JP3880319B2

JP3880319B2 - エンジンの吸気系異常検出装置

Info

Publication number: JP3880319B2
Application number: JP2001025636A
Authority: JP
Inventors: 努梅原; 裕生衣畑
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP2002227695A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの吸気系の異常を検出する検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンにおいて、インテークマニホールドにはスワール制御弁が設けられ、エンジンの低負荷、低回転領域でスワール制御弁を全閉することによって燃焼室内の吸気流速を高め燃焼室内にスワールを形成させて燃焼の改善を行なっている。
このスワール制御弁が全閉状態のまま固着してしまうと、高負荷高回転領域ではスワール制御弁を全開状態にして大量の吸入空気を燃焼室に供給する必要があるにもかかわらず、スワール制御弁が開かないために、吸気抵抗が増大して吸入空気量が不足する。このように、吸入空気量が不足して燃料がリッチな状態で燃焼すると、エンジンの排気ガス温度が上昇するためピストン、エキゾーストマニホールド、ターボチャージャー、触媒等の熱負荷が増えて、これらの部品の信頼性を損なうことになる。したがって、エンジンの吸気系において、スワール制御弁の閉故障等、吸入空気量が不足するような異常を検出することが必要である。
【０００３】
例えば、エンジンのスワール制御弁の故障を検出する装置として、特開平１１−２１８０２８号公報に開示されているように、エンジンの高負荷高回転領域において、吸入空気量が基準値より少ない状態にある場合にスワール制御弁の閉故障と判定するものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−２１８０２８号公報に開示された技術では、基準値をスロットル弁開度とエンジン回転数から算出しているため、高地補正のためのテーブル補間函数が必要となり、故障検出のためのデータ容量が大きくなる。また、スワール制御弁の故障のみを検出するものであり、広く吸気系の異常を検出できるものではない。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、エンジンの吸気系の異常を精度良く、かつ、高地補正が不要で、異常検出のためのデータ容量を少なく抑えることができるエンジンの吸気系異常検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に記載のエンジンの吸気系異常検出装置は、エンジンの吸気系の吸入空気圧力を検出する圧力センサと、吸気系の吸入空気量を検出するエアフローメータと、吸気系の前記圧力センサの下流側に設けられ、燃焼室内にスワールを形成するスワール制御弁と、圧力センサにより検出された吸入空気圧力に基づいて吸入空気量を算出した算出吸入空気量とエアフローメータにより検出された吸入空気量である実吸入空気量とを比較して、吸気系の異常を判定する異常判定回路とを備える、エンジンの吸気系異常検出装置において、異常判定回路が、スワール制御弁をオフの状態で、かつ算出吸入空気量から実吸入空気量を減算した値が所定値より大きい場合に、スワール制御弁の異常と判定することを特徴とするものである。
この発明の請求項２に記載のエンジンの吸気系異常検出装置は、請求項１に記載のエンジンの吸気系異常検出装置において、エンジンの吸気系の吸入空気温度を検出する温度センサを備え、異常判定回路は、温度センサにより検出された吸入空気温度に基づいて、算出吸入空気量を補正するものである。
この発明の請求項３に記載のエンジンの吸気系異常検出装置は、請求項１または２に記載のエンジンの吸気系異常検出装置において、異常判定回路は、スワール制御弁をオフの状態で、かつ算出吸入空気量から実吸入空気量を減算した値が所定値より大きい場合が所定時間継続したときに、スワール制御弁の異常と判定するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
参考形態１．
図１に、この発明の参考形態１に係るエンジンの吸気系異常検出装置をディーゼルエンジン搭載車両に適用した場合の構成を示す。
図に示されるように、ディーゼルエンジン本体１のシリンダヘッド２には、吸気通路３の一部を構成するインテークマニホールド４及び排気通路５の一部を構成するエギゾーストマニホールド６が接続されている。吸気通路３は、大気から空気を導入するエアクリーナ７に一端で接続され、途中には、ターボチャージャー８のコンプレッサ８ａ、インタークーラ９及び吸気絞り弁１０が設けられている。ここで、吸気通路３、エアクリーナ７、コンプレッサ８ａ、インタークーラ９及び吸気絞り弁１０は、シリンダヘッド２内の燃焼室に空気を供給するエンジンの吸気系を構成している。一方、排気通路５の途中にはターボチャージャー８の排気タービン８ｂが設けられている。
また、排気通路５は、ＥＧＲ導入通路１１により吸気絞り弁１０の下流で吸気通路３と連通し、ＥＧＲ導入通路１１の途中にはＥＧＲバルブ１２が設けられ、ＥＧＲバルブ１２の作動により排気通路５内の排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気通路３に導入されるように構成されている。
【０００８】
インテークマニホールド４には、タンジェンシャルポート４ａとヘリカルポート４ｂが設けられ、これらのポートがシリンダヘッド２に接続されている。タンジェンシャルポート４ａにはスワール制御弁１３が設けられている。ここで、スワール制御弁１３が開いていると、タンジェンシャルポート４ａ及びヘリカルポート４ｂの双方から空気が燃焼室に供給されるが、スワール制御弁１３が全閉すると、タンジェンシャルポート４ａは閉じられヘリカルポート４ｂからのみ空気が燃焼室に供給されるように構成されている。
【０００９】
インテークマニホールド４のスワール制御弁１３の上流側で且つターボチャージャー８のコンプレッサ８ａよりも下流側には、インテークマニホールド４内の吸入空気の圧力を検出する圧力センサ１４及び吸入空気の温度を検出する温度センサ１５が設けられ、それぞれＥＣＵ１６に接続されている。
また、エアクリーナー７の下流の吸気通路３には、エンジンの吸気系の吸入空気量を検出するエアフローメータ１７が設けられ、ＥＣＵ１６に接続されている。
エアフローメータ１７は、吸気通路３を通って燃焼室に供給される吸入空気量を検出するものであり、例えば、カルマン渦式や可動ベーン式のものを用いている。エアフローメータ１７は、流量センサと温度センサから構成され、ＥＣＵ１６は流量信号と温度信号に基づいて実吸入空気圧ＧＦを算出する。
ＥＣＵ１６は、圧力センサ１４、温度センサ１５及びエアフローメータ１７に接続され、これらの信号を基に吸気系の異常を判定する異常判定回路を構成している。
【００１０】
エンジンの吸気系において、エアクリーナ７から大気中の空気が吸入空気として吸気通路３に導入され、ターボチャージャー８により過給されて圧縮される。ターボチャージャー８の過給により高温になった吸入空気はインタークーラ９によって冷却された後、吸気絞り弁１０を通って、インテークマニホールド４のタンジェンシャルポート４ａ及びヘリカルポート４ｂを介して燃焼室に導入される。
吸気通路３に吸入される吸入空気量ｇと、吸入空気圧力ｐ及び吸入空気温度ｔとの間には、ｇとｐ／ｔには正の相関関係があり、吸入空気圧力ｐが高いほど吸入空気量ｇは大きく、吸入空気温度ｔが低いほど吸入空気量ｇは大きい。
また、吸入空気圧力ｐが同じであっても、吸気抵抗が少ないほど吸入空気量ｇは大きい。例えば、吸気通路３の途中にあるスワール制御弁１３が全閉すると、タンジェンシャルポート４ａは閉じ、ヘリカルポート４ｂのみから空気が燃焼室に供給されるので、インテークマニホールド４における吸気抵抗が増え、吸入空気量ｇは少ない。一方、スワール制御弁１３が開くと、タンジェンシャルポート４ａ及びヘリカルポート４ｂの双方から空気が燃焼室に供給され、インテークマニホールド４における吸気抵抗は減少し、吸入空気量ｇは大きい。
【００１１】
図２に示されるように、エアフローメータ１７により検出した吸気通路３の実際の吸入空気量である実吸入空気量ＧＦと、圧力センサ１４により検出した吸気通路３の一部であるインテークマニホールド４内の吸入空気圧力Ｐｉｍとの間には、正の相関関係があり、吸入空気圧力Ｐｉｍが増大すると実吸入空気量ＧＦも増大する。また、スワール制御弁１３が全閉している場合と全開している場合とでは、吸気通路３の吸気抵抗が相違するため、一点鎖線Ａに示されるように、吸入空気圧力Ｐｉｍが同じでも、実吸入空気量ＧＦに差が生じる。また、一点鎖線Ｂに示されるように、実吸入空気量ＧＦが同じでも、吸入空気圧力Ｐｉｍに差が生じる。
したがって、この参考形態に係る吸気系の異常検出装置は、吸気通路３に何らかの異常があって吸気抵抗が増大した場合、エアフローメータ１７により検出した吸気通路３の実吸入空気量ＧＦが同じであっても、圧力センサ１４により検出した吸入空気圧力Ｐｉｍが大きくなることに着目し、エンジンの吸気系の異常を検出しようとするものである。
【００１２】
以下、図３に示されるフローチャートに基づいて、この参考形態に係るエンジンの吸気系異常検出装置の動作を説明する。
このフローチャートで示される吸気系異常検出のルーチンはＥＣＵ１６により一定周期ごとに実行される。
ステップＳ１では、ＥＣＵ１６は吸気系の異常検出の判定を行う前提条件が成立しているかどうかを判定する。前提条件とは、異常検出の判定に用いられる圧力センサ１４、温度センサ１５及びエアフローメータ１７が故障していないか等の条件であり、ＥＣＵ１６が適切な異常検出の判定を行うための必要な条件が整っているかどうかを判定することになる。
前提条件が成立している場合は、ステップＳ２において、圧力センサ１４により検出された吸入空気圧力Ｐｉｍを基にして、吸入空気量を算出し、この値を算出吸入空気量ＧＰとし、ステップＳ３に進む。一方、前提条件が成立していない場合はステップＳ１０に進む。
ステップＳ３において、温度センサ１５により検出された吸入空気温度Ｔｉｍを基にして、算出吸入空気量ＧＰを補正し、ＧＰの値を補正後のＧＰの値に置き換える。したがって、算出吸入空気量ＧＰは、吸入空気圧力Ｐｉｍ及び吸入空気温度Ｔｉｍに対する関数として算出されることになる。
次に、ステップＳ４において、エアフローメータ１７により実吸入空気量ＧＦを検出する。
【００１３】
さらに、ステップＳ５において、算出吸入空気量ＧＰから実吸入空気量ＧＦを減算した値ＧＰ−ＧＦが所定値αより大きいかどうかを判定する仮異常判定を行う。ＧＰ−ＧＦがαより大きい場合、ステップＳ６において、吸気系に異常がある可能性があるとして、仮異常判定フラグＦ１をオンする。さらに、当初は０に設定され且つ仮異常判定フラグＦ１が継続してオンしている時間をカウントする継続時間カウンタＣ１をインクリメントしてステップＳ８に進む。一方、ＧＰ−ＧＦがαより大きくない場合、ステップ７に進み、仮異常判定フラグＦ１をオフすると共に、継続時間カウンタＣ１を０にクリアしてステップＳ８に進む。
【００１４】
次に、ステップＳ８において、継続時間カウンタＣ１が所定の継続時間の値になったかどうかを判定する。継続時間カウンタＣ１が所定の継続時間の値になった場合、ステップＳ９において、異常がある可能性がさらに高くなったものとみなして、仮異常継続判定フラグＦ２を新たにオンする。また、当初は０に設定されている回数カウンタＣ２をインクリメントする。回数カウンタＣ２は、継続時間カウンタＣ１が所定の継続時間の値になった場合の回数をカウントするものである。ここで、仮異常判定フラグＦ１が所定の継続時間だけオンした結果として、仮異常継続判定フラグＦ２がオンすると、再び、ステップＳ５における仮異常判定を最初から行わせるために、仮異常判定フラグＦ１をオフすると共に、継続時間カウンタＣ１を０にクリアする。
【００１５】
一方、継続時間カウンタＣ１が所定の継続時間の値にならない場合、ステップＳ９をスキップしてステップＳ１１に進む。また、ステップＳ１において、前提条件が成立しない場合も、ステップＳ１０を介してステップＳ１１に進む。なお、ステップＳ１０では、仮異常判定フラグＦ１及び仮異常継続判定フラグＦ２をオフすると共に、継続時間カウンタＣ１及び回数カウンタＣ２を０にクリアする。すなわち、これらのフラグ及びカウンタを初期化した上で、ステップＳ１１に進む。
【００１６】
次に、ステップＳ１１において、回数カウンタＣ２が所定の回数になったかどうかを判定する。回数カウンタＣ２が所定の回数になった場合、ステップＳ１２において、吸気系に異常が確実にあるとみなして本異常フラグＦ３をオンにして一連の異常検出処理を終了する。一方、回数カウンタＣ２が所定の回数にならない場合、ステップＳ１２をスキップして一連の異常検出処理を終了する。
【００１７】
なお、本異常フラグＦ３をオンした場合、上述したルーチンとは別のルーチンが実行されることによりエンジンの吸気系の異常に関するフェイルセーフ処理がなされる。フェイルセーフ処理としては、スワール弁制御やＥＧＲ制御を中断する。また、エンジンが高回転高負荷領域で運転されないように、アクセル制限を行い、アクセル開度センサのデータについて燃料噴射量を制限するように擬制したり、燃焼室内に噴射する燃料噴射量を直接的に制限したりする。
また、本異常フラグＦ３をオンした場合、車両のイグニッションスイッチをオンからオフにしただけでは本異常フラグＦ３はオフせず、ＥＣＵ１６と車両のバッテリとを電気的に接続するラインが遮断されて初めて本異常フラグＦ３はオフする。
【００１８】
このように、吸気系に何らかの異常があって吸気抵抗が変化すると、圧力センサ１４により検出した吸入空気圧力Ｐｉｍ及び温度センサ１５により検出した吸入空気温度Ｔｉｍから算出した算出吸入空気量ＧＰから、エアフローメータ１７により検出した実吸入空気量ＧＦを減算した値ＧＰ−ＧＦが変化するので、この値を所定値αと比較することにより吸気系の異常を精度良く検出することができる。
また、高地補正のためのテーブル補間函数を必要とせず、高地においても同じ吸気系異常検出装置を用いて、大気圧補正に関する特別な処理を行うことなく、エンジンの吸気系の異常検出をすることが可能であると共に、吸気系の異常を検出のためのデータ容量も少なくて済む。
さらに、エアフローメータ１７により検出された吸入空気量と基準値とを比較するものではないので、エンジン回転数に応じて吸入空気量が著しく上昇するエンジンの低中速回転領域においても、精度良く異常判定を行うことができる。
継続時間カウンタＣ１を用いて、ステップＳ５における仮異常判定の条件が所定時間継続して成立しないうちに、仮異常判定の条件が不成立になると、仮異常判定フラグＦ１をオフして、吸気系の異常とみなさないので、異常検出の誤判定をなくすことができる。特に、エンジン加速時等エンジン回転数の変化が大きいあるいは負荷変動が大きい過渡状態において、異常検出の誤判定をなくすことができる。
【００１９】
実施の形態１．
実施の形態１に係るエンジンの吸気系異常検出装置は、参考形態１に係る吸気系異常検出装置に対して、スワール制御弁１３をＥＣＵ１６に接続したものである。この実施の形態に係る吸気系異常検出装置の動作を説明するフローチャートを図４に示す。
このフローチャートは、参考形態１に係る図３のフローチャートに対してステップＳ１の後にステップＳ１ａを追加し、ステップＳ１２に代えてステップＳ１２ａを設けたものである。
ステップＳ１において吸気系の異常検出の判定を行う前提条件が成立しているかどうかを判定しているが、前提条件が成立している場合、ステップＳ１ａにおいて、異常検出の判定を行うためのさらなる前提条件として、スワール制御弁１３がオフしているかどうかを判定する。スワール制御弁１３がオフしている場合、ステップＳ２に進み、スワール制御弁１３がオフしていない場合、ステップＳ１０に進み、それぞれ参考形態１と同様な処理が行われる。
その後、ステップＳ１１において回数カウンタＣ２が所定の回数になった場合、ステップＳ１２ａにおいて、吸気系に異常が確実にあるとみなして本異常フラグＦ３をオンにすると共に、吸気系の異常をスワール制御弁１３の異常と判定する。
【００２０】
ここで、スワール制御弁１３がオフしている場合、スワール制御弁１３が開いて、タンジェンシャルポート４ａ及びヘリカルポート４ｂの双方から空気が燃焼室に供給されるので吸気通路３の吸気抵抗は増大しないはずである。それにもかかわらず、ステップＳ５の判定において、ＧＰ−ＧＦの値が所定値αより大きいと判定され、一連の処理を経た後、ステップＳ１２ａに進む場合は、吸気系の異常をスワール制御弁１３の閉故障と特定することができる。
【００２１】
参考形態２．
参考形態１において、温度センサ１５を用いて吸入空気温度Ｔｉｍを検出したが、エンジンの運転条件の中で、吸入空気温度Ｔｉｍが予測しうるものであれば、ＥＣＵ１６は吸入空気温度Ｔｉｍを一定値に設定して、温度センサ１５を省略することができる。
図５に示されるフローチャートに基づいて、この参考形態に係るエンジンの吸気系異常検出装置の動作を説明する。この場合、算出吸入空気量ＧＰを吸入空気圧力Ｐｉｍのみに対する関数として算出することになるため、参考形態１に係る図３のフローチャートに示されるステップＳ３に対応するものがなく、ステップＳ２からステップＳ４に進む。
【００２２】
参考形態３．
参考形態１において、図３のフローチャートのステップＳ２及びＳ３では、吸入空気圧力Ｐｉｍ及び吸入空気温度Ｔｉｍを基にして、算出吸入空気量ＧＰを算出しているが、算出吸入空気量ＧＰを求める算出式にエンジン回転数をパラメータとした係数を含むようにしてもよい。これにより、精度の高い算出吸入空気量ＧＰを算出することができ、より正確な異常検出が可能となる。
【００２３】
なお、上述した実施の形態１、参考形態１〜３に係るエンジンの吸気系異常検出装置は、広く吸気系の異常検出に適用でき、インタークーラのつまり、エアクリーナのつまりを検出することも可能である。また、ガソリンエンジンの吸気系の異常にも適用でき、例えば、スロットルバルブの固着故障を検出することもできる。さらに、エアフローメータ１７が経時劣化すると実吸入空気量ＧＦの値に変化が生じるので、算出吸入空気量ＧＰから実吸入空気量ＧＦを減算した値ＧＰ−ＧＦの変化を長期間にわたって比較することによって、エアフローメータ１７の異常を検出することもできる。また、エアフローメータとして、流量センサと温度センサから構成されるものに替えて、流量センサのみからなるものを使用しても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明によれば、異常判定回路が、スワール制御弁をオフの状態で、かつ算出吸入空気量から実吸入空気量を減算した値が所定値より大きい場合に、スワール制御弁の異常と判定するので、スワール制御弁の異常を精度良く検出でき、かつ、高地補正が不要で、異常検出のためのデータ容量を少なく抑えることができる。また、スワール制御弁の全閉固着故障も容易に検出できる。
請求項２に記載の発明によれば、異常判定回路は、温度センサにより検出された吸入空気温度に基づいて算出吸入空気量を補正するので、より精度の高い算出吸入空気量を求めることができ、吸気系の異常検出精度が向上する。
請求項３に記載の発明によれば、算出吸入空気量から実吸入空気量を減算した値が、所定値より大きいことが所定時間継続した場合に、スワール制御弁の異常と判定するので、誤った異常検出の判定をすることがなく、スワール制御弁の異常検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の参考形態１に係るエンジンの吸気系異常検出装置をディーゼルエンジン搭載車両に適用した場合の構成を示す図である。
【図２】参考形態１に係るエンジンの吸気系異常検出装置におけるインテークマニホールドの吸入空気圧力と、エアフローメータにより検出された吸入空気量との関係を示すグラフである。
【図３】参考形態１に係るエンジンの吸気系異常検出装置の異常検出動作を説明するフローチャートである。
【図４】実施の形態１に係るエンジンの吸気系異常検出装置の異常検出動作を説明するフローチャートである。
【図５】参考形態２に係るエンジンの吸気系異常検出装置の異常検出動作を説明するフローチャートである。

Claims

エンジンの吸気系の吸入空気圧力を検出する圧力センサと、
吸気系の吸入空気量を検出するエアフローメータと、
吸気系の前記圧力センサの下流側に設けられ、燃焼室内にスワールを形成するスワール制御弁と、
圧力センサにより検出された吸入空気圧力に基づいて吸入空気量を算出した算出吸入空気量とエアフローメータにより検出された吸入空気量である実吸入空気量とを比較して、吸気系の異常を判定する異常判定回路と
を備える、エンジンの吸気系異常検出装置において、
異常判定回路は、スワール制御弁をオフの状態で、かつ算出吸入空気量から実吸入空気量を減算した値が所定値より大きい場合に、スワール制御弁の異常と判定することを特徴とするエンジンの吸気系異常検出装置。
エンジンの吸気系の吸入空気温度を検出する温度センサを備え、
異常判定回路は、温度センサにより検出された吸入空気温度に基づいて、算出吸入空気量を補正する請求項１に記載のエンジンの吸気系異常検出装置。
前記異常判定回路は、スワール制御弁をオフの状態で、かつ算出吸入空気量から実吸入空気量を減算した値が所定値より大きい場合が所定時間継続したときに、スワール制御弁の異常と判定する請求項１または２に記載のエンジンの吸気系異常検出装置。