JP2004245108A - 吸気系センサの異常診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン運転状態、NOxパージ要求、ブレーキ負圧要求のいずれかに応じて要求燃焼モードが切り換わって燃焼モード切換中フラグがONされたときに燃焼モード切換開始時の吸気管圧力センサの出力値MAP0 を読み込み、その後、実燃焼モードの切り換えが終了して燃焼モード切換中フラグがOFFされたときに、燃焼モード切換終了時の吸気管圧力センサの出力値MAP1 を読み込む。そして、燃焼モード切換前後の吸気管圧力センサの出力変化量ΔMAP=|MAP0 −MAP1 |を求め、この出力変化量ΔMAPが所定の異常判定値K以下であるか否かで吸気管圧力センサの異常の有無を判定する。
【選択図】 図11
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気管圧力又は吸入空気量を検出する吸気系センサの異常の有無を診断する吸気系センサの異常診断装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、低燃費、低排気エミッション、高出力の特長を兼ね備えた筒内噴射式エンジン(いわゆる直噴エンジン)の需要が急増している。この筒内噴射式エンジンは、エンジン運転状態に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換え、成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して混合気を成層燃焼(リーン燃焼)させ、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して混合気を均質燃焼(ストイキ又はリッチ燃焼)させるようにしている。
【0003】
一般に、筒内噴射式エンジンでは、均質燃焼モード運転中に吸気管圧力センサの出力に基づいて空燃比制御やEGR制御(排出ガス還流制御)等を行うようにしているため、これらの制御の信頼性を確保するためには、吸気管圧力センサの異常診断を行う必要がある。
【0004】
そこで、例えば特許文献1(特許第2518317号公報)に示すように、所定期間毎に吸気管圧力センサで検出した吸気管圧力(検出値)とスロットル開度等に基づいて算出した吸気管圧力(推定値)とを比較して吸気管圧力センサの異常の有無を診断するようにしたものがある。
【0005】
【特許文献1】
特許第2518317号公報(第2頁等)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、筒内噴射式エンジンでは、リーン燃焼させる成層燃焼モード運転中は、スロットル開度がほぼ全開に維持されて吸気管圧力がほぼ一定(大気圧付近)に維持されるため、この成層燃焼モード運転中に吸気管圧力センサの異常診断を実行しても、吸気管圧力が大気圧付近の状態でしか異常診断を行うことができず、吸気管圧力の変化に対する吸気管圧力センサの応答性・追従性等を評価することができないため、吸気管圧力センサの異常の有無を精度良く診断することができない。
【0007】
一方、ストイキ又はリッチ燃焼させる均質燃焼モード運転中は、アクセル開度等に応じてスロットル開度が変化して吸気管圧力が変化するため、この均質燃焼モード運転中に吸気管圧力センサの異常診断を実行すれば、上記の問題を解決できるものと思われる。
【0008】
この観点から、均質燃焼モード運転中のみに吸気管圧力センサの異常診断を実行することが考えられるが、このようにすると、車両の運転方法、走行パターン等によっては、成層燃焼モード運転の継続時間が長くなったり、成層燃焼モード運転の頻度が多くなったりして、均質燃焼モード運転中に実行される吸気管圧力センサの異常診断の回数が少なくなってしまい、吸気管圧力センサの異常診断の実行頻度を適度に確保できない可能性がある。このため、吸気管圧力センサの異常が発生しても、それを早期に検出することができない可能性がある。このような問題は、吸入空気量を検出するエアフローメータの異常診断に関しても同様に起こり得る。
【0009】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、吸気系センサ(吸気管圧力センサ、エアフローメータ等)の異常診断の実行頻度を確保することができ、吸気系センサの異常を早期に検出することができる吸気系センサの異常診断装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1の吸気系センサの異常診断装置は、燃焼モード切換要求に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを燃焼モード切換制御手段により切り換え、内燃機関の吸気管圧力又は吸入空気量を検出する吸気系センサの異常の有無をセンサ異常診断手段により診断するシステムにおいて、燃焼モードの切換時に少なくとも吸気系センサの出力を用いて該吸気系センサの異常診断を実行するようにしたものである。
【0011】
成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換えるときは、スロットル開度が切り換えられて吸気管圧力や吸入空気量が変化するため、吸気系センサの出力に基づいて該吸気系センサの応答性・追従性等を評価することができ、吸気系センサの異常の有無を精度良く診断することができる。従って、燃焼モード切換中に吸気系センサの異常診断を実行するようにすれば、その分、異常診断の実行回数を多くすることができるので、均質燃焼モード運転の頻度が少なくなって均質燃焼モード運転中に実行される異常診断の回数が少なくなる条件下でも、異常診断の実行頻度を確保することができ、吸気系センサの異常発生時にその異常を早期に検出することができる。
【0012】
ところで、成層燃焼(リーン燃焼)を行うエンジンでは、一般的なエンジンよりもNOx生成量が多くなるため、排気管にNOx吸蔵還元型のNOx触媒を設置することが多い。このNOx触媒は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のNOxを吸蔵し、排出ガスの空燃比がストイキ付近又はリッチになったときに吸蔵NOxを還元浄化して放出する特性を持っている。そこで、NOx触媒のNOx浄化性能を維持するために、成層燃焼(リーン燃焼)モード運転中にNOxパージ要求が生じたときに一時的に均質燃焼(ストイキ又はリッチ燃焼)モードに切り換えてNOx触媒の吸蔵NOxを還元浄化するNOxパージ制御を実行するようにしている。
【0013】
このNOxパージ制御を実行するシステムでは、請求項2のように、少なくともNOxパージ制御による燃焼モード切換時に吸気系センサの異常診断を実行するようにすると良い。NOxパージ制御は、成層燃焼モード運転中に比較的頻繁に実行されるため、NOxパージ制御による燃焼モード切換時に吸気系センサの異常診断を実行すれば、成層燃焼モード運転の時間が長くなる条件下でも、吸気系センサの異常診断の実行頻度を確実に確保することができる。
【0014】
また、吸気系センサの異常診断を行う際に、請求項3のように、燃焼モード切換時に生じる吸気系センサの出力変化の情報に基づいて吸気系センサの異常の有無を診断するようにすると良い。このようにすれば、吸気系センサの出力変化に基づいて吸気系センサの応答性・追従性等を精度良く評価することができる。
【0015】
この場合、請求項4のように、燃焼モード切換時に生じる吸気系センサの出力変化の情報として、燃焼モード切換前後の出力変化量及び/又は燃焼モード切換中の出力変化率(出力変化速度)を算出するようにすると良い。このようにすれば、燃焼モード切換時に生じる吸気系センサの出力変化を精度良く評価することができる。
【0016】
一般に、ブレーキの制動力を増大させるブレーキブースタは、スロットルバルブの下流側に生じる吸気管負圧を駆動源としているが、成層燃焼モード運転中は、スロットル開度がほぼ全開に維持されるため、そのままでは吸気管内の負圧が小さくなってブレーキブースタに導入する負圧を確保できなくなり、ブレーキブースタの制動倍力効果が低下する。そこで、ブレーキブースタの制動倍力効果を維持するために、成層燃焼モード運転中にブレーキ負圧要求が生じたときに一時的に均質燃焼モードに切り換えてスロットル開度を閉じ側に制御することで吸気管内の負圧を大きくしてブレーキブースタに導入する負圧を確保するブレーキ負圧制御を実行するようにしている。
【0017】
このブレーキ負圧制御を実行するシステムでは、請求項5のように、ブレーキ負圧制御による燃焼モードの切換時に、吸気系センサの出力をブレーキブースタ内の負圧を検出するブレーキ負圧センサの出力と比較して該吸気系センサの異常の有無を診断するようにしても良い。ブレーキ負圧制御によって吸気管内の負圧が大きくなり、その負圧がブレーキブースタに導入されるため、吸気系センサが正常であれば、ブレーキ負圧制御の実行中に吸気系センサの出力とブレーキ負圧センサの出力は、ほぼ同じ挙動を示すはずである。従って、ブレーキ負圧制御の実行時に吸気系センサの出力をブレーキ負圧センサの出力と比較すれば、吸気系センサの異常の有無を精度良く診断することができる。このようにしても、異常診断の実行回数を多くすることができて、異常診断の実行頻度を確保することができ、吸気系センサの異常を早期に検出することができる。
【0018】
ところで、吸気系センサの異常診断時に、何等かの原因で、燃焼モードの切り換えが正常に行われなかった場合には、吸気管圧力や吸入空気量の挙動が正常時とは異なる挙動を示すため、吸気系センサが正常であるにも拘らず吸気系センサの異常有りと誤診断してしまう可能性がある。
【0019】
この対策として、請求項6のように、吸気系センサの異常の有無を診断する際に空燃比に基づいて燃焼モードの切り換えが正常に行われたかどうかを確認するようにすると良い。吸気系センサの異常診断時に、燃焼モードの切り換えが正常に行われたかどうかを、例えば、空燃比が切り換え先の燃焼モードに対応した空燃比になったか否によって判定すれば良い。これにより、燃焼モードの切り換えが正常に行われなかったと判定された場合には、吸気系センサの異常有りと診断せずに済み、誤診断を未然に防止することができる。
【0020】
この場合、請求項7のように、燃焼モードの切り換えを確認するのに用いる空燃比は、排出ガスセンサで検出した空燃比と推定した空燃比のうちの少なくとも一方を用いるようにすると良い。検出空燃比と推定空燃比のいずれを用いても、燃焼モードの切り換えが正常に行われたかどうかを精度良く判定することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
《実施形態(1)》
以下、本発明の実施形態(1)を図1乃至図11に基づいて説明する。まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ14(吸気系センサ)が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、DCモータ等のモータ15によって駆動されるスロットルバルブ16が設けられ、このスロットルバルブ16の開度(スロットル開度)がスロットル開度センサ17によって検出される。
【0022】
また、スロットルバルブ16の下流側には、サージタンク18が設けられ、このサージタンク18に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ19(吸気系センサ)が設けられている。また、サージタンク18には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド20が設けられ、各気筒の吸気マニホールド20に、筒内の気流強度(スワール流強度やタンブル流強度)を制御する気流制御弁31が設けられている。
【0023】
エンジン11の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁21が取り付けられている。エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ22が取り付けられ、各点火プラグ22の火花放電によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン11の吸気バルブ37と排気バルブ38には、それぞれバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構39,40が設けられている。
【0024】
エンジン11のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノックセンサ32と、冷却水温を検出する冷却水温センサ23とが取り付けられている。また、クランク軸(図示せず)の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ24が取り付けられている。このクランク角センサ24の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【0025】
一方、エンジン11の排気管25には、排出ガスを浄化する上流側触媒26と下流側触媒27が設けられ、上流側触媒26の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ/リーン等を検出する排出ガスセンサ28(空燃比センサ、酸素センサ等)が設けられている。本実施形態では、上流側触媒26としてストイキ付近で排出ガス中のCO,HC,NOx等を浄化する三元触媒が設けられ、下流側触媒27としてNOx吸蔵還元型のNOx触媒が設けられている。このNOx触媒27は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のNOxを吸蔵し、排出ガスの空燃比がストイキ比付近又はリッチになったときに吸蔵NOxを還元浄化して放出する特性を持っている。
【0026】
また、排気管25のうちの上流側触媒26の下流側と吸気管12のうちのスロットルバルブ16の下流側のサージタンク18との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのEGR配管33が接続され、このEGR配管33の途中に排出ガス還流量(EGR量)を制御するEGR弁34が設けられている。また、アクセルペダル35の踏込量(アクセル開度)がアクセルセンサ36によって検出される。
【0027】
また、サージタンク18には、負圧導入配管41を介してブレーキブースタ42が接続され、このブレーキブースタ42の負圧室(図示せず)には、該負圧室内の圧力(負圧)を検出するブレーキ負圧センサ43が設けられている。尚、負圧導入配管41は、スロットルバルブ16とサージタンク18との間の吸気管12に接続するようにしても良い。
【0028】
前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)30に入力される。このECU30は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁21の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ22の点火時期等を制御する。
【0029】
このECU30は、後述する図2乃至図7に示す各ルーチンを実行することで、燃焼モード切換制御手段として機能し、エンジン運転状態(要求トルクやエンジン回転速度等)に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える。成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ22の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼(リーン燃焼)させることで、燃費を向上させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼(ストイキ又はリッチ燃焼)させることで、エンジン出力を高める。
【0030】
その際、ECU30は、成層燃焼モード運転中にNOxパージ要求が発生したときに一時的に均質燃焼モードに切り換えてNOx触媒27の吸蔵NOxを還元浄化するNOxパージ制御を実行し、成層燃焼モード運転中にブレーキ負圧要求が発生したときに一時的に均質燃焼モードに切り換えて吸気管12内の負圧を大きくしてブレーキブースタ42に導入する負圧を確保するブレーキ負圧制御を実行する。
【0031】
また、ECU30は、図8及び図9に示す吸気管圧力センサの異常診断ルーチンを実行することで、センサ異常診断手段として機能し、▲1▼エンジン運転状態に応じて燃焼モードを切り換えるとき、▲2▼NOxパージ制御により燃焼モードを切り換えるとき、▲3▼ブレーキ負圧制御により燃焼モードを切り換えるときに、吸気管圧力センサ19の出力変化に基づいて吸気管圧力センサ19の異常の有無を診断する。
以下、ECU30が実行する図2乃至図9に示す各ルーチンの処理内容を説明する。
【0032】
[エンジン制御メインルーチン]
図2のエンジン制御メインルーチンは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定周期で実行される。本メインルーチンが起動されると、まずステップ100で、アクセル開度とエンジン回転速度等に基づいて要求トルクを算出する。この後、ステップ200に進み、図3の燃焼モード決定ルーチンを実行して燃焼モードを決定した後、ステップ300に進み、図4の燃焼モード切換制御ルーチンを実行して、燃焼モード切換要求があれば、燃焼モード切換制御を実行し、次のステップ400〜600で、図5の空気系制御ルーチン、図6の燃料系制御ルーチン、図7の点火系制御ルーチンを実行して、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを後述するタイミングで切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えて燃焼モードを切り換える。
【0033】
[燃焼モード決定ルーチン]
図2のエンジン制御メインルーチンのステップ200で、図3の燃焼モード決定ルーチンが起動されると、まずステップ201で、要求燃焼モード判定マップを検索して現在のエンジン運転状態(例えばエンジン回転速度と要求トルク)に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれか一方を要求燃焼モードとして選択する。この要求燃焼モード判定マップは、低回転、低トルク領域では、燃費節減を優先して成層燃焼モードが選択され、一方、高回転、高トルク領域では、エンジン出力を優先して均質燃焼モードが選択されるように設定されている。
【0034】
但し、エンジン運転状態に応じて選択した要求燃焼モードが成層燃焼モードの場合でも、NOxパージ要求が発生したとき又はブレーキ負圧要求が発生したときには、要求燃焼モードを一時的に均質燃焼モードに切り換える。
【0035】
この後、ステップ202に進み、要求燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば、ステップ203に進み、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ204に進み、燃焼モード切換中フラグをONして、ステップ205に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ204を飛び越して、ステップ205に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに維持する。
【0036】
前記ステップ202で、要求燃焼モードが均質燃焼モードでない(成層燃焼モードである)と判定された場合には、ステップ207に進み、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ208に進み、燃焼モード切換中フラグをONして、ステップ209に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ208を飛び越して、ステップ205に進み、空気系制御モードを成層燃焼モードに維持する。
【0037】
[燃焼モード切換制御ルーチン]
図2のエンジン制御メインルーチンのステップ300で、図4の燃焼モード切換制御ルーチンが起動されると、まずステップ301で、燃焼モード切換中フラグがONであるか否かによって燃焼モード切換中であるか否かを判定し、燃焼モード切換中でなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【0038】
一方、燃焼モード切換中であれば、ステップ302に進み、要求燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが成層燃焼モードでなければ(つまり要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば)、ステップ303に進み、実空燃比A/Fが均質燃焼領域判定値CAF2よりリッチであるか否かで、実空燃比A/Fが均質燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比A/Fが均質燃焼領域判定値CAF2よりリーンである(実空燃比A/Fが均質燃焼領域に入っていない)と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【0039】
その後、実空燃比A/Fが均質燃焼領域判定値CAF2よりもリッチになって実空燃比A/Fが均質燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ304に進み、燃料系制御モードを均質燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを吸気行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをOFFして本ルーチンを終了する。これにより、実燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わる。
【0040】
また、燃焼モード切換中で、且つ要求燃焼モードが成層燃焼モードであると判定された場合(ステップ301、302で共に「Yes」と判定された場合)は、ステップ306に進み、実空燃比A/Fが成層燃焼領域判定値CAF1よりもリーンであるか否かで、実空燃比A/Fが成層燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比A/Fが成層燃焼領域判定値CAF1よりもリッチである(実空燃比A/Fが成層燃焼領域に入っていない)と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【0041】
その後、実空燃比A/Fが成層燃焼領域判定値CAF1よりもリーンになって実空燃比A/Fが成層燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ308に進み、燃料系制御モードを成層燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを圧縮行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをOFFして本ルーチンを終了する。これにより、実燃焼モードが成層燃焼モードに切り換わる。
【0042】
[空気系制御ルーチン]
図2のエンジン制御メインルーチンのステップ400で、図5の空気系制御ルーチンが起動されると、まずステップ401で、空気系制御モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ402に進み、空気系の制御パラメータ(スロットル開度等)の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【0043】
一方、上記ステップ401で、空気系制御モードが均質燃焼モードでない(成層燃焼モードである)と判定された場合は、ステップ403に進み、空気系の制御パラメータの目標値として、それぞれ成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【0044】
[燃料系制御ルーチン]
図2のエンジン制御メインルーチンのステップ500で、図6の燃料系制御ルーチンが起動されると、まずステップ501で、燃料系制御モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ502に進み、燃料系の制御パラメータ(燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料圧力等)の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【0045】
また、上記ステップ501で、燃料系制御モードが均質燃焼モードでない(成層燃焼モードである)と判定された場合は、ステップ503に進み、燃料系の制御パラメータの目標値として、それぞれ成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【0046】
[点火系制御ルーチン]
図2のエンジン制御メインルーチンのステップ600で、図7の点火系制御ルーチンが起動されると、まずステップ601で、点火系制御モード(=燃料系制御モード)が均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ602に進み、点火系の制御パラメータ(点火時期)の目標値として、均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【0047】
また、上記ステップ601で、点火系制御モードが均質燃焼モードでない(成層燃焼モードである)と判定された場合は、ステップ603に進み、点火系の制御パラメータの目標値として、成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【0048】
[吸気管圧力センサの異常診断ルーチン]
図8及び図9の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ701〜703で、車両の自己診断機能の診断結果に基づいて、スロットル制御系、EGR制御系、バルブタイミング制御系が全て正常であるか否かを判定する。その結果、スロットル制御系、EGR制御系、バルブタイミング制御系のうちのいずれか1つでも異常である判定された場合には、吸気管圧力センサ19の異常診断を行える状況ではないと判断して、ステップ704以降の吸気管圧力センサ19の異常診断に関する処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
【0049】
一方、上記ステップ701〜703で、スロットル制御系、EGR制御系、バルブタイミング制御系が全て正常であると判定された場合には、ステップ704以降の吸気管圧力センサ19の異常診断に関する処理を次のようにして行う。
【0050】
まず、ステップ704で、燃焼モード切換中であるか否かを燃焼モード切換中フラグがONであるか否かによって判定し、燃焼モード切換中であると判定されれば、ステップ705に進み、異常診断中であるか否かを異常診断中フラグがONであるか否かによって判定する。
【0051】
燃焼モード切換中と判定された後の初回(つまり燃焼モード切換開始時)は、異常診断中フラグがOFFされているため、ステップ705で異常診断中でないと判定されて、ステップ706に進み、燃焼モード切換開始時の吸気管圧力センサ19の出力値MAP0 を読み込んだ後、ステップ707に進み、異常診断中フラグをONして、本ルーチンを終了する。
【0052】
異常診断中フラグをONした後は、上記ステップ705で異常診断中と判定されるため、上記ステップ706、707の処理を行わずに、本ルーチンを終了する。
【0053】
その後、燃料モードの切り換えが終了して、上記ステップ704で、燃焼モード切換中でないと判定されたときに、図9のステップ708に進み、異常診断中であるか否かを判定する。
【0054】
燃焼モード切換中でないと判定されてからの初回(つまり燃焼モード切換終了時)は、異常診断中フラグがONされているため、ステップ708で異常診断中と判定されて、ステップ709に進み、燃焼モード切換終了時の吸気管圧力センサ19の出力値MAP1 を読み込んだ後、ステップ710に進み、異常診断中フラグをOFFする。
【0055】
この後、ステップ711に進み、燃焼モード切換中に生じる吸気管圧力センサ19の出力変化の情報として、吸気管圧力センサ19の燃焼モード切換開始時の出力値MAP0 と燃焼モード切換終了時の出力値MAP1 との差(燃焼モード切換前後の出力変化量)の絶対値ΔMAPを算出する。
ΔMAP=|MAP0 −MAP1 |
【0056】
この後、燃焼モード切換前後の吸気管圧力センサ19の出力変化量ΔMAPが異常判定値Kよりも小さいか否かを判定する。燃焼モード切換中の吸気管圧力センサ19の出力の挙動はエンジン運転状態に応じて変化するため、異常判定値Kはエンジン運転状態(例えばエンジン回転速度と要求トルク)に応じてマップ又は数式等により設定される。
【0057】
その結果、吸気管圧力センサ19の出力変化変化量ΔMAPが異常判定値Kよりも小さいと判定された場合には、ステップ713に進み、吸気管圧力センサ19の異常(故障等)有りと判定して異常フラグをONし、運転席のインストルメントパネルに設けられた警告ランプ(図示せず)を点灯したり、或はインストルメントパネルの警告表示部(図示せず)に警告表示して運転者に警告すると共に、その異常情報(異常コード等)をECU30のバックアップRAM(図示せず)に記憶して、本ルーチンを終了する。
【0058】
これに対して、上記ステップ712で、吸気管圧力センサ19の出力変化量ΔMAPが異常判定値K以上であると判定された場合には、ステップ714に進み、吸気管圧力センサ19の異常無し(正常)と判定して異常診断中フラグをOFFし、本ルーチンを終了する。
【0059】
異常診断中フラグをOFFした後は、上記ステップ708で異常診断中でないと判定されるため、ステップ709〜714の処理を行わずに、本ルーチンを終了する。
【0060】
以上説明した本実施形態(1)の実行例を図10及び図11のタイムチャートを用いて説明する。エンジン運転状態、NOxパージ要求、ブレーキ負圧要求のいずれかに応じて要求燃焼モードが切り換わって燃焼モード切換中フラグがONされたときに、燃焼モード切換開始時の吸気管圧力センサ19の出力値MAP0 を読み込む。その後、実燃焼モードが切り換わって燃焼モード切換中フラグがOFFされたときに、燃焼モード切換終了時の吸気管圧力センサ19の出力値MAP1 を読み込み、燃焼モード切換開始時のセンサ出力値MAP0 と燃焼モード切換終了時のセンサ出力値MAP1 とを用いて、燃焼モード切換前後の吸気管圧力センサ19の出力変化量ΔMAP=|MAP0 −MAP1 |を求める。
【0061】
そして、この吸気管圧力センサ19の出力変化量ΔMAPを異常判定値Kと比較し、図10に示すように、出力変化量ΔMAPが異常判定値K以上の場合には、吸気管圧力センサ19の異常無し(正常)と判定する。一方、図11に示すように、吸気管圧力センサ19の出力変化量ΔMAPが異常判定値Kよりも小さい場合には、吸気管圧力センサ19の異常(故障等)有りと判定する。
【0062】
成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換えるときは、スロットル開度が切り換えられて吸気管圧力が変化するため、燃焼モード切換中の吸気管圧力センサ19の出力変化を監視すれば、吸気管圧力センサ19の応答性・追従性等を精度良く評価することができ、吸気管圧力センサ19の異常の有無を精度良く診断することができる。この点に着目して本実施形態(1)では、燃焼モード切換時に吸気管圧力センサ19の異常診断を実行するようにしたので、エンジン運転状態に応じた燃焼モードの切り換えのみならず、NOxパージ制御による燃焼モードの切り換えやブレーキ負圧制御による燃焼モードの切り換えを利用して吸気管圧力センサ19の異常診断を実行することができる。これにより、成層燃焼モード運転の時間が長くなって均質燃焼モード運転の頻度が少なくなる条件下でも、吸気管圧力センサ19の異常診断の実行頻度を確保することができ、吸気管圧力センサ19の異常発生時にその異常を早期に検出することができる。
【0063】
尚、燃焼モード切換時に吸気管圧力センサ19の異常診断を実行するのに加えて、均質燃焼モード運転中に所定の診断実行条件が成立する毎に吸気管圧力センサ19の異常診断を実行するようにしても良い。
【0064】
《実施形態(2)》
ところで、吸気管圧力センサ19の異常診断時に、何等かの原因で、燃焼モードの切れ換えが正常に行われなかった場合には、吸気管圧力センサ19が正常であるにも拘らず吸気管圧力センサ19の異常有りと誤診断してしまう可能性がある。
【0065】
この対策として、図12乃至図14に示す本発明の実施形態(2)では、燃焼モード切換前後の吸気管圧力センサ19の出力変化量に基づいて吸気管圧力センサ19の異常の有無を診断する際に、空燃比A/Fに基づいて燃焼モードの切り換えが正常に行われたかどうかを確認し、もし、燃焼モードの切り換えが正常に行われていないと判断される場合は、吸気管圧力センサ19の異常有りと診断しないようにしている。
【0066】
本実施形態(2)では、前記実施形態(1)で説明した図8及び図9の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンのうち図9の処理を図12の処理に置き換えたルーチンを実行する。図12のルーチンは、前記実施形態(1)で説明した図9のルーチンのステップ712の後に、ステップ712a、712b、712cの処理を追加したものであり、それ以外の各ステップの処理は図9と同じである。
【0067】
図12のルーチンでは、ステップ712で、吸気管圧力センサ19の出力変化量ΔMAPが異常判定値Kよりも小さいと判定された場合(吸気管圧力センサ19の異常が疑われる場合)に、ステップ712aに進み、要求燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定する。その結果、要求燃焼モードが成層燃焼モードであると判定された場合、つまり、均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられた場合には、ステップ712bに進み、排出ガスセンサ28で検出した空燃比A/Fが成層燃焼モード判定値A1 よりもリーンであるか否かを判定する。尚、空燃比A/Fは、吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて算出した推定空燃比を用いるようにしても良い。
【0068】
その結果、空燃比A/Fが成層燃焼モード判定値A1 よりもリーンであると判定された場合には、燃焼モードの切り換えが正常に行われたと判断して、ステップ713に進み、上記ステップ712による異常診断結果をそのまま最終的な診断結果とし、吸気管圧力センサ19の異常(故障等)有りと診断して異常フラグをONする。
【0069】
これに対して、空燃比A/Fが成層燃焼モード判定値A1 よりもリーンになっていないと判定された場合には、燃焼モードの切り換えが正常に行われていないため、吸気管圧力センサ19の異常診断を行える状況ではないと判断して、ステップ714に進み、上記ステップ712による異常診断結果を無効にして、最終的に、吸気管圧力センサ19の異常無しと判定して異常フラグをOFFする。
【0070】
一方、上記ステップ712aで、要求燃焼モードが成層燃焼モードでない(均質燃焼モードである)と判定された場合、つまり、成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられた場合には、ステップ712cに進み、空燃比A/Fが均質燃焼モード判定値A0 よりもリッチであるか否かを判定する。
【0071】
その結果、空燃比A/Fが均質燃焼モード判定値A0 よりもリッチであると判定された場合には、燃焼モードの切り換えが正常に行われたと判断して、ステップ713に進み、最終的に、吸気管圧力センサ19の異常(故障等)有りと判定して異常フラグをONする。
【0072】
これに対して、空燃比A/Fが均質燃焼モード判定値A0 よりもリッチになっていないと判定された場合には、空気系の燃焼モード切換が正常に行われていないため、吸気管圧力センサ19の異常診断を行える状況ではないと判断して、ステップ714に進み、吸気管圧力センサ19の異常無しと判定して異常フラグをOFFする。
【0073】
以上説明した本実施形態(2)によれば、図13及び図14に示すように、成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときに空燃比A/Fが均質燃焼モード判定値A0 よりもリッチであれば(又は均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときに空燃比A/Fが成層燃焼モード判定値A1 よりもリーンであれば)、燃焼モードの切り換えが正常に行われたと判断して、吸気管圧力センサ19の出力変化量ΔMAPが異常判定値K以上の場合に吸気管圧力センサ19の異常無しと判定し(図13参照)、吸気管圧力センサ19の出力変化量ΔMAPが異常判定値Kよりも小さい場合に吸気管圧力センサ19の異常有りと判定する(図14参照)。
【0074】
一方、成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときに空燃比A/Fが均質燃焼モード判定値A0 よりもリーンであれば(又は均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときに空燃比A/Fが成層燃焼モード判定値A1 よりもリッチであれば)、燃焼モードの切り換えが正常に行われていないと判断して、吸気管圧力センサ19の出力変化量ΔMAPが異常判定値Kよりも小さい場合でも吸気管圧力センサ19の異常無しと判定する。これにより、燃焼モードの切り換えが正常に行われなかった場合に、吸気管圧力センサ19が正常であるにも拘らず吸気管圧力センサ19の異常有りと誤診断してしまうことを未然に防止することができる。
【0075】
尚、上記各実施形態(1)、(2)では、燃焼モード切換中に生じる吸気管圧力センサ19の出力変化の情報として、吸気管圧力センサ19の燃焼モード切換前後の出力変化量ΔMAPを算出するようにしたが、出力変化量ΔMAPの代わりに、燃焼モード切換中の吸気管圧力センサ19の出力変化率(出力変化速度)を算出し、この吸気管圧力センサ19の出力変化率を異常判定値と比較して吸気管圧力センサ19の異常の有無を診断するようにしても良い。
【0076】
この他、吸気管圧力センサ19の出力変化に関連する他の情報や吸気管圧力センサ19の出力に関連する様々な情報を用いて吸気管圧力センサ19の異常の有無を診断するようにしても良い。
【0077】
《実施形態(3)》
次に、本発明の実施形態(3)を図15乃至図17を用いて説明する。前述したブレーキ負圧制御を実行するシステムでは、ブレーキ負圧制御(成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切り換え)によって吸気管12内の負圧が大きくなり、その負圧がブレーキブースタ42に導入されるため、吸気管圧力センサ19が正常であれば、ブレーキ負圧制御の実行中に吸気管圧力センサ19の出力とブレーキ負圧センサ43の出力は、ほぼ同じ挙動を示すはずである。
【0078】
この点に着目して、本実施形態(3)では、後述する図15の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンを実行することで、ブレーキ負圧制御の実行中に吸気管圧力センサ19の出力とブレーキ負圧センサ43の出力とを比較して吸気管圧力センサ19の異常の有無を診断するようにしている。
【0079】
図15の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ801〜803で、車両の自己診断機能の診断結果に基づいて、スロットル制御系、EGR制御系、バルブタイミング制御系が全て正常であるか否かを判定する。その結果、スロットル制御系、EGR制御系、バルブタイミング制御系のうちのいずれか1つでも異常である判定された場合には、吸気管圧力センサ19の異常診断を行える状況ではないと判断して、ステップ804以降の吸気管圧力センサ19の異常診断に関する処理を実行することなく、ステップ812に進み、後述する異常カウンタをクリアして、本ルーチンを終了する。
【0080】
一方、上記ステップ801〜803で、スロットル制御系、EGR制御系、バルブタイミング制御系が全て正常であると判定された場合には、ステップ804以降の吸気管圧力センサ19の異常診断に関する処理を次のようにして行う。
【0081】
まず、ステップ804で、ブレーキ負圧制御中であるか否かを判定し、ブレーキ負圧制御中でないと判定されれば、ステップ812に進み、異常カウンタをクリアして、本ルーチンを終了する。
【0082】
その後、上記ステップ804で、ブレーキ負圧制御中であると判定されたときに、ステップ805に進み、吸気管圧力センサ19の出力値MAPを読み込むと共に、ブレーキ負圧センサ43の出力値BRPを読み込んだ後、ステップ806に進み、吸気管圧力センサ19の出力値MAPとブレーキ負圧センサ43の出力値BRPとの差圧(MAP−BRP)が所定値DPよりも大きいか否かを判定する。
【0083】
その結果、差圧(MAP−BRP)が所定値DPよりも大きければ、ステップ807に進み、異常カウンタをカウントアップする。一方、差圧(MAP−BRP)が所定値DP以下であれば、ステップ808に進み、異常カウンタをカウントダウンする。
【0084】
この後、ステップ809に進み、異常カウンタのカウント値が異常判定値KTよりも大きいか否かを判定する。その結果、異常カウンタのカウント値が異常判定値KTよりも大きいと判定された場合には、ステップ810に進み、吸気管圧力センサ19の異常(故障等)有りと判定して異常フラグをONし、運転席のインストルメントパネルに設けられた警告ランプ(図示せず)を点灯したり、或はインストルメントパネルの警告表示部(図示せず)に警告表示して運転者に警告すると共に、その異常情報(異常コード等)をECU30のバックアップRAM(図示せず)に記憶して、本ルーチンを終了する。
【0085】
これに対して、上記ステップ809で、異常カウンタのカウント値が異常判定値KT以下であると判定された場合には、まだ吸気管圧力センサ19の異常有りとは判定せず、ステップ811に進み、吸気管圧力センサ19の異常無し(正常)と判定して異常フラグをOFF状態に維持し、本ルーチンを終了する。
【0086】
以上説明した本実施形態(3)によれば、図16及び図17に示すように、ブレーキ負圧制御中に所定周期で吸気管圧力センサ19の出力値MAPとブレーキ負圧センサ43の出力値BRPとの差圧(MAP−BRP)を算出し、この差圧(MAP−BRP)が所定値DPよりも大きければ、異常カウンタをカウントアップし、差圧(MAP−BRP)が所定値DP以下であれば、異常カウンタをカウントダウンする。
【0087】
そして、図16に示すように、異常カウンタのカウント値が異常判定値KTを越えなかった場合には、吸気管圧力センサ19の異常無し(正常)と判定する。一方、図17に示すように、異常カウンタのカウント値が異常判定値KTを越えた場合には、吸気管圧力センサ19の異常(故障等)有りと判定する。
【0088】
以上説明した本実施形態(3)のようにしても、吸気管圧力センサ19の異常の有無を精度良く診断することができると共に、異常診断の実行回数を多くすることができて、異常診断の実行頻度を確保することができ、吸気管圧力センサ19の異常を早期に検出することができる。
【0089】
《実施形態(4)》
図18に示す本発明の実施形態(4)では、ブレーキ負圧制御中に吸気管圧力センサ19の出力とブレーキ負圧センサ43の出力とを比較して吸気管圧力センサ19の異常の有無を診断する際に、空燃比A/Fに基づいて燃焼モードの切り換えが正常に行われたかどうかを確認し、もし、燃焼モードの切り換えが正常に行われていないと判断される場合は、吸気管圧力センサ19の異常有りと診断しないようにしている。
【0090】
本実施形態(4)で実行する図18の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンは、上記実施形態(3)で説明した図15のルーチンのステップ806の後に、ステップ806aの処理を追加したものであり、それ以外の各ステップの処理は図15と同じである。
【0091】
図18のルーチンでは、ステップ806で、吸気管圧力センサ19の出力値MAPとブレーキ負圧センサ43の出力値BRPとの差圧(MAP−BRP)が所定値DPよりも大きいと判定された場合に、ステップ806aに進み、排出ガスセンサ28で検出した空燃比A/Fが均質燃焼モード判定値A0 よりもリッチであるか否かを判定する。尚、空燃比A/Fは、吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて算出した推定空燃比を用いるようにしても良い。
【0092】
その結果、空燃比A/Fが均質燃焼モード判定値A0 よりもリッチであると判定された場合には、燃焼モードの切り換えが正常に行われたと判断して、ステップ807に進み、異常カウンタをカウントアップする。
【0093】
これに対して、空燃比A/Fが均質燃焼モード判定値A0 よりもリッチになっていないと判定された場合には、燃焼モードの切り換えが正常に行われていないため、吸気管圧力センサ19の異常診断を行える状況ではないと判断して、ステップ808に進み、異常カウンタをカウントダウンする。これにより、異常カウンタのカウント値が異常判定値KTを越えないようにする。
【0094】
以上説明した本実施形態(4)では、ブレーキ負圧制御時に燃焼モードの切り換えが正常に行われなかった場合に、吸気管圧力センサ19の異常有りと診断しないようにしたので、吸気管圧力センサ19が正常であるにも拘らず吸気管圧力センサ19の異常有りと誤診断してしまうことを未然に防止することができる。
【0095】
尚、上記各実施形態(1)〜(4)では、本発明を吸気管圧力センサ19の異常診断に適用したが、本発明をエアフローメータ14の異常診断に適用しても良い。
【0096】
その他、本発明は、筒内噴射式のエンジンのみに限定されず、リーンバーンエンジン(燃焼モード切換可能な吸気ポート噴射エンジン)にも同様に適用して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態(1)におけるエンジン制御システム全体の概略構成図
【図2】エンジン制御メインルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図3】燃焼モード決定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図4】燃焼モード切換制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図5】空気系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図6】燃料系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図7】点火系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図8】実施形態(1)の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャート(その1)
【図9】実施形態(1)の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャート(その2)
【図10】実施形態(1)の吸気管圧力センサ正常時の実行例を示すタイムチャート
【図11】実施形態(1)の吸気管圧力センサ異常時の実行例を示すタイムチャート
【図12】実施形態(2)の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンの主要部の処理の流れを示すフローチャート
【図13】実施形態(2)の吸気管圧力センサ正常時の実行例を示すタイムチャート
【図14】実施形態(2)の吸気管圧力センサ異常時の実行例を示すタイムチャート
【図15】実施形態(3)の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図16】実施形態(3)の吸気管圧力センサ正常時の実行例を示すタイムチャート
【図17】実施形態(3)の吸気管圧力センサ異常時の実行例を示すタイムチャート
【図18】実施形態(4)の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管、14…エアフローメータ(吸気系センサ)、16…スロットルバルブ、19…吸気管圧力センサ(吸気系センサ)、21…燃料噴射弁、22…点火プラグ、25…排気管、26…上流側触媒(三元触媒)、27…NOx触媒、30…ECU(センサ異常診断手段,燃焼モード切換制御手段)。
Claims (7)
- 燃焼モード切換要求に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える燃焼モード切換制御手段と、内燃機関の吸気管圧力又は吸入空気量を検出する吸気系センサの異常の有無を診断するセンサ異常診断手段とを備えた吸気系センサの異常診断装置において、
前記センサ異常診断手段は、前記燃焼モードの切換時に少なくとも前記吸気系センサの出力を用いて該吸気系センサの異常診断を実行することを特徴とする吸気系センサの異常診断装置。 - 前記燃焼モード切換制御手段は、前記成層燃焼モード運転中に所定のNOxパージ要求が生じたときに一時的に前記均質燃焼モードに切り換えてNOx触媒に吸蔵されているNOxを還元浄化するNOxパージ制御を実行し、
前記センサ異常診断手段は、少なくとも前記NOxパージ制御による前記燃焼モードの切換時に前記吸気系センサの異常診断を実行することを特徴とする請求項1に記載の吸気系センサの異常診断装置。 - 前記センサ異常診断手段は、燃焼モード切換時に生じる前記吸気系センサの出力変化の情報に基づいて該吸気系センサの異常の有無を診断することを特徴とする請求項1又は2に記載の吸気系センサの異常診断装置。
- 前記センサ異常診断手段は、燃焼モード切換時に生じる前記吸気系センサの出力変化の情報として、前記燃焼モード切換前後の出力変化量及び/又は燃焼モード切換中の出力変化率を算出することを特徴とする請求項3に記載の吸気系センサの異常診断装置。
- 前記燃焼モード切換制御手段は、前記成層燃焼モード運転中に所定のブレーキ負圧要求が生じたときに一時的に前記均質燃焼モードに切り換えて吸気管内の負圧を大きくしてブレーキブースタに導入する負圧を確保するブレーキ負圧制御を実行し、
前記センサ異常診断手段は、前記ブレーキ負圧制御による前記燃焼モードの切換時に前記吸気系センサの出力を前記ブレーキブースタ内の負圧を検出するブレーキ負圧センサの出力と比較して該吸気系センサの異常の有無を診断することを特徴とする請求項1又は2に記載の吸気系センサの異常診断装置。 - 前記センサ異常診断手段は、前記吸気系センサの異常の有無を診断する際に空燃比に基づいて前記燃焼モードの切り換えを確認することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の吸気系センサの異常診断装置。
- 前記燃焼モードの切り換えを確認するのに用いる空燃比は、排出ガスセンサで検出した空燃比と推定した空燃比のうちの少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項6に記載の吸気系センサの異常診断装置。
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