JP2016142142A

JP2016142142A - エンジン制御装置

Info

Publication number: JP2016142142A
Application number: JP2015016293A
Authority: JP
Inventors: 伸也眞戸原; Shinya Matohara; 赤城　好彦; Yoshihiko Akagi; 好彦赤城
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-08
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: JP6334422B2

Abstract

【課題】正常に機能している湿度センサの測定値に基づいた点火時期補正制御を行うことができ、ノッキングや失火を防止することができるエンジン制御装置を提供する。
【解決手段】吸気管内の湿度を計測する湿度センサを備えたエンジンのエンジン制御装置において、ワイパー作動時に前記湿度センサが設定値以下の低湿度を検出していた場合、前記湿度センサが故障していると判定することを特徴とする、エンジン制御装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの吸気管内の湿度を計測する湿度センサの故障診断に関する。

近年、自動車等の車両の燃費や排気の規制が強化されつつあり、そのような規制は今後も益々強くなる傾向にある。特に燃費については、近年のガソリン価格の高騰、地球温暖化への影響、エネルギー資源枯渇問題などにより、極めて関心が高くなっている。

このような状況下において、車両の燃費向上を目的とした様々な技術開発が世界各国で行なわれており、その開発技術の例として、圧縮比向上、外部ＥＧＲ大量導入、ストイキ燃焼領域拡大などが挙げられる。これらの技術に共通するキーワードとして、点火時期の最適化がある。エンジンの燃焼では、最も燃費が良くなる点火時期（以下、ＭＢＴ点火時期）が存在し、そのＭＢＴ点火時期に少しでも近づけるように制御している。例えば、外部ＥＧＲを燃焼室内に導入すると、燃焼速度が低下するため、点火時期を進角側に補正制御する。近年、燃費向上のため、点火時期への高精度化の要求がより一層高くなっており、吸入空気の湿度に応じて点火時期を補正する方法が検討されている。湿度はＥＧＲガスと同様、燃焼を阻害する要因となるため、湿度が高い場合は点火時期を進角側に補正し、逆に湿度が低い場合は点火時期を遅角側に補正する。このように湿度に応じて点火時期を補正する方法として、例えば下記の特許文献１が挙げられる。

特開平９−６８１４６号公報

特許文献１によれば、回転数と負荷とからなる基本点火時期をマップデータとして記憶し、検出された湿度から点火時期の補正量を演算し、回転数、負荷、温度の少なくとも１つに応じて補正量を反映させる反映率を演算し、基本点火時期、補正量、反映率とから最終的な点火時期を決定ことが記載されている。この方法によれば、検出した湿度から点火時期の補正が可能になる。

しかしながら、特許文献１に記載されているような湿度情報に基づいた点火時期の補正制御は、湿度センサが故障し、異常値が出力されると正しい点火時期補正が行えなくなり、ノッキングや失火が発生してエンジン破損やエンストにつながるおそれがある。

上記の課題を解決するため、本発明のエンジン制御装置では、吸気管内の湿度を計測する湿度センサを備えたエンジンのエンジン制御装置において、ワイパー作動時に前記湿度センサが設定値以下の低湿度を検出していた場合、前記湿度センサが故障していると判定する。

本発明によれば、湿度センサの故障診断が可能となるため、正常に機能している湿度センサの測定値に基づいた点火時期補正制御を行うことができ、ノッキングや失火を防止することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に関連するエンジン制御装置が搭載されたエンジンの全体構成を概略的に示した全体構成図本発明に関連する部品が搭載された車両の前方部分の構成を概略的に示した図フロントワイパー作動から湿度センサの故障診断までを示したタイムチャートフロントワイパー作動から湿度センサの故障診断までの制御フローを示したフローチャート湿度がステップ的に変化した時の湿度センサの応答を示した図湿度急変時に湿度センサの故障診断までを示したタイムチャート湿度急変時に湿度センサの故障診断までの制御フローを示したフローチャート湿度センサと、車両の別システムで使用している湿度との相関から湿度センサの故障診断までの制御フローを示したフローチャート

本発明の実施の形態について、以下、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に関連するエンジン制御装置が搭載されたエンジンの全体構成を概略的に示した全体構成図である。エンジン１０は、例えば４つの気筒を備えた火花点火式の多気筒エンジンであって、シリンダヘッド１１ａ及びシリンダブロック１１ｂからなるシリンダ１１と、このシリンダ１１の各気筒内に摺動自在に嵌挿されたピストン１６と、を備え、ピストン１６は、コンロッド１４を介してクランク軸（図示せず）に連結されている。また、ピストン１６の上方には、所定形状の天井部を有する燃焼室１７が画成され、各気筒の燃焼室１７には、点火コイル３４から高電圧化された点火信号が供給される点火プラグ３５が臨設されている。

また、燃焼室１７は、エアクリーナ１９、スロットルバルブ２５、コレクター２７、吸気マニホールド２８、吸気ポート２９等を備えた吸気通路２０と連通しており、燃料の燃焼に必要な空気は、この吸気通路２０を通り、当該吸気通路２０の下流端である吸気ポート２９の端部に配在された吸気カム軸２３により開閉駆動される吸気バルブ２１を介して、各気筒の燃焼室１７に吸入されるようになっている。また、吸気通路２０の吸気マニホールド２８には、吸気ポート２９へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁３０が気筒毎に臨設されている。

また、吸気通路２０のエアクリーナ１９の下流には、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ５０が配設されている。このエアフローセンサ５０は、吸入空気量（質量流量）が大きくなるに従って、測定対象となる吸入空気流に配置されたホットワイヤ（発熱抵抗体）に流れる電流値が増加し、吸入空気量が小さくなるに従ってホットワイヤに流れる電流値が減少するようにブリッジ回路が構成されている。そして、エアフローセンサ５０のホットワイヤに流れる発熱抵抗電流値は電圧信号として抽出されて、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１００へ送信されるようになっている。

吸気通路２０を介して吸入された空気と燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、吸気バルブ２１を介して燃焼室１７へ吸入され、点火コイル３４に接続された点火プラグ３５による火花点火によって燃焼される。そして、燃焼室１７での燃焼後の排気ガスは、排気カム軸２４により開閉駆動される排気バルブ２２を介して燃焼室１７から排気され、排気ポートや排気マニホールド、排気管等（不図示）を備えた排気通路４０を通って外部の大気中へ排出されるようになっている。

排気通路４０には、アルミナやセリアなどの担体に白金やパラジウムなどを塗布した排気ガス浄化用の三元触媒６０が配設されており、この触媒６０の上流側には、触媒前空燃比に対して線形の出力特性を有するリニア空燃比センサ５１が配設され、触媒６０の下流側には、触媒後空燃比がストイキ（理論空燃比）よりもリッチ側かリーン側かを識別するためのスイッチング信号を出力するＯ２センサ５２が配設されている。

また、エンジン１０の各気筒に対して配備された燃料噴射弁３０は、燃料タンク５３と接続されており、燃料タンク５３の内部の燃料は、燃料ポンプ５４や燃圧レギュレータ５５等を備えた燃料供給機構により所定燃圧に調圧されて燃料噴射弁３０に供給されるようになっている。所定燃圧の燃料が供給された燃料噴射弁３０は、ＥＣＵ１００から供給されるエンジン負荷等の運転状態に応じたデューティ（パルス幅：開弁時間に相当する）を有する燃料噴射パルス信号によって開弁駆動され、その開弁時間に応じた量の燃料を吸気ポート２９に向けて噴射するようになっている。

なお、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の種々の制御、例えば燃料噴射弁３０による燃料噴射制御（空燃比制御）、点火プラグ３５による点火時期制御等を行なうためのマイクロコンピュータを内蔵している。

吸気通路２０には湿度センサ１５が取付けられており、吸気管内を流れる吸入空気の湿度を計測し、計測した湿度信号をＥＣＵ１００へ送信する。ここで、湿度センサ１５を搭載する位置は、エアフローセンサ５０よりも燃焼室１７側に取り付けてもよく、また、エアフローセンサ５０に湿度を計測する機能を持たせてもよい。本実施例ではエアフローセンサ５０とスロットルバルブ２５の間に湿度センサ１５を搭載した例を記載している。

図２は、本発明に関連する部品が搭載された車両の前方部分の構成を概略的に示した図である。車両前方には、フロントガラス１０１があり、フロントガラス１０１の下方にはフロントワイパー１０２が設置されている。運転席１０３側にはステアリング１０４が設置してあり、ステアリング１０４の側方には、フロントワイパー１０２、リアワイパー（図示せず）、フロントガラス洗浄液噴射をコントロールするためのワイパースイッチ１０５と、車両の前方、後方の左右に設置されたウインカーを点滅させるためのウインカースイッチ１０６が搭載されている。ワイパースイッチ１０５がＯＮになると、バッテリー（図示せず）の電気がワイパーモーター（図示せず）に流れてワイパーモーターが回転し、その回転を利用してフロントワイパー１０２を左右に動かしている。ワイパースイッチ１０５のＯＮ／ＯＦＦ状態（フロントガラス洗浄液の噴射有無状態を含む）はＥＣＵ１００に送信され、ＥＣＵ１００では常にフロントワイパー１０２の作動状態を知ることができる。

図３は、フロントワイパー作動から湿度センサ１５の故障診断までを示したタイムチャートである。３つのタイムチャートは上から順に、フロントワイパースイッチ１０５のＯＮ/ＯＦＦ状態、湿度センサ１５で計測した湿度の挙動、湿度センサ故障判定値を示している。まず、時間Ｔ＝０からＴ＝Ｔｏｎまではフロントワイパースイッチ１０５がＯＦＦであるため、フロントワイパー１０２は動作していない。そのため、湿度センサ１５の故障診断は実施していない。時間Ｔ＝Ｔｏｎでフロントワイパースイッチ１０５がＯＮになると、雨天のためのワイパー作動なのか、誤操作によるワイパー作動なのかを判定するため、フロントワイパー１０２の作動時間をＥＣＵ１００でカウントし、フロントワイパー１０２の作動時間が、雨天判定時間Ｔｒａ（天候が雨と判定するまでの時間）に達した場合、天候が雨であると判定する。

ただし、ワイパースイッチ１０５がＯＮとなっている場合であっても、リアワイパーのみが作動している場合は、運転者が気づかないままで走行している可能性も考えられる。そのため、リアワイパーが雨天判定時間Ｔｒａ以上作動していても天候が雨であるとは判定せず、湿度センサ１５の故障診断も実施しない。

また、ワイパースイッチ１０５がＯＮとなっており、且つ、フロントワイパー１０２が作動している場合であっても、フロントガラス洗浄液の噴射を伴うフロントワイパー作動は天候に関係なく行われるため、フロントワイパー１０２の作動時間はカウントせず、湿度センサ１５の故障診断も実施しない。

時間Ｔ＝Ｔｎｇでは、フロントワイパー１０２の作動時間が雨天判定時間Ｔｒａに達しているため、湿度センサ１５の故障診断を実施する。

時間Ｔ＝Ｔｎｇでは天候が雨であると判定されているため、湿度センサ１５は高い湿度を計測することが予想されるが、時間Ｔ＝Ｔｎｇのタイミングで湿度センサ１５が示す湿度が低湿度判定閾値αよりも低い場合、湿度センサ１５が正しい湿度を計測できていないため、湿度センサ１５が故障していると診断することができる。

図４は、フロントワイパー作動から湿度センサ１５の故障診断までの制御フローを示したフローチャートである。

まずＳ４０１ではワイパースイッチ１０５がＯＮであるかを判定する。ワイパースイッチ１０５がＯＮである場合は次のＳ４０２へ移り、ＯＦＦである場合は湿度センサ１５の故障診断は実施しない。

Ｓ４０２では、ワイパースイッチ１０５がＯＮのとき、作動しているワイパーがフロントワイパー１０２なのか、リアワイパー（図示せず）なのかを判定する。リアワイパーの場合、運転者によっては気が付かず、晴天時であってもリアワイパーを作動させたまま走行する場合が考えられるため、湿度センサ１５の故障診断は実施しない。フロントワイパー１０２の場合は次のＳ４０３に移る。

Ｓ４０３では、フロントワイパー１０２の作動がフロントガラス洗浄液の噴射によるものであるかを判定する。フロントガラス洗浄液の噴射に伴うフロントワイパー作動の場合、雨によるフロントワイパー１０２作動とは限らず、晴天時でも十分考えられるため、湿度センサ１５の故障診断は実施しない。フロントワイパー１０５の作動がフロントガラス洗浄液の噴射を伴わない場合、次のＳ４０４へ移る。

Ｓ４０４では、フロントワイパー１０５の作動が運転者の誤操作によるものなのか、雨天のためなのかを判定するため、フロントワイパー１０５の作動時間をＥＣＵ１００でカウントしてＳ４０５へ移る。運転者の誤操作によるワイパー作動であれば、フロントワイパー１０５の作動時間は短く、逆に、雨天のためのワイパー作動であれば、フロントワイパー１０５の作動時間は長くなる。

Ｓ４０５では、フロントワイパー１０５の作動時間が雨天判定時間Ｔｒａを越えているかを判定する。フロントワイパー１０５の作動時間が雨天判定時間Ｔｒａを越えている場合、Ｓ４０６へ移り、Ｔｒａを超えていない場合、フロントワイパー１０５の作動時間のカウントを継続するためＳ４０１へ戻る。

Ｓ４０６では、湿度センサ１５の出力値を読み込み、Ｓ４０７へ移る。
Ｓ４０７では、雨天時は湿度センサ１５の出力は高湿度となることが予想されるが、Ｓ４０６で読込んだ湿度センサ１５の出力値が低すぎた場合、正常に湿度センサが機能していないと考えられる。雨天時の湿度センサ１５の出力値の下限閾値として、低湿度判定閾値αを設定し、湿度センサ１５の出力値が低湿度判定閾値αよりも低いかを判定する。湿度センサ１５の出力値が低湿度判定閾値αよりも低い場合、Ｓ４０８へ移る。湿度センサ１５の出力値が低湿度判定閾値αよりも高い場合、湿度センサ１５は正常に機能しているため、故障していないと診断できる。

Ｓ４０８では、湿度センサ１５の故障判定処理を行う。Ｓ４０７で、湿度センサ１５の出力値が低湿度判定閾値αよりも低いため、湿度センサ１５が正しい湿度を計測できていないため、湿度センサ１５が故障していると診断することができる。

図５は、湿度がステップ的に変化した時の湿度センサ１５の応答を示した図である。実環境の湿度がステップ的に急変した場合の湿度センサ１５の出力は、図５の破線で示したような一次遅れの挙動をとり、一次遅れの時定数はセンサ固有のスペックに依存する。湿度センサ１５の出力をＥＣＵ１００でサンプリングする周期をＴａとすると、時間がＴａだけ経過したときの湿度センサ１５の出力値の変化量が最大となるのは、湿度が０[％]から１００[％]に急変するときの立ち上がりであり、そのときの変化量はＨａ[％]である。即ち、湿度センサ１５の出力値は時間Ｔａあたり、±Ｈａ[％]以内の変化量となる。

図６は、湿度急変時に湿度センサ１５の故障診断までを示したタイムチャートである。２つのタイムチャートは上から順に、時間Ｔａあたりの湿度センサ出力値の推移と、湿度センサ故障判定値を示している。時間Ｔ＝Ｔｎ−１のときの湿度センサ出力値がＨｎ−１だった場合、図５に示したように、湿度センサ１５は時間Ｔａあたり最大でも±Ｈａ[％]しか変化しないため、時間Ｔ＝Ｔｎ（＝Ｔｎ−１＋Ｔａ）のときの湿度センサ出力値Ｈｎは、Ｈｎ−１ ± Ｈａ[％]以内とならなければいけないが、時間Ｔ＝Ｔｎのときの湿度センサ出力値が図６に示すようにＨｎ（＞Ｈｎ−１＋Ｈａ）だった場合、湿度センサ１５の最大変化量Ｈａを上回る変化を示しているため、湿度センサ１５が故障していると診断することができる。

図７は、湿度急変時に湿度センサ１５の故障診断までの制御フローを示したフローチャートである。
Ｓ７０１では、湿度センサ１５のスペックから求まる時間Ｔａあたりの湿度の最大変化量（±Ｈａ[％]）を読込み、Ｓ７０２へ移る。
Ｓ７０２では、湿度センサ１５の出力値Ｈｎ（時間Ｔ＝Ｔｎ）を読込み、Ｓ７０３へ移る。
Ｓ７０３では、湿度センサ１５の前回値Ｈｎ−１（時間Ｔ＝Ｔｎ−１＝Ｔｎ-Ｔａ）を読込み、Ｓ７０４へ移る。
Ｓ７０４では、湿度センサ１５の今回値Ｈｎと前回値Ｈｎ−１との変化量の絶対値が、湿度センサ１５の変化量の最大値Ｈａを上回っているかを演算する。演算の結果、湿度センサ１５の変化量の最大値Ｈａを上回っていればＳ７０５へ移り、上回っていなければ湿度センサ１５の故障診断は実施しない。
Ｓ７０５では、Ｓ７０４で湿度センサの変化量が最大変化量Ｈａを上回っているため、湿度センサ１５が故障していると診断することができる。

図８は、湿度センサと、車両の別システムで使用している湿度と、の相関から湿度センサの故障診断までの制御フローを示したフローチャートである。
Ｓ８０１では、湿度センサからの出力値Ｈｃ[％]を読み込み、次へ移る。
Ｓ８０２では、車両に搭載されているエアコンシステムの外気湿度計測結果、もしくは車両に搭載されているＩＴシステムからもたらされる湿度情報Ｈｄ[％]を読み込み、次へ移る。
Ｓ８０３では、前記湿度ＨｃとＨｄの湿度偏差δを、δ＝Ｈｃ−Ｈｄとして演算し、次へ移る。
Ｓ８０４では、湿度偏差δの絶対値が湿度偏差異常値Ｈｅｒｒ[％]よりも大きいかを判定し、δ＞Ｈｅｒｒの場合はＳ８０５へ移り、δ≦Ｈｅｒｒの場合は湿度センサは故障していないと判断する。
Ｓ８０５では、δ＞Ｈｅｒｒのため、湿度センサが故障していると診断することができる。

以上に説明したように、本実施例のエンジン制御装置は、吸気管内（吸気通路２０）の湿度を計測する湿度センサ１５を備えたエンジン１０を制御する。そしてエンジン制御装置はワイパー作動時に湿度センサ１５が設定値以下の低湿度（低湿度判定閾値）を検出していた場合、湿度センサ１５が故障していると判定する。または、湿度センサ１５が検出する湿度が図５に示すような設定時間内に設定値以上の変化があった場合に、湿度センサ１５が故障していると判定するようにしても良い。

あるいは、湿度センサ１５の計測結果と、車両に搭載されているエアコンシステムの外気湿度計測結果、もしくは車両に搭載されているＩＴシステムからもたらされる湿度情報、との相関により湿度センサ１５の故障診断を行うようにしても良い。また、フロントガラス洗浄液の噴射に伴うワイパー作動時は、湿度センサ１５の故障診断を実施しないことが望ましい。また、ワイパー作動時間が所定時間以上継続している場合に、湿度センサ１５の故障診断を実施することが望ましい。さらに、前記湿度センサ１５の故障診断はリアワイパー作動時には実施せず、フロントワイパー作動時に実施することが望ましい。

制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０エンジン
１１シリンダ
１１ａシリンダヘッド
１１ｂシリンダブロック
１４コンロッド
１５湿度センサ
１６ピストン
１７燃焼室
１９エアクリーナ
２０吸気通路
２１吸気バルブ
２２排気バルブ
２３吸気カム軸
２４排気カム軸
２５スロットルバルブ
２７コレクター
２８吸気マニホールド
２９吸気ポート
３０燃料噴射弁
３４点火コイル
３５点火プラグ
４０排気通路
５０エアフローセンサ
５１リニア空燃比センサ
５２Ｏ₂センサ
５３燃料タンク
５４燃料ポンプ
５５燃圧レギュレータ
６０三元触媒
１００ＥＣＵ
１０１フロントガラス
１０２フロントワイパー
１０３運転席
１０４ステアリング
１０５ワイパースイッチ
１０６ウインカースイッチ

Claims

吸気管内の湿度を計測する湿度センサを備えたエンジンのエンジン制御装置において、ワイパー作動時に前記湿度センサが設定値以下の低湿度を検出していた場合、前記湿度センサが故障していると判定することを特徴とする、エンジン制御装置。
吸気管内の湿度を計測する湿度センサを備えたエンジンのエンジン制御装置において、
前記湿度センサが検出する湿度が設定時間内に設定値以上の変化があった場合に、湿度センサが故障していると判定することを特徴とする、エンジン制御装置。
吸気管内の湿度を計測する湿度センサを備えたエンジンのエンジン制御装置において、前記湿度センサの計測結果と、車両に搭載されているエアコンシステムの外気湿度計測結果、もしくは車両に搭載されているＩＴシステムからもたらされる湿度情報、との相関により前記湿度センサの故障診断を行うことを特徴とする、エンジン制御装置。
フロントガラス洗浄液の噴射に伴うワイパー作動時は、前記湿度センサの故障診断を実施しないことを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載のエンジン制御装置。
ワイパー作動時間が所定時間以上継続している場合に、前記湿度センサの故障診断を実施することを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載のエンジン制御装置。
前記湿度センサの故障診断はリアワイパー作動時には実施せず、フロントワイパー作動時に実施することを特徴とする、請求項１に記載のエンジン制御装置。