JP2009103114A - 内燃機関の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】「吸気系の漏れ」と、筒内吸入空気量の取得に使用されるセンサの異常とを区別して判定することができる、内燃機関の異常検出装置を提供すること。
【解決手段】この装置では、エアフローセンサの計測結果に基づく第１筒内吸入空気量Ma1、及び吸気マニホールド内の状態量等を検出するセンサの検出結果に基づく第２筒内吸入空気量Ma2の差（空気量差）が大きい場合に内燃機関の異常が検出される。内燃機関の異常が検出された場合において、「吸気圧Pmと外気圧Paとの差が大きいほど空気量差が大きくなる傾向」があると判定された場合、「吸気系の漏れ有」と判定される。一方、上記傾向が無いと判定された場合、Ma1,Ma2の取得に係わる各種センサについて「センサの異常有」と判定される。この判定は、エアフローセンサよりも下流の吸気通路において「吸気系の漏れ」が発生している場合には上記傾向が現れることに基づく。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の異常検出装置に関する。以下、「内燃機関」を単に「機関」と称呼することもある。

従来より、内燃機関の異常を検出する装置としては種々のものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この文献に記載の装置では、吸気通路の吸入孔を介して外部から吸気通路に吸入された空気の流量を計測するエアフローセンサの計測結果に基づいて吸気行程において内燃機関の燃焼室内に吸入される空気の量（筒内吸入空気量）が第１筒内吸入空気量として取得される。
特開平９−２０３３５０号公報

また、内燃機関の運転状態を表すパラメータの値（具体的には、吸気温度、吸気圧、及びエンジン回転速度）を検出するエアフローセンサ以外のセンサの検出結果に基づいて筒内吸入空気量が第２筒内吸入空気量として取得される。そして、所定条件下（具体的には、ＥＧＲの停止時）、第１、第２筒内吸入空気量の差に基づいてエアフローセンサの検出結果が補正される。換言すれば、第１、第２筒内吸入空気量の差に基づいてセンサの異常（誤差）が検出され得る。

ところで、吸気系の吸気通路を構成する部材同士の接合不良、吸気通路構成部材の腐食等に起因して、隙間、孔等が吸気通路の途中に形成される場合がある。この場合、正規の吸入孔を介した正規の吸気経路以外から係る隙間等を介して外部から吸気通路内に空気が侵入する場合（或いは、係る隙間等を介して吸気通路内から外部へ空気が流出する場合）がある。本明細書では、この現象を「吸気系の漏れ」と称呼する。

エアフローセンサよりも下流の吸気通路において「吸気系の漏れ」により空気が侵入してくると、吸気孔を介して吸入される空気の流量に対して燃焼室に実際に吸入される空気の流量が「吸気系の漏れ」分だけ大きくなる。即ち、上記第２筒内吸入空気量が上記第１筒内吸入空気量よりも大きめに計算される。

従って、上記文献に記載の装置が適用された場合において「吸気系の漏れ」が発生すると、第１、第２筒内吸入空気量の計算に係わるセンサが全て正常であっても、第１、第２筒内吸入空気量の差に基づいてセンサの異常有と誤判定される事態が発生し得る。以上より、「吸気系の漏れ」と、センサの異常とを区別して判定することが望まれているところである。

本発明の目的は、「吸気系の漏れ」と、筒内吸入空気量の取得に使用されるセンサの異常とを区別して判定することができる、内燃機関の異常検出装置を提供することにある。

本発明に係る内燃機関の異常検出装置は、上記文献に記載の装置と同様、内燃機関の吸気通路に介装されて前記吸気通路の吸入孔を介して外部から前記吸気通路に吸入される空気の流量を計測するエアフローセンサの計測結果に基づいて（吸気行程にて）前記内燃機関の燃焼室内に吸入される空気の量を第１筒内吸入空気量として取得する第１空気量取得手段と、前記内燃機関の運転状態を表すパラメータの値を検出する前記エアフローセンサ以外の（１つ又は複数の）センサの検出結果に基づいて（吸気行程にて）前記内燃機関の燃焼室内に吸入される空気の量を第２筒内吸入空気量として取得する第２空気量取得手段と、前記第１、第２筒内吸入空気量の相違の程度（差、比等）に基づいて内燃機関の異常を検出する異常検出手段とを備えている。

前記「エアフローセンサ以外のセンサ」としては、例えば、（スロットル弁の下流の）吸気通路内の圧力を検出する吸気圧センサ、（スロットル弁の下流の）吸気通路内の温度を検出する吸気温センサ、機関の運転速度を検出するエンジン回転速度センサ、排ガスの空燃比センサ等が挙げられる。これらのセンサの検出結果に基づいて、周知の手法の１つを利用して第２筒内吸入空気量が算出され得る。また、前記異常検出手段は、例えば、前記第１、第２筒内吸入空気量の相違の程度（差、比等）が所定の程度を超えた場合に内燃機関の異常を検出する。

本発明に係る異常検出装置の特徴は、前記異常検出手段が、前記内燃機関の異常検出時において、前記吸気通路内の圧力と外気の圧力との圧力差が所定値を超えているときには吸気系の漏れ（の可能性）有と判定し、前記圧力差が前記所定値以下のときにはセンサの異常有と判定する判定手段を備えたことにある。ここにおいて、前記「吸気通路内の圧力」とは、エアフローセンサよりも下流の吸気通路内の圧力であり、（エアフローセンサよりも下流の吸気通路に）スロットル弁が備えられている場合には、スロットル弁よりも下流の吸気通路内の圧力である。前記「外気圧」とは、吸気通路の外側の空間の圧力である。前記「センサの異常」とは、エアフローセンサの異常、及び／又は、前記「エアフローセンサ以外のセンサ」の異常を指す。

一般に、エアフローセンサよりも下流の吸気通路において「吸気系の漏れ」が発生している場合、吸気通路内の圧力と外気の圧力との圧力差（以下、単に「圧力差」とも称呼する。）が大きいほど、「吸気系の漏れ」の程度（空気の侵入・流出流量）が大きくなって第１、第２筒内吸入空気量の差が大きくなる。以下、この傾向を「特定傾向」とも称呼する。

従って、第１、第２筒内吸入空気量の差が大きいことによる内燃機関の異常検出時において、圧力差が大きい場合、第１、第２筒内吸入空気量の差が大きい原因が「吸気系の漏れ」である（即ち、「吸気系の漏れ」が発生している）可能性が高いといえる。一方、第１、第２筒内吸入空気量の差が大きいことによる内燃機関の異常検出時において、圧力差が小さい場合、第１、第２筒内吸入空気量の差が大きい原因が「吸気系の漏れ」である（即ち、「吸気系の漏れ」が発生している）可能性は低く、この場合、センサに異常（誤差）が発生している可能性が高い。

上記構成は、係る知見に基づく。これによれば、内燃機関の異常検出時における圧力差を監視するだけで、「吸気系の漏れ」（の可能性）と、センサの異常とを区別して判定することができる。

また、前記異常検出手段は、前記内燃機関の異常検出時において、前記「特定傾向」があるときには吸気系の漏れ有と判定し、「特定傾向」がないときにはセンサの異常有と判定する判定手段を備えてもよい。

上述のように、エアフローセンサよりも下流の吸気通路において「吸気系の漏れ」が発生している場合、「特定傾向」が現れる。一方、「吸気系の漏れ」が発生していない場合、「特定傾向」が現れない。上記構成は係る知見に基づく。これによれば、「吸気系の漏れ有」を正確に判定できる。従って、「吸気系の漏れ」と、センサの異常とを正確に区別して判定することができる。

以下、本発明による内燃機関の異常検出装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の異常検出装置を多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０では、エンジン本体１１には吸気マニホールド１２が装着されている。吸気マニホールド１２の上流側端には吸気管１３が気密的に接続されている。この吸気マニホールド１２と吸気管１３とで吸気通路が構成されている。

吸気管１３の上流側端（吸入孔１３ａ）にはエアクリーナ１４が装着されている。吸気管１３の途中には、過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサ１５ａが介装されている。コンプレッサ１５ａの下流の吸気管１３には、スロットル弁１６が介装されている。

エンジン本体１１には排気マニホールド１７が装着されている。排気マニホールド１７の下流側端には排気管１８が気密的に接続されている。この排気マニホールド１７と排気管１８とで排気通路が構成されている。排気管１８の途中には、過給機１５のタービン１５ｂが介装されている。

一方、このシステムは、エアフローセンサ（熱線式エアフローメータ）２１、吸気温センサ２２、吸気圧センサ２３、エンジン回転速度センサ２４、及び空燃比センサ２５を備えている。

エアフローセンサ２１は、吸入孔１３ａを介して外部から吸気管１３内に吸入される吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量（吸入空気流量）Gaを表す信号を出力するようになっている。吸気温センサ２２は、吸気マニホールド１２内（従って、スロットル弁１６よりも下流の吸気通路内）のガス（空気）の温度を検出し、吸気温Tmを表す信号を出力するようになっている。

吸気圧センサ２３は、吸気マニホールド１２内（従って、スロットル弁１６よりも下流の吸気通路内）のガス（空気）の圧力を検出し、吸気圧Pmを表す信号を出力するようになっている。エンジン回転速度センサ２４は、内燃機関１０の図示しないクランクシャフトの回転速度を検出し、エンジン回転速度NEを表す信号を出力するようになっている。空燃比センサ２５は、排気管１８を通過する排ガスの空燃比を検出し、空燃比A/Fを表す信号を出力するようになっている。

ＥＣＵ３１は、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）等を記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース等からなるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ３１は、前記センサ２１〜２５と接続され、センサ２１〜２５からの信号を供給されるとともに、図示しない各種電気駆動部品（イグナイタ、インジェクタ、スロットル弁アクチュエータ等）に駆動信号を送出するようになっている。

（エンジンの異常検出・判定）
以下、上記のように構成された実施形態に係る異常検出装置（以下、「本装置」と云う。）によるエンジンの異常検出・判定に係わる実際の作動について、図２にフローチャートにより示したルーチンを参照しながら説明する。

ＥＣＵ３１（具体的には、ＣＰＵ）は、図２に示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行する。先ず、ステップ２０５にて、エアフローセンサ２１の計測結果に基づいて、より具体的には、エアフローセンサ２１から得られる吸入空気流量Ga、及びエンジン回転速度センサ２４から得られるエンジン回転速度NEに基づいて、周知の手法の１つに従って、吸気行程において燃焼室内に吸入される空気の量が、第１筒内吸入空気量Ma1として算出（推定）される。

ステップ２１０では、吸気マニホールド１２内のガス（空気）の状態量に基づいて、より具体的には、吸気温センサ２２から得られる吸気温、吸気圧センサ２３から得られる吸気圧Pm、及びエンジン回転速度センサ２４から得られるエンジン回転速度NEに基づいて、周知の手法の１つに従って、吸気行程において燃焼室内に吸入される空気の量が、第２筒内吸入空気量Ma2として算出（推定）される。第２筒内吸入空気量Ma2の算出に空燃比センサ２５から得られる空燃比A/Fが使用されてもよい。

ステップ２１５では、空気量Ma1と空気量Ma2の差（以下、「空気量差」と称呼する。）が有るか否かが判定される。具体的には、「空気量差」が所定の基準値A以下の場合に「空気量差が無」と判定され、「空気量差」が基準値Aを超えている場合に「空気量差が有」と判定される。ステップ２１５にて「空気量差が無」と判定された場合、ステップ２２０にて、「吸気系の漏れ無」且つ「センサの異常無」と判定される。

一方、ステップ２１５にて「空気量差が有」と判定された場合（前記「内燃機関の異常の検出」に対応）、ステップ２２５にて、吸気圧Pmと外気圧Paとの差（以下、「圧力差」と称呼する。）が大きいほど「空気量差」が大きくなる傾向（即ち、上記「特定傾向」）があるか否かが判定される。具体的には、本例では、本ルーチンが実行される毎に「圧力差」と「空気量差」とが計算・記憶されるようになっていて、過去の或る時点から現時点までにおける「圧力差」と「空気量差」との関係（組み合わせ）に基づいて「特定傾向」の有無が判定される。なお、本例では、外気圧Paは一定とされる。

ステップ２２５にて「特定傾向が有」と判定された場合、ステップ２３０にて、「吸気系の漏れ有」と判定される。ここでの「吸気系の漏れ」は、吸気通路における、エアフローセンサ２１から吸気温センサ２２（或いは、吸気圧センサ２３）までの部分で発生する漏れを意味している。

一方、ステップ２２５にて「特定傾向が無」と判定された場合、ステップ２３５にて、「センサの異常有」と判定される。ここでの「センサの異常」は、第１、第２筒内吸入空気量Ma1,Ma2の計算に係わるセンサの異常を意味していて、本例では、エアフローセンサ２１、吸気温センサ２２、吸気圧センサ２３、及びエンジン回転速度センサ２４のうちの１つ又は複数のセンサの異常を意味している。

「吸気系の漏れ有」と判定された場合、この内燃機関１０が搭載された車両のユーザーは、「吸気系の漏れ」の確認を行い、その漏れの原因を取り除くための対処（部品交換等）を行うことができる。この場合、各種センサの異常（誤差）の確認を行う必要がない。一方、「センサの異常有」と判定された場合、各種センサの異常（誤差）の確認を行い、異常のあるセンサの交換等の対処を行うことができる。

以上、説明したように、上記実施形態に係る制御装置によれば、エアフローセンサ２１の計測結果に基づく第１筒内吸入空気量Ma1と、吸気マニホールド１２内の状態量等を検出するセンサの検出結果に基づく第２筒内吸入空気量Ma2と、の差が大きい場合に内燃機関の異常が検出される。内燃機関の異常が検出された場合において、「特定傾向が有」と判定された場合、「吸気系の漏れ有」と判定される。一方、「特定傾向が無」と判定された場合、「センサの異常有」と判定される。

係る判定は、上述のように、「エアフローセンサ２１よりも下流の吸気通路において「吸気系の漏れ」が発生している場合には「特定傾向」が現れ、「吸気系の漏れ」が発生していない場合には「特定傾向」が現れない」という事実に基づく。上記実施形態によれば、「吸気系の漏れ有」が正確に判定され得、この結果、「吸気系の漏れ有」と「センサの異常有」とを正確に区別して判定することができる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、図２のステップ２２５において、「特定傾向」（即ち、「圧力差」が大きいほど「空気量差」が大きくなる傾向）があることに加えて、吸気圧Pmが外気圧Paよりも小さい（大きい）場合に第２筒内吸入空気量Ma2が第１筒内吸入空気量Ma1よりも大きい（小さい）傾向がある場合に、「吸気系の漏れ有」と判定され（ステップ２３０）、そうでない場合に「センサの異常有」と判定（ステップ２３５）されるように構成されてもよい。

これは、「吸気系の漏れ」が発生している場合において、吸気圧Pmが外気圧Paよりも小さい場合には「吸気系の漏れ」により空気が外部から吸気通路内に侵入してくる一方、過給機１５の作用により吸気圧Pmが外気圧Paよりも大きい場合には「吸気系の漏れ」により空気が吸気通路内から外部から流出していくことに基づく。

また、図２のルーチンに対応する図３にフローチャートにより示したルーチンに示すように、ステップ２２５の代わりのステップ３０５にて、「特定傾向」の有無の判定に代えて、単に「圧力差が大きい」か否かの判定がなされてもよい。「圧力差が大きい」か否かは、例えば、現時点での「圧力差」が所定の基準値Bを超えているか否かで判定される。

これは、「特定傾向」を考慮すると、ステップ２１５にて「Ｙｅｓ」の場合（即ち、第１、第２筒内吸入空気量Ma1,Ma2の差が大きいことによる内燃機関の異常検出時）において圧力差が大きい場合には、第１、第２筒内吸入空気量Ma1,Ma2の差が大きい原因が「吸気系の漏れ」である（即ち、「吸気系の漏れ」が発生している）可能性が高いといえることに基づく。

この観点からは、ステップ２３０にて、「吸気系の漏れ有」に代えて「吸気系の漏れの可能性有」と判定してもよい。「吸気系の漏れの可能性有」と判定された場合、この内燃機関が搭載された車両のユーザーは、先ず、「吸気系の漏れ」の有無を確認できる。そして、「吸気系の漏れ」が確認された場合には、その漏れの原因を取り除くための対処（部品交換等）を行うことができる。この場合、各種センサの異常（誤差）の確認を行う必要がない。一方、「吸気系の漏れ」が確認されなかった場合には、各種センサの異常（誤差）の確認を行って、異常のあるセンサの交換等の対処を行うことができる。

加えて、上記実施形態では、外気圧Paは一定とされているが、外気圧Paを、吸気通路の外側の空間の圧力を検出する圧力センサ（外気圧センサ）の検出結果に基づいて取得してもよい。

本発明の実施形態に係る内燃機関の異常検出装置を内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。 図１に示したＥＣＵが実行する、エンジンの異常検出・判定を行うルーチンを示したフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例に係る内燃機関の異常検出装置のＥＣＵが実行する、エンジンの異常検出・判定を行うルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関、１２…吸気マニホールド、１３…吸気管、２１…エアフローセンサ、２２…吸気温センサ、２３…吸気圧センサ、２４…エンジン回転速度センサ、３１…ＥＣＵ

Claims (2)

1. 内燃機関の吸気通路に介装されて前記吸気通路の吸入孔を介して外部から前記吸気通路に吸入される空気の流量を計測するエアフローセンサの計測結果に基づいて前記内燃機関の燃焼室内に吸入される空気の量を第１筒内吸入空気量として取得する第１空気量取得手段と、
   前記内燃機関の運転状態を表すパラメータの値を検出する前記エアフローセンサ以外のセンサの検出結果に基づいて前記内燃機関の燃焼室内に吸入される空気の量を第２筒内吸入空気量として取得する第２空気量取得手段と、
   前記第１、第２筒内吸入空気量の相違の程度に基づいて内燃機関の異常を検出する異常検出手段と、
   を備えた内燃機関の異常検出装置において、
   前記異常検出手段は、
   前記内燃機関の異常検出時において、前記吸気通路内の圧力と外気の圧力との圧力差が所定値を超えているときには吸気系の漏れ有と判定し、前記圧力差が前記所定値以下のときにはセンサの異常有と判定する判定手段を備えた内燃機関の異常検出装置。
2. 内燃機関の吸気通路に介装されて前記吸気通路の吸入孔を介して外部から前記吸気通路に吸入される空気の流量を計測するエアフローセンサの計測結果に基づいて前記内燃機関の燃焼室内に吸入される空気の量を第１筒内吸入空気量として取得する第１空気量取得手段と、
   前記内燃機関の運転状態を表すパラメータの値を検出する前記エアフローセンサ以外のセンサの検出結果に基づいて前記内燃機関の燃焼室内に吸入される空気の量を第２筒内吸入空気量として取得する第２空気量取得手段と、
   前記第１、第２筒内吸入空気量の相違の程度に基づいて内燃機関の異常を検出する異常検出手段と、
   を備えた内燃機関の異常検出装置において、
   前記異常検出手段は、
   前記内燃機関の異常検出時において、前記吸気通路内の圧力と外気の圧力との圧力差が大きいほど前記第１、第２筒内吸入空気量の相違の程度が大きくなる傾向があるときには吸気系の漏れ有と判定し、前記圧力差が大きいほど前記第１、第２筒内吸入空気量の相違の程度が大きくなる傾向がないときにはセンサの異常有と判定する判定手段を備えた内燃機関の異常検出装置。

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