JP6560977B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の電子制御装置に関し、特に、内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサの異常検出機能を備えた電子制御装置に関する。

近年、自動二輪車等の車両が備える内燃機関の制御装置には、クランク角センサによって検出されたクランク角情報や内燃機関の運転状態に基づいて、インジェクタの開弁時期や開弁時間及び点火コイルの通電時期や通電時間を制御する電子制御装置が設けられている。

かかる電子制御装置では、クランク角センサの故障やその電気配線の断線等の異常の発生によってインジェクタや点火コイルの制御時期を決定できない場合、所望の燃料噴射及び点火制御を行うことができなくなるため、内燃機関の出力や車両の運転状態に不要な影響を及ぼす可能性がある。このため、クランク角センサの異常が発生した場合には、故障診断結果を車両の運転者に速やかに通知等する必要がある。

このような背景から、クランク角センサが信号を出力する条件下においてクランク角センサからの信号が検出されたか否かを判別することによって、クランク角センサ自体の故障を検出する技術が提案されている。

かかる状況下で、特許文献１は、内燃機関のクランク角センサ故障診断方法に関し、バッテリ電圧の変化を監視することによって内燃機関の状態がクランキング状態にあるか否かを判別し、内燃機関の状態がクランキング状態にあるときにクランク角センサの故障を検出する構成が開示されている。

特開２００１−８２２４０号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１記載の構成では、バッテリ電圧に基づいて内燃機関の状態がクランキング状態にあるか否かを判別するために、その判別自体が車両に搭載された電気的負荷や劣化したバッテリ自体の影響を受けやすい傾向にある。その結果、クランク角センサの異常を精度よく検出できない可能性が考えられる。特に小型自動二輪車向けの吸気圧センサやエアフローセンサ等を廃した廉価なシステムでは、バッテリ容量が少なく、また長期間にわたってバッテリを交換しないことからバッテリが劣化しやすい傾向もあるために、クランク角センサの異常（クランク角センサ自体の故障及びコネクタ等を含むその電気配線系の断線により、クランク角センサからの出力が無い状態を意味する）を精度よく検出できない可能性が高くなると考えられる。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、廉価なシステムにおいても、電気的負荷の影響を抑制した態様で、クランク角センサの異常を精度よく検出可能な電子制御装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、交流発電機及びクランク角センサが装着された内燃機関の運転状態を制御する電子制御装置において、前記交流発電機の出力電圧に応じた電圧信号を生成する信号生成回路と、前記電圧信号に基づいて前記交流発電機が回転しているか否かを判定すると共に、前記交流発電機が回転していると判定したときに、前記クランク角センサからのクランクパルス信号の入力を検出しない場合には、前記クランク角センサ及びその電気配線のいずれかに異常があると判定する判定部と、を備え、前記信号生成回路は、前記交流発電機の前記出力電圧の基準電位に対して正の電圧を呈する前記交流発電機の前記出力電圧の電圧部分に応じた第１の電位と、前記基準電位に対して負の電圧を呈する前記交流発電機の前記出力電圧の電圧部分に応じた第２の電位と、を有するように前記電圧信号を生成し、前記判定部は、前記電圧信号において互いに時系列的に連続する前記第１の電位及び前記第２の電位を検出することにより、前記交流発電機が回転しているか否かを判定し、更に前記判定部は、前記電圧信号が前記交流発電機の前記出力電圧の前記負の電圧に応じた前記第２の電位を呈する期間中に、前記クランク角センサからのクランクパルス信号の入力を検出しない場合には、前記クランク角センサ及びその電気配線のいずれかに異常があると判定することを第１の局面とする。

以上の本発明の第１の局面にかかる電子制御装置によれば、判定部が、交流発電機の出力電圧に応じた電圧信号に基づいて交流発電機が回転しているか否かを判定すると共に、交流発電機が回転していると判定したときに、クランク角センサからのクランクパルス信号の入力を検出しない場合には、クランク角センサ及びその電気配線のいずれかに異常があると判定するものであり、信号生成回路が、交流発電機の出力電圧の基準電位に対して正の電圧を呈する交流発電機の出力電圧の電圧部分に応じた第１の電位と、基準電位に対して負の電圧を呈する交流発電機の出力電圧の電圧部分に応じた第２の電位と、を有するように電圧信号を生成し、判定部が、電圧信号において互いに時系列的に連続する第１の電位及び負第２の電位を検出することにより、交流発電機が回転しているか否かを判定するものであり、更に判定部が、電圧信号が交流発電機の出力電圧の負の電圧に応じた第２の電位を呈する期間中に、クランク角センサからのクランクパルス信号の入力を検出しない場合には、クランク角センサ及びその電気配線のいずれかに異常があると判定するものであるため、廉価なシステムにおいても、内燃機関が回転しているか否かを精度よく判定すると共に、電気的負荷の影響をより抑制した態様で、クランク角センサの異常を精度よく検出することができる。

図１は、本発明の実施形態における電子制御装置の構成を示す模式的な構成図であり、図１（ａ）は、ＡＣＧ出力電圧が基準電位に対して正であるときの電流の流れを示す図であり、また、図１（ｂ）はＡＣＧ出力電圧が基準電位に対して負であるときの電流の流れを示す図である。 図２は、本実施形態における異常検出処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、本実施形態における異常検出処理の流れを説明するためのタイミングチャートである。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、本実施形態における電子制御装置の変形例の構成を各々模式的に示す構成図である。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における電子制御装置につき、詳細に説明する。

〔構成〕
まず、図１を参照して、本実施形態における電子制御装置の構成について説明する。

図１は、本実施形態における電子制御装置の構成を示す模式的な構成図であり、図１（ａ）は、ＡＣＧ出力電圧が基準電位に対して正であるときの電流の流れを示す図であり、また、図１（ｂ）は、ＡＣＧ出力電圧が基準電位に対して負であるときの電流の流れを示す図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施形態における電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）１は、自動二輪車等の車両に搭載され、交流発電機（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＡＣＧ）２及びクランク角センサ３が装着された図示しない内燃機関の運転状態を制御する装置である。ＡＣＧ２の回転軸は、典型的には、内燃機関の図示を省略するクランク軸に直結されている。

ＥＣＵ１は、コネクタ１１、ダイオード素子Ｄ１、トランジスタ素子Ｔ１、ダイオード素子Ｄ２、及びＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２を主な構成要素として備えている。ここで、コネクタ１１、ダイオード素子Ｄ１、トランジスタ素子Ｔ１、及びダイオード素子Ｄ２は、信号生成回路を構成し、かかる回路の機能についての詳細は後述する。

コネクタ１１は、ＡＣＧ２側のコネクタ２１に電気的に接続されている。ＡＣＧ２側のコネクタ２１は、電気配線２２及び出力端子２３を介してＡＣＧ２に接続されている。コネクタ１１には、ＡＣＧ２の出力電圧（ＡＣＧ出力電圧）が印加される。なお、図１（ａ）では、基準電位に対して正であるＡＣＧ出力電圧を呈する波形を出力端子２３の下方に模式的に示し、図１（ｂ）では、基準電位に対して負であるＡＣＧ出力電圧を呈する波形を出力端子２３の下方に模式的に示す。

ダイオード素子Ｄ１は、コネクタ１１とＣＰＵ１２とを電気的に接続する電気配線１３に配設されている。ダイオード素子Ｄ１では、そのアノード端子がＣＰＵ１２側の電気配線１３に接続され、そのカソード端子がコネクタ１１側の電気配線１３に接続されている。

トランジスタ素子Ｔ１は、ＮＰＮ型のトランジスタ素子であって、ダイオード素子Ｄ１とダイオード素子Ｄ２との間の電気配線１３に配設されている。トランジスタ素子Ｔ１では、そのエミッタ端子がダイオード素子Ｄ１側の電気配線１３に接続され、そのコレクタ端子がダイオード素子Ｄ２側の電気配線１３に接続され、そのベース端子が抵抗素子Ｒ１を介して接地電位に接続されている。また、かかるエミッタ端子とベース端子とは、抵抗素子Ｒ２を介して接続されている。

ダイオード素子Ｄ２は、トランジスタ素子Ｔ１とＣＰＵ１２との間の電気配線１３に配設されている。ダイオード素子Ｄ２では、そのアノード端子がトランジスタ素子Ｔ１側の電気配線１３に接続され、そのカソード端子がＣＰＵ１２側の電気配線１３に接続されている。

トランジスタ素子Ｔ１とダイオード素子Ｄ２との間の電気配線１３には、抵抗素子Ｒ３を介して電源電圧Ｖｃｃが接続されている。また、ダイオード素子Ｄ２とＣＰＵ１２との間の電気配線１３は、抵抗素子Ｒ４を介して接地電位に接続されている。

ＣＰＵ１２は、そのＡＣＧ出力監視ポート１２ａを介して電気配線１３に接続されている。また、ＣＰＵ１２は、電気配線１４及び図示しないコネクタや電気配線を介してクランク角センサ３に接続されている。クランク角センサ３は、内燃機関のクランク軸であるクランクシャフトの回転角に対応するクランクパルス信号をＣＰＵ１２に入力する。

ＣＰＵ１２は、図示しないメモリに記憶されている制御プログラムを実行することによって判定部１２ｂ及び制御部１２ｃとして機能する。制御部１２ｃは、ＥＣＵ１全体の動作を制御する。判定部１２ｂの機能についての詳細は後述する。

ここで、電子制御装置１では、図１（ａ）に示すように、ＡＣＧ出力電圧が基準電位に対して正である場合、トランジスタ素子Ｔ１のベース端子からエミッタ端子側に電流が流れず、トランジスタ素子Ｔ１はオフ状態となる。これにより、電源電圧ＶｃｃからＣＰＵ１２に向けて電流が流れ（矢印Ａ１）、ＣＰＵ１２のＡＣＧ出力監視ポート１２ａに正の電圧が印加されるため、ＡＣＧ出力監視ポート１２ａは、ハイ電位（第１の電位）を呈する。

一方、ＡＣＧ出力電圧が基準電位に対して負である場合には、図１（ｂ）に示すように、トランジスタ素子Ｔ１のベース端子からエミッタ端子側に電流が流れ（矢印Ａ２）、ベース端子とエミッタ端子との間の電圧が閾値以上になることによって、トランジスタ素子Ｔ１はオン状態となる。これにより、電源電圧Ｖｃｃからトランジスタ素子Ｔ１に向けて電流が流れ、ＣＰＵ１２のＡＣＧ出力監視ポート１２ａには電圧が印加されないため、ＡＣＧ出力監視ポート１２ａは、ロー電位（第２の電位）を呈する。

以上のような構成を有する電子制御装置１では、ＣＰＵ１２が、以下に示す異常検出処理を実行することによって、廉価なシステムにおいても電気的負荷の影響を受けることなくクランク角センサ３自体及びその電気配線系の異常を精度よく検出可能にする。以下、更に図２及び図３をも参照して、この異常検出処理を実行する際のＣＰＵ１２の動作について説明する。
〔異常検出処理〕

図２は、本実施形態における異常検出処理の流れを示すフローチャートである。また、図３は、本実施形態における異常検出処理の流れを説明するためのタイミングチャートである。

図２に示すフローチャートは、車両の図示を省略するスタータスイッチがオンされ、ＥＣＵ１が起動されて稼働するタイミング（図３に示す時刻ｔ＝ｔ０）で開始となり、異常検出処理はステップＳ１の処理に進む。かかる異常検出処理は、ＥＣＵ１が稼働している間、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１の処理では、判定部１２ｂが、ＡＣＧ２が回転しているか否かを判別する。具体的には、判定部１２ｂは、ＡＣＧ出力監視ポート１２ａの電位が正の電位（ハイ電位）からそれよりも低い電位（ロー電位）に変化した場合（例えば図３に示す時刻ｔ＝ｔ１）、ＡＣＧ２が回転していると判別する。このような判別により、廉価なシステムにおいても、電気的負荷の影響を抑制した態様で、処理工程を簡素化すると共に、内燃機関が回転しているか否かを精度よく判別することができる。判別の結果、ＡＣＧ２が回転している場合、判定部１２ｂは、異常検出処理をステップＳ２の処理に進める。一方、ＡＣＧ２が回転していない場合には、判定部１２ｂは、今回の一連の異常検出処理を終了する。

ステップＳ２の処理では、判定部１２ｂが、ＡＣＧ出力監視ポート１２ａの電位がロー電位であるか否かを判別する。判別の結果、ＡＣＧ出力監視ポート１２ａの電位がロー電位である場合、判定部１２ｂは、異常検出処理をステップＳ３の処理に進める。一方、ＡＣＧ出力監視ポート１２ａの電位がロー電位でない場合には、判定部１２ｂは、今回の一連の異常検出処理を終了する。

ステップＳ３の処理では、判定部１２ｂが、電気配線１４を介してクランク角センサ３からのクランクパルス信号の入力が検出されているか否かを判別する。判別の結果、クランクパルス信号の入力が検出されている場合、判定部１２ｂは、異常検出処理をステップＳ４の処理に進める。一方、クランクパルス信号の入力が検出されていない場合には、判定部１２ｂは、異常検出処理をステップＳ５の処理に進める。例えば図３に示す時刻ｔ＝ｔ５においてクランク角センサ３自体及びその電気配線１４系のいずれかに異常が発生した場合、時刻ｔ＝ｔ５以後では、クランクパルス信号の入力は検出されなくなる。

ステップＳ４の処理では、判定部１２ｂは、クランク角センサ３自体及びその電気配線１４系は正常であると判定する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、今回の一連の異常検出処理は終了する。

ステップＳ５の処理では、判定部１２ｂは、クランク角センサ３の出力信号が検出されなかった回数を計数するためのプログラムカウンタの値を１増数する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、異常検出処理はステップＳ６の処理に進む。例えば図３に示す時刻ｔ＝ｔ５においてクランク角センサ３自体及びその電気配線１４系のいずれかに異常が発生した場合、判定部１２ｂは、時刻ｔ＝ｔ６から時刻ｔ＝ｔ７の間及び時刻ｔ＝ｔ８時刻ｔ＝ｔ９の間においてプログラムカウンタの値を１増数する。

ステップＳ６の処理では、判定部１２ｂが、プログラムカウンタの値が所定値以上であるか否かを判別することにより、クランクパルス信号の入力が検出されなかった回数が所定回数以上であるか否かを判別する。判別の結果、クランクパルス信号の入力が検出されなかった回数が所定回数以上である場合、判定部１２ｂは、異常検出処理をステップＳ７の処理に進める。一方、クランクパルス信号の入力が検出されなかった回数が所定回数未満である場合には、判定部１２ｂは、今回の一連の異常検出処理を終了する。

ステップＳ７の処理では、判定部１２ｂは、クランク角センサ３自体及びその電気配線１４系のいずれかに異常があると判定する。このような判定は、ＡＧＣ２の出力電圧の負電圧部分に対応したＡＣＧ出力監視ポート１２ａのロー電位に基づくものであるため、廉価なシステムにおいても、電気的負荷の影響をより抑制した態様で、処理工程を簡素化すると共に、クランク角センサの異常を精度よく検出することができる。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、今回の一連の異常検出処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態における電子制御装置１では、判定部１２ｂが、ＡＣＧ出力監視ポート１２ａに印加されるＡＣＧ２の出力電圧に応じた電圧信号に基づいてＡＣＧ２が回転しているか否かを判定すると共に、ＡＣＧ２が回転していると判定したときに、クランク角センサ３からのクランクパルス信号の入力を検出しない場合には、クランク角センサ３及びその電気配線１４系のいずれかに異常があると判定する。これにより、廉価なシステムにおいても、電気的負荷の影響を抑制した態様で、クランク角センサ３の異常を精度よく検出することができる。

〔変形例〕
最後に、図４を参照して、図１に示す電子制御装置１の変形例について説明する。

図４（ａ）から図４（ｃ）は、本実施形態における電子制御装置の変形例の構成を各々模式的に示す構成図である。

図４（ａ）に示す変形例１では、図１に示す電子制御装置１におけるトランジスタ素子Ｔ１並びに抵抗素子Ｒ１及びＲ２が省略されている。この変形例１においても、ＡＣＧ出力電圧が基準電位に対して正である場合、電源電圧ＶｃｃからＣＰＵ１２に向けて電流が流れ（矢印Ａ４）、ＡＣＧ出力電圧が基準電位に対して負である場合、電源電圧ＶｃｃからＡＣＧ２に向けて電流が流れるので（矢印Ａ５）、上述した異常検出処理を実行することによってクランク角センサ３の異常を検出することができる。また、このような構成によれば、トランジスタ素子Ｔ１並びに抵抗素子Ｒ１及びＲ２の分だけ電子制御装置１の回路規模を小さくして小型化及び低コスト化を図ることができる。

図４（ｂ）に示す変形例２では、図４（ａ）に示す変形例１において、コネクタ１１とダイオード素子Ｄ１との間の電気配線１３にツェナーダイオード素子Ｄ３が配設されていると共に、ツェナーダイオード素子Ｄ３とダイオード素子Ｄ１との間の電気配線１３は抵抗素子Ｒ５を介して接地電位に接続されている。このような構成によれば、変形例１の作用及び効果に加えて、ツェナーダイオード素子Ｄ３によってＡＣＧ出力電圧の負電圧を調整してその負電圧を安定させることができる。

図４（ｃ）に示す変形例３では、図１に示す電子制御装置１におけるダイオード素子Ｄ１とＣＰＵ１２との間の電気配線１３に抵抗素子Ｒ６、ＰＮＰ型のトランジスタ素子Ｔ２、及び抵抗素子Ｒ７が配設されている。トランジスタ素子Ｔ２のエミッタ端子は電源電圧Ｖｃｃに接続され、コレクタ端子は抵抗素子Ｒ７に接続され、及び、ベース端子は抵抗素子Ｒ６に接続されている。また、エミッタ端子とベース端子は抵抗素子Ｒ８を介して接続され、抵抗素子Ｒ７とトランジスタ素子Ｔ２のコレクタ端子との間の電気配線１３は抵抗素子Ｒ９を介して接地電位に接続されている。この変形例３においても、ＡＣＧ出力電圧が基準電位に対して正である場合、電源電圧ＶｃｃからＣＰＵ１２に向けて電流が流れ（矢印Ａ４）、ＡＣＧ出力電圧が基準電位に対して負である場合、電源電圧ＶｃｃからＡＣＧ２に向けて電流が流れるので（矢印Ａ５）、上述した異常検出処理を実行することによってクランク角センサ３の異常を検出することができる。また、このような構成によれば、抵抗素子の抵抗値を調整することによってトランジスタ素子Ｔ２の作動タイミングを調整することができる。

なお、本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明は、廉価なシステムにおいても、電気的負荷の影響を抑制した態様で、クランク角センサの異常を精度よく検出可能な電子制御装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から自動二輪車等の車両の内燃機関制御装置に広く適用され得るものと期待される。

１…電子制御装置（ＥＣＵ）
２…交流発電機（ＡＧＣ）
３…クランク角センサ
１１、２１…コネクタ
１２…ＣＰＵ
１２ａ…ＡＣＧ出力監視ポート
１２ｂ…判定部
１２ｃ…制御部
１３、１４、２２…電気配線
２３…出力端子
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…ダイオード素子
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９…抵抗素子
Ｔ１、Ｔ２…トランジスタ素子

Claims (1)

1. 交流発電機及びクランク角センサが装着された内燃機関の運転状態を制御する電子制御装置において、
   前記交流発電機の出力電圧に応じた電圧信号を生成する信号生成回路と、
   前記電圧信号に基づいて前記交流発電機が回転しているか否かを判定すると共に、前記交流発電機が回転していると判定したときに、前記クランク角センサからのクランクパルス信号の入力を検出しない場合には、前記クランク角センサ及びその電気配線のいずれかに異常があると判定する判定部と、
   を備え、
   前記信号生成回路は、前記交流発電機の前記出力電圧の基準電位に対して正の電圧を呈する前記交流発電機の前記出力電圧の電圧部分に応じた第１の電位と、前記基準電位に対して負の電圧を呈する前記交流発電機の前記出力電圧の電圧部分に応じた第２の電位と、を有するように前記電圧信号を生成し、
   前記判定部は、前記電圧信号において互いに時系列的に連続する前記第１の電位及び前記第２の電位を検出することにより、前記交流発電機が回転しているか否かを判定し、
   更に前記判定部は、前記電圧信号が前記交流発電機の前記出力電圧の前記負の電圧に応じた前記第２の電位を呈する期間中に、前記クランク角センサからのクランクパルス信号の入力を検出しない場合には、前記クランク角センサ及びその電気配線のいずれかに異常があると判定することを特徴とする電子制御装置。

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