(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電制スロットルを備えたエンジンのシリンダに入る吸入空気量を計測する手段、エンジン回転数を計測する手段、アクセル開度を計測する手段等のエンジンの運転状態計測手段を備えると共に、
前記吸入空気量をエンジン回転数で割ってストイキ空燃比(A/F=14.7)となるような係数を乗じて１シリンダ当たりの基本燃料噴射量Tp1を決定する手段、前記エンジン回転数と前記アクセル開度の二変数から基準燃料噴射量Tp2を決定する手段、及び、前記基準燃料噴射量Tp2に目標空燃比を乗じてストイキ空燃比(A/F=14.7)で割って目標燃料噴射量Tp3を算出する手段を備えたエンジン制御装置であって、
該制御装置は、前記運転状態計測手段の異常を診断する手段と異常時切換え手段とを備え、該異常時切換え手段は、前記吸入空気量計測手段が正常時には基本燃料噴射量Tp1を目標燃料噴射量Tp3に追従させるように前記電制スロットルの目標開度を決定するTpフィードバック制御を行い、前記吸入空気量計測手段が異常時には前記Tpフィードバック制御を中止して、アクセル開度から直接的に電制スロットルの目標開度を設定することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】
前記異常時切換え手段は、前記Tpフィードバック制御の中止信号、リーン許可/禁止信号、基準燃料噴射量Tp2の制限信号、スロットル開度制限信号、スロットル電流遮断信号、及び、スロットルモータリレーOFF信号のいずれか一つの信号、もしくは前記信号の組合せを出力して制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項３】
前記異常時切換え手段は、入力である診断結果をもとに異常ランクを複数の段階に区分し、該異常ランクにもとづき出力信号の組合せを決定することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項４】
前記異常診断手段は、吸入空気量計測手段の診断、アクセル開度センサの診断、スロットル開度センサの診断、及び、電制スロットル制御手段の診断を行い、前記アクセル開度センサの電圧を診断し、前記異常時切換え手段は、該アクセル開度センサの電圧が所定の範囲外である場合に切り換え制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項５】
前記診断手段は、前記アクセル開度センサを複数備えており、該複数のアクセル開度センサの電圧の相関関係が所定の範囲外であることを診断し、前記異常時切換え手段は、前記診断結果に基づいて切り換え制御することを特徴とする請求項４に記載のエンジン制御装置。
【請求項６】
前記異常診断手段は、吸入空気量計測手段の診断、アクセル開度センサの診断、スロットル開度センサの診断、及び、電制スロットル制御手段の診断を行い、前記スロットル開度センサの電圧を診断し、前記異常時切換え手段は、該スロットル開度センサの電圧が所定の範囲外である場合に切り換え制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項７】
前記診断手段は、前記スロットル開度センサを複数備えており、該複数のスロットル開度センサの電圧の相関関係が所定の範囲外であることを診断し、前記異常時切換え手段は、前記診断結果に基づいて切り換え制御することを特徴とする請求項６に記載のエンジン制御装置。
【請求項８】
前記診断装置は、前記電制スロットルの実開度が目標開度に対して所定以上の偏差がある状態を所定時間連続しているか否かを診断することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項９】
前記診断装置は、前記電制スロットルのモータ電流が所定値以上で所定時間連続しているか否かを診断することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項１０】
前記診断手段は、電制スロットル制御手段の診断として、エンジン制御用マイコンとスロットル制御用マイコンとの通信手段の異常を診断することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項１１】
前記診断手段は、前記吸入空気量計測手段の診断として、吸入空気量センサの電圧が所定の範囲外か否かを診断することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項１２】
前記診断手段は、前記吸入空気量計測手段の診断として、吸入空気量センサの電圧の相関関係が所定の範囲外か否かを診断することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項１３】
前記診断手段は、前記吸入空気量計測手段の診断として、吸入空気量センサの信号と、エンジン回転数とスロットル開度との関数で求めた推定吸入空気量の信号との偏差が所定の範囲外か否かを診断することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項１４】
電制スロットルを備えたエンジンのシリンダに入る吸入空気量を計測する手段、エンジン回転数を計測する手段、アクセル開度を計測する手段を備えると共に、
前記エンジン回転数と前記アクセル開度の二変数からエンジンの目標トルクを決定する手段、前記目標トルクから基準燃料噴射量Tp2を決定するトルク制御手段、前記吸入空気量をエンジン回転数で割ってストイキ空燃比(A/F=14.7)となるような係数を乗じて１シリンダ当たりの基本燃料噴射量Tp1を決定する手段、前記エンジン回転数と前記アクセル開度の二変数から基準燃料噴射量Tp2を決定する手段、及び、前記基準燃料噴射量Tp2に目標空燃比を乗じてストイキ空燃比(A/F=14.7)で割って目標燃料噴射量Tp3を算出する手段、を備えたエンジン制御装置であって、
該制御装置は、前記運転状態計測手段の異常を診断する手段と異常時切換え手段とを備え、該異常時切換え手段は、前記吸入空気量計測手段が正常時にはトルク制御手段で決定した基準燃料噴射量Tp2を選択し、前記吸入空気量計測手段が異常時にはエンジン回転数とアクセル開度の二変数から求めた基準燃料噴射量Tp2を選択する切り換え制御を行うことを特徴とするエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電制スロットルを備えたエンジンのトルクや吸入空気量等を制御するエンジン制御装置に係り、特に、該エンジンの種々の異常に対して最適なフェイルセーフ状態への制御を可能としたエンジン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の筒内噴射エンジンは、その運転目的に沿うべくリーンバーン燃焼等が行われていると共に、その構造からエンジン各部の運転状態を検出し、該検出に基づいて燃料の噴射量と噴射時期、及び、吸入空気量等の制御が行われている。このような筒内噴射エンジンの制御装置においては、更にきめの細かいエンジン制御を行うために、アイドル時におけるエンジン水温等に基づく回転変動に対する制御、自動車のエアコン等の負荷投入といった外乱に対する補正制御、成層燃焼とストイキ燃焼でのアイドル運転の補正制御等についての配慮、つまり、前記各補正制御を組み込んだ燃料の噴射量と噴射時期、及び、吸入空気量等の制御を行うエンジンの制御装置を備えることが望まれている。該補正制御を考慮したエンジンの制御装置としては、既に、本出願人において、特願平９−１９０２６号（特開平１０−２１２９８９号公報）の発明として提案している。
【０００３】
しかし、該提案のエンジン制御装置においては、該エンジンの運転状態や操作状態を検出するセンサ等の計測・検出手段や電制スロットル等の作動手段が異常であるか否かを診断すること、及び、該異常診断に基づいて適切に対処して制御するフェイルセーフ動作等の手段については示されていない。前記計測・検出手段や電制スロットル等の作動手段が異常であると、計測・検出信号が不正確になり、該不正確の信号に基づいてエンジンを制御すると、エンジンの出力等が自動車の運転者の意図と異なり、エンジンの適切な制御が行われなくなる虞がある等の不具合が生じる。
【０００４】
前記エンジン制御装置の不具合を解消するものとして、例えば、電制スロットルの作動を診断する方式の技術が、特開平10-238394号公報に記載されている。該技術は、スロットルバルブを閉鎖した状態で、吸入空気量を特徴付けるパラメータを検出し、このパラメータが閾値を超える場合にエラーと診断するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記方式の技術は、スロットル機能の診断まではできるものの、スロットル以外の他の作動手段や計測・検出手段の診断や、診断後のフェイルセーフ動作等の制御手段については考慮されておらず、解決すべき課題を有している。
本発明は、前記の如き問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、エンジン制御装置に入力される種々の作動手段や計測・検出手段の信号の異常状態を診断すると共に、該種々の信号等の診断状態を組み合わせて異常状態の程度を診断すると共に、該診断に基づいて最適なフェイルセーフ状態にすることを可能にするエンジン制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明のエンジン制御装置は、基本的には、電制スロットルを備えたエンジンのシリンダに入る吸入空気量を計測する手段、エンジン回転数を計測する手段、アクセル開度を計測する手段等のエンジンの運転状態計測手段を備えると共に、前記吸入空気量をエンジン回転数で割ってストイキ空燃比(A/F=14.7)となるような係数を乗じて１シリンダ当たりの基本燃料噴射量Tp1を決定する手段、前記エンジン回転数と前記アクセル開度の二変数から基準燃料噴射量Tp2を決定する手段、及び、前記基準燃料噴射量Tp2に目標空燃比を乗じてストイキ空燃比(A/F=14.7)で割って目標燃料噴射量Tp3を算出する手段を備えたエンジン制御装置であって、前記運転状態計測手段の異常を診断する手段と異常時切換え手段とを備え、該異常時切換え手段が、前記吸入空気量計測手段が正常時には基本燃料噴射量Tp1を目標燃料噴射量Tp3に追従させるように前記電制スロットルの目標開度を決定するTpフィードバック制御を行い、前記吸入空気量計測手段が異常時には前記Tpフィードバック制御を中止して、アクセル開度から直接的に電制スロットルの目標開度を設定することを特徴とし、前記異常時切換え手段が、前記Tpフィードバック制御の中止信号、リーン許可/禁止信号、基準燃料噴射量Tp2の制限信号、スロットル開度制限信号、スロットル電流遮断信号、及び、スロットルモータリレーOFF信号のいずれか一つの信号、もしくは前記信号の組合せを出力して制御することを特徴としている。
【００１１】
前記の如く構成された本発明のエンジン制御装置は、異常診断手段で、吸入空気量計測手段が異常と診断した場合に、異常時切換え手段で、電制スロットルの目標開度を決定するTpフィードバック制御を中止してアクセル開度から直接的に電制スロットルの目標開度を設定することとしたので、前記吸入空気量計測手段が正常時の電制スロットルの目標開度を設定に近い目標開度を設定することができる。
【００１２】
更にまた、本発明のエンジン制御装置の具体的態様は、前記異常時切換え手段が、入力である診断結果をもとに異常ランクを複数の段階に区分し、該異常ランクにもとづき出力信号の組合せを決定することを特徴している。
更にまた、本発明のエンジン制御装置の具体的態様は、前記異常診断手段が、吸入空気量計測手段の診断、アクセル開度センサの診断、スロットル開度センサの診断、及び、電制スロットル制御手段の診断を行い、該異常診断手段が、該アクセル開度センサの電圧を診断し、前記異常時切換え手段が、該アクセル開度センサの電圧が所定の範囲外である場合に切り換え制御することを特徴とし、前記診断手段が、前記アクセル開度センサを複数備えており、該複数のアクセル開度センサの電圧の相関関係が所定の範囲外であることを診断し、前記異常時切換え手段が、前記診断結果に基づいて切り換え制御することを特徴としている。
【００１３】
更にまた、本発明のエンジン制御装置の具体的態様は、前記異常診断手段が、吸入空気量計測手段の診断、アクセル開度センサの診断、スロットル開度センサの診断、及び、電制スロットル制御手段の診断を行い、該異常診断手段が、該スロットル開度センサの電圧を診断し、前記異常時切換え手段は、該スロットル開度センサの電圧が所定の範囲外である場合に切り換え制御することを特徴とし、前記診断手段が、前記スロットル開度センサを複数備えており、該複数のスロットル開度センサの電圧の相関関係が所定の範囲外であることを診断し、前記異常時切換え手段が、前記診断結果に基づいて切り換え制御することを特徴としている。
【００１４】
更にまた、本発明のエンジン制御装置の具体的態様は、前記診断装置が、前記電制スロットルの実開度が目標開度に対して所定以上の偏差がある状態を所定時間連続しているか否かを診断し、前記電制スロットルのモータ電流が所定値以上で所定時間連続しているか否かを診断し、電制スロットル制御手段の診断として、エンジン制御用マイコンとスロットル制御用マイコンとの通信手段の異常を診断し、前記吸入空気量計測手段の診断として、吸入空気量センサの電圧が所定の範囲外か否かを診断し、前記吸入空気量計測手段の診断として、吸入空気量センサの電圧の相関関係が所定の範囲外か否かを診断し、前記吸入空気量計測手段の診断として、吸入空気量センサの信号と、エンジン回転数とスロットル開度との関数で求めた推定吸入空気量の信号との偏差が所定の範囲外か否かを診断することを特徴としている。
【００１５】
更にまた、本発明のエンジン制御装置の他の態様は、電制スロットルを備えたエンジンのシリンダに入る吸入空気量を計測する手段、エンジン回転数を計測する手段、アクセル開度を計測する手段を備えると共に、前記エンジン回転数と前記アクセル開度の二変数からエンジンの目標トルクを決定する手段、前記目標トルクから基準燃料噴射量Tp2を決定するトルク制御手段、前記吸入空気量をエンジン回転数で割ってストイキ空燃比(A/F=14.7)となるような係数を乗じて１シリンダ当たりの基本燃料噴射量Tp1を決定する手段、前記エンジン回転数と前記アクセル開度の二変数から基準燃料噴射量Tp2を決定する手段、及び、前記基準燃料噴射量Tp2に目標空燃比を乗じてストイキ空燃比(A/F=14.7)で割って目標燃料噴射量Tp3を算出する手段を備えたものであって、該制御装置が、前記運転状態計測手段の異常を診断する手段と異常時切換え手段とを備え、該異常時切換え手段は、前記吸入空気量計測手段が正常時にはトルク制御手段で決定した基準燃料噴射量Tp2を選択し、前記吸入空気量計測手段が異常時にはエンジン回転数とアクセル開度の二変数から求めた基準燃料噴射量Tp2を選択する切り換え制御を行うことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明のエンジン制御装置の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のエンジン５０７の制御システムの全体構成を示したものである。図１において、エンジン５０７に吸入される空気は、エアクリーナ５０２の入口部５０２ａから取り入れられ、エンジンの運転状態計測手段の一つである空気流量計（エアフローセンサ）５０３を通り、吸気流量を制御するスロットル弁５０５ａが収容されたスロットルボディ５０５を通り、コレクタ５０６に入る。該コレクタ５０６に吸入された空気は、エンジン５０７の各シリンダ５０７ｂに接続された各吸気管５０１に分配され、前記シリンダ５０７ｂの燃焼室５０７ｃに導かれる。
【００１８】
一方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク５１４から燃料ポンプ５１０により１次加圧され、さらに燃料ポンプ５１１により２次加圧され、インジェクタ５０９が配管されている燃料系に供給される。１次加圧された燃料は、燃圧レギュレータ５１２により一定の圧力（例えば３kg/cm2）に調圧され、より高い圧力に２次加圧された燃料は燃圧レギュレータ５１３により一定の圧力(例えば30kg/m2)に調圧され、それぞれのシリンダ５０７ｂに設けられているインジェクタ５０９から燃焼室５０７ｃに噴射される。噴射された燃料は、点火コイル５２２で高電圧化された点火信号により点火プラグ５０８で着火される。
【００１９】
また、前記空気流量計５０３からは、吸気流量を表す信号が出力され、コントロールユニット５１５に入力されるようになっている。
更に、スロットルボディ５０５には、エンジン作動手段の一つである電制スロットル弁５０５ａの開度を検出するエンジンの運転状態計測手段の一つであるスロットルセンサ５０４が取り付けてられており、その出力もコントロールユニット５１５に入力されるようになっている。
【００２０】
吸気管５０１と排気管５１９との間には、側路管５２５が備えられて排気ガスを再循環させるためのバイパス管路を形成しており、前記側路管５２５には、該側路管５２５を介して排気ガスの再循環流量を調節するためのＥＧＲ弁５２４が設けられている。
次に、カムシャフト軸(図示省略)に取り付けられたクランク角センサ５１６は、クランク軸５０７ｄの回転位置を表す基準角信号ＲＥＦと回転信号（回転数）検出用の角度信号ＰＯＳとを出力し、これらの信号もコントロールユニット515に入力されるようになっている。
【００２１】
排気管５１９中の触媒５２０の前に設けられたＡ／Ｆセンサ５１８は、排ガスを検出してその検出信号を出力してコントロールユニット５１５に入力するようになっている。
コントロールユニット５１５の主要部は、図２に示すように、ＭＰＵ６０３、ＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０４およびＡ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ６０１等で構成し、エンジンの運転状態を計測（検出）するアクセルセンサ５２１を含む各種のセンサなどからの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、前記したインジェクタ５０９や点火コイル５２２に所定の制御信号を供給し、燃料供給量制御と点火時期制御とを実行するものである。
【００２２】
図３と図４は、前記のような筒内噴射エンジン５０７において、コントロールユニット５１５で実行される制御のブロック図の全体概要を示したものであり、図３と図４で一つの制御ブロック図が構成される。
エアフローセンサ５０３で検出した吸入空気流量Qaは、フィルタ処理手段１０２でフィルタ処理を施された後、基本燃料噴射量決定手段１０３で、前記吸入空気量Qaをエンジン回転数Neで割って、空燃比がストイキ(A/F=14.7)となるような係数kを乗じて１シリンダ当たりの基本燃料噴射パルス幅、即ち、基本燃料噴射量Tp1が求められる。さらに、ストイキ時のみ、エアフローセンサ５０３とインジェクタ５０９の個々の特性差や経時変化により生ずる特性ずれを補正するため、基本燃料噴射量補正手段１１７で前記基本燃料噴射量Tp1とエンジン回転数Neで決まる動作点毎に、燃料噴射量に乗ずる補正係数を学習する。
【００２３】
一方、基準燃料噴射量決定手段１０１では、エンジン回転数Neとアクセル開度Accとから、基本燃料噴射量Tp1と同次元で、目標燃料噴射量Tp3の基準となる基準燃料噴射量Tp2がマップにより求められる。
基本燃料噴射量Tp1と基準燃料噴射量Tp2との関係は、アクセル開度Accとエンジン回転数Neで決まる動作点において、ストイキで運転した場合の基準燃料噴射量Tp2が基本燃料噴射量Tp1となるように、あらかじめ基準燃料噴射量Tp2の前記マップの値を設定しておく。ただし、ここでも、実車でのセンサ等のばらつきに対応し、ストイキ時の基本燃料噴射量実Tp1に基づき基準燃料噴射量Tp2を学習できるように、基準燃料噴射量Tp2のマップは書き換え可能となっている。
【００２４】
本実施形態では、エンジン５０７の制御パラメータである空燃比、点火時期、燃料噴射時期、EGR率のマップは、エンジン回転数Neと基準燃料噴射量TP2の２変数を軸として検索するようになっている。前記基準燃料噴射量Tp2は、エンジン負荷の関数として示されるものであるから、前記基準燃料噴射量Tp2の軸はエンジンの負荷の軸に置き換えることができると共に、アクセル開度Accの軸とすることもでき、更に、ストイキ時は、前記基本燃料噴射量Tp1と一致する。また、それぞれのマップは、ストイキ燃焼用、均質リーン燃焼用、成層リーン燃焼用の３枚ずつ備えている。
【００２５】
空燃比マップ(I)は、ストイキ用マップ１０４と均質リーン用マップ１０５と成層リーン用マップ１０６の３枚から構成され、点火時期マップ(II)は、ストイキ用マップ１０７と均質リーン用マップ１０８と成層リーン用マップ１０９の３枚から構成され、噴射時期マップ(III)は、ストイキ用マップ１１０と均質リーン用マップ１１１と成層リーン用マップ１１２の３枚から構成され、更に、EGR率マップ(IV)は、ストイキ用マップ１１３と均質リーン用マップ１１４と成層リーン用マップ１１５の３枚から構成されている。
【００２６】
空燃比、点火時期、燃料噴射時期、及び、EGR率の各パラメータで、どのマップを使用するかは、燃焼モード切換手段１２０で決定するが、該燃焼モード切換手段の中の処理の詳細は、図１４により後述する。
エンジンの運転空燃比を決定する２要素である吸入空気量Qaと燃料噴射量Tpとは、どちらも基準燃料噴射量Tp2に基づき計算される。燃料噴射量Tpは、基準燃料噴射量Tp2に基準変化量ΔTp2を加算して基準燃料噴射量Tp2'とし、それに、インジェクタの無効噴射パルス幅Tsを加え、その後、ストイキの場合のみ、基本燃料噴射量Tp1で補正し、O2 F/B補正係数を乗じて燃料噴射量Tpを求める。
【００２７】
一方、吸入空気量Qaは、基準燃料噴射量Tp2に基準変化量ΔTp2を加算した基準燃料噴射量Tp2'に、目標燃料噴射量算Tp3算出手段１２４で、目標空燃比(例えば４０)を乗じてストイキの空燃比１４．７で割ることにより、目標空燃比を達成するのに必要な目標燃料噴射量Tp3を算出する。ただし、目標燃料噴射量Tp3は、制御上、燃料噴射量の目標値としてでなく、吸入空気量の目標値として使われる。該目標燃料噴射量Tp3と基本燃料噴射量Tp1を比較してスロットル開度をフィードバック制御することにより前記基本燃料噴射量Tp1を目標燃料噴射量Tp3に追従させて吸入空気量を制御することにより所望の空燃比に合わせ込むことができる。
【００２８】
I-PD制御１１８は、目標燃料噴射量Tp3と基本燃料噴射量Tp1とを比較して、その偏差によりスロットル目標開度を決定するものであり、TCM(Throttle Control Module)１１９は、目標開度司令を受けて、スロットル開度を制御するものである。
次に、本実施形態の主な特徴点である、図４に異常診断手段１０とスロットル開度設定手段１１００として示されているエンジン５０７の吸入空気量Ｑを決定するためのスロットル５０５ａの開度設定について説明する。
【００２９】
図５は、図４の異常診断手段１０とスロットル開度設定手段１１００の詳細を示したエンジン制御装置の制御ブロック図である。該スロットル開度設定手段１１００は、目標燃料噴射量Tp3算出手段１２４、Tp制御手段（Ｉ−ＰＤ制御手段）１１８、異常時切換手段１１０１、ＴＣＭ手段１１９、スロットル制御手段１１０２、電制スロットル１１０３とから成る。
【００３０】
次に、前記異常時切換え手段１１０１を前記スロットル開度設定手段１１００の構成の中での役割について説明する。通常、目標燃料噴射量Tp3は、基準燃料噴射量決定手段１０１で決定された基準燃料噴射量Tp2に基づき目標燃料噴射量Tp3算出手段１２４により算出され、Tp制御手段（Ｉ−ＰＤ制御手段）１１８で基本燃料噴射量Tp1との偏差を計算して、スロットルの目標開度が求められる。
【００３１】
基本燃料噴射量Tp1は、エアフローセンサ５０３の信号とエンジン回転数Neから計算されるので、エアフローセンサ５０３の故障や信号線の断線が起こったときは、正確な基本燃料噴射量Tp1が計算できない。不正確なTp1をもとにフィードバック制御を行うと、エンジン出力がドライバの意図とは関係なく大きくなったり小さくなったりするので危険である。そこで、図５の本実施形態では、エアフローセンサ５０３の異常を異常診断手段１０で診断し、該エアフローセンサ５０３が異常とされた場合は、異常時切換え手段１１０１が働いて信号が切り替わり、アクセル開度センサAPS(Accel Position Sensor)の出力信号に基づきスロットル目標開度が設定され、スロットル弁５０５ａが、従来のアクセルとスロットルがワイヤーでメカ的に結合されたシステムと同等の動きをする。
【００３２】
これを、制御系全体から見ると、該制御系は、スロットル開度を制御する第一のフィードバックループと燃料噴射量Tpを制御する第２のフィードバックループとで構成されており、第２のフィードバックループにセンサ異常が発生した場合、第２のフィードバックループを止めて基準燃料噴射量決定手段１０１からTp制御手段１１８をバイパスしてフィードフォワード系とすることになる。
【００３３】
次に、図６に基づいて、フィードバックループが３つで構成される他の実施形態について説明する。
図６は、図５の制御ブロック図のスロットル開度設定手段１１００の外側にトルクフィードバックのループを付加し、異常時切換手段１１０１の配置位置を変更した変更例を示したものである。目標トルク決定手段１１０５では、アクセル開度APSとエンジン回転数Neから目標トルクを決定する。該目標トルクは、トルクセンサ１１０７で計測したエンジンの実トルクとの偏差をとり、トルク制御手段１１０６に入力する。トルク制御手段１１０６は、実トルクを目標トルクに追従させるような基準燃料噴射量Tp2を計算する。
【００３４】
ここで、トルクセンサ１１０７の故障や信号線の断線が起こったときは、正確な実トルクが計測できない。不正確な実トルク信号を元にフィードバック制御を行うと、エンジン出力がドライバの意図とは関係なく大きくなったり、小さくなったりするので違和感を生じるものとなる。
そこで、図６に記載の変更例では、トルクセンサ１１０７の異常を異常診断手段１０で診断し、異常である場合には、異常時切換え手段１１０１が働き、信号が切り替わり、基準燃料噴射量決定手段１０１で決定した基準燃料噴射量Tp2を選択して事後の制御を行うものであるので、図５の正常状態と同じ制御とすることができる。
【００３５】
これを、制御系全体で見ると、該制御系は、スロットル開度を制御する第一のフィードバックループと、燃料噴射量Tpを制御する第２のフィードバックループと、トルクを制御する第３のフィードバックループとで構成されていることになり、第３のフィードバックループのトルクセンサ異常が発生した場合に、第３のフィードバックループを止めて、目標トルク決定手段１１０５とトルク制御手段１１０６をバイパスしてフィードフォワード系とすることになる。
【００３６】
図５と図６では、エアフローセンサ５０３、トルクセンサ１１０７の異常について述べたが、実際のエンジン制御装置には、多数のセンサ入力があり、単一の故障だけでなく、複数の故障もある。
図７は、複数の入力異常に対応した異常診断手段１０と該診断に基づいて作動する異常時切換え手段１１０１とについて示したものである。異常時切換え手段１１０１には、前記異常診断手段１０のAPS診断手段１１、TPS,TCM診断手段１２、及び、エアフローセンサ診断手段１３からの診断結果の信号が入力され、前記Tpフィードバック制御の中止信号、リーン許可/禁止信号、基準燃料噴射量Tp2の制限信号、スロットル開度制限信号、スロットルモータリレーOFF信号が出力される。異常時切換え手段１１０１では、それぞれの入力をチェックし、AランクからFランクに区分する。
【００３７】
図８は、前記異常ランクの決定の一例を示したものである。図８では、APS診断結果とエアフローセンサ（H/W）診断結果、TPS,TCM診断結果よりマトリクスによりAランク〜Fランクに区分し、それぞれA制御からF制御とする。このなかでは、Aランクはすべて正常で、Fランクに行くほど重度の故障となる。
図９は、図８の前記AランクからFランクまでに分けられた場合の各制御、つまり、前記AランクからFランクに基づく、A制御からF制御について詳細に示したものである。
【００３８】
Ａランクは、正常で、どこにも異常がないので、通常制御を行う。Bランクは、軽度の故障であるので、リーンを禁止し、基準燃料噴射量Tp2の上限規制のみ行う。Cランクは、エアフローセンサがNGなので、基本燃料噴射量Tp1のフィードバック（燃料先行制御）をおこなわずに、フィードフォワード（F/F制御）とする。Dランクは、スロットル開度の上限規制を行う。E制御では、アクセルセンサ５２１または電制スロットル系に重度の故障がある場合であるので、スロットル制御は行わずに、スロットルモータリレーを切ってスロットル５０５ａを全閉付近のデフォルト状態にして、エアフローセンサ５０３で計測した空気量に見合った燃料噴射を行う。デフォルト状態については後述する。更に、F制御では、エアフローセンサ５０３も故障状態なので燃料量も固定とする。
【００３９】
図７に示した異常切換手段１１０１の入力信号を生成する異常診断手段１０のAPS診断手段１１、TPS,TCM診断手段１２、及び、エアフローセンサ診断手段１３について、以下、詳細に説明する。
図１０は、TPS,TCM診断手段１２の詳細を示したもので、各入力の組合せで全て異常なしなら診断結果は「OK」、入力の組合せにより軽度の異常なら診断結果は「CA」、入力の組合せにより重度の異常なら診断結果は「NG」とする。前記故障と診断の制御過程を、論理図で示すと図１１のようになる。
【００４０】
図１２は、APS診断手段１１の診断の詳細を示したもので、この例では、２つのアクセルポジションセンサAPS1,APS2のそれぞれの電圧異常と、APS1とAPS2の電圧の相関異常から８つのマトリクスとして判定する。判定結果はすべて正常の「OK」と、軽度の異常の「CA」と、重度の異常の「NG」に区分される。
次に、本実施形態のエンジン制御装置の動作を、図３及び図４に示されている制御ブロック図等に沿って説明する。
【００４１】
図１３は、本実施形態の筒内噴射エンジン５０７の空燃比設定マップ(I)を表したものであり、これをもとに図３のストイキ・均質リーン・成層リーンの３枚のマップに展開する。このマップをみると、アイドル領域は空燃比４０となっているが、図１３のマップは、エンジン暖機時のものであり、エンジン冷機時は安定して成層リーンの燃焼はできないため、ストイキでの燃焼となり、各マップもストイキ用マップでパラメータを検索する。
【００４２】
このように燃焼モードを決定するのが図４の燃焼モード切換え手段１２０であり、以下、図１４により処理内容を説明する。
図１４は、燃焼モード切換手段１２０の状態遷移図をあらわしたものである。エンジン５０７のスタート時は、まず、(A)ストイキモードとなる。該(A)ストイキモードから(B)均質リーンモードへ移行するには条件Aが成立しなければならない。更に(B)均質リーンモードで運転中に条件Bが成立すれば、(Ｃ)成層リーンモードへ移行する。(Ｃ)成層リーンモードで運転中に条件Cが成立すれば、(A)ストイキモードに戻り、条件Eが成立すれば、(B)均質リーンモードに戻る。
【００４３】
(B)均質リーンモードでは、条件Dが成立すると(A)ストイキモードに戻る。夫々の条件の例を次に示す。
条件A   ・ A1〜A3がすべて成立
A1  ストイキ空燃比マップで検索した目標A/F≧20
A2  エンジン冷却水温TWN≧40℃
A3  始動後増量係数=0
条件B ・均質リーン空燃比マップで検索した目標A/F≧30
条件C ・減速時の燃料カット条件が成立した
条件D ・均質リーン空燃比マップで検索した目標A/F≦19
条件E ・成層リーン空燃比マップで検索した目標A/F≦28
【００４４】
前記のように、図３の燃焼モード切換手段１２０により燃焼モードが決定すると、空燃比の他、点火時期、噴射時期、EGR率もそれぞれのモード用のマップで設定値を検索する。
図１５は、図３に示した基準燃料噴射量Tp2設定手段１０１のマップの一例を示したものである。基準燃料噴射量Tp2のマップは、エンジン回転数Neとアクセル開度Accの２変数で検索するマップとなっている。
【００４５】
該基準燃料噴射量Tp2のマップの設定値は、ストイキで運転した場合の基準燃料噴射量Tp2が基本燃料噴射量Tp1となるように、あらかじめ設定されている。しかし、図１６に示すように、実車でのセンサ等のばらつきがあっても、ストイキ時の実Tpに基づき基準Tpを学習できるように、基準Tpマップは書き換え可能となっている。
次に、図１７は、基準燃料噴射量Tp2をアクセル開度のテーブルとして設定した例を示したものである。ここでも、基準燃料噴射量Tp2のテーブルの設定値は、ストイキで運転した場合の基準燃料噴射量Tp2が基本燃料噴射量Tp1となるように、あらかじめ設定されている。しかし、図１８に示すように、実車でのセンサ等のばらつきがあっても、ストイキ時の基本燃料噴射量Tp1に基づき基準燃料噴射量Tp2を学習できるように、基準燃料噴射量Tp2のテーブルは書き換え可能となっている。
【００４６】
図１９は、ストイキの状態で負荷SWが投入されたときのタイムチャートを示している。負荷SWが投入されると、図４のアイドル回転数制御手段１１６により基準燃料噴射量Tp2'が増加され、それと同じだけ目標燃料噴射量Tp3も増加する。つまり、図１９中の基準燃料噴射量の変化量ΔTp2'と目標燃料噴射量の変化量ΔTp3は同じである。基準燃料噴射量Tp2'が増加したことにより噴射パルス幅Tiが増加して燃料量を増やし、同時に目標Tp3が増加したことによりスロットル開度をフィードバックしながら基本燃料噴射量Tp1も増加して吸入空気量Ｑを増やす。
【００４７】
次に、図２０は、図１９のストイキの場合と対比されるリーン（成層リーンまたは均質リーン）の場合のタイムチャートを示したものである。
図２０に示すように、負荷SWが投入されると、図４のアイドル回転数制御手段１１６により基準燃料噴射量Tp2'が増加される。これによって、噴射パルス幅Tiが増加して燃料量を増やすのはストイキの場合と同じである。しかし、リーンの場合、基準燃料噴射量Tp2'に目標空燃比(例えば40)をかけて、ストイキ空燃比14.7で割って目標燃料噴射量Tp3を算出するので、目標燃料噴射量Tp3は、ストイキの場合よりも大きくなる。つまり、図２０中の燃料噴射量Tp3の変化量ΔTp3は、図１９中の目標燃料噴射量Tp3の変化量ΔTp3よりも空燃比の分だけ大きくなっている。目標燃料噴射量Tp3が増加した分、スロットル開度をフィードバックしながら基本燃料噴射量Tp1も追従して増加させ吸入空気量を増やす。
【００４８】
図２１は、図４に示した目標回転数生成手段１２２とアイドル回転数制御手段１１６のソフト上の処理を示すフローチャートである。
割込み１５０１は、一定時間毎に処理をスタートさせるためのもので、例えば１０ms毎に図２１の処理を行うように設定される。ステップ１５０２では、エンジン冷却水温Twを読込み、ステップ１５０３では、冷却水温のテーブルで目標回転数tNeを検索する。ステップ１５０４では、エンジン回転数Neを読込み、ステップ１５０５では、目標回転数tNeとの偏差ΔNeを計算する。ステップ１５０６では、前記偏差ΔNeの比例分・積分分・微分分にゲインを乗じて、その総和をΔ基準燃料噴射量Tp2とするPID制御の演算を行う。
【００４９】
次に、ステップ１５０７では、負荷SWのON/OFFを判定し、負荷SWが投入されると、ステップ１５０８へ進む。ステップ１５０８では、基準燃料噴射量Tp2の変化量ΔTp2に負荷に応じて設定されたTp#Loadが加算され、ステップ１５０９に進む。ステップ１５０９では、基準燃料噴射量Tp2の変化量ΔTp2を加えて基準燃料噴射量Tp2'が求められる。ステップ１５１０では、前記基準燃料噴射量Tp2'に目標空燃比を乗じて、ストイキの空燃比１４．７で割ることにより目標燃料噴射量Tp3を算出してステプ１５１１でリターンする。
【００５０】
次に、図２２、図２３は、アイドル時のエンジン回転数制御中の各パラメータを示したものであって、図２２は、従来制御の例であり、図２３は、本実施形態の制御の一例である。
図２２においては、エンジン回転数が目標回転数より低下すると、スロットル開度を開き方向に制御し、その結果、吸入空気量Qaが増える。吸入空気量Qaが増えると、燃焼噴射パルス幅Tiが増えるのでエンジン回転数が増加に転じる。
【００５１】
一方、図２３に示した本実施形態を適用した制御では、エンジン回転数が目標回転数より低下すると基準燃料噴射量Tp2の変化量ΔTp2が増えるので、燃料噴射パルス幅Tiの増加とスロットル開度の増加が同時に起こり、エンジン回転数が早く増加に転じる。したがって、図２２の従来例よりも、回転数の落込みを少なくでき、制御の応答性が良いことから収束時間も短い。
【００５２】
以上、本発明の一実施形態についてその内容を説明したが、図２４〜図２８に基づき、補足的に異常診断手段１０と異常時切換え手段１１０１の周辺要素の詳細についても説明する。
図２４〜図２６は、図７のAPS診断手段１１の詳細を示したものである。アクセル開度センサ５２１をAPS1、APS2の２重系とした場合の診断は、図１２の説明の項で述べたように、APS1、APS2のそれぞれの電圧範囲と、APS1、APS2の相関について行う。APS1及びAPS2とも、図２４の設計中央値の特性からある範囲の公差をもった特性となる。
【００５３】
APS1,APS2の電圧範囲は、エラー判定電圧１以下で、かつエラー範囲電圧２以上であればOKと判定する。また、APS1が設計中央値だった場合、APS2が相関上限以下で、かつ相関下限以上であればOKと判定する。
図２５は、APS2が電圧範囲異常となる例である。APS1-2の相関異常はないが、全閉付近で、APS2の値がエラー判定電圧２以下となっているので電圧範囲NGと判定する。
【００５４】
図２６は、APS1-2の相関異常となる例である。APS1,APS2ともに電圧範囲は、OKだが、全閉付近でAPS1とAPS2の差が所定値以上離れているので、相関NGと判定する。
図２７は、電制スロットルのデフォルト機構を示したものである。スロットルバルブ５０５aは、バネ２５１によって全開側に引かれると同時に、バネ２５２によって全閉側にも引かれており、モータ５２６に電流を流さなければ、つりあい位置であるデフォルト開度で静止するようになっている。このため、図９のE制御またはF制御のように、スロットルモータリレーをOFFすると全閉付近のデフォルト開度となる。
【００５５】
図２８は、TPS,TCM診断手段を示した図２８の(f)条件の具体的な例であり、スロットルの実開度が目標開度と、エラー判定偏差以上の偏差を保って、エラー確定時間以上となったときに、スロットルバルブ動作を異常と判定するものである。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【００５６】
例えば、本実施形態においては、エンジン制御装置について、説明したが、本発明は、エンジン制御装置に限らず、複数のセンサと複数のアクチュエータと、それぞれのアクチュエータの状態をセンサで計測してフィードバックし、目標値に追従させる複数のフィードバック系で構成された他の多くの制御システムにも使用できるものであって、該制御装置において、どこか１つのフィードバックループに関わるセンサもしくは計測機能が異常となった場合、該フィードバックループに関わる処理をバイパスするかフィードフォワード制御に切換える制御として異常事態に対処できるものである。
【００５７】
【発明の効果】
以上の記載から理解されるように、本発明のエンジン制御装置は、エンジン運転状態計測手段の異常を診断する手段と異常時切換え手段とを備えたことにより、エンジン運転状態計測手段に異常があると診断された場合には、異常時切換え手段によって該エンジン運転状態計測手段からの出力信号から他の特定の信号等に切り換えて前記エンジン作動手段のフィードバック制御を中止してフィードフォワード制御とすることができ、エンジン運転状態計測手段の異常時のエンジンの適切な制御が行われる。
【００５８】
また、本発明のエンジン制御装置は、電制スロットルに関わる作動手段（アクチュエータ）、センサの異常（故障）及び該異常（故障）の組合せを異常診断手段で診断し、該異常を軽度から重度に分析して診断するので、異常時切換え手段が、該診断に基づき最適なフェイルセーフ状態に制御することができる。このため、軽度の故障にもかからわず不必要に過剰な対応によるフェイルセーフ状態への陥りや、一方、重度の故障時に不十分な対応状態にとどまることを排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のエンジン制御装置を備えたエンジンシステムの全体構成図。
【図２】図１のエンジン制御装置の内部構成図。
【図３】図１のエンジン制御装置の前段の制御ブロック図。
【図４】図１のエンジン制御装置の後段の制御ブロック図。
【図５】図1のエンジン制御装置の異常診断手段とスロットル開度設定手段の詳細を示した制御ブロック図。
【図６】図５の異常診断手段とスロットル開度設定手段との変更例を詳細に示した制御ブロック図。
【図７】図４のエンジン制御装置の複数の入力異常に対応した異常診断手段と該診断に基づいて作動する異常時切換え手段とを示した図。
【図８】図７の異常診断手段の判定部を示す図。
【図９】図７の異常切換え手段の異常ランクと制御の一例を示す図。
【図１０】図７のTPS,TCM診断手段の判定部を示す図。
【図１１】図１０のTPS,TCM診断手段の判定部の論理図。
【図１２】図７のAPS診断手段の判定部を示す図。
【図１３】図１のエンジン制御装置の空燃比の設定例を示す図。
【図１４】図１のエンジン制御装置の燃焼モード切換え手段の状態遷移図。
【図１５】図３、図４のエンジン制御装置の基準燃料噴射量Tp2設定手段の基準マップの一例を示す図。
【図１６】図３、図４のエンジン制御装置の基準燃料噴射量Tp2設定手段の制御（基準マップ）ブロック図。
【図１７】図３、図４のエンジン制御装置の基準燃料噴射量Tp2設定手段の基準テーブルの一例を示す図。
【図１８】図３、図４のエンジン制御装置の基準燃料噴射量Tp2設定手段の制御（基準テーブル）ブロック図。
【図１９】図３、図４のエンジン制御装置の制御タイムチャート(ストイキの例)。
【図２０】図３、図４のエンジン制御装置の制御タイムチャート(ストイキの例)。
【図２１】図１のエンジン制御装置の制御フローチャート。
【図２２】従来のエンジン制御装置の制御タイムチャート。
【図２３】図１のエンジン制御装置の制御タイムチャート。
【図２４】図７のAPS診断手段の診断の一例を示す図。
【図２５】図７のAPS診断手段の診断の一例を示す図。
【図２６】図７３のAPS診断手段の診断の一例を示す図。
【図２７】図１のエンジンの電制スロットルの構成図。
【図２８】図７のTPS,TCM診断手段の動作時タイムチャート。
【符号の説明】
１０          異常診断装置
１１          APS診断手段
１２          TPS,TCM診断手段
１３          エアフローセンサ診断手段
１０１        基準燃料噴射量決定手段
１０３        基本燃料噴射量決定手段
１２２        目標回転数生成手段
１２４        目標燃料噴射量算出手段
１１６        アイドル回転数制御手段
１２０        燃焼モード切換え手段
５０３        エアフローセンサ（エンジン運転状態計測手段）
５０５ａ      電制スロットル（作動手段）
５０７        エンジン
５０８        点火プラグ
５０９        インジェクタ
５１５        コントロールユニット
１１００      スロットル開度設定手段
１１０１      異常時切換え手段
１１０３      トルクセンサ
(I) 空燃比マップ
(II)点火時期マップ
(III) 噴射時期マップ
(IV) EGRマップ
【図１】
0003910759.tif 000002
【図２】
0003910759.tif 000003
【図３】
0003910759.tif 000004
【図４】
0003910759.tif 000005
【図５】
0003910759.tif 000006
【図６】
0003910759.tif 000007
【図７】
0003910759.tif 000008
【図８】
0003910759.tif 000009
【図９】
0003910759.tif 000010
【図１０】
0003910759.tif 000011
【図１１】
0003910759.tif 000012
【図１２】
0003910759.tif 000013
【図１３】
0003910759.tif 000014
【図１４】
0003910759.tif 000015
【図１５】
0003910759.tif 000016
【図１６】
0003910759.tif 000017
【図１７】
0003910759.tif 000018
【図１８】
0003910759.tif 000019
【図１９】
0003910759.tif 000020
【図２０】
0003910759.tif 000021
【図２１】
0003910759.tif 000022
【図２２】
0003910759.tif 000023
【図２３】
0003910759.tif 000024
【図２４】
0003910759.tif 000025
【図２５】
0003910759.tif 000026
【図２６】
0003910759.tif 000027
【図２７】
0003910759.tif 000028
【図２８】
0003910759.tif 000029