(57)【要約】【課題】本発明は、燃圧センサのスタック・フェイルの誤診断を予防し、かつ、低演算負荷を実現することができる車載制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、高圧ポンプにより蓄圧された高圧燃料供給管の管内圧力を計測する燃圧センサと、前記燃圧センサからの波形情報を取得する車載制御装置において、波形取得の周期を少なくとも２つ以上有し、複数の波形取得周期それぞれについてセンサ波形のスタック判定を行い、少なくとも２つ以上の周期でスタック状態を検出した場合に、前記燃圧センサ出力波形がスタック状態にあり、センサ異常と判定することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ポンプにより蓄圧された高圧燃料供給管の管内圧力を計測する燃圧センサと、前記燃圧センサからの波形情報を取得する車載制御装置において、
波形取得の周期を少なくとも２つ以上有し、複数の波形取得周期それぞれについてセンサ波形のスタック判定を行い、少なくとも２つ以上の周期でスタック状態を検出した場合に、前記燃圧センサ出力波形がスタック状態にあり、センサ異常と判定することを特徴とする車載制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の車載制御装置において、
少なくとも２つ以上の周期でスタック状態を検出しても即座にはセンサ異常と判定せず、少なくとも２つ以上の周期でスタック状態を検出した回数をカウントし、少なくとも２回以上の所定回数連続した場合に、センサ異常と判定することを特徴とする車載制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の車載制御装置において、
前記波形をモニタする複数のサンプリング間隔として、各サンプリング間隔の最小公約数が、前記燃圧脈動の周期ｆ［Ｈｚ］に対し１／（２ｆ）［ｓｅｃ］以下となるように設定することを特徴とする車載制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の車載制御装置において、
少なくとも２つ以上の周期でスタック状態を検出し、かつ、少なくとも１つ以上の周期で燃圧の変動を検出した場合には、スタック・フェイルでない燃圧センサ異常を検出することを特徴とする車載制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車載制御装置において、
少なくとも２つ以上の周期でスタック状態を検出し少なくとも１つ以上の周期で燃圧の変動を検出しても即座には燃圧センサ異常と判定せず、少なくとも２つ以上の周期でスタック状態を検出し少なくとも１つ以上の周期で燃圧の変動を検出した回数をカウントし、少なくとも２回以上の所定回数連続した場合に、センサ異常と判定することを特徴とする車載制御装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項３に記載の車載制御装置において、
使用する複数の燃圧センサ値のモニタ周期をエンジン回転数に応じて変動させる、あるいは、使用する周期の組み合わせを変える、あるいは、モニタ周期を変動させかつ使用する周期の組み合わせを変えることを特徴とする車載制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の高圧燃料供給システムを診断する機能を有する車載制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを安定して駆動するうえで、燃料供給管の管内圧力（以下「燃圧」）を適切に制御することが重要である。これは、燃圧により燃料噴射弁からの単位時間当たりの燃料の吐出量（以下「噴射流量」）は変化するからであり、また、噴射する燃料の液滴の大きさ等の性状や噴霧拡散の状態に対しても燃圧が影響を与えるからである。
【０００３】
燃圧値変動の影響は、燃料噴射弁から直接筒内に燃料を噴射する直噴エンジンで特に顕著である。例えば、成層による希薄燃焼を行う直噴エンジンでは、気筒内に、空気を多く含む層と燃料の濃い層を作りだし、燃料の濃い層がプラグ付近に集まるタイミングで点火を行う必要がある。したがって、噴射タイミングに加えて、燃圧によって定まる要素である噴射流量および燃料の拡散の状態を高精度に制御する必要がある。
【０００４】
さらに、直噴ガソリンエンジンは、エンジン回転数に同期して供給管内の燃料を高加圧する高圧燃料ポンプを備えたコモンレールシステムを搭載しており、制御量である燃圧の目標値は、回転数に代表されるエンジンの状態パラメータにより変動する動的な値になるとともに、年々高圧化している。
【０００５】
さらなる燃費向上や、プラグによる点火と高圧噴射による自己着火を併用するＨＣＣＩ燃焼を実現すべく、今後、燃料圧力の上限値はさらに高まることが予想され、燃料噴射弁に対する耐圧性能や応答性能の要求は、ハードウェアとしての限界に達しつつある。
【０００６】
したがって、燃料噴射弁の故障リスクは高まり、また、コモンレール内の燃料圧力を計測する燃圧センサについても、故障によって燃圧値を正常に出力できなくなった場合に、エンジン制御全体に与える影響は増大している。
【０００７】
このような事情から、燃料供給系の故障診断や機能診断についても、高度化、高精度化が進んでいる。近年、エンジンを駆動制御する車載制御装置（以下「ＥＣＵ」）の演算能力が向上したことにより、燃圧センサからの入力電圧値を、燃圧値のフィードバック制御を行うのに十分な頻度でＡＤ変換し取得することが可能となっている。センサ入力の取得頻度が狭くなり、かつＡ／Ｄの精度自体も向上したことで、多角的な分析による診断が組み込まれている。なかでも、センサからの入力値が突如異常値に変動する種類の故障時には、その発生を即時検出することが重要である。
【０００８】
例として、センサのハード的な故障は複数あるが、故障モードのひとつに燃圧センサのセンサ出力信号がＧＮＤやＶｃｃと短絡して電圧が固定化してしまう故障（以下「スタック・フェイル」）がある。このスタック・フェイルが発生した場合、特開２００１−３３６４６０号公報（特許文献１）のように、燃圧値の変化量を積算し、異常を検出する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−３３６４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、高精度化が求められるのは燃料供給システムだけではなく、ＥＣＵの扱うセンサ・アクチュエータ類の部品数の増加や各品の精度向上、および、それらを複合して実現する各種制御の高度化に伴い、ＥＣＵにかかる演算負荷や使用リソース量は、増加の一途にあり、生産コスト増に繋がっている。そのため、等価な機能を、低演算負荷、小使用リソースで実現する工夫が重要となっている。
【００１１】
上述のスタック・フェイルが生じた場合、燃圧値は、目標値と燃圧センサで取得した実測値を比較しフィードバック制御をかけているため、誤差を収束させようと不要な燃圧の加減圧を行い、急加速やエンジンストールを生じる可能性があり問題である。スタック・フェイルを検出する方法として、燃圧脈動を検知できない場合に、スタック・フェイルが生じたと判定する方法がある。
【００１２】
燃圧脈動は、該高圧燃料ポンプによる蓄圧と燃料噴射装置の燃料吐出による減圧よって生じるエンジン回転数に同期した燃圧変動である。燃圧脈動の検出によってスタック・フェイル状態にあるかの判定を行う場合、判定のために燃圧の値を取得する周期と、燃圧の脈動の周期が合致した場合に、実際には燃圧脈動を検出できており燃圧センサは故障していないのに、燃圧センサがスタック・フェイルを起こし故障していると誤判定する可能性がある。
【００１３】
本発明は、燃圧センサのスタック・フェイルの誤診断を予防し、かつ、低演算負荷を実現することができる車載制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、高圧ポンプにより蓄圧された高圧燃料供給管の管内圧力を計測する燃圧センサと、前記燃圧センサからの波形情報を取得する車載制御装置において、波形取得の周期を少なくとも２つ以上有し、複数の波形取得周期それぞれについてセンサ波形のスタック判定を行い、少なくとも２つ以上の周期でスタック状態を検出した場合に、前記燃圧センサ出力波形がスタック状態にあり、センサ異常と判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃圧センサのスタック・フェイルの誤診断を予防し、かつ、低演算負荷を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】複数タスクでスタック・フェイルを検出する方法の説明図。
【図２】スタック診断機能の機能ブロック図。
【図３】複数タスクの使用によるエイリアシング防止効果の説明図。
【図４】スタック判定時の処理のフローチャート。
【図５】複数タスクでのモニタと、最小サンプリング間隔についての説明図。
【図６】高圧燃料系の装置構成の概略図。
【図７】高圧燃料系とエンジン制御装置の関係を示すブロック図。
【図８】エンジン全体の構成図。
【図９】エイリアシングによるスタック誤検出を説明する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて、本発明の一実施形態による燃圧センサの診断機能を有する制御装置の構成及び動作について説明する。
【００１８】
図８は、本実施形態に係る燃圧センサの診断機能が適用されるエンジン全体の構成図である。
【００１９】
エンジン８０１は高圧燃料供給系を有し、該高圧燃料供給系は、高圧燃料管８０２と該高圧燃料管の管内圧力を測定する燃圧センサ８０４、該高圧燃料管８０２に燃料を供給する高圧燃料ポンプ８０５、燃料の噴射により、高圧燃料管８０２の管内圧力を減じる燃料噴射装置８０６から成る。該燃料噴射装置８０６からの燃料噴射と点火装置８０８の動作タイミングは、エンジン制御装置８０９により、クランク角度センサ８０７で検出する該エンジンの回転周期に基づき制御する。
【００２０】
該高圧燃料ポンプへの燃料供給は、燃料ポンプ８１２が燃料タンク８１１から燃料を汲み上げ、低圧燃料管８０３を通じて行われる。
【００２１】
該エンジンの吸気系は、吸入する空気量を調整するスロットル絞り弁８１３、該スロットル絞り弁をバイパスして、吸気管へ接続された流路の流路面積を制御し、エンジンのアイドルエンジンのアイドル時の回転数を制御するアイドルコントロールバルブ８１４、吸気管内の圧力を検出する吸気管圧力センサ８１５、排気管に設置し、排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサ８１６、排気ガスを浄化する三元触媒８２０、触媒温度センサ８１８、触媒処理後の排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサ８１９から成る。
【００２２】
その他、水温センサ８２１、燃料タンクからの蒸発燃料を吸着するキャニスタ８２２、キャニスタに吸着した燃料を吸気管にパージする量を制御するパージバルブ８１８、吸気管とパージバルブ８１８から、空気および燃料を吸引する吸引ポンプ８２４、ポンプと排気管を連通する排気管８２５を有する。
【００２３】
図６は、高圧燃料系とエンジン制御装置の関係を示すブロック図である。エンジン制御装置８０９は、燃圧センサ８０４から高圧燃料管８０２内の圧力値を取得し、高圧燃料ポンプ８０５と燃料噴射装置８０６を駆動する。燃料は、燃料タンク８１１から供給される。
【００２４】
図７は、高圧燃料系の装置構成の概略図である。燃圧センサ８０４は、高圧燃料管８０２の管内圧力を計測する。該高圧燃料管８０２は、燃料噴射装置８０６に燃料を供給し、燃料噴射により燃圧値を減じる。対して、高圧燃料ポンプ８０５は、低圧燃料管８０３から供給される燃料を加圧し、高圧燃料供給管８０２の管内圧力を上昇させる。加圧と減圧はエンジン回転数に同期し実際しされ、エンジン２回転ごとに１周期の波形を生じる。
【００２５】
図１に、複数タスクでスタック判定を行い、各々の判定結果を総合することで、燃圧脈動の周期とモニタ周期が合致した場合のスタック誤判定を無視し、燃圧センサ値のスタック・フェイルを検出する仕組みを示す。
【００２６】
複数のモニタリング周期は、独立した１からＮまでの時間タスク（Ｎは複数設けたサンプリング周期の総数）として実現する。各タスクでは、例えば時間タスク（１）１０１の場合、タスク内で処理されるスタック判定１０１ａによって、燃圧値の過去値（どの時間タスクによって前回値が算出されるかは、その時々により異なる）と、その時点で取得した燃圧センサからの電圧指令値のＡＤ変換値を比較し、両者の差異が、所定の許容範囲内（例えば、「ＡＤ変換の精度に対し３ｂｉｔ未満」のように定める）であった場合、タスクごとのスタック判定の結果として、時間タスク（１）のスタック判定フラグを立てる。このフラグは、他の時間タスクでもモニタ可能な値変数として実現する。
【００２７】
さらに、全体のスタック判定１０１ｂにおいて、自タスク（ここでは、時間タスク（１））のスタック判定結果の他に、他の時間タスクでのスタック判定結果を取得しスタック判定を行う。このとき、２つ以上のタスクによってスタック認定がなされている場合、スタック成立カウンタを１カウントアップし、その時点で立っている各フラグのスタック判定結果をクリアする。カウントが所定回を過ぎたとき、燃圧センサ値に異常が発生していると断定する。
【００２８】
当該の２つ以上のタスクによるスタック認定が生じた場合、すべてのタスクの判定結果がスタックの場合はスタック・フェイルが発生していると判定し、あるタスクでスタック判定をし、スタック検出フラグ１０７を立てて以降、すべてのタスクで少なくとも１回はスタック判定を実施した上で、少なくとも１つのタスクではまだスタック認定をしていない場合、燃圧値異常カウンタ１０９をカウントアップし、タスクごとのスタック判定フラグ１０８をすべてクリアする。
【００２９】
次に図２の、スタック診断機能の機能ブロックを用いて、スタック・フェイルの発生を検出するまでの処理の流れを説明する。
【００３０】
図２の機能ブロック図は、それぞれのタスクで行うスタック判定処理の内容を説明するものである。まず、判定時の最新燃料圧力と、別のタスクでの判定時を含む前回判定時に取得し使用した燃料圧力過去値を燃料圧力変化判定部２０１で処理し、燃圧差分を算出する。
【００３１】
次に、該タスクでのスタック判定部２０２にて、燃圧差分とスタック判定基準値を比較し、該タスクでのスタック判定結果を出力する。次にスタック検出フラグ更新部２０３にて、該タスクでのスタック判定結果が、他のタスクを含めて初めてのスタック検出であった場合、フラグをセットし、スタック検出フラグ更新結果として出力する。スタック状態判定部では、該タスクで初めてスタックを検知したか、前回までのスタック検出状況を表すカウンタの値、他のタスクでのスタック判定結果、該タスクでのスタック判定結果からスタック状態を判定し、スタック判定結果を出力、カウンタ値を更新する。
【００３２】
図９に単独のタスクで燃圧値をモニタした際にタスク周期と燃圧脈動の周期が合致した場合の燃圧モニタ値を示す。燃圧波形９０１は実際の燃圧値の変動を示す。対して、燃圧モニタグラフ９０２は、周期的に取得する燃圧値を時系列にプロットしたグラフである。図９では燃圧脈動の周期とモニタ周期が合致するため、実際には燃圧は変動しているのに、センサが故障しセンサ出力値が固定値となるスタック・フェイルが生じていると誤検出する。
【００３３】
次に図３に示す、複数タスクの使用によるエイリアシング防止効果について説明する。ここでは、１０［ｍｓｅｃ］と１６［ｍｓｅｃ］の間隔で実行されるタスクで、本発明のスタック診断機能を行った場合について解説する。
【００３４】
燃圧波形３０１は、燃圧の脈動の様子を表し、波形上のバツ印は、サンプリング点である。１０ｍｓｅｃタスクでのモニタ値３０２は、横軸に時間を、縦軸に圧力値をとったときの取得値の様子であり、スタック状態を示している。１６ｍｓｅｃタスクでのモニタ値３０３は燃圧の脈動を検出している。
【００３５】
このとき、請求項１記載の発明により、少なくとも２つ以上のタスクでスタックを検出した場合にスタック・フェイルが発生したと判断するため、このケースではスタック・フェイルは生じていないと判定し、誤診断を防止する。
【００３６】
次に図４に示すスタック判定時の処理のフローチャートについて説明する。
【００３７】
時間タスクの割込みＳ１０１により、該タスクのスタック判定がスタートする。まず、燃圧値取得Ｓ１０２を行った後、前回値との差分計算Ｓ１０３を行い、差分とスタック判定基準値比較Ｓ１０４を実施する。差分が基準よりも大きければ、スタック判定はクリアする。差分が基準よりも小さい場合、スタック状態判定Ｓ１０７を行い、スタック情報を更新する。他のタスクもスタックしている場合、スタック判定基準紹介Ｓ１１０を行った上で、スタック状態の認定と、カウンタ値類の更新を行い、割込みを終了する。
【００３８】
次に、図５に示す、複数タスクでのモニタと、最小サンプリング間隔について説明する。ここでも、例として、１０［ｍｓｅｃ］ごとに実行するタスク５０１と、１６［ｍｓｅｃ］ごとに実行するタスク５０２を用いた場合を扱う。このとき、サンプリング間隔の最大幅は、最小のタスクである。１０［ｍｓｅｃ］となる。一方、最小のサンプリング間隔５０３は、２［ｍｓｅｃ］となる。
【００３９】
上記実施形態に係る車載制御装置燃圧センサのスタック・フェイル診断機能によれば、燃圧センサのスタック・フェイルの誤診断を予防し、かつ、低演算負荷を実現することができる。燃圧センサ値を異なる２つ以上のモニタ周期で検出することで、コストアップ無しに精度の高い燃圧センサのスタック・フェイル故障検出を可能とする。
【００４０】
また、燃圧の脈動を検出できない場合に燃圧センサが故障していると判定する燃圧センサの診断機能において、燃圧値をモニタするタイミングをある一定の周期のみにせず、複数の周期でモニタすることで、複数あるモニタ周期のうちひとつが燃圧脈動の周期と合致した場合でも、脈動による燃圧変動を他の周期でのモニタにより検出する。実際に燃圧センサがスタック・フェイルを起こした場合は、どのような周期で燃圧値をモニタしても値が一定となるため、脈動との周期合致による見かけ上のスタック・フェイルと実際のスタック・フェイルを判別し検出できる。
【００４１】
また、燃圧の脈動をエイリアシングせずに検出可能なサンプリング周期を２ｆ［Ｈｚ］とした場合に、複数設けたモニタ周期の最小値が２ｆ［Ｈｚ］未満の場合でも、燃圧値のモニタ頻度の最小値が２ｆ［Ｈｚ］となるよう周期を設定することで、スタック・フェイル故障誤検出を抑止可能となり、演算負荷の軽減を実現する。
【００４２】
また、少なくとも２つ以上の周期でスタック状態を検出しても即座にはセンサ異常と判定せず、少なくとも２つ以上の周期でスタック状態を検出した回数をカウントし、少なくとも２回以上の所定回数連続した場合にセンサ異常と判定する。これにより、燃圧脈動の主要成分以外の高周波数の成分と、モニタ周期が合致した場合でも、モニタ周期と脈動の周期合致による、燃圧センサのスタック誤判定を防止できる。
【００４３】
また、診断に使用する複数のモニタ周期について、それらのサンプリング間隔の組み合わせを、エンジン回転数から推定した燃圧脈動の周期ｆに対し、サンプリング間隔の最大公約数が１／（２ｆ）未満になるよう設定する。従って、スタック・フェイルの誤検出防止を、サンプリング間隔が１／（２ｆ）未満となる周期で常時モニタする場合と同等の保証精度で、サンプリング回数を減らして実現することができ、演算負荷の低減を図ることができる。
【００４４】
また、スタック・フェイルの誤判定と実際のスタック・フェイルの判別の他に、スタック・フェイルではない燃圧センサ値の異常を検出する。燃圧の脈動周期と、２つ以上の異なるモニタ周期が、同時に合致することは不可能であるため、２つ以上のモニタ周期でセンサ値のスタックを検出した場合、脈動の主要周波数もしくは主要周波数以外の高周波の成分を検出しているか、センサが故障している可能性がある。同時に別の周期でセンサ値の変動を検出した場合、燃圧センサにスタック・フェイルが生じていないことは判別できるため、少なくとも２つ以上の周期でスタック状態を検出する状態が継続する場合、取得燃圧値に関して、燃圧センサのスタック・フェイル以外の異常が生じていると判定する。
【００４５】
また、使用する複数の燃圧センサ値のモニタ周期を、エンジン回転数に応じて変動させる、あるいは組み合わせを変える、あるいは、変動させかつ組み合わせを変えることを特徴とする。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態にについて述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各構成要素の具体例や使用するタスクの周期やその数は、上記に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４７】
８０１…エンジン、８０２…高圧燃料管、８０４…燃圧センサ、８０５…高圧燃料ポンプ、８０６…燃料噴射装置、８０８…点火装置、８０９…エンジン制御装置、８０７…クランク角度センサ、８１２…燃料ポンプ、８１１…燃料タンク、８０３…低圧燃料管、８１３…スロットル絞り弁、８１４…アイドルコントロールバルブ、８１５…吸気管圧力センサ、８１６…酸素濃度センサ、８２０…三元触媒、８１８…触媒温度センサ、８１９…酸素濃度センサ、８２１…水温センサ、８２２…キャニスタ、８１８…パージバルブ、８２４…吸引ポンプ、８２５…排気管
【図１】
2016008554.tif 000003
【図２】
2016008554.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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