセンサの各々に対応して設けられ、検出された動作状態に基づいて複数のセンサから出力されたセンサ信号の受信感度をそれぞれ調整し、調整後センサ信号を出力する複数の感度調整部１２と、複数の感度調整部１２の故障の有無を診断する故障診断部１４とを備え、故障診断部１４は、複数の感度調整部１２から出力されたそれぞれの調整後センサ信号の所定区間における最大値に基づいて算出される比較値と、故障診断対象の感度調整部１２から出力された調整後センサ信号の所定区間における最大値との差異が所定量よりも大きい場合に、故障診断対象の感度調整部１２の故障状態を検出するものである。【選択図】図１
2012067682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同等の環境下に設けられた同種の複数のセンサと、
対象となる機器の動作状態を検出する動作状態検出部と、
前記複数のセンサの各々に対応して設けられ、検出された前記動作状態に基づいて、前記複数のセンサから出力されたセンサ信号の受信感度をそれぞれ調整し、調整後センサ信号を出力する複数の感度調整部と、
前記複数の感度調整部の故障の有無を診断する故障診断部と、を備え、
前記故障診断部は、前記複数の感度調整部から出力されたそれぞれの調整後センサ信号の所定区間における最大値に基づいて算出される比較値と、故障診断対象の感度調整部から出力された調整後センサ信号の前記所定区間における最大値との差異が、所定量よりも大きい場合に、前記故障診断対象の感度調整部の故障状態を検出する
ことを特徴とする故障診断システム。
【請求項２】
前記動作状態検出部は、車両に設けられた内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部であり、
前記運転状態は、前記内燃機関の回転数および負荷の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の故障診断システム。
【請求項３】
前記複数のセンサは、内燃機関の各気筒に設けられ、燃焼室内での可燃混合気の燃焼によって発生するイオンを検出するイオンセンサである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の故障診断システム。
【請求項４】
前記故障診断部は、前記故障診断対象の感度調整部の故障診断処理が困難であると判断される場合には、前記故障診断処理を実行しない
ことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項５】
前記調整後センサ信号を処理して所望の情報を得る信号処理部をさらに備え、
前記信号処理部は、前記故障診断部により、前記複数の感度調整部の一部が故障していると診断された場合に、前記調整後センサ信号の処理を停止する
ことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項６】
前記調整後センサ信号を処理して所望の情報を得る信号処理部をさらに備え、
前記故障診断部は、前記複数の感度調整部の一部が故障していると診断した場合に、前記調整後センサ信号を補正した補正センサ信号を生成して前記信号処理部に出力し、
前記信号処理部は、前記補正センサ信号を処理して所望の情報を得る
ことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項７】
前記故障診断部は、前記比較値と、前記故障診断対象の感度調整部から出力された調整後センサ信号の前記所定区間における最大値との差異が、所定量よりも大きい状態が所定頻度異常発生した場合に、前記故障診断対象の感度調整部の故障状態を検出する
ことを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の故障診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力された信号の受信感度（変換率）を調整する感度調整部の故障の有無を診断する故障診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保全への要求の高まりや、燃料枯渇の問題等を受けて、自動車業界においてもこれらのことに対する対応が急務となっている。そこで、対応策として、例えば内燃機関の効率を最大限に引き上げようとする技術が多く提案されている。
【０００３】
このような技術の１つとして、内燃機関の燃焼状態を検出しつつ、検出された燃焼状態に応じて内燃機関をフィードバック制御することにより、内燃機関の効率を最大化しようとするものがある。なお、内燃機関の燃焼状態を検出する手段としては、可燃混合気の燃焼によって発生するイオンを、イオンセンサでイオン電流として検出し、検出されたイオン電流に基づいて燃焼状態を判断するものが一般的に知られている。
【０００４】
ここで、イオン電流は、内燃機関の燃焼状態や各種環境の変化によって非常に繊細に変化するものであり、かつ信号の変化量が大きい。したがって、イオン電流信号を、例えばＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器を介してマイクロコンピュータに取り込み、デジタル的に処理するような信号処理装置では、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジの制約によって大きな信号が欠損したり、Ａ／Ｄ変換器の分解能の制約によって小さな信号が欠損したり、微小な変化が捉えられなかったりといった問題が発生する。
【０００５】
そこで、上記の問題を解決するために、信号処理装置において、イオン電流信号を取り込むインタフェース部に、信号を適切な大きさに変換する感度調整部を設けることが知られている。なお、イオン電流信号を処理する信号処理装置に限らず、他の信号処理装置であっても、同様に感度調整部を設けることが一般的である。
【０００６】
このような、イオン電流信号を適切な大きさに変換して受信感度を調整する感度調整部として、従来から、２つの抵抗器と１つのスイッチング素子とで構成された感度調整部が知られている（例えば、特許文献１参照）。この感度調整部は、スイッチング素子を切り替えて、何れの抵抗器を介してイオン電流信号を伝達するかを選択することにより、イオン電流信号の大きさを変換して受信感度を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４８８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の感度調整部においては、スイッチング素子が正常に動作しなければ、イオン電流信号の受信感度を調整することができない。そのため、信号処理装置としてはイオン電流信号の受信感度を調整しているつもりであっても、実際には受信感度が調整されておらず、適切な信号処理を実行できなくなる場合が考えられる。そこで、感度調整部のスイッチング素子が正常に動作して、イオン電流信号の受信感度が所望の感度に調整されているか否かを診断すること、すなわち感度調整部の故障の有無を診断することが必要となる。
【０００９】
ここで、感度調整部の故障の有無を診断する手段としては、特定のタイミングで既知の信号を感度調整部に入力し、感度調整部から出力された信号が所望の値になっているか否かを確認するものが一般的に知られている。しかしながら、この手段は、絶えず信号処理が実行される信号処理装置には適用することができない。つまり、感度調整部に既知の信号を入力するタイミングが取れない、すなわち故障診断処理を割り込ませることができない信号処理装置には、この手段を適用することができないという問題がある。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、絶えず信号処理が実行される信号処理装置においても、入力された信号の受信感度を調整する感度調整部の故障の有無を診断することができる故障診断システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る故障診断システムは、互いに同等の環境下に設けられた同種の複数のセンサと、対象となる機器の動作状態を検出する動作状態検出部と、複数のセンサの各々に対応して設けられ、検出された動作状態に基づいて、複数のセンサから出力されたセンサ信号の受信感度をそれぞれ調整し、調整後センサ信号を出力する複数の感度調整部と、複数の感度調整部の故障の有無を診断する故障診断部と、を備え、故障診断部は、複数の感度調整部から出力されたそれぞれの調整後センサ信号の所定区間における最大値に基づいて算出される比較値と、故障診断対象の感度調整部から出力された調整後センサ信号の所定区間における最大値との差異が、所定量よりも大きい場合に、故障診断対象の感度調整部の故障状態を検出するものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る故障診断システムによれば、故障診断部は、複数の感度調整部から出力されたそれぞれの調整後センサ信号の所定区間における最大値に基づいて算出される比較値と、故障診断対象の感度調整部から出力された調整後センサ信号の所定区間における最大値との差異が、所定量よりも大きい場合に、故障診断対象の感度調整部の故障状態を検出する。
そのため、絶えず信号処理が実行される信号処理装置においても、入力された信号の受信感度を調整する感度調整部の故障の有無を診断することができる故障診断システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る故障診断システムを含む内燃機関の点火制御装置を示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る故障診断システムにおける感度調整部の回路構成を、イオン電流検出部およびＡ／Ｄ変換器とともに示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る故障診断システムにおける故障診断部の動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る故障診断システムにおける点火信号およびデジタル電流信号を示すタイミングチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る故障診断システムにおける故障診断結果を示すトレンドグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明に係る故障診断システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。なお、以下の実施の形態では、この故障診断システムが、内燃機関の各気筒に設けられたイオンセンサからのイオン電流信号の受信感度を調整する感度調整部の故障の有無を診断する場合について説明する。しかしながら、これに限定されず、この故障診断システムは、各気筒に設けられたノックセンサからのノック信号や筒内圧センサからの筒内圧信号等の受信感度を調整する感度調整部の故障の有無を診断するものであってもよい。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る故障診断システムを含む内燃機関の点火制御装置を示すブロック構成図である。図１において、内燃機関の点火制御装置は、エンジンコントロールユニット１（以下、「ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１」と略称する）、点火コイル装置２、点火プラグ３（点火装置）および各種センサ４（運転状態検出部）から構成されている。なお、点火コイル装置２および点火プラグ３は、内燃機関の各気筒に設けられているが、図１では、それぞれ１つずつ示している。
【００１６】
ＥＣＵ１は、各種信号の入出力を司る制御装置であり、信号制御部１１、感度調整部１２、Ａ／Ｄ変換器１３、故障診断部１４および燃焼状態診断部１５（信号処理部）を有している。なお、感度調整部１２およびＡ／Ｄ変換器１３は、点火コイル装置２および点火プラグ３と対応して、内燃機関の各気筒に設けられているが、図１では、それぞれ１つずつ示している。
【００１７】
ここで、信号制御部１１、故障診断部１４および燃焼状態診断部１５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）とプログラムを格納したメモリとを有するマイクロプロセッサ（図示せず）で構成されており、これら各ブロックは、メモリにソフトウェアとして記憶されている。なお、故障診断部１４および燃焼状態診断部１５を総称して診断部１６とする。
【００１８】
点火コイル装置２は、ＥＣＵ１および点火プラグ３に接続されており、火花放電を発生させるための高電圧を点火プラグ３に印加する。また、点火コイル装置２は、イオン電流を検出するためのバイアス電圧を点火プラグ３に印加するとともに、検出したイオン電流をＥＣＵ１に出力する。点火コイル装置２は、１次巻線２１ａおよび２次巻線２１ｂからなる高電圧発生部２１およびイオン電流検出部２２（センサ）を有している。
【００１９】
点火プラグ３は、内燃機関の各気筒に設けられており、燃焼室内の可燃混合気に着火するための火花放電を発生させる火花放電機能を有している。また、点火プラグ３は、可燃混合気の燃焼によって発生するイオンを検出し、イオン電流として出力するイオン検出プローブ機能も有している。各種センサ４は、ＥＣＵ１に接続されており、内燃機関の運転状態（回転数や負荷等）を検出してＥＣＵ１に出力する。
【００２０】
以下、上記構成の内燃機関の点火制御装置の各部の機能について説明する。
信号制御部１１は、燃焼状態診断部１５からの燃焼状態診断結果（後述する）および各種センサ４で検出された内燃機関の運転状態等に基づいて、点火コイル装置２を動作させるための指示信号である点火信号を生成して高電圧発生部２１に出力する。高電圧発生部２１は、信号制御部１１からの点火信号に応じて高電圧を発生し、この高電圧を点火プラグ３に印加する。
【００２１】
具体的には、点火信号がハイ（Ｈｉｇｈ）状態になると、一端がバッテリ（図示せず）に接続された１次巻線２１ａに１次電流の通電が開始され、高電圧発生部２１がエネルギーの蓄積を始める。続いて、点火信号がハイ状態からロー（Ｌｏｗ）状態に切り替わる点火タイミングで１次電流が遮断され、相互誘導作用により、一端が点火プラグ３に接続された２次巻線２１ｂに、例えば３０ｋＶ程度の高電圧が発生する。
【００２２】
点火プラグ３は、高電圧発生部２１から印加された高電圧により、点火プラグ３の電極とグランド（ＧＮＤ）との間で絶縁破壊による火花放電を発生させ、燃焼室内の可燃混合気の着火および燃焼を引き起こす。このとき、イオン電流検出部２２は、この火花放電に伴って、可燃混合気の燃焼により発生するイオンを検出するためのバイアス電圧（例えば１００Ｖ程度の一定電圧）を生成し、火花放電終了後に点火プラグ３に印加する。
【００２３】
点火プラグ３は、電極とグランドとの間にバイアス電圧が印加されることにより、可燃混合気の燃焼によって発生するイオンを検出し、イオン電流としてイオン電流検出部２２に出力する。イオン電流検出部２２は、点火プラグ３から出力されたイオン電流を検出し、電流増幅した後に、この電流増幅されたイオン電流をイオン電流信号（センサ信号）として感度調整部１２に出力する。
【００２４】
感度調整部１２は、イオン電流検出部２２からのイオン電流信号を適切な大きさに変換して受信感度を調整する。この発明の実施の形態１においては、感度調整部１２は、電流信号であるイオン電流信号を電圧信号に変換するとともに、この変換率を制御することによって、イオン電流信号の大きさを変換している。Ａ／Ｄ変換器１３は、感度調整部１２からの電圧信号（調整後センサ信号）をアナログ信号からデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）して、デジタル電圧信号を故障診断部１４に出力する。
【００２５】
図２は、この発明の実施の形態１に係る故障診断システムにおける感度調整部１２の回路構成を、イオン電流検出部２２およびＡ／Ｄ変換器１３とともに示すブロック図である。図２において、感度調整部１２は、入力に対して並列にそれぞれ一端が接続された２つの抵抗器１２１、１２２と、抵抗器１２２の他端にコレクタが接続されたトランジスタ１２３とから構成されている。なお、抵抗器１２１の他端およびトランジスタ１２３のエミッタは接地されている。また、トランジスタ１２３は、診断部１６からベースに入力される感度調整信号（後述する）に応じてオンオフするスイッチング素子として用いられる。
【００２６】
トランジスタ１２３がオフ（ＯＦＦ）状態、すなわちトランジスタ１２３のベース電位がロー（Ｌｏｗ）状態である場合には、イオン電流信号は、抵抗器１２１を介してグランド（ＧＮＤ）帯に流れる。これに対して、トランジスタ１２３がオン（ＯＮ）状態、すなわちトランジスタ１２３のベース電位がハイ（Ｈｉｇｈ）状態である場合には、イオン電流信号は、抵抗器１２１と、抵抗器１２２およびトランジスタ１２３とを介してグランド（ＧＮＤ）帯に流れる。
【００２７】
例えば、イオン電流検出部２２からのイオン電流信号の電流値が１ｍＡ、抵抗器１２１、１２２の抵抗値がそれぞれ４ｋΩ、１ｋΩ、トランジスタ１２３の動作時のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが０．１Ｖであるとする。このとき、トランジスタ１２３がオフ状態である場合には、Ａ／Ｄ変換器１３に出力される電圧信号の電圧値は４Ｖとなり、トランジスタ１２３がオン状態である場合には、Ａ／Ｄ変換器１３に出力される電圧信号の電圧値は０．８８Ｖとなる。したがって、同じイオン電流信号に対して、Ａ／Ｄ変換器１３での読み値を変化させることができ、イオン電流信号の受信感度が調整される。
【００２８】
ここで、Ａ／Ｄ変換器１３のダイナミックレンジが０〜５Ｖである場合、感度調整部１２は、電圧信号がＡ／Ｄ変換される際に切り捨てられる信号成分が出ることを防止するために、イオン電流信号を０〜５Ｖの適切な電圧信号に変換する必要がある。また、例えば内燃機関が高回転状態である場合には、イオン電流が大きくなることが知られている。そのため、イオン電流信号を電圧信号に変換する際に、電圧値の最大値が５Ｖを超える状態になり易いか否かを、内燃機関の回転数と対応づけて、実験等によってあらかじめ知ることができる。
【００２９】
そこで、診断部１６は、各種センサ４で検出された内燃機関の回転数に基づいて、内燃機関が高回転状態である（回転数が所定回転数よりも大きい）場合に、トランジスタ１２３のベース電位がハイ（Ｈｉｇｈ）状態になるように感度調整信号を出力して、感度調整部１２の感度が低下するように調整する。また、診断部１６は、内燃機関が高回転状態でない（回転数が所定回転数以下である）場合に、トランジスタ１２３のベース電位がロー（Ｌｏｗ）状態になるように感度調整信号を出力して、感度調整部１２の感度が向上するように調整する。
【００３０】
なお、診断部１６は、各種センサ４で検出された内燃機関の負荷等に基づいて、トランジスタ１２３のオンオフを制御する感度調整信号を出力してもよい。このように、内燃機関の運転状態（回転数や負荷等）に基づいて、あらかじめ得られた実験結果を用いて、イオン電流信号から電圧信号に変換する際の変換率を変更することにより、Ａ／Ｄ変換器１３において、電圧信号がＡ／Ｄ変換される際に切り捨てられる信号成分が出ることを防止して、電圧信号の電圧値を適切に読み取ることができる。
【００３１】
図１に戻って、故障診断部１４は、Ａ／Ｄ変換器１３からのデジタル電圧信号を用いて、感度調整部１２がイオン電流信号の受信感度を適切に所望の感度に調整しているか否か、すなわち感度調整部１２の故障の有無を診断して、故障診断結果を燃焼状態診断部１５に出力する。
【００３２】
故障診断部１４の詳細な故障診断方法については後述するが、例えば、故障診断部１４は、複数の感度調整部１２から出力されたそれぞれの調整後センサ信号の所定区間における最大値に基づいて算出される比較値と、故障診断対象の感度調整部１２から出力された調整後センサ信号の所定区間における最大値との差異が、所定量よりも大きい場合、または所定量よりも大きい状態が所定頻度以上発生した場合に、故障診断対象の感度調整部１２の故障状態を検出する。
【００３３】
ここで、何れの気筒についても感度調整部１２の故障が発生しておらず、故障診断部１４からの故障診断結果が良好である場合には、燃焼状態診断部１５は、Ａ／Ｄ変換器１３から出力されたデジタル電圧信号をそのまま用いて燃焼状態を診断し、燃焼状態診断結果を信号制御部１１に出力する。このとき、信号制御部１１は、燃焼状態診断部１５からの燃焼状態診断結果に基づいて、各種アクチュエータを制御し、燃焼状態が最適状態になるようにフィードバック制御やクローズドループ制御を実行する。
【００３４】
一方、故障診断部１４からの故障診断結果に基づいて、特定の気筒について意図通りにイオン電流信号の受信感度が調整されず、感度調整部１２の故障が発生していると判断された場合には、燃焼状態診断部１５は、燃焼状態の診断を停止し、このことを燃焼状態診断結果として信号制御部１１に出力する。このとき、信号制御部１１は、各種アクチュエータのフィードバック制御やクローズドループ制御を禁止し、オープンループでの制御に切り替えて内燃機関を制御する。
【００３５】
なお、故障診断部１４は、一部の気筒について意図通りにイオン電流信号の受信感度が調整されていないと診断した場合には、当該気筒についてのデジタル電圧信号を、デジタル的に適切な値に補正してもよい。故障診断部１４においては、イオン電流信号の受信感度が、既知である所望の感度に調整されているか否かが診断されることから、入力されたデジタル電圧信号を、所望の感度のものにソフトウェア的に変換することができる。
【００３６】
この場合、故障診断部１４は、故障診断結果を異常として燃焼状態診断部１５に出力するものの、この補正後のデジタル電圧信号を燃焼状態診断部１５に出力し、燃焼状態診断部１５は、この補正後のデジタル電圧信号をそのまま用いて燃焼状態を診断する。これにより、信号制御部１１によるフィードバック制御やクローズドループ制御が継続されることとなる。
【００３７】
しかしながら、デジタル電圧信号の補正は、デジタル的に離散化されたデータを補正することとなるので、細部の情報が欠落している可能性が考えられる。したがって、このような場合には、データの信頼性が低下していることを示すフラグを立てておくことにより、補正後のデジタル電圧信号を用いるか否かの判断を、後段の処理に任せることができるようになる。
【００３８】
続いて、図３のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係る故障診断システムにおける故障診断部１４の動作について説明する。故障診断部１４は、デジタル電圧信号の最大値等、信号のレベルを示すパラメータに基づいて、感度調整部１２の故障の有無を診断するものである。なお、ここでは、気筒の数が４つである場合について説明する。
【００３９】
まず、故障診断部１４は、故障診断処理を実行することができる条件が満たされているか否かを判定する（ステップＳ１）。
例えば、燃料カット中である、多重点火を実施中である、信号経路が断線している、過渡中である、点火プラグ３の電極とグランド（ＧＮＤ）との間にリーク経路がある、点火カット中である、というような場合には、実行条件が満たされていないとして、後述するように、故障診断処理を実行しないものとする。
【００４０】
ステップＳ１において、実行条件が満たされている（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、故障診断部１４は、感度調整部１２で設定された変換率を用いて、Ａ／Ｄ変換器１３からのデジタル電圧信号をデジタル電流信号に変換するとともに、ローパスフィルタ等を用いて、デジタル電流信号からノイズ成分を除去する（ステップＳ２）。
【００４１】
続いて、故障診断部１４は、ステップＳ２で得られたデジタル電流信号において、点火プラグ３の点火タイミングから所定時間経過後までの区間Ｐにおける電流最大値Ａを求める（ステップＳ３）。
【００４２】
ここで、図４のタイミングチャートを参照しながら、ステップＳ３における故障診断部１４の処理について具体的に説明する。図４において、横軸は時刻を示している。また、図４の上段は、信号制御部１１から高電圧発生部２１に入力される点火信号を示し、下段は、ステップＳ２で得られたデジタル電流信号を示している。
【００４３】
上述したように、点火信号がハイ（Ｈ）状態になると（時刻ｔ１）、１次巻線２１ａに１次電流の通電が開始される。次に、点火信号がハイ状態からロー（Ｌ）状態に切り替わる点火タイミング（時刻ｔ２）で１次電流が遮断され、２次巻線２１ｂに高電圧が発生する。続いて、この高電圧を用いた点火プラグ３の火花放電による可燃混合気の燃焼によって、デジタル電流信号に示したようなイオン電流が発生する。
【００４４】
このとき、故障診断部１４は、点火タイミング（時刻ｔ２）から所定時間経過後（時刻ｔ３）までの区間Ｐ（時刻ｔ３−ｔ２）における、デジタル電流信号の電流最大値Ａを求める。なお、区間Ｐは、内燃機関の運転状態（回転数や負荷等）に応じたマップ値として、マイクロプロセッサのメモリに記憶しておくとよい。
【００４５】
図３に戻って、次に、故障診断部１４は、気筒毎に得られた電流最大値Ａに対して、点火イベント毎に平均化、平滑化処理を実行し、平滑化値Ｂを算出する（ステップＳ４）。
具体的には、故障診断部１４は、例えば移動平均を利用して、次式（１）に示されるように平滑化処理を実行する。なお、式（１）において、Ｂ［ｃｙｌ］ｎは、時刻ｎの点火イベントにおけるある気筒の平滑化値Ｂを示すものである。また、αは０．９程度の値を見込んでいる。
【００４６】
Ｂ［ｃｙｌ］ｎ＝Ｂ［ｃｙｌ］ｎ−１×α＋Ａ×（１−α）    ・・・（１）
【００４７】
続いて、故障診断部１４は、時刻ｎの点火イベントにおいて気筒毎に得られた平滑化値Ｂを各気筒で比較し、次式（２）に示されるように、時刻ｎの点火イベントにおける各気筒の平滑化値Ｂの中央値を選択し、比較値Ｃとして格納する（ステップＳ５）。なお、式（２）において、Ｃｎは時刻ｎの点火イベントにおける比較値Ｃを示すものである。また、Ｂ［ｃｙｌ１〜ｃｙｌ４］ｎは、時刻ｎの点火イベントにおける各気筒の平滑化値Ｂをまとめて示すものである。
【００４８】
Ｃｎ＝ｍｅｄｉａｎ（Ｂ［ｃｙｌ１〜ｃｙｌ４］ｎ）    ・・・（２）
【００４９】
例えば、時刻ｎの点火イベントにおいて、第１気筒から得られた平滑化値ＢがＢ［ｃｙｌ１］ｎ＝１００μＡ、第２気筒から得られた平滑化値ＢがＢ［ｃｙｌ２］ｎ＝３０μＡ、第３気筒から得られた平滑化値ＢがＢ［ｃｙｌ３］ｎ＝１０１μＡ、第４気筒から得られた平滑化値ＢがＢ［ｃｙｌ４］ｎ＝１０２μＡである場合、比較値ＣはＣｎ＝１００μＡとなる。
【００５０】
次に、故障診断部１４は、感度調整部１２の故障の有無を診断するために、時刻ｎの点火イベントにおけるある気筒の平滑化値Ｂ（Ｂ［ｃｙｌ］ｎ）に係数Ｄ（後述する）を乗算した値が、時刻ｎの点火イベントにおける比較値Ｃ（Ｃｎ）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００５１】
ステップＳ６において、平滑化値Ｂに係数Ｄを乗算した値が比較値Ｃよりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、故障診断部１４は、感度調整部１２の故障の有無を診断するために、時刻ｎの点火イベントにおけるある気筒の平滑化値Ｂ（Ｂ［ｃｙｌ］ｎ）が、時刻ｎの点火イベントにおける比較値Ｃ（Ｃｎ）に係数Ｄを乗算した値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ７）。
【００５２】
ここで、係数Ｄは、感度調整部１２で設定された変換率に応じて決められることが望ましい。例えば、図２に示した感度調整部１２の例では、受信感度が高い側は、受信感度が低い側に対して、イオン電流信号の大きさが約４倍も異なるので、係数Ｄはこの半分程度の２としておくとよい。また、内燃機関の運転状態によって平滑化値Ｂのばらつきが異なるので、このばらつきの差による誤判定を防止するために、係数Ｄを、内燃機関の運転状態（回転数や負荷等）に応じて決まる変数、またはマップ値として、マイクロプロセッサのメモリに記憶してもよい。
【００５３】
ステップＳ７において、平滑化値Ｂが比較値Ｃに係数Ｄを乗算した値よりも小さい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、故障診断部１４は、当該気筒の感度調整部１２が故障している可能性が低いと判断し、次式（３）に示されるように、時刻ｎの点火イベントにおける当該気筒のカウンタＣＮＴを１つ減算する（ステップＳ８）。なお、式（３）において、ＣＮＴ［ｃｙｌ］ｎは、時刻ｎの点火イベントにおける当該気筒のカウンタＣＮＴを示すものである。
【００５４】
ＣＮＴ［ｃｙｌ］ｎ＝ＣＮＴ［ｃｙｌ］ｎ−１−１    ・・・（３）
【００５５】
一方、ステップＳ６において、平滑化値Ｂに係数Ｄを乗算した値が比較値Ｃ以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合、またはステップＳ７において、平滑化値Ｂが比較値Ｃに係数Ｄを乗算した値以上である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、故障診断部１４は、当該気筒の感度調整部１２が故障している可能性があると判断し、次式（４）に示されるように、時刻ｎの点火イベントにおける当該気筒のカウンタＣＮＴを２つ加算する（ステップＳ９）。
【００５６】
ＣＮＴ［ｃｙｌ］ｎ＝ＣＮＴ［ｃｙｌ］ｎ−１＋２    ・・・（４）
【００５７】
ここで、カウンタＣＮＴは、内燃機関の各気筒に設けられており、当該気筒の感度調整部１２が故障している可能性がある場合にはカウントアップし、当該気筒の感度調整部１２が故障している可能性が低い場合にはカウントダウンするものである。
【００５８】
続いて、故障診断部１４は、ステップＳ８で減算、またはステップＳ９で加算されたカウンタＣＮＴを、所定の上下限値Ｅでクリップする（ステップＳ１０）。
具体的には、故障診断部１４は、カウンタＣＮＴを例えば下限値０でクリップし、上限値１０でクリップする。このとき、クリップの上限値を大きくすると、当該気筒の感度調整部１２が故障していないと診断される状態（正常状態）に復帰しにくくなり、より安全側の設定とすることができる。
【００５９】
なお、カウンタＣＮＴのカウントアップ量およびカウントダウン量は、別々の量に設定できるようにするとよい。この発明の実施の形態１において、故障診断部１４は、ステップＳ８またはステップＳ９で示したように、カウントアップ量を２とし、カウントダウン量を１としている。これにより、当該気筒の感度調整部１２が故障していると診断されやすく、正常状態に復帰しにくくなるようなヒステリシスが設定される。
【００６０】
また、カウントアップ量およびカウントダウン量、またはクリップの上下限値は、内燃機関の運転状態（回転数や負荷等）に応じて決まる変数、またはマップ値として、マイクロプロセッサのメモリに記憶されてもよい。
【００６１】
次に、故障診断部１４は、当該気筒の感度調整部１２の故障の有無を最終的に診断するために、ステップＳ１０でクリップされた時刻ｎの点火イベントにおける当該気筒のカウンタＣＮＴ（ＣＮＴ［ｃｙｌ］ｎ）が、任意に設定される比較値Ｆよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１）。
【００６２】
なお、この発明の実施の形態１において、比較値Ｆは、わかりやすいように５程度の値に設定するが、内燃機関の運転状態（回転数や負荷等）に応じて決まる変数、またはマップ値として、マイクロプロセッサのメモリに記憶されてもよい。
【００６３】
ステップＳ１１において、カウンタＣＮＴが比較値Ｆよりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、故障診断部１４は、当該気筒の感度調整部１２が故障している、つまり意図通りにイオン電流信号の受信感度が調整されていないと診断し、この旨を故障診断結果として出力して（ステップＳ１２）、図３の処理を終了する。
【００６４】
一方、ステップＳ１１において、カウンタＣＮＴが比較値Ｆ以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、故障診断部１４は、当該気筒の感度調整部１２が故障していないと診断し、この旨を故障診断結果として出力して（ステップＳ１３）、図３の処理を終了する。
【００６５】
また一方、ステップＳ１において、実行条件が満たされていない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、故障診断部１４は、時刻ｎの点火イベントにおける各気筒の平滑化値Ｂ（Ｂ［ｃｙｌ１〜ｃｙｌ４］ｎ）を０に設定する（ステップＳ１４）。
【００６６】
続いて、故障診断部１４は、時刻ｎの点火イベントにおける各気筒のカウンタＣＮＴ（ＣＮＴ［ｃｙｌ１〜ｃｙｌ４］ｎ）を０に設定し（ステップＳ１５）、前回の診断結果を維持して（ステップＳ１６）、図３の処理を終了する。
【００６７】
次に、図５のトレンドグラフを参照しながら、図３のステップＳ４〜ステップＳ１２までの処理について具体的に説明する。図５では、第２気筒の感度調整部１２の感度が意図せず低下する故障が発生した場合、すなわち図２に示した感度調整部１２の例において、トランジスタ１２３のベース電位をロー（Ｌｏｗ）状態にする感度調整信号が出力されているにもかかわらず、ベース電位がハイ（Ｈｉｇｈ）状態になる故障が発生した場合について説明する。
【００６８】
図５の横軸は、各点火イベントの発生する時刻を示し、左縦軸は、各時刻の点火イベントにおける各気筒の平滑化値Ｂ、および各時刻における各気筒の平滑化値Ｂの中央値である比較値Ｃを示し、右縦軸は、各時刻の点火イベントにおける第２気筒のカウンタＣＮＴを示している。
【００６９】
図５において、時刻０の時点で第２気筒の感度調整部１２に故障が発生したとすると、ここから徐々に第２気筒の平滑化値Ｂ（Ｂ[ｃｙｌ２]）が、他の気筒の平滑化値Ｂ（Ｂ[ｃｙｌ１、３、４]）から離れていくことが分かる。続いて、時刻３において、各気筒の平滑化値Ｂは、Ｂ[ｃｙｌ１、２、３、４]３＝［１００μＡ、５４μＡ、１０４μＡ、１０１μＡ］となり（ステップＳ４）、比較値Ｃは、Ｃ３＝１０１μＡとなる（ステップＳ５）。
【００７０】
このとき、図３のステップＳ６において、係数Ｄ＝２とすると、１０１＜５４×２となるので、Ｙｅｓと判定されてステップＳ７に進み、さらにステップＳ７において、１０１×２＞５４となるので、Ｙｅｓと判定されてステップＳ８に進む。また、ステップＳ８において、カウンタＣＮＴが１つ減算されるが、ステップＳ１０において、カウンタＣＮＴの下限値が０でクリップされるので、時刻３における第２気筒のカウンタＣＮＴは、ＣＮＴ３＝０となる。
【００７１】
時間が進み、時刻４において、各気筒の平滑化値Ｂは、Ｂ[ｃｙｌ１、２、３、４]３＝［１０４μＡ、４８μＡ、１０２μＡ、１０７μＡ］となり（ステップＳ４）、比較値Ｃは、Ｃ３＝１０３μＡとなる（ステップＳ５）。このとき、図３のステップＳ６において、係数Ｄ＝２とすると、１０３＞４８×２となるので、Ｎｏと判定されてステップＳ９に進み、カウンタＣＮＴが２つ加算されて、時刻４における第２気筒のカウンタＣＮＴは、ＣＮＴ４＝２となる。以後、同様にして第２気筒のカウンタＣＮＴは増加していく。
【００７２】
ここで、故障診断用の比較値ＦをＦ＝５と設定すると、時刻６の時点でステップＳ１１における判定がＹｅｓとなってステップＳ１２に進み、故障診断部１４は、第２気筒の感度調整部１２が故障していると診断して、この旨を故障診断結果として出力することができる。
【００７３】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、故障診断部は、複数の感度調整部から出力されたそれぞれの調整後センサ信号の所定区間における最大値に基づいて算出される比較値と、故障診断対象の感度調整部から出力された調整後センサ信号の所定区間における最大値との差異が、所定量よりも大きい場合に、故障診断対象の感度調整部の故障状態を検出する。
そのため、絶えず信号処理が実行される信号処理装置においても、入力された信号の受信感度を調整する感度調整部の故障の有無を診断することができる故障診断システムを得ることができる。
【００７４】
また、入力された信号の受信感度が適切に調整されているか否かを診断することができるので、診断結果に基づいて、適切な処置を実行することができる。
さらに、この発明の実施の形態１に係る故障診断システムは、内燃機関を利用する自動車、二輪車、船外機またはその他の特殊機械等に搭載され、感度調整部の故障の有無を確実に診断することができるので、内燃機関を効率よく運転させることができ、環境保全や燃料枯渇等の問題に役立てることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  ＥＣＵ、２  点火コイル装置、３  点火プラグ、４  各種センサ（運転状態検出部）、１１  信号制御部、１２  感度調整部、１３  Ａ／Ｄ変換器、１４  故障診断部、１５  燃焼状態診断部（信号処理部）、１６  診断部、２１  高電圧発生部、２１ａ  １次巻線、２１ｂ  ２次巻線、２２  イオン電流検出部（センサ）、１２１  抵抗器、１２２  抵抗器、１２３  トランジスタ。
【図１】
2012067682.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2012067682.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月13日(2012.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この発明に係る故障診断システムは、互いに同等の環境下に設けられた同種の複数のセンサと、対象となる機器の動作状態を検出する動作状態検出部と、複数のセンサの各々に対応して設けられ、検出された動作状態に基づいて、複数のセンサから出力されたセンサ信号の受信感度をそれぞれ調整し、調整後センサ信号を出力する複数の感度調整部と、複数の感度調整部の故障の有無を診断する故障診断部と、を備え、故障診断部は、複数の感度調整部から出力されたそれぞれの調整後センサ信号の所定区間における最大値に基づいて算出される比較値と、故障診断対象の感度調整部から出力された調整後センサ信号の所定区間における最大値との差異を検出するとともに、差異が、所定量よりも大きい場合に、故障診断対象の感度調整部の故障状態を判定するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同等の環境下に設けられた同種の複数のセンサと、
対象となる機器の動作状態を検出する動作状態検出部と、
前記複数のセンサの各々に対応して設けられ、検出された前記動作状態に基づいて、前記複数のセンサから出力されたセンサ信号の受信感度をそれぞれ調整し、調整後センサ信号を出力する複数の感度調整部と、
前記複数の感度調整部の故障の有無を診断する故障診断部と、を備え、
前記故障診断部は、前記複数の感度調整部から出力されたそれぞれの調整後センサ信号の所定区間における最大値に基づいて算出される比較値と、故障診断対象の感度調整部から出力された調整後センサ信号の前記所定区間における最大値との差異を検出するとともに、前記差異が、所定量よりも大きい場合に、前記故障診断対象の感度調整部の故障状態を判定する
ことを特徴とする故障診断システム。
【請求項２】
前記動作状態検出部は、車両に設けられた内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部であり、
前記運転状態は、前記内燃機関の回転数および負荷の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の故障診断システム。
【請求項３】
前記複数のセンサは、内燃機関の各気筒に設けられ、燃焼室内での可燃混合気の燃焼によって発生するイオンを検出するイオンセンサである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の故障診断システム。
【請求項４】
前記故障診断部は、前記故障診断対象の感度調整部の故障診断処理が困難であると判断される場合には、前記故障診断処理を実行しない
ことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項５】
前記調整後センサ信号を処理して所望の情報を得る信号処理部をさらに備え、
前記信号処理部は、前記故障診断部により、前記複数の感度調整部の一部が故障していると診断された場合に、前記調整後センサ信号の処理を停止する
ことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項６】
前記調整後センサ信号を処理して所望の情報を得る信号処理部をさらに備え、
前記故障診断部は、前記複数の感度調整部の一部が故障していると診断した場合に、前記調整後センサ信号を補正した補正センサ信号を生成して前記信号処理部に出力し、
前記信号処理部は、前記補正センサ信号を処理して所望の情報を得る
ことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項７】
前記故障診断部は、前記比較値と、前記故障診断対象の感度調整部から出力された調整後センサ信号の前記所定区間における最大値との差異を検出するとともに、前記差異が、所定量よりも大きい状態が所定頻度異常発生した場合に、前記故障診断対象の感度調整部の故障状態を判定する
ことを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の故障診断システム。