JP2009299485A - エアフローメータの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動前にエアフローメータの異常を検出できるようにする。
【解決手段】エアフローメータ１４は、熱容量の非常に小さい高速起動・高応答型のセンサ素子を備えた構成となっている。このフローメータ１４の電源投入（イグニッションスイッチ３１のオン操作）からエンジン１１の始動が開始されるまでの期間内で設定された所定時間経過後に、該エアフローメータ１４の出力が所定範囲内（吸入空気量＝０に相当する出力±検出誤差内又はそれよりも少し広い範囲内）であるか否かで、エアフローメータ１４の正常／異常を判定する。これにより、エンジン１１の始動前にエアフローメータ１４の異常診断を精度良く行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータの異常診断を行うエアフローメータの異常診断装置に関する発明である。

この種のエアフローメータの異常診断装置としては、例えば、特許文献１（特許第３０５２８１３号公報）に記載されているように、吸入空気量が内燃機関の回転変動の影響を受けない小さいスロットル開度領域で、エアフローメータで検出した実吸入空気量と目標吸入空気量との差が判定しきい値以上であるか否かで、エアフローメータの異常の有無を診断するようにしたものがある。

或は、定常運転時に、スロットル開度と内燃機関回転速度等に基づいて吸入空気量を推定し、この推定吸入空気量と、エアフローメータで検出した実吸入空気量とを比較して、両者の差が判定しきい値以上であるか否かで、エアフローメータの異常の有無を診断するようにしたものもある。
特許第３０５２８１３号公報

しかしながら、上記従来のエアフローメータの異常診断技術では、内燃機関の始動後に異常診断実行条件が成立する運転領域になるまで、エアフローメータの異常診断を行うことができない。このため、内燃機関の始動時に、既にエアフローメータの異常が発生している場合でも、異常診断実行条件が成立する運転領域になるまでは、エアフローメータの異常を検出することができず、その結果、エアフローメータが異常状態のまま内燃機関の運転を続けてしまい、ドライバビリティ悪化、エミッション悪化等を招くという欠点があった。

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、エアフローメータの異常を早期に検出することができるエアフローメータの異常診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の吸気通路を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータの異常診断を行う異常診断手段を備えたエアフローメータの異常診断装置において、前記異常診断手段によって、前記エアフローメータの電源投入後の出力変動特性（起動特性）に基づいて該エアフローメータの異常診断を行うようにしたものである。

運転者がイグニッションスイッチをオン操作すると、エアフローメータやその出力を取り込むＥＣＵ等に電源が投入される。エアフローメータの電源投入後の出力変動特性は、センサ素子固有の起動特性によって変化するが、一般に、エアフローメータの電源投入（イグニッションスイッチのオン操作）から内燃機関の始動開始（スタータのオン）までに若干の待ち時間があるため、エアフローメータの電源投入から内燃機関の始動が開始されるまでの間は、エアフローメータの周辺に吸入空気が全く流れない状態（吸入空気量＝０の状態）でエアフローメータに電源が供給されることになる。このため、エアフローメータの電源投入後、暫くの間は、吸入空気量＝０の状態でエアフローメータの出力変動特性を計測することが可能となり、エアフローメータの電源投入後の出力変動特性を、吸入空気量の影響を全く受けずに正確に評価することができる。これにより、エアフローメータの電源投入後の出力変動特性の正常／異常を判定することが可能となり、エアフローメータの電源投入後（イグニッションスイッチのオン操作後）にエアフローメータの異常を早期に検出することができる。

具体的には、請求項２のように、高速起動型のセンサ素子を有するエアフローメータ（以下「高速起動型のエアフローメータ」という）を用い、前記高速起動型のエアフローメータの電源投入から内燃機関の始動が開始されるまでの期間内で設定された所定時期に該エアフローメータの出力が所定範囲内であるか否かで該エアフローメータの正常／異常を判定するようにしても良い。高速起動型のエアフローメータは、図４に示すように、電源投入直後から安定して実際の吸入空気量に応じた出力が得られるため、正常時には、電源投入直後から内燃機関の始動が開始されるまでの間、エアフローメータの出力が吸入空気量＝０に相当する値でほぼ一定となる。従って、エアフローメータの電源投入から内燃機関の始動が開始されるまでの期間内で設定された所定時期に該エアフローメータの出力が所定範囲内（吸入空気量＝０に相当する出力±検出誤差内又はそれよりも少し広い範囲内）であるか否かで、内燃機関の始動前にエアフローメータの正常／異常の判定を精度良く行うことができる。

或は、請求項３のように、高速起動型のエアフローメータの電源投入から内燃機関の始動が開始されるまでの期間内で設定された所定期間内に該エアフローメータの出力がほぼ一定値（吸入空気量＝０に相当する出力±検出誤差内又はそれよりも少し広い範囲内）に保たれるか否かで該エアフローメータの正常／異常を判定するようにしても良い。このようにしても、内燃機関の始動前にエアフローメータの異常診断を精度良く行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
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。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）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の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４は、電源投入直後から実際の吸入空気量に応じた出力が得られると共に、吸入空気量の変化に応じて出力が応答良く変化する高速起動・高応答型のエアフローメータであり、逆流も検出可能となっている。

ここで、エアフローメータ１４の構成を図２を用いて説明する。エアフローメータ１４のボディ部１には、吸気管１２を流れる吸入空気の一部を該吸気管１２内の吸入空気の流れと同じ方向に流す主流路２と、この主流路２の中央部付近から直角に分岐したＵ字状のバイパス路３とが形成され、主流路２の出口２ｂ側には、該主流路２の流路断面積を出口２ｂに向かって徐々に小さくする傾斜面４が形成され、且つ、バイパス路３の出口３ｂが吸気管１２の下流側（吸気管１２内の吸入空気の順流方向）に向けて開口し、吸入空気の逆流を該出口３ｂからバイパス路３内に取り入れやすいバイパス構造となっており、これにより、吸入空気の逆流を検出しやすい構造となっている。バイパス路３の入口３ａは、傾斜面４によって主流路２の出口２ｂ側に向かって広げられており、当該バイパス路３の入口３ａには、吸入空気量を順流と逆流に区別して検出するセンサ素子５が設けられている。このセンサ素子５は、例えば、半導体基板の表面に、発熱素子と感温素子（共に図示せず）を熱容量の非常に小さい薄膜抵抗体で形成したものであり、これにより、熱容量の非常に小さい高速起動・高応答型のセンサ素子５が構成されている。

図１に示すように、エアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。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の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、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。

一方、エンジン１１の排気管２３には、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２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６が取り付けられている。エンジン１１のクランク軸２７には、外周部に所定クランク角ピッチで歯が形成されたシグナルロータ２９が嵌着され、このシグナルロータ２９の外周部に対向してクランク角センサ２８が取り付けられ、シグナルロータ２９の歯がクランク角センサ２８に対向する毎（クランク軸２７が所定クランク角回転する毎）にクランク角センサ２８からパルス信号が出力される。このクランク角センサ２８の出力パルスの間隔（パルス出力周波数）からエンジン回転速度が検出される。

これら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）に記憶されたエンジン制御用の各ルーチンを実行することで、エンジン運転条件に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期等を制御する。

また、ＥＣＵ３０は、後述する図３のエアフローメータ異常診断ルーチンを実行することで、エアフローメータ１４の異常診断を行う異常診断手段として機能する。

ここで、本実施例のエアフローメータ１４の異常診断方法について説明する。
運転者がイグニッションスイッチ３１をオン操作すると、エアフローメータ１４やその出力を取り込むＥＣＵ３０等に電源が投入される。エアフローメータ１４の電源投入後の出力変動特性は、センサ素子５固有の起動特性によって変化するが、一般に、エアフローメータ１４の電源投入（イグニッションスイッチ３１のオン操作）からエンジン１１の始動開始（スタータ３２のオン）までに若干の待ち時間があるため、エアフローメータ１４の電源投入からエンジン１１の始動が開始されるまでの間は、エアフローメータ１４の周辺に吸入空気が全く流れない状態（吸入空気量＝０の状態）でエアフローメータ１４に電源が投入されることになる。このため、エアフローメータ１４の電源投入後、暫くの間は、吸入空気量＝０の状態でエアフローメータ１４の出力変動特性を計測することが可能となり、エアフローメータ１４の電源投入後の出力変動特性を、吸入空気量の影響を全く受けずに正確に評価することができる。

本実施例で使用する高速起動型のエアフローメータ１４は、図４に示すように、電源投入直後から安定して実際の吸入空気量に応じた出力が得られるため、正常時には、電源投入直後からエンジン１１の始動が開始されるまでの間、出力が吸入空気量＝０に相当する値でほぼ一定となる。従って、エアフローメータ１４の電源投入からエンジン１１の始動（クランキング）が開始されるまでの期間内で設定された所定時間経過後（所定時期）に、該エアフローメータ１４の出力が所定範囲内（吸入空気量＝０に相当する出力±検出誤差内又はそれよりも少し広い範囲内）であるか否かで、エンジン１１の始動前にエアフローメータ１４の正常／異常を判定を精度良く行うことができる。

以上説明した本実施例のエアフローメータ１４の異常診断処理は、ＥＣＵ３０によって図３のエアフローメータ異常診断ルーチンに従って実行される。本ルーチンは、イグニッションスイッチ３１のオン期間中（ＥＣＵ３０の電源オン期間中）に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。

本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、イグニッションスイッチ３１のオン操作（エアフローメータ１４の電源投入）から所定時間が経過したか否かを判定する。ここで、所定時間は、イグニッションスイッチ３１のオン操作（エアフローメータ１４の電源投入）からエンジン１１の始動（クランキング）が開始されるまでの期間内で、エアフローメータ１４の出力が安定するまでに必要な時間又はそれよりも少し長い時間に設定されている。このステップ１０１で、イグニッションスイッチ３１のオン操作から所定時間が経過していないと判定されれば、以降の異常診断処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ１０１で、イグニッションスイッチ３１のオン操作から所定時間が経過したと判定されれば、ステップ１０２に進み、エアフローメータ１４の出力が所定範囲内であるか否かを判定する。ここで、所定範囲内は、吸入空気量＝０に相当する出力±検出誤差内又はそれよりも少し広い範囲に設定されている。

上記ステップ１０２で、エアフローメータ１４の出力が所定範囲内であると判定されれば、ステップ１０３に進み、エアフローメータ１４が正常であると判定する。一方、上記ステップ１０２で、エアフローメータ１４の出力が所定範囲内ではないと判定されれば、ステップ１０４に進み、エアフローメータ１４が異常であると判定する。

以上説明した本実施例によれば、エアフローメータ１４の電源投入からエンジン１１の始動が開始されるまでの期間内で設定された所定時間経過後に、該エアフローメータ１４の出力が所定範囲内（吸入空気量＝０に相当する出力±検出誤差内又はそれよりも少し広い範囲内）であるか否かを判定するようにしたので、エンジン１１の始動前にエアフローメータ１４の異常診断を精度良く行うことができる。

尚、上記図３のエアフローメータ異常診断ルーチンでは、イグニッションスイッチ３１のオン操作（エアフローメータ１４の電源投入）から所定時間が経過した時点で、エアフローメータ１４の異常診断を１回のみ行うようにしたが、図５に示す他の実施例では、イグニッションスイッチ３１のオン操作（エアフローメータ１４の電源投入）から所定時間が経過してからエンジン１１の始動が開始されるまでに、エアフローメータ１４の異常診断（仮異常の有無の判定）を所定周期で繰り返し実行して、連続して仮異常と判定された回数をカウントし、連続して仮異常と判定された回数が所定回数を越えた時点で、最終的にエアフローメータ１４の異常と判定するようにしている。

以下、図５のエアフローメータ異常診断ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンは、イグニッションスイッチ３１のオン期間中（ＥＣＵ３０の電源オン期間中）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２０１で、イグニッションスイッチ３１のオン操作（エアフローメータ１４の電源投入）から所定時間が経過した後であるか否かを判定する。ここで、所定時間は、イグニッションスイッチ３１のオン操作（エアフローメータ１４の電源投入）からエンジン１１の始動（クランキング）が開始されるまでの期間内で、エアフローメータ１４の出力が安定するまでに必要な時間又はそれよりも少し長い時間に設定されている。このステップ２０１で、イグニッションスイッチ３１のオン操作から所定時間が経過していないと判定されれば、以降の異常診断処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ２０１で、イグニッションスイッチ３１のオン操作から所定時間が経過した後と判定されれば、ステップ２０２に進み、エンジン１１の始動開始前であるか否かを判定し、既にエンジン１１の始動が開始された後であれば、以降の異常診断処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

上記ステップ２０２で、エンジン１１の始動開始前と判定されれば、ステップ２０３に進み、エアフローメータ１４の出力が所定範囲内であるか否かを判定する。ここで、所定範囲内は、吸入空気量＝０に相当する出力±検出誤差内又はそれよりも少し広い範囲に設定されている。

上記ステップ２０３で、エアフローメータ１４の出力が所定範囲内であると判定されれば、ステップ２０４に進み、エアフローメータ１４が正常であると判定し、次のステップ２０５で、連続して仮異常と判定された回数をカウントする仮異常判定回数カウンタのカウント値を初期値「０」にリセットして本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ２０３で、エアフローメータ１４の出力が所定範囲内ではないと判定されれば、ステップ２０６に進み、エアフローメータ１４が異常の可能性有り（仮異常）と判定して、次のステップ２０７で、仮異常判定回数カウンタのカウント値をカウントアップする。上記ステップ２０３〜２０７の処理により、連続して仮異常と判定された回数を、仮異常判定回数カウンタによりカウントする。

この後、ステップ２０８に進み、仮異常判定回数カウンタのカウント値（仮異常判定回数）が所定回数を越えたか否かを判定し、仮異常判定回数カウンタのカウント値が所定回数を越えていなければ、そのまま本ルーチンを終了する。その後、仮異常判定回数カウンタのカウント値が所定回数を越えた時点で、ステップ２０９に進み、最終的にエアフローメータ１４の異常と判定する。

以上説明した他の実施例によれば、イグニッションスイッチ３１のオン操作（エアフローメータ１４の電源投入）から所定時間が経過してからエンジン１１の始動が開始されるまでに、エアフローメータ１４の異常診断（仮異常の有無の判定）を所定周期で繰り返し実行して、連続して仮異常と判定された回数をカウントし、連続して仮異常と判定された回数が所定回数を越えた時点で、最終的にエアフローメータ１４の異常と判定するようにしたので、エアフローメータ１４の出力がノイズ等の影響で一時的に変動しても、その一時的な出力変動を異常と誤判定することを回避でき、エアフローメータ１４の異常診断の信頼性を向上させることができる。

その他、本発明は、エアフローメータ１４の電源投入からエンジン１１の始動が開始されるまでの期間内で設定された所定期間内に該エアフローメータ１４の出力がほぼ一定値（吸入空気量＝０に相当する出力±検出誤差内又はそれよりも少し広い範囲内）に保たれるか否かで該エアフローメータ１４の正常／異常を判定するようにしても良い。このようにしても、エンジン１１の始動前にエアフローメータ１４の異常診断を精度良く行うことができる。

尚、エアフローメータ１４の構成は、図２に示す構成に限定されず、他の構成のエアフローメータに本発明を適用して実施できることは言うまでもない。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 エアフローメータの構成を説明する拡大縦断面図である。 本発明の一実施例におけるエアフローメータ異常診断ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 電源投入後のエアフローメータの起動特性の一例を示す図である。 本発明の他の実施例におけるエアフローメータ異常診断ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。

符号の説明

２…主流路、３…バイパス路、５…センサ素子、１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、１４…エアフローメータ、１６…スロットルバルブ、１７…スロットル開度センサ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２４…排出ガスセンサ、２８…クランク角センサ、３０…ＥＣＵ（異常診断手段）、３１…イグニッションスイッチ、３２…スタータ

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気通路を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータの異常診断を行う異常診断手段を備えたエアフローメータの異常診断装置において、
   前記異常診断手段は、前記エアフローメータの電源投入後の出力変動特性に基づいて該エアフローメータの異常診断を行うことを特徴とするエアフローメータの異常診断装置。
2. 前記エアフローメータは、高速起動型のセンサ素子を有し、
   前記異常診断手段は、前記エアフローメータの電源投入から内燃機関の始動が開始されるまでの期間内で設定された所定時期に該エアフローメータの出力が所定範囲内であるか否かで該エアフローメータの正常／異常を判定することを特徴とする請求項１に記載のエアフローメータの異常診断装置。
3. 前記エアフローメータは、高速起動型のセンサ素子を有し、
   前記異常診断手段は、前記エアフローメータの電源投入から内燃機関の始動が開始されるまでの期間内で設定された所定期間内に該エアフローメータの出力がほぼ一定値に保たれるか否かで該エアフローメータのの正常／異常を判定することを特徴とする請求項１に記載のエアフローメータの異常診断装置。

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