JP2006329138A - エアフローセンサの故障診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 エアフローセンサのセンサ部に過度な汚れが付着している場合に、それを故障として診断できるようにする。
【解決手段】 エンジン回転速度Ｎe及びターボ回転速度Ｎtがｔ秒間に亘って略一定である定常運転状態にあるとき（Ｓ１，Ｓ２）、ｔ秒間におけるエンジン回転速度Ｎe及びターボ回転速度Ｎtの移動平均ＮeAVE及びＮtAVEを夫々演算する（Ｓ３，Ｓ４）。そして、エンジン回転速度Ｎe及びターボ回転速度Ｎtの移動平均ＮeAVE及びＮtAVEに基づいて、エンジン運転状態に応じた吸入空気流量Ｇeを推定演算する（Ｓ５）。その後、エアフローセンサにより測定された吸入空気流量Ｇaを吸気温度Ｔiに応じて温度補償し（Ｓ６）、温度補償した吸入空気流量Ｇaと推定した吸入空気流量Ｇeの差の絶対値が所定値Ｇ0より大きければ、エアフローセンサに故障が発生したと診断する（Ｓ７，Ｓ８）。
【選択図】 図２
【解決手段】 エンジン回転速度Ｎe及びターボ回転速度Ｎtがｔ秒間に亘って略一定である定常運転状態にあるとき（Ｓ１，Ｓ２）、ｔ秒間におけるエンジン回転速度Ｎe及びターボ回転速度Ｎtの移動平均ＮeAVE及びＮtAVEを夫々演算する（Ｓ３，Ｓ４）。そして、エンジン回転速度Ｎe及びターボ回転速度Ｎtの移動平均ＮeAVE及びＮtAVEに基づいて、エンジン運転状態に応じた吸入空気流量Ｇeを推定演算する（Ｓ５）。その後、エアフローセンサにより測定された吸入空気流量Ｇaを吸気温度Ｔiに応じて温度補償し（Ｓ６）、温度補償した吸入空気流量Ｇaと推定した吸入空気流量Ｇeの差の絶対値が所定値Ｇ0より大きければ、エアフローセンサに故障が発生したと診断する（Ｓ７，Ｓ８）。
【選択図】 図２
Description
本発明は、吸入空気流量を測定するエアフローセンサの故障診断技術に関する。
エンジンを電子制御するためには、エンジン回転速度，吸入空気流量などのエンジン運転状態を検出しなければならない。吸入空気流量を測定するセンサの１つとして、特許第３２８１０１６号公報（特許文献１）及び特開２００２−９７９９４号公報（特許文献２）に記載されるようなエアフローセンサが使用されている。そして、エアフローセンサの故障診断を行う方法として、その出力値が所定範囲を逸脱又は一定となったときに、故障が発生していると診断する方法がある。
特許第３２８１０１６号公報
特開２００２−９７９９４号公報
しかしながら、エアフローセンサのセンサ部に汚れが付着したときには、その出力特性が変化するが、その出力値が所定範囲を逸脱又は一定となるとは限らず、従来公知の故障診断技術ではこれを検知することが困難であった。このため、エアフローセンサのセンサ部の汚れに起因する出力特性が変化しても、その出力値に基づいてエンジン制御が行われ、排気性状の低下などを来たすおそれがあった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、過給器回転速度から推定した吸入空気流量とエアフローセンサで測定した吸入空気流量とに基づいて、エアフローセンサの故障の有無を診断することで、そのセンサ部の過度な汚れによる出力変化も故障として診断できるようにしたエアフローセンサの高精度な故障診断装置を提供することを目的とする。
このため、請求項１記載の発明では、エアフローセンサの故障診断装置は、エンジン運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段により検出されたエンジン回転速度及び過給器回転速度に基づいて、エンジンへの吸入空気流量を推定する吸入空気流量推定手段と、エアフローセンサにより測定された吸入空気流量と前記吸入空気流量推定手段により推定された吸入空気流量との差の絶対値が所定値より大きいときに、前記エアフローセンサに故障が発生していると診断する故障診断手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
請求項２記載の発明では、エアフローセンサの故障診断装置は、エンジン運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段により検出されたエンジン回転速度及び過給器回転速度に基づいて、エンジンへの吸入空気流量を推定する吸入空気流量推定手段と、エアフローセンサにより測定された吸入空気流量と前記吸入空気流量推定手段により推定された吸入空気流量との比が所定範囲を逸脱しているときに、前記エアフローセンサに故障が発生していると診断する故障診断手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記運転状態検出手段により検出されたエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づいて、前記所定値又は所定範囲を演算する演算手段を備えたことを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記吸入空気流量推定手段は、エンジン回転速度及び過給器回転速度が所定時間に亘って略一定であるときに、吸入空気流量を推定することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記吸入空気流量推定手段は、エンジン回転速度及び過給器回転速度が所定時間に亘って略一定であるときに、吸入空気流量を推定することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記吸入空気流量推定手段は、前記所定時間におけるエンジン回転速度及び過給器回転速度の移動平均に基づいて、吸入空気流量を推定することを特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記故障診断手段によりエアフローセンサに故障が発生していると診断されたときに、その旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記故障診断手段によりエアフローセンサに故障が発生していると診断されたときに、その旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とする。
請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、エンジン回転速度及び過給器回転速度に基づいて、エンジンへの吸入空気流量が推定される。そして、エアフローセンサにより測定された吸入空気流量と推定された吸入空気流量との差の絶対値が所定値より大きければ、又は、エアフローセンサにより測定された吸入空気流量と推定された吸入空気流量との比が所定範囲を逸脱していれば、エアフローセンサに故障が発生していると診断される。このため、エアフローセンサのセンサ部に汚れが付着して出力特性が大きく変動したとしても、これを検知することが可能となり、故障診断を高精度に行うことができる。
請求項３記載の発明によれば、エアフローセンサに故障が発生しているか否かを診断するための所定値又は所定範囲は、エンジン回転速度及びエンジン負荷に基づいて動的に設定されるため、エンジン特性を考慮した故障診断が行われ、その診断精度を一層向上させることができる。
請求項４記載の発明によれば、エンジン回転速度及び過給器回転速度が所定時間に亘って略一定であるときに吸入空気流量が推定されるため、吸入空気流量の増減が少ない定常運転状態で吸入空気流量が推定演算されることとなり、その推定精度を向上させることができる。
請求項４記載の発明によれば、エンジン回転速度及び過給器回転速度が所定時間に亘って略一定であるときに吸入空気流量が推定されるため、吸入空気流量の増減が少ない定常運転状態で吸入空気流量が推定演算されることとなり、その推定精度を向上させることができる。
請求項５記載の発明によれば、エンジン回転速度及び過給器回転速度にノイズなどに起因する信号が重畳されていても、これが平滑化されるため、不適切な故障診断を行うことを抑制することができる。
請求項６記載の発明によれば、エアフローセンサに故障が発生したときには、その旨が報知されるため、例えば、排気性状が低下したままエンジン運転を継続する頻度を低減させることができる。
請求項６記載の発明によれば、エアフローセンサに故障が発生したときには、その旨が報知されるため、例えば、排気性状が低下したままエンジン運転を継続する頻度を低減させることができる。
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、過給器としてのターボチャージャを搭載したエンジンに対して本発明を適用し、エアフローセンサの故障診断装置（以下「故障診断装置」という）を構築した全体構成を示す。
エンジン１０の燃焼室には、エアクリーナ１２，吸気通路１４，吸気マニフォールド１６を介して吸気が導入される。吸気通路１４には、吸気流通方向に沿って、吸入空気流量Ｇaを測定する熱線式のエアフローセンサ１８，ターボチャージャ２０のコンプレッサ２０Ａ，コンプレッサ２０Ａにより断熱圧縮されて高温・高圧となった吸気を冷却するインタークーラ２２が夫介装される。一方、エンジン１０の排気は、排気マニフォールド２４，ターボチャージャ２０のタービン２０Ｂを介して、図示しないテールパイプから大気中に放出される。
図１は、過給器としてのターボチャージャを搭載したエンジンに対して本発明を適用し、エアフローセンサの故障診断装置（以下「故障診断装置」という）を構築した全体構成を示す。
エンジン１０の燃焼室には、エアクリーナ１２，吸気通路１４，吸気マニフォールド１６を介して吸気が導入される。吸気通路１４には、吸気流通方向に沿って、吸入空気流量Ｇaを測定する熱線式のエアフローセンサ１８，ターボチャージャ２０のコンプレッサ２０Ａ，コンプレッサ２０Ａにより断熱圧縮されて高温・高圧となった吸気を冷却するインタークーラ２２が夫介装される。一方、エンジン１０の排気は、排気マニフォールド２４，ターボチャージャ２０のタービン２０Ｂを介して、図示しないテールパイプから大気中に放出される。
故障診断装置の制御系として、エアフローセンサ１８とコンプレッサ２０Ａとの間に位置する吸気通路１４には、吸気温度Ｔiを検出する吸気温度センサ２６が配設される。また、ターボチャージャ２０には、そのコンプレッサ２０Ａとタービン２０Ｂとを連結するシャフトの回転からターボ回転速度Ｎtを検出するターボ回転速度センサ２８が配設される。さらに、エンジン１０には、エンジン回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ３０が配設されると共に、図示しないアクセルペダルには、その踏込角度を介してエンジン負荷Ｑを検出するアクセル開度センサ３２が配設される。
そして、エアフローセンサ１８，吸気温度センサ２６，ターボ回転速度センサ２８，エンジン回転速度センサ３０及びアクセル開度センサ３２からの各出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３４に夫々入力され、そのＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムにより、エアフローセンサ１８の故障診断に係る各種機能が実現される。また、コントロールユニット３４には、ランプ点灯，ブザーなどの音声により、エアフローセンサ１８に故障が発生した旨を報知する報知器３６が接続される。
ここで、ターボ回転速度センサ２８，エンジン回転速度センサ３０及びアクセル開度センサ３２が運転状態検出手段に該当する。
図２は、コントロールユニット３４において、エンジン始動を契機として実行される制御プログラムの内容を示す。なお、制御プログラムを実行するコントロールユニット３４により、吸入空気流量推定手段，故障診断手段及び演算手段が夫々具現化される。また、コントロールユニット３４及び報知器３６の協働により、報知手段が具現化される。
図２は、コントロールユニット３４において、エンジン始動を契機として実行される制御プログラムの内容を示す。なお、制御プログラムを実行するコントロールユニット３４により、吸入空気流量推定手段，故障診断手段及び演算手段が夫々具現化される。また、コントロールユニット３４及び報知器３６の協働により、報知手段が具現化される。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、所定時間としてのｔ秒間に亘って、エンジン回転速度センサ３０により検出されたエンジン回転速度Ｎeの変動が±ΔＮe以内であるか否か、即ち、ｔ秒間に亘ってエンジン回転速度Ｎeが略一定であるか否かを判定する。そして、エンジン回転速度Ｎeの変動が±ΔＮeであればステップ２へと進む一方（Ｙｅｓ）、エンジン回転速度Ｎeの変動が±ΔＮeを超えていれば待機する（Ｎｏ）。
ステップ２では、所定時間としてのｔ秒間に亘って、ターボ回転速度センサ２８により検出されたターボ回転速度Ｎtの変動が±ΔＮt以内であるか否か、即ち、ｔ秒間に亘ってターボ回転速度Ｎtが略一定であるか否かを判定する。そして、ターボ回転速度Ｎtの変動が±ΔＮt以内であればステップ３へと進む一方（Ｙｅｓ）、ターボ回転速度Ｎtの変動が±ΔＮtを超えていればステップ１へと戻る（Ｎｏ）。
ステップ３では、ｔ秒間におけるエンジン回転速度Ｎeの移動平均ＮeAVEを演算する。
ステップ４では、ｔ秒間におけるターボ回転速度Ｎtの移動平均ＮtAVEを演算する。
ステップ５では、エンジン回転速度Ｎeの移動平均ＮeAVE及びターボ回転速度Ｎtの移動平均ＮtAVEに基づいて、エンジン運転状態に応じた吸入空気流量Ｇeを推定演算する。即ち、エンジン回転速度Ｎeが一定であると仮定すると、ターボ回転速度Ｎtと吸入空気流量との間には略比例関係がある。このため、実験などを通して、図３に示すように、エンジン回転速度Ｎe及びターボ回転速度Ｎtに対応した吸入空気流量Ｇeが設定されたマップを作成し、これを参照することで、エンジン運転状態に応じた吸入空気流量Ｇaを推定することができる。
ステップ４では、ｔ秒間におけるターボ回転速度Ｎtの移動平均ＮtAVEを演算する。
ステップ５では、エンジン回転速度Ｎeの移動平均ＮeAVE及びターボ回転速度Ｎtの移動平均ＮtAVEに基づいて、エンジン運転状態に応じた吸入空気流量Ｇeを推定演算する。即ち、エンジン回転速度Ｎeが一定であると仮定すると、ターボ回転速度Ｎtと吸入空気流量との間には略比例関係がある。このため、実験などを通して、図３に示すように、エンジン回転速度Ｎe及びターボ回転速度Ｎtに対応した吸入空気流量Ｇeが設定されたマップを作成し、これを参照することで、エンジン運転状態に応じた吸入空気流量Ｇaを推定することができる。
ここで、ステップ１〜ステップ５の処理が、吸入空気流量推定手段に該当する。
ステップ６では、吸気温度センサ２６により検出された吸気温度Ｔiに基づいて、エアフローセンサ１８により測定された吸入空気流量Ｇaを温度補償する。即ち、吸入空気は、その温度変化に伴って体積が変化する特性があるため、エアフローセンサ１８の精度低下を抑制すべく、公知の温度補償を行う。なお、エアフローセンサ１８に温度補償回路が組み込まれているときには、吸気温度センサ２６及び本処理は不要である。
ステップ６では、吸気温度センサ２６により検出された吸気温度Ｔiに基づいて、エアフローセンサ１８により測定された吸入空気流量Ｇaを温度補償する。即ち、吸入空気は、その温度変化に伴って体積が変化する特性があるため、エアフローセンサ１８の精度低下を抑制すべく、公知の温度補償を行う。なお、エアフローセンサ１８に温度補償回路が組み込まれているときには、吸気温度センサ２６及び本処理は不要である。
ステップ７では、エアフローセンサ１８により測定された吸入空気流量Ｇa（温度補償後のもの）とエンジン運転状態に応じて推定された吸入空気流量Ｇeとの差の絶対値｜Ｇa−Ｇe｜が所定値Ｇ0より大きいか否かを判定する。ここで、所定値Ｇ0は、エアフローセンサ１８が正常であれば、絶対値｜Ｇa−Ｇe｜が通常採りえない値に設定すればよい。そして、絶対値｜Ｇa−Ｇe｜が所定値Ｇ0より大きければステップ８へと進み（Ｙｅｓ）、エアフローセンサ１８に故障が発生したと診断する。即ち、エアフローセンサ１８に故障が発生したときには、その検出値Ｇaが推定値Ｇeから大きく外れるため、このような現象を検知することで、エアフローセンサ１８のセンサ部に過度な汚れが付着したことによる出力変化を故障として診断することができる。一方、絶対値｜Ｇa−Ｇe｜が所定値Ｇ0以下であればステップ１へと戻る（Ｎｏ）。ここで、ステップ７の処理が、故障診断手段に該当する。
ステップ９では、エアフローセンサ１８に故障が発生したことを報知すべく、報知器３６を作動させる。ここで、ステップ９の処理が、報知手段に該当する。なお、エアフローセンサ１８に故障が発生しても車両走行を可能にすべく、報知器３６の作動に加え、エンジンコントロールユニットにバックアップモードへの移行指示を出力するようにしてもよい。
かかる故障診断装置によれば、エンジン１０が定常運転状態にあるとき、ｔ秒間におけるエンジン回転速度Ｎeの移動平均ＮeAVE及びターボ回転速度Ｎtの移動平均ＮtAVEが夫々演算される。そして、図３に示すマップが参照され、エンジン回転速度Ｎeの移動平均ＮeAVE及びターボ回転速度Ｎtの移動平均ＮtAVEに応じた吸入空気流量Ｇeが推定演算される。このため、エンジン回転速度Ｎe及びターボ回転速度Ｎtにノイズなどに起因する信号が重畳されていても、これが平滑化されるため、不適切な故障診断を行うことを抑制することができる。また、吸入空気流量の増減が少ない定常運転状態で吸入空気流量Ｇeが推定演算されることとなり、その推定精度を向上させることができる。
その後、エアフローセンサ１８により測定された吸入空気流量Ｇaとエンジン運転状態に応じて推定された吸入空気流量Ｇeとの差の絶対値｜Ｇa−Ｇe｜が所定値Ｇ0より大きければ、エアフローセンサ１８に故障が発生していると診断される。このため、エアフローセンサ１８のセンサ部に汚れが付着してその出力特性が大きく変動したとしても、これを検知することができる。
また、エアフローセンサ１８に故障が発生したときには、報知器３６が作動してその旨が報知されるので、例えば、排気性状が低下したままエンジン運転を継続する頻度を低減させることができる。
なお、図２のステップ７において、エアフローセンサ１８により測定された吸入空気流量Ｇaとエンジン運転状態に応じて推定された吸入空気流量Ｇeとの比、即ち、Ｇa／Ｇe（Ｇe／Ｇaでもよい）が所定範囲を逸脱しているか否かを介して、エアフローセンサ１８に故障が発生しているか否かを診断するようにしてもよい。
なお、図２のステップ７において、エアフローセンサ１８により測定された吸入空気流量Ｇaとエンジン運転状態に応じて推定された吸入空気流量Ｇeとの比、即ち、Ｇa／Ｇe（Ｇe／Ｇaでもよい）が所定範囲を逸脱しているか否かを介して、エアフローセンサ１８に故障が発生しているか否かを診断するようにしてもよい。
ここで、ステップ７で使用する所定値Ｇ0又は所定範囲は、エンジン回転速度センサ３０及びアクセル開度センサ３２により夫々検出されたエンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｑに基づいて、動的に設定することが望ましい（演算手段）。このようにすれば、エンジン１０の特性を考慮した故障診断が行われ、その診断精度を一層向上させることができる。
さらに、過給器としては、ターボチャージャに限らず、エンジン出力を駆動源とするスーパーチャージャであってもよい。
１０ エンジン
１８ エアフローセンサ
２０ ターボチャージャ
２８ ターボ回転速度センサ
３０ エンジン回転速度センサ
３２ アクセル開度センサ
３４ コントロールユニット
３６ 報知器
１８ エアフローセンサ
２０ ターボチャージャ
２８ ターボ回転速度センサ
３０ エンジン回転速度センサ
３２ アクセル開度センサ
３４ コントロールユニット
３６ 報知器
Claims (6)
- エンジン運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段により検出されたエンジン回転速度及び過給器回転速度に基づいて、エンジンへの吸入空気流量を推定する吸入空気流量推定手段と、
エアフローセンサにより測定された吸入空気流量と前記吸入空気流量推定手段により推定された吸入空気流量との差の絶対値が所定値より大きいときに、前記エアフローセンサに故障が発生していると診断する故障診断手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするエアフローセンサの故障診断装置。 - エンジン運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段により検出されたエンジン回転速度及び過給器回転速度に基づいて、エンジンへの吸入空気流量を推定する吸入空気流量推定手段と、
エアフローセンサにより測定された吸入空気流量と前記吸入空気流量推定手段により推定された吸入空気流量との比が所定範囲を逸脱しているときに、前記エアフローセンサに故障が発生していると診断する故障診断手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするエアフローセンサの故障診断装置。 - 前記運転状態検出手段により検出されたエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づいて、前記所定値又は所定範囲を演算する演算手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエアフローセンサの故障診断装置。
- 前記吸入空気流量推定手段は、エンジン回転速度及び過給器回転速度が所定時間に亘って略一定であるときに、吸入空気流量を推定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエアフローセンサの故障診断装置。
- 前記吸入空気流量推定手段は、前記所定時間におけるエンジン回転速度及び過給器回転速度の移動平均に基づいて、吸入空気流量を推定することを特徴とする請求項４記載のエアフローセンサの故障診断装置。
- 前記故障診断手段によりエアフローセンサに故障が発生していると診断されたときに、その旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエアフローセンサの故障診断装置。
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