JP2008144732A - 内燃機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】大気圧を正確に検出する。
【解決手段】機関始動直後からエアポンプ11により二次空気が二次空気供給通路13を介して各排気枝通路8内に供給される。二次空気供給通路13内に圧力センサ36が配置される。この圧力センサ36の出力電圧はバッテリ電圧が低下すると低下する。バッテリ電圧が許容電圧よりも低いときには圧力を代表する出力値として圧力センサ36の出力値を用いるのを禁止する。
【選択図】図1

Description

本発明は内燃機関に関する。
機関排気通路内に連結された二次空気供給通路と、二次空気供給通路を介して二次空気を機関排気通路内に供給するためのエアポンプとを具備しており、二次空気供給通路内に二次空気供給通路内の絶対圧を検出する圧力センサを配置してこの圧力センサの出力値から二次空気供給制御装置の故障診断を行うようにした内燃機関が公知である(例えば特許文献1を参照)。
この内燃機関では大気圧に対する二次空気供給通路内の相対圧の大きさから故障診断を行うようにしているので予め大気圧を表す圧力センサの出力値を検出しておく必要がある。また、この故障診断は機関始動後、二次空気の供給が開始されるとただちに実行されるので機関始動時或いはそれ以前に大気圧を表す圧力センサの出力値を検出しなければならない。従ってこの内燃機関では機関始動直前の圧力センサの出力値を大気圧を表す出力値として記憶するようにしている。
特開2003−83048号公報
ところでこの圧力センサにはバッテリ電圧が印加されており、バッテリ電圧が低下すると同一大気圧であったとしても圧力センサの出力値も低下する。一方、機関始動直前にはスターターモータが作動せしめられたり電気負荷の高い他の補機が作動せしめられる場合があり、バッテリが劣化しているとこのようにスターターモータや電気負荷の高い他の補機が作動せしめられたときにバッテリ電圧が低下してしまう。従って上述の内燃機関におけるように単に機関始動直前の圧力センサの出力値を大気圧を表す出力値として記憶するようにした場合にはこのときバッテリ電圧が低下していたとすると記憶された圧力センサの出力値が大気圧を表していないという問題を生ずる。
上記問題点を解決するために本発明によれば、バッテリと、バッテリ電圧が印加されていて圧力に応じた出力を発生する圧力センサとを具備しており、バッテリ電圧が低下するとそれに伴って圧力センサの出力値が変化する内燃機関において、バッテリ電圧が予め定められた許容電圧よりも低いときには圧力を代表する出力値として圧力センサの出力値を用いるのを禁止するようにしている。
圧力を代表する出力値として圧力センサの誤まった出力値が用いられるのを阻止することができる。
図1を参照すると、1は機関本体、2は吸気枝管、3はサージタンク、4は吸気ダクト、5は吸気ダクト4内に配置されたスロットル弁、6はエアクリーナ、7は各気筒に連結された複数の排気枝管8を有する排気マニホルド、9は排気マニホルド7の排気集合部に連結された触媒コンバータ、10は二次空気供給制御装置を夫々示す。
二次空気供給制御装置10は電気モータにより駆動されるエアポンプ11を具備している。エアポンプ11の空気吸込口は二次空気吸込通路12を介してスロットル弁5上流の吸気ダクト4内に連結され、エアポンプ11の空気吐出口は共通の二次空気供給通路13およびこの二次空気供給通路13から分岐された二次空気供給枝通路14を介して各排気枝管8内の排気通路に連結される。二次空気供給通路13内にはエアポンプ11から排気枝管8に向けて順に開閉弁15および開閉弁15から排気枝管8内に向けて流通可能なリード弁16が配置される。
電子制御ユニット20はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス21によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)22、RAM(ランダムアクセスメモリ)23、CPU(マイクロプロセッサ)24、入力ポート25および出力ポート26を具備する。アクセルペダル29にはアクセルペダル29の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ30が接続され、負荷センサ30の出力電圧は対応するAD変換器27を介して入力ポート25に入力される。更に入力ポート25にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生する回転数センサ31が接続され、また入力ポート25にはイグニッションスイッチ32のオン・オフ信号が入力される。
図1に示されるようにバッテリ33の端子34はリレー35を介してエアポンプ11に接続され、リレー35が導通状態に切換えられるとバッテリ電圧がエアポンプ11に印加されてエアポンプ11が駆動される。一方、エアポンプ11と開閉弁15間の二次空気供給通路13内には二次空気供給通路13内の絶対圧を検出するための圧力センサ36が配置される。この圧力センサ36は例えばイグニッションスイッチ32がオンにされたときに導通状態とされるスイッチ37を介してバッテリ33の端子34に接続されており、従ってイグニッションスイッチ32がオンにされるとバッテリ電圧が圧力センサ36に印加されることになる。
この圧力センサ36の出力電圧は対応するAD変換器27を介して入力ポート25に入力される。また、イグニッションスイッチ32がオンにされたときにバッテリ電圧を検出するためにバッテリ33の端子34に接続される電圧計38が設けられており、この電圧計38の出力信号は対応するAD変換器27を介して入力ポート25に入力される。一方、出力ポート26は対応する駆動回路28を介して開閉弁15、リレー35等に接続される。
図2の実線はバッテリ電圧が正規のバッテリ電圧のときの圧力センサ36の出力電圧E(V)と圧力センサ36に加わる二次空気供給通路13内の絶対圧Pとの関係を示している。一方、図2の鎖線はバッテリ電圧が低下したときの圧力センサ36の出力電圧Eと絶対圧Pとの関係を示している。図2からわかるようにバッテリ電圧が低下すると同一絶対圧P0であったとしても圧力センサ36の出力電圧EはE0からE0′まで低下する。即ち、大気圧を表す圧力センサ36の出力電圧Eはバッテリ電圧が低下すると低下することになる。
機関が始動されると未燃HCが大気中に排出するのを阻止しかつ触媒を早期に暖機させるために二次空気供給制御装置10により二次空気が排気ガス中に供給される。この場合、エアポンプ11や開閉弁15が故障すると種々の問題が生じるのでエアポンプ11や開閉弁15が正常に作動しているか否かが圧力センサ36の出力電圧から判断される。図3はエアポンプ11が作動又は停止され、開閉弁15が開弁又は閉弁したときに圧力センサ36に加わる二次空気供給通路13内の絶対圧Pの変化を示している。なお、図3においてP0は大気圧を示している。
即ち、エアポンプ11が停止され、開閉弁15が閉弁しているときには図3においてAで示すように二次空気供給通路13内の絶対圧Pは大気圧P0となる。一方、エアポンプ11が作動され、開閉弁15が開弁しているときには排気脈動の影響を受けつつ二次空気が供給されるために図3においてBで示すように二次空気供給通路13内の絶対圧Pは大気圧P0よりも高い圧力で変動する。
一方、エアポンプ11が作動され、開閉弁15が閉弁しているときには図3においてCで示すように二次空気供給通路13内の絶対圧Pは変動圧力Bよりも高い一定圧となる。また、エアポンプ11が停止され、開閉弁15が開弁しているときには排気脈動により排気枝管8内に周期的に発生する負圧によって図3においてDで示すように二次空気供給通路13内の絶対圧Pは大気圧P0よりも低い圧力でもって変動する。
従って例えば二次空気を供給すべきときにエアポンプ11が停止していたとすると本来Bで示される圧力となるべきものがA又はDで示される圧力となる。この場合、大気圧P0よりも若干高いしきい値PXを設定しておき、二次空気を供給すべきときに二次空気供給通路13内の圧力がしきい値PXよりも高いか低いかによってエアポンプ11が正常に作動しているか否かを判断することができる。
このように絶対圧Pの大きさに基づいて故障診断する場合には基準となる圧力、即ち大気圧を表す圧力センサ36の出力電圧を正確に検出しなければならない。例えばバッテリ電圧が一時的に低下したときの圧力センサ36の出力電圧を大気圧を表す出力電圧として決定してしまうとバッテリ電圧が回復したときにはこの大気圧を表す出力電圧は正しい値からずれてしまい、斯くして正しい故障診断をしえなくなる。
そこで本発明ではバッテリ電圧が予め定められた許容電圧よりも低いときには圧力を代表する出力値として圧力センサ36の出力値を用いるのを禁止するようにしている。以下、このことについて図4から図7を参照しつつ説明する。
図4から図7にはイグニッションスイッチ32がオンにされるタイミングと、スタータースイッチがオンにされる時期と、機関回転数Nの変化と、エアポンプ11がオンにされる、即ち作動せしめられるタイミングと、バッテリ電圧Eの変化と、圧力センサ36により検出されて取込まれる大気圧P0と、大気圧の取込みが完了したことを示す取込み完了フラグのセットタイミングとが示されている。なお、図4から図7の各図には各図に示される状況において用いられる各カウンタC1,C2,C3のカウント値の変化も示されている。
本発明による実施例ではイグニッションスイッチ32がオンとされた後、圧力センサ36等に印加されるバッテリ電圧Eが立ち上がるまでの待ち時間Δt1を経過してから圧力センサ36の出力電圧の取込み作用が開始される。これは図4から図7に示されるいずれの場合でも同様である。
一方、図4から図6は例えばスターターモータが作動せしめられてもバッテリ電圧Eが予め定められた許容電圧EX以下に低下しない場合を示している。この場合には待ち時間が経過すると圧力センサ36の出力電圧の取込みがただちに開始される。更にこの場合にはスタータースイッチがオンにされて例えば機関回転数Nが400r.p.m以上になったとき、即ち機関が自力運転を開始したときから予め定められた一定時間Δt2を経過した後にエアポンプ11が作動され、二次空気の供給が開始される。
さて、図4はイグニッションスイッチ32がオンにされた後、少し時間をおいてからスタータースイッチがオンにされる一般的な場合を示している。この場合には待ち時間Δt1が経過するとカウンタC2のカウント値が一定値になるまでの間、例えば200msecの間、複数回に亘って圧力センサ36の出力電圧が取込まれ、例えば最後に取込まれた圧力センサ36の出力電圧が大気圧P0を表す出力電圧とされる。大気圧P0を表す出力電圧が決定されると取込み完了フラグがセットされる。
図5および図6はイグニッションスイッチ32がオンにされるのとほぼ同時にスタータースイッチがオンにされる場合を示している。スターターモータが駆動されると圧力センサ36の出力電圧にノイズが載り、斯くして圧力センサ36の出力電圧が大気圧を正確に表す出力電圧に一致しない場合も生ずる。図5はこのような場合において圧力センサ36の出力電圧に載るノイズが小さい場合、即ち圧力センサ36の出力電圧の変動量がカウンタC2のカウント値が一定値に達するまでの予め定められた期間、例えば200msecの間、継続して予め定められた許容変動量以下となる場合を示している。この場合には例えば最後に取込まれた圧力センサ36の出力電圧が大気圧を表す出力電圧とされる。
一方、図6はスターターモータが作動せしめられた場合に圧力センサ36の出力電圧に載るノイズが大きい場合、即ち圧力センサ36の出力電圧の変動量がカウンタC2のカウント値が一定値に達するまでの予め定められた期間、例えば200msecの間、継続して予め定められた許容変動量以下とならなかった場合を示している。この場合には待ち時間Δt1の経過後、カウンタC3のカウント値が一定値に達するまでの間、例えば1000msecの間、圧力センサ36の出力電圧が複数回に亘って取込まれ、これら圧力センサ36の出力電圧の平均値が大気圧を表す出力電圧とされる。
ただし、この場合、カウンタC3のカウント値が一定値に達する前にエアポンプ11が作動せしめられるときにはエアポンプ11が作動せしめられる前までに取込まれた圧力センサ36の出力電圧の平均値が大気圧を表す出力電圧とされる。
図7もイグニッションスイッチ32がオンにされるのとほぼ同時にスタータースイッチがオンにされる場合を示している。ただし、この図7はイグニッションスイッチ32がオンにされた直後にバッテリ電圧Eが予め定められた許容電圧EXよりも低い場合を示している。このようにバッテリ電圧Eが許容電圧EXよりも低い場合には図7からわかるように圧力センサ36の出力電圧の取込み作用は行われない。即ち、バッテリ電圧Eが許容電圧EXよりも低いときには大気圧を代表する出力値として圧力センサ36の出力値を用いるのが禁止される。
一方、図7に示されるようにバッテリ電圧Eが回復して許容電圧EXを越えると例えばカウンタC2のカウント値が一定値に達するまでの間、圧力センサ36の出力電圧が取込まれ、出力電圧の取込み作用が完了すると取込み完了フラグがセットされる。即ち、大気圧を代表する出力値として圧力センサ36の出力値を用いるのが禁止された後にバッテリ電圧Eが許容電圧EXを越えたときには大気圧を代表する出力値として圧力センサ36の出力値が用いられる。
また、図7に示されるように待ち時間Δt1の経過後においてバッテリ電圧Eが許容電圧EXよりも低いときにはカウンタC1のカウントアップ作用が開始され、カウンタC1のカウント値が一定値に達すると、例えば200msec経過するとバッテリ電圧Eが許容電圧EXよりも低くなったことを示す電圧低下フラグがセットされる。電圧低下フラグがセットされると取込み完了フラグがセットされるまでエアポンプ11の作動が停止され、取込み完了フラグがセットされた後にエアポンプ11が作動せしめられて二次空気の供給が開始される。
即ち、イグニッションスイッチ32がオンにされた直後においてバッテリ電圧Eが許容電圧EXよりも低いときには二次空気の供給が停止され、バッテリ電圧Eが許容電圧EXを越えて大気圧を表す圧力センサ36の出力値が決定された後に二次空気の供給が開始される。
図8に大気圧を検出するためのルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の、例えば4msec毎の割込みによって実行される。
図8を参照するとまず初めにステップ50において取込み完了フラグがセットされているか否かが判別される。取込み完了フラグがセットされているときには処理ルーチンを完了し、取込み完了フラグがセットされていないときには、即ち大気圧を表す圧力センサ36の出力値が決定されていないときにはステップ51に進む。
ステップ51ではイグニッションスイッチ32がオンとされた後、待ち時間Δt1が経過したか否かが判別される。待ち時間Δt1が経過していないときには処理サイクルを完了し、待ち時間Δt1が経過したときにはステップ52に進む。ステップ52ではカウンタC3のカウント値がインクリメントされる。次いでステップ53ではバッテリ電圧Eが許容電圧EXよりも高いか否かが判別される。E≧EXのとき、即ちバッテリ電圧Eが許容電圧よりも高いときにはステップ54に進んでカウンタC1がクリアされ、次いでステップ55に進む。
ステップ55では前回圧力センサ36により検出された大気圧P1と今回圧力センサ36により検出された大気圧P0との圧力差(P1−P0)の絶対値が予め定められた許容圧力差ΔPよりも低いか否かが判断される。|P1−P0|<ΔPのとき、即ち圧力センサ36の出力電圧の変動量が許容変動量以下のときにはステップ56に進んでカウンタC2のカウント値がインクリメントされる。次いでステップ57ではカウンタC2のカウント値が予め定められた一定値CX2に達したか否か、例えば200msec経過したか否かが判別され、C2≧CX2になったときにはステップ58に進んで圧力センサ36の出力電圧から大気圧P0が決定される。次いでステップ59に進んで取込み完了フラグがセットされる。この場合が図4或いは図5に示されている。
即ち、図4に示される場合には前述したように、イグニッションスイッチ32がオンにされた直後においてバッテリ電圧Eが許容電圧EXよりも高い状態で圧力センサ36の出力値が予め定められた期間、一定に保持されているときには圧力センサ36の出力値が大気圧を表す出力値とされる。
一方、前述したように本発明による実施例ではイグニッションスイッチ32がオンにされた直後において圧力センサ36の出力値がクランキング中に取込まれる場合があり、その場合には圧力センサ36の出力電圧にノイズが載るために圧力センサ36の出力電圧が変動する。この場合、本発明による実施例ではバッテリ電圧Eが許容電圧EXよりも高い状態で圧力センサ36の出力値が変動するときには出力値の変動の大きさに応じて大気圧を代表する圧力センサ36の出力値が決定される。図5は圧力センサ36の出力電圧の変動量が小さい場合を示している。
即ち、図5に示される場合には前述したように、圧力センサ36の出力値の変動量が予め定められた期間、継続して予め定められた許容変動量以下となったときには圧力センサ36の出力値が大気圧を表す出力値とされる。
再び図8に戻ると、ステップ55において|P1−P0|≧ΔPであると判別されたときには、即ち圧力センサ36の出力電圧の変動量が大きいときにはステップ60に進んでカウンタC2がクリアされる。次いでステップ61では圧力センサ36により検出された大気圧P0が積算値ΣP0に加算される。一方、|P1−P0|≧ΔPとなった後に|P1−P0|<ΔPになったときにはステップ57においてC2≧CX2とならない限り、即ち一定時間以上|P1−P0|<ΔPとならない限り、ステップ61に進む。
ステップ61において積算値ΣP0が算出されるとステップ62に進んでカウンタC3のカウント値が一定値CX3に達したか否か、又はエアポンプ11が作動せしめられたか否かが判別される。カウンタC3のカウント値が一定値CX3に達したとき、例えば待ち時間Δt1の経過後、1000msecを経過したとき、又はエアポンプ11が作動せしめられるときにはステップ63において積算値ΣP0から大気圧の平均値が求められ、この大気圧の平均値が大気圧P0とされる。この場合が図6に示されている。
即ち、図6に示される場合には前述したように圧力センサ36の出力値の変動量が予め定められた期間、継続して予め定められた許容変動量以下とならなかったときには圧力センサ36の出力値の平均値が大気圧を表す出力値とされる。この場合、二次空気の供給が開始される前に大気圧を表す圧力センサ36の出力値が決定される。
一方、ステップ53においてバッテリ電圧Eが許容電圧EXよりも低いと判断されたときにはステップ64に進んでカウンタC1のカウント値がインクリメントされ、次いでステップ65においてカウンタC1のカウント値が一定値CX1に達したか否か、例えばE<EXとなってから200msecが経過したか否かが判別される。カウンタC1のカウント値が一定値CX1を越えたときにはステップ66に進んで電圧低下フラグがセットされ、次いでステップ67においてカウンタC1、カウンタC2、積算値ΣP0がクリアされる。この場合が図7に示されている。
電圧低下フラグがセットされると図9に示される二次空気供給制御ルーチンによって二次空気の供給作用が図7に示されるように遅くらされる。なお、図9に示される二次空気供給制御ルーチンも一定時間毎の、例えば4msec毎の割込みによって実行される。
図9を参照するとまず初めにステップ70において二次空気供給条件が成立しているか否かが判別される。図4から図7に示す例では機関が自力運転を開始した後、一定時間Δt2を経過したときに二次空気供給条件が成立したと判断される。二次空気供給条件が成立していないときには処理サイクルを完了する。
一方、二次空気供給条件が成立したときにはステップ71に進んで電圧低下フラグがセットされているか否かが判別される。電圧低下フラグがセットされていないときには、即ちバッテリ電圧Eが一定期間以上、許容電圧EX以下に保持されることがなかった場合にはステップ73に進んでただちに二次空気の供給が開始される。これに対して電圧低下フラグがセットされているときにはステップ72に進んで取込み完了フラグがセットされているか否かが判別され、取込み完了フラグがセットされると二次空気の供給が開始される。即ち、電圧低下フラグが一旦セットされると大気圧を表す圧力センサ36の出力電圧が決定された後に二次空気の供給が開始される。
なお、本発明は二次空気供給制御装置の故障診断以外にも適用しうることは言うまでもない。
内燃機関の全体図である。 圧力センサの出力電圧Eと絶対圧Pとの関係を示す図である。 圧力センサに加わる圧力の変化を示す図である。 機関始動時におけるバッテリ電圧等の変化の一例を示すタイムチャートである。 機関始動時におけるバッテリ電圧等の変化の他の例を示すタイムチャートである。 機関始動時におけるバッテリ電圧等の変化の更に他の例を示すタイムチャートである。 機関始動時におけるバッテリ電圧等の変化の更に他の例を示すタイムチャートである。 大気圧を検出するためのフローチャートである。 二次空気供給制御を行うためのフローチャートである。
符号の説明
1 機関本体
4 吸気ダクト
7 排気マニホルド
10 二次空気供給制御装置
11 エアポンプ
15 開閉弁
33 バッテリ
36 圧力センサ

Claims (10)

  1. バッテリと、該バッテリ電圧が印加されていて圧力に応じた出力を発生する圧力センサとを具備しており、バッテリ電圧が低下するとそれに伴って圧力センサの出力値が変化する内燃機関において、バッテリ電圧が予め定められた許容電圧よりも低いときには圧力を代表する出力値として圧力センサの出力値を用いるのを禁止するようにした内燃機関。
  2. イグニッションスイッチがオンにされた直後においてバッテリ電圧が予め定められた許容電圧よりも低いときには大気圧を代表する出力値として圧力センサの出力値を用いるのを禁止するようにした請求項1に記載の内燃機関。
  3. 大気圧を代表する出力値として圧力センサの出力値を用いるのが禁止された後にバッテリ電圧が予め定められた許容電圧を越えたときには大気圧を代表する出力値として圧力センサの出力値を用いるようにした請求項2に記載の内燃機関。
  4. イグニッションスイッチがオンにされた直後においてバッテリ電圧が予め定められた許容電圧よりも高い状態で圧力センサの出力値が予め定められた期間、一定に保持されているときには圧力センサの出力値が大気圧を表す出力値とされる請求項1に記載の内燃機関。
  5. イグニッションスイッチがオンにされた直後においてバッテリ電圧が予め定められた許容電圧よりも高い状態で圧力センサの出力値が変動する場合には出力値の変動の大きさに応じて大気圧を代表する圧力センサの出力値が決定される請求項1に記載の内燃機関。
  6. 圧力センサの出力値の変動量が予め定められた期間、継続して予め定められた許容変動量以下となったときには圧力センサの出力値の平均値が大気圧を表す出力値とされる請求項5に記載の内燃機関。
  7. 圧力センサの出力値の変動量が予め定められた期間、継続して予め定められた許容変動量以下とならなかったときには圧力センサの出力値の平均値が大気圧を表す出力値とされる請求項5に記載の内燃機関。
  8. 圧力センサの出力値がクランキング中に取込まれる請求項5に記載の内燃機関。
  9. 機関排気通路内に連結された二次空気供給通路と、該二次空気供給通路を介して二次空気を機関排気通路内に供給するためのエアポンプとを具備しており、上記圧力センサは該二次空気供給通路内に配置されており、イグニッションスイッチがオンにされた直後においてバッテリ電圧が予め定められた許容電圧よりも低いときには二次空気の供給が停止されると共にバッテリ電圧が該許容電圧を越えて大気圧を表す圧力センサの出力値が決定された後に二次空気の供給が開始される請求項1に記載の内燃機関。
  10. イグニッションスイッチがオンにされた直後においてバッテリ電圧が予め定められた許容電圧よりも高いときには機関始動後予め定められた期間が経過したときに二次空気の供給が開始され、二次空気の供給が開始される前に大気圧を表す圧力センサの出力値が決定される請求項9に記載の内燃機関。
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