JP4277588B2 - 空気供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に空気を供給する空気供給装置に関し、特に、その構成部品として圧力検出手段を備え、大気圧の検出が可能な空気供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両における空気供給装置の構成部品の異常検出に圧力センサを用い、測定した圧力と大気圧との差圧やこの差圧の時間変動を調べる手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。これらの技術では、相対圧センサや専用の大気圧センサを配置する代わりに、比較的安価な絶対圧センサを用いて、始動時点、つまり空気供給装置の作動開始前の圧力センサの出力値を大気圧として用いることで、大気圧センサを代用させ、部品点数の削減と、それによるコストダウンを図っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−８３０４８号公報（段落００１９〜００５８、図１〜図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシステムにおいては、大気圧を検出しようとする場合には、圧力センサ部分の圧力が大気圧に一致している必要がある。ところが、空気供給装置の停止から十分な時間を経ずに再度空気供給装置を作動をさせるために大気圧を検出しようとする場合、供給装置の作動時における供給装置内の圧力が大気圧より高い状態から大気圧への復元が十分でなく、この高い圧力（残圧）を大気圧と誤認識してしまう可能性がある。このため、その後の故障判定において、この大気圧の誤認識により誤判定するおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、大気圧を非作動時の圧力を基にして検出する空気供給装置において、残圧による大気圧の誤認識を抑制することが可能な空気供給装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る空気供給装置は、内燃機関を搭載する車両の空気供給管上に配置される空気供給手段と、この空気供給管の空気供給手段の下流に配置される開閉弁と、空気供給手段と開閉弁との間の空気供給管上に配置され、空気供給管内の圧力を検出する圧力検出手段とを備える空気供給装置において、所定条件において圧力検出手段で検出した圧力値を学習大気圧値として記憶する圧力記憶手段と、空気供給手段を作動させる前に圧力検出手段で検出した圧力値と圧力記憶手段に記憶されている以前の内燃機関運転中に学習した学習圧力値を比較し、その偏差が所定値以上の場合には、圧力記憶手段に記憶されている学習大気圧値を大気圧値として出力し、この偏差が所定値未満の場合には圧力検出手段で検出した圧力値を大気圧値として出力する大気圧値補正手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
気候や高度による大気圧の変化範囲に比べて、空気供給装置作動時の圧力は高くなる。そこで、圧力値が通常の気候や高度によって予想される変化範囲を超えている場合には、残圧によるものと推定し、以前の内燃機関運転中に記憶された学習値を大気圧値として用いる。これにより、高い残圧がある場合に、その残圧をそのまま大気圧値として用いることがなくなるので、残圧による大気圧の誤認識を抑制し、これを基にした故障判定の誤判定を抑制することができる。
【０００８】
あるいは、本発明に係る空気供給装置の大気圧値補正手段は、空気供給手段を作動させる前に圧力検出手段で検出した圧力値の時間変化が所定値以上の場合には、圧力記憶手段に記憶されている以前の内燃機関運転中に学習した学習大気圧値を大気圧値として出力し、この時間変化が所定値未満の場合には圧力検出手段で検出した圧力値を大気圧値として出力するものであってもよい。
【０００９】
また、残圧は空気供給装置の作動停止後比較的短時間に大気圧へと減衰していくため、その変化速度は、気候や高度による大気圧の変化速度に比べてはるかに大きい。したがって、圧力検出手段で測定した圧力の変化速度（低下速度）が気候や高度により通常予想される変化速度に比べて大きい場合には、残圧によるものと推定することができ、この場合には、以前の内燃機関運転中に学習した学習値を大気圧値として用いる。これにより、高い残圧がある場合に、その残圧をそのまま大気圧値として用いることがなくなるので、残圧による大気圧の誤認識を抑制し、これを基にした故障判定の誤判定を抑制することができる。
【００１０】
または、空気供給手段停止からの継続時間を判定する停止時間判定手段をさらに備え、大気圧値補正手段は、空気供給手段の作動前における停止時間判定手段で判定した継続時間が所定値以下の場合には、圧力記憶手段に記憶されている以前の内燃機関運転中に学習した学習大気圧値を出力し、この継続時間が所定値を超えている場合には圧力検出手段で検出した圧力値を大気圧値として出力するものであってもよい。
【００１１】
上述したように、残圧は空気供給装置の作動停止後比較的短時間に大気圧へと減衰していく。したがって、空気供給装置の停止制御後、通常予想される残圧の減衰時間を超える時間が経過した場合には、残圧は十分に減衰したものと推定しうる。そこで、空気供給装置の停止制御後の継続時間が不十分な場合には、以前の内燃機関運転中に学習した学習値を大気圧値として用いる。これにより、高い残圧が予想される場合に、その残圧をそのまま大気圧値として用いることがなくなるので、残圧による大気圧の誤認識を抑制し、これを基にした故障判定の誤判定を抑制することができる。
【００１２】
空気供給手段の停止状態で、かつ、内燃機関が安定状態の場合に圧力検出手段で検出した圧力値と圧力記憶手段に記憶されている大気圧値との差が所定値以上の場合には、圧力検出手段の故障と判定する故障判定手段をさらに備えていてもよい。
【００１３】
このように学習を行う前に前回学習値と比較を行い、その差が圧力値が通常の気候や高度によって予想される変化範囲内にあるか否かをチェックすることで、圧力検出手段の故障の有無を判定しうる。
【００１４】
空気供給手段は、回転式のエアポンプであることが好ましい。回転式のエアポンプの場合、停止状態でもそのケーシングとインペラーの間の隙間から空気が流通しうる構成となっているため、下流に配置される圧力検出手段と大気とが連通し、大気圧の検出が容易である。
【００１５】
空気供給管は、内燃機関の排気系の排気浄化装置より上流側に接続されていることが好ましい。この構成により、排気系に２次空気を供給することができる。
【００１６】
大気圧補正手段は、圧力記憶手段に記憶されている大気圧と標準大気圧との偏差が所定値以上の場合には、圧力記憶手段に記憶されている大気圧に代えて標準大気圧を用いてもよい。このようにすると、圧力記憶手段に記憶されている大気圧が標準からずれている場合にその大気圧をそのまま用いることがないので、大気圧学習時から気候や高度条件が変化している場合に偏差の大きい学習値を大気圧値として使用することがないので、誤判定を抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１８】
ここでは、本発明に係る空気供給装置の実施形態として２次空気供給装置を例に説明する。図１は、この２次空気供給装置を搭載した内燃機関の構成を示す概略図である。この２次空気供給装置１は、内燃機関である多気筒ガソリンエンジン（以下、単にエンジンと呼ぶ。）２に取り付けられるものである。このエンジン２は、４サイクルエンジンである。ここで、エンジン２には吸気管２０と排気管２１とが取り付けられており、吸気管２０には、スロットル２４が配置され、吸気フィルタ２５に接続されている。吸気フィルタ２５とスロットル２４の間には、空気量（一次空気量）を測定するためのエアフローメータ２６が配置されている。一方、排気管２１下流には、３元触媒からなる排気浄化装置２２が配置されており、排気浄化装置の上流と下流の双方に排気中の酸素濃度を検知するためのＯ2センサ３１、３２が配置されている。なお、Ｏ2センサに代えて、Ａ／Ｆセンサ、リニアＯ2センサを用いてもよい。また、エンジン２には、その回転数Ｎｅを検出する回転数センサ２７が取り付けられ、その出力は、エンジンＥＣＵ２３に入力されている。
【００１９】
２次空気供給装置１は、吸気管２０の吸気フィルタ２５とスロットル２４との間の位置と排気管２１のエンジン２と上流側Ｏ2センサ３１との間を接続する２次空気供給通路１１を備えており、この２次空気供給通路１１上に吸気管２０側から電気モータ駆動式のエアポンプ（ＡＰ）１２、エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）１３、逆止弁であるリード弁（ＲＶ）１４が配置される。そして、ＡＰ１２とＡＳＶ１３との間に圧力センサ１５が配置されている。このＡＳＶ１３には、吸気管２０のスロットル２４下流から延びる配管１６が接続されており、この配管１６上には三方弁１７が配置されている。三方弁１７の他のポートは、配管１８、フィルタ１９を介して外気へと接続されている。
【００２０】
２次空気供給装置１の動作を制御する制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等で構成されており、エンジンを制御するエンジンＥＣＵ２３と相互に情報をやりとりできるよう接続されているほか、圧力センサ１５、Ｏ2センサ３１、３２の出力信号が入力されるとともに、ＡＰ１２のモータ駆動と三方弁１７の開閉を制御する。なお、制御装置１０は、エンジンＥＣＵ２３の一部をなしていてもよい。この制御装置１０は、故障診断部を含んでいる。なお、故障診断部を制御装置１０から独立させることも可能であり、また、別のシステム、例えば、車両の故障診断装置に組み込んでもよい。ここで、制御装置１０は内部に大気圧学習値を記憶する不揮発性のメモリなどからなる圧力記憶手段を備えている。この圧力記憶手段は、制御装置１０の外部に設けられていてもよく、不揮発性のメモリのほか、記憶媒体を用いた記憶手段であってもよいが、駐車時など車両の主電源がオフにされた状態でも記憶されている大気圧学習値を保持しうる構成とされている必要がある。
【００２１】
この２次空気供給装置１は、所定の条件を満たしたときに、２次空気供給制御（以下、ＡＩ制御と称する。）を実行する。この所定の条件とは、例えば、冷間始動時等の燃料濃度が高く、空燃比（Ａ／Ｆ）が小さく、かつ、排気浄化装置２２が充分に昇温しておらずその機能が充分に発揮されにくい状態が挙げられる。このような条件を満たしたときには、制御装置１０は三方弁１７を制御して、配管１６を吸気管２０へと連通させることにより、吸気管２０内の負圧をＡＳＶ１３に導いて、ＡＳＶ１３を開制御するとともに、ＡＰ１２を駆動させる。これにより、エアフィルタ２５を通過した空気の一部が２次空気供給通路１１を介して排気管２１内へと導かれる。この結果、排気中の酸素濃度が上昇し、そのＡ／Ｆが上がり、排気中のＨＣ、ＣＯの排気管２１における２次燃焼が促されて排気の浄化が図られるとともに、排気温度が上昇することにより排気浄化装置２２の３元触媒の昇温が促進されてエミッションの悪化が抑制される。なお、ＡＳＶ１３と三方弁１７の組み合わせに代えて、ＡＳＶ１３部分に直接、電磁弁を使用することもできる。
【００２２】
本２次空気供給装置１の制御装置１０内に設けられた故障診断部は、構成部品すなわち、ＡＰ１２、ＡＳＶ１３、ＲＶ１４等の異常を検出するものである。具体的には、制御装置１０が、２次空気供給通路１１上に配置される圧力センサ１５で検出される圧力挙動に基づいて構成部品の故障検出を行う。
【００２３】
故障検出の原理を簡単に説明する。図２は、図１における圧力センサ部分における圧力挙動として考えられるパターンを模式的に示したグラフである。ここでは、ＲＶ１４は正常に機能しているものとする。表１にＡＰ１２とＡＳＶ１３の作動状態の組み合わせに対する圧力変動パターンをまとめて示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
表１から圧力挙動パターンから逆にＡＰ１２、ＡＳＶ１３の作動状況を推定することができることが分かる。
【００２６】
この圧力挙動パターンを正確に判定するためには、現在の圧力状態とともに大気圧を把握する必要がある。そのためには、専用の大気圧センサを別途設けるか大気圧との差圧を測定する方法もあるが、コストアップになることから、圧力センサ１５のエンジン始動時の出力を大気圧として用いる手法がとられている。以下、本実施形態においてこの圧力センサ１５を用いた大気圧測定手法のいくつかの例について具体的に説明する。
【００２７】
図３、図４は第１の測定手法を説明するフローチャートである。この測定手法においては、図３に示す処理フローに基づいて大気圧を学習し、図４に示すようにこの学習値を用いて測定した大気圧値を検証している。
【００２８】
まず、図３に示される大気圧学習処理から説明する。この処理は、制御装置１０により、車両の主電源がオンにされてから所定のタイミングで繰り返し実行されるものである。最初に始動後十分な時間が経過しているか否かを判定する（ステップＳ１）。始動後十分な時間が経過していない場合にはその後の処理をスキップして終了する。十分な時間が経過している場合には、次に圧力なまし値Ｐｓｍを読み込む（ステップＳ２）。
【００２９】
この圧力なまし値Ｐsmは、今回のタイムステップで検出した圧力値をＰｓ、前回のタイムステップにおける圧力なまし値の計算結果をＰsm_oldとするとき、Ｐsm＝｛（ｎ−１）×Ｐsm_old＋Ｐｓ｝／ｎで表せる。図５は、こうして求められるＰsmとＰｓの時間変化を合わせて示している。ここで、圧力変動の周期の長さＴに対して、タイムステップΔｔが十分に短く（例えば、４×Δｔ≦Ｔ）、かつ、なまし値を求める際の係数ｎが十分に大きい（例えば、ｎ×Δｔ≧２×Ｔ）ときには、Ｐsmはサンプリング期間（ｎ×Δｔ）内における圧力値Ｐｓの平均値に近似した値となる。なお、処理開始後のタイムステップ数がｎに満たない場合には、ｎの代わりにタイムステップ数を用いればよい。このようになまし値を用いて計算を行うことで、過去のタイムステップにおける圧力値を記憶しておく必要がなく、必要なメモリ量を軽減することができるともに、計算が簡略化され、制御装置１０内の計算機資源を有効に活用することができる。ここでは、なまし値を用いたが、所定時間内の平均圧力や中心圧力等を用いてもよい。
【００３０】
続いて、ＡＩ制御状態か否かを判定する（ステップＳ３）。ＡＩ制御中の場合には、２次空気供給通路１１が排気管２１に連通するよう制御しているので圧力センサ１５で測定している圧力は排気管２１の内圧に強く影響される。そのため、その後の学習処理をスキップして処理を終了する。
【００３１】
ＡＩ制御状態でないと判定された場合には、次にＡＩ機器が正常か否かを判定する（ステップＳ４）。このＡＩ機器の正常／異常の判定は、上述した特許文献１の技術を用いて判定することができる。例えば、ＡＳＶ１３が開故障している場合には、２次空気供給通路１１が排気管２１に連通するよう制御しているので圧力センサ１５で測定している圧力は排気管２１の内圧に強く影響される。また、ＡＰ１２が常時作動故障している場合には、圧力センサ１５で測定している圧力はＡＰ１２の吐出圧により高い圧力を示す。このような場合には、大気圧を測定することができないため、その後の学習処理をスキップして処理を終了する。
【００３２】
ＡＩ機器が正常と判定された場合（大気圧測定に影響を及ぼさないＡＩ機器の故障、例えば、ＡＰ１２の停止故障やＡＳＶ１３の閉固着と判定された場合を含んでもよい。）には、エンジン２の作動が安定しているか否か判定する（ステップＳ５）。ここで、この判定は、エンジン負荷、車速等を基にしてエンジン２がアイドル状態で、かつ、エンジン水温が所定水温以上の状態にある場合を安定状態と判定すればよい。エンジン２が安定していない場合には、吸気条件が変化しており、吸気管２０に圧力変動が起こり、これが２次空気供給通路１１を通じて圧力センサ１５で測定している圧力に外乱として影響を及ぼす可能性があるため、その後の学習処理をスキップして処理を終了する。
【００３３】
エンジンが安定していると判定された場合には、読み込んだ圧力なまし値Ｐｓｍを大気圧学習値ＰＧＡＭＢに格納する。このＰＧＡＭＢは、前述した圧力記憶手段に格納され、車両の主電源がオフにされた状態でもその値が保持される。格納後は処理を終了する。
【００３４】
この処理によって圧力記憶手段の大気圧学習値ＰＧＡＭＢには、エンジン安定状態時（本発明における所定条件）に圧力センサ１５で測定した圧力のなまし値が格納される。この状態においては、圧力センサ位置の圧力は、２次空気供給通路１１と空気フィルタ２５とを通じて連通している外気の圧力と略等しいと考えられる。したがって、大気圧値に近い値が得られる。このように所定条件として始動後のエンジン安定状態を設定することでエンジン出力変化の影響を受けずに圧力センサ１５で大気圧値を測定し、学習を行うことができる。ここで、ステップＳ５におけるエンジン安定状態の判定は、所定時間以上エンジンの安定状態が継続している場合に安定状態と判定することが好ましい。このようにすると、過渡運転直後はエンジン安定状態と判定することがない。
【００３５】
次に、こうして圧力記憶手段に格納しておいた学習値を用いた始動時の大気圧判定処理を説明する。この図４に示される処理は、車両の電源スイッチがオンにされてから所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００３６】
まず、イグニッション（ＩＧ）キーの状態を判定する（ステップＳ１１）。ＩＧスイッチがオフの場合には、その後の処理をスキップして終了する。一方、ＩＧキーがオンの場合には、フラグ値Ｆの値を判定する（ステップＳ１２）。このＦは車両の電源がオンにされた当初は初期値０に設定される。初期値０でない、つまり１に設定されている場合には、すでに大気圧初期値設定済みと判定してその後の処理をスキップして終了する。一方、初期値０の場合には、Ｆに１を設定し（ステップＳ１３）、圧力センサ１５で検出した圧力値Ｐを読み込む（ステップＳ１４）。
【００３７】
次に、読み込んだＰと圧力記憶手段に格納されている大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値をしきい値Ａと比較する（ステップＳ１５）。このＡは通常予想される気象条件の変化や、高度変化による圧力変化量を超えるレベル、例えば、１〜２ｋＰａに設定されている。今回測定した圧力値Ｐと、大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値がしきい値Ａより小さい場合には、残圧がないと判定して大気圧初期値Ｐintに測定した圧力値Ｐを設定して（ステップＳ１６）処理を終了する。一方、今回測定した圧力値Ｐと、大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値がしきい値Ａ以上の場合には、圧力値Ｐは残圧を含むものと判定して大気圧初期値Ｐintに大気圧学習値ＰＧＡＭＢを設定して（ステップＳ１７）処理を終了する。
【００３８】
この処理により、始動前に圧力センサ１５で測定した圧力値Ｐと大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値が通常予想される大気圧変化のレベルを超えている場合には、測定した圧力値Ｐを大気圧値として利用するのではなく、前回エンジン２を停止させた以前の正常な状態で測定して圧力記憶手段に格納しておいた大気圧値ＰＧＡＭＢを大気圧値として利用することで、残圧等の影響を排除し、誤った大気圧値を使用することがなくなる。これにより、その後のＡＩ機器の正常・異常判定を正確に行うことができる。
【００３９】
図６は、この２次空気供給装置１を搭載した車両における始動時の各種状態量の変化を示すタイミングチャートである。ここでは、ＡＩ実行中に時刻taの時点でＩＧスイッチがオフにされてエンジン２を強制的に停止させ、その後tbに再度ＩＧスイッチがオンにしてエンジン２を再起動させた場合のタイミングチャートを示している。以下、ＡＩ構成機器は全て正常の場合を考える。
【００４０】
時刻taでＩＧスイッチがオフにされることで、始動フラグ、ＡＩ実行フラグも自動的にオフにされる。これにより、ＡＰ１２は停止制御され、ＡＳＶ１３は閉止制御される。このとき、ＡＳＶ１３は瞬時に閉止されるのに対して、ＡＰ１２は慣性力により実際に停止するまでにある程度の時間を要する。この結果、圧力センサ１５位置における圧力は、ＡＰ１２の吐出圧の影響を受けて、時刻ta以前より一時的に増大した後、ＡＰ１２の吐出圧減少に伴い、ゆっくりと下降する挙動を示す。
【００４１】
このため、ＩＧスイッチを再度オンにした時刻ｔｂにおける圧力値は大気圧であるＰatmより高いＰLを示すこととなる。従来の装置によれば、このＰLを大気圧初期値として利用していたため、時刻ｔｃでＡＩ実行フラグがオンにされ、ＡＰ１２の作動とＡＳＶ１３の開制御が実行されて圧力値がＰHに増加した場合にも、その圧力上昇幅（ＰH−ＰL）が十分でないと判定して、具体的には図２に示されるパターン２または流量低下状態であると誤判定してしまう可能性がある。本実施形態によれば、このように残圧がある場合の大気圧値ＰLは大気圧学習値であるＰＧＡＭＢとの差がしきい値Ａを超えていると判定し、圧力初期値として大気圧値Ｐatmに近いＰＧＡＭＢを使用するため、ＡＩ故障判定のための圧力挙動判定を正確に行うことができる。
【００４２】
次に、第２の測定手法を説明する。この測定手法は、第１の測定手法と始動時における大気圧値の検出手法が異なる。図７はこの検出処理の処理フローである。図８は、始動時における始動フラグ、ＩＧスイッチの状態、圧力の時間変化を示すタイミングチャートである。
【００４３】
最初に、イグニッション（ＩＧ）キーの状態を判定する（ステップＳ２１）。ＩＧスイッチがオフの場合には、その後の処理をスキップして終了する。一方、ＩＧキーがオンの場合には、圧力センサ１５で検出した現在の圧力値Ｐを読み込む（ステップＳ２２）。そして、フラグ値Ｆの値を判定する（ステップＳ２３）。このＦは車両の電源がオンにされた当初は初期値０に設定されている。初期値０の場合には、Ｆに１を設定し（ステップＳ２４）、変数Ｐ0にＰを格納して（ステップＳ２５）処理を終了する。
【００４４】
ステップＳ２３でフラグ値Ｆが１と判定された場合には、始動後カウンタの値をしきい値Ｔと比較する（ステップＳ２６）。この始動後カウンタ値とは、ＩＧスイッチがオンにされてからの経過時間に対応する。始動後カウンタ値がしきい値Ｔ以上の場合にはその後の処理をスキップして処理を終了する。反対に、始動後カウンタ値がしきい値Ｔ未満の場合には、ＡＩ制御状態を判定する（ステップＳ２７）。ＡＩ制御中の場合には、その後の処理をスキップして処理を終了する。ＡＩ制御がオフの場合には、今回読み込んだ圧力値Ｐと前回のタイムステップで読み込んだ圧力Ｐ0との差の絶対値がしきい値Ｂ以下か否かを判定する。このＢは圧力センサの測定誤差や外的な圧力変化に基づいて通常予想される圧力変化量を若干上回る量（例えば、１．０ｋＰａ）に設定されている。今回読み込んだ圧力値Ｐと前回のタイムステップで読み込んだ圧力Ｐ0との差の絶対値がしきい値Ｂ未満の場合には、圧力センサ１５位置における圧力変化量は小さく、ＡＩ制御後の残圧減少過程ではないと判定してステップＳ２９へと移行して、大気圧初期値Ｐintに圧力値Ｐ0を設定して、そのまま処理を終了する。一方、今回読み込んだ圧力値Ｐと前回のタイムステップで読み込んだ圧力Ｐ0との差の絶対値がしきい値Ｂ以上の場合には、圧力センサ１５位置における圧力変化量が大きく、ＡＩ制御後の残圧減少過程である可能性があると判定してステップＳ３０へと移行し、大気圧初期値Ｐintに測定した圧力値Ｐではなく、大気圧学習値ＰＧＡＭＢを設定してステップＳ２５でＰ0を測定圧力値Ｐで更新した後、処理を終了する。
【００４５】
この処理により、始動前に圧力センサ１５で測定した圧力値Ｐの時間変化量（実際には、タイムステップΔｔごとの変化量＝前回のタイムステップと今回のタイムステップにおける測定値の差ΔＰｉ＝図８参照）が所定値未満の場合には、残圧減少過程でないと判定し、測定した圧力値Ｐ（実際には前回のタイムステップの測定圧力値Ｐ0）を大気圧値として用い、所定時間を経ても時間変化量が所定値以上の場合には、残圧減少過程であると判定し、測定した圧力値Ｐを大気圧値として利用するのではなく、前回エンジン２を停止させた以前の正常な状態で測定して圧力記憶手段に格納しておいた大気圧値ＰＧＡＭＢを大気圧値として利用することで、第１の測定手法の場合と同様に、残圧等の影響を排除し、誤った大気圧値を使用することがなくなる。これにより、その後のＡＩ機器の正常・異常判定を正確に行うことができる。
【００４６】
次に、第３の測定手法を説明する。この第３の測定手法は、基本的に第１の測定手法と類似している。図９にその処理フローを示すが、図４に示される第１の測定手法におけるステップＳ１５の処理に代えてステップＳ１５ａの処理を行う点が相違する。
【００４７】
具体的には、ステップＳ１４で圧力値Ｐを読み込んだ後、エンジン２の停止継続時間ｔstopがしきい値ｔthを超えているか否かを判定する（ステップＳ１５ａ）。このしきい値ｔthは、ＡＰ１２停止後に圧力センサ１５位置における圧力（残圧）が十分に低下してほぼ大気圧に一致するのに必要な時間として設定されている。停止継続時間ｔstopは、車両の電源オフ時にも時間カウントが可能なカウンタによって計測するか、車両の電源オフ時にも駆動するタイマーにより停止時の時刻を記憶しておき、現在の時刻との差から算出してもよい。これらが、本発明にかかる停止時間判定手段に該当する。この停止時間判定手段は、制御装置１０内に内蔵されていてもよく、その外部に設置されていてもよい。
【００４８】
ｔstopがしきい値ｔth以下の場合には、残圧が十分に低下していない可能性があるため、ステップＳ１７へと移行して大気圧初期値に大気圧初期値Ｐintに大気圧学習値ＰＧＡＭＢを設定して処理を終了する。ｔstopがしきい値ｔthを超えている場合には、残圧低下に必要な時間が経過し、残圧は残っていないものと推定して、ステップＳ１６に移行し、大気圧初期値Ｐintに測定した圧力値Ｐを設定して処理を終了する。
【００４９】
本測定手法においても、ＡＩ制御停止後の間がない状態でエンジンを再起動したような場合には、停止継続時間が短く残圧が残っている可能性があるとして圧力センサ１５の測定値ではなく、大気圧学習値ＰＧＡＭＢを圧力値として使用するので、残圧の影響を排除して、正確な故障判定を行うことができる。
【００５０】
次に、この大気圧学習値ＰＧＡＭＢを用いて圧力センサ１５の異常判定を行う方法について説明する。図１０はこの異常判定を含む学習処理の処理フローである。この処理は図３に示される学習処理とステップＳ１〜Ｓ６までの処理は共通するため、重複する説明は省略する。
【００５１】
ステップＳ６で過渡運転でないと判定された場合、本処理においては読み込んだ圧力なまし値Ｐｓｍと大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値をしきい値Ｃと比較する（ステップＳ３１）。このＣは、上述したしきい値Ａと同様に、通常予想される気象条件の変化や、高度変化による圧力変化量を超えるレベル、例えば、１〜２ｋＰａに設定されている。圧力なまし値Ｐｓｍと大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値がしきい値Ｃ未満の場合には、測定した大気圧の前回の大気圧学習時点からの変化量が気象条件の変化や、高度変化により予想される変化量の範囲内であることから、圧力センサ１５は正常と判定し、ステップＳ３２で圧力センサの正常／異常を表す判定フラグに正常を示す値を設定した後、大気圧学習値ＰＧＡＭＢをＰｓｍで更新して（ステップＳ７）処理を終了する。
【００５２】
一方、圧力なまし値Ｐｓｍと大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値がしきい値Ｃを超えている場合は、測定した大気圧の前回の大気圧学習時点からの変化量が、気象条件の変化や、高度変化により予想される圧力変化量を上回っており、異常な状態と考えられることから、これは圧力センサ１５の異常によるものと判定して、ステップＳ３３で圧力センサの正常／異常を表す判定フラグに異常を示す値を設定した後、大気圧学習値ＰＧＡＭＢの更新をスキップして処理を終了する。
【００５３】
これによれば、大気圧学習と同時に圧力センサ１５の故障判定を行うことができるので、圧力センサ１５の故障時に異常な大気圧を大気圧学習値として格納することがなく、その後の他の機器の故障検出時に誤検出を行うことがない。
【００５４】
以上の説明では、残圧があると判定した場合には、大気圧値として大気圧学習値ＰＧＡＭＢを用いる例を説明したが、ＰＧＡＭＢではなく、別に格納されている標準大気圧値を大気圧値として用いてもよい。気象変化等により大気圧学習値ＰＧＡＭＢが標準大気圧値からずれていた場合に、その後の気象変化等で実際の大気圧がこれと異なった場合に、大気圧値から大きくずれた値を大気圧値として用いることがない。
【００５５】
以上の説明では、２次空気供給装置の場合を例に説明してきたが、過給機やエボパパージやＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation＝排ガス再循環）装置等の各種の空気供給手段に配置される圧力センサにおいても本発明は好適に適用できる。また、圧力センサ１５の出力は故障判定のほか、空気供給手段の制御に用いることもできる。また、以上の説明では、内燃機関の始動時に大気圧測定を行う場合を例に説明してきたが、空気供給装置を作動させる前であって、内燃機関の運転状態に影響を受けない状態であれば始動時に限られるものではなく、始動後あるいは始動前に測定を行ってもよい。ただし、大気圧測定値を使用する時点の実際の大気圧と測定した大気圧との差に対する大気圧変化の影響を抑えるため、空気供給装置の作動開始時に近接した時点で大気圧測定を行うことが好ましい。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、空気供給手段に配置された圧力センサを空気供給停止時に大気圧センサとして用いる場合に、大気圧学習機能を備えるとともに、大気圧測定時の測定値と学習値との偏差、測定値の時間変化または供給停止継続時間を基にして空気供給手段内の残圧の有無を判定し、残圧がない場合にのみ測定した圧力値を用いることで、正確な大気圧を測定することができ、空気供給手段の制御や故障判定を正確に行うことかできる。
【００５７】
また、学習時に前回の学習結果と比較することで、圧力センサ自体の故障判定を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気供給装置の実施形態である２次空気供給装置を搭載した内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】図１の圧力センサ位置における圧力挙動パターンを模式的に示す図である。
【図３】図１の装置における大気圧学習処理のフローチャートである。
【図４】図１の装置における第１の大気圧測定手法のフローチャートである。
【図５】圧力なまし値Ｐｓｍを説明するグラフである。
【図６】図１の装置を搭載した車両における始動時の各種状態量の変化を示すタイミングチャートである。
【図７】図１の装置における第２の大気圧測定手法のフローチャートである。
【図８】図１の装置における始動時における始動フラグ、ＩＧスイッチの状態、圧力の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図９】図１の装置における第３の大気圧測定手法のフローチャートである。
【図１０】図１の装置における圧力センサの異常判定を含む大気圧学習処理の処理フローである。
【符号の説明】
１…２次空気供給装置、２…エンジン、１０…制御装置、１１…２次空気供給通路、１２…エアポンプ（ＡＰ）、１３…エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）、１４…リード弁（ＲＶ）、１５…圧力センサ、１６…配管、１７…三方弁、１８…配管、１９…フィルタ、２０…吸気管、２１…排気管、２２…排気浄化装置、２３…エンジンＥＣＵ、２４…スロットル、２５…吸気フィルタ、２６…エアフローメータ、２７…回転数センサ、３１、３２…Ｏ2センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に空気を供給する空気供給装置に関し、特に、その構成部品として圧力検出手段を備え、大気圧の検出が可能な空気供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両における空気供給装置の構成部品の異常検出に圧力センサを用い、測定した圧力と大気圧との差圧やこの差圧の時間変動を調べる手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。これらの技術では、相対圧センサや専用の大気圧センサを配置する代わりに、比較的安価な絶対圧センサを用いて、始動時点、つまり空気供給装置の作動開始前の圧力センサの出力値を大気圧として用いることで、大気圧センサを代用させ、部品点数の削減と、それによるコストダウンを図っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−８３０４８号公報（段落００１９〜００５８、図１〜図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシステムにおいては、大気圧を検出しようとする場合には、圧力センサ部分の圧力が大気圧に一致している必要がある。ところが、空気供給装置の停止から十分な時間を経ずに再度空気供給装置を作動をさせるために大気圧を検出しようとする場合、供給装置の作動時における供給装置内の圧力が大気圧より高い状態から大気圧への復元が十分でなく、この高い圧力（残圧）を大気圧と誤認識してしまう可能性がある。このため、その後の故障判定において、この大気圧の誤認識により誤判定するおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、大気圧を非作動時の圧力を基にして検出する空気供給装置において、残圧による大気圧の誤認識を抑制することが可能な空気供給装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る空気供給装置は、内燃機関を搭載する車両の空気供給管上に配置される空気供給手段と、この空気供給管の空気供給手段の下流に配置される開閉弁と、空気供給手段と開閉弁との間の空気供給管上に配置され、空気供給管内の圧力を検出する圧力検出手段とを備える空気供給装置において、所定条件において圧力検出手段で検出した圧力値を学習大気圧値として記憶する圧力記憶手段と、空気供給手段を作動させる前に圧力検出手段で検出した圧力値と圧力記憶手段に記憶されている以前の内燃機関運転中に学習した学習圧力値を比較し、その偏差が所定値以上の場合には、圧力記憶手段に記憶されている学習大気圧値を大気圧値として出力し、この偏差が所定値未満の場合には圧力検出手段で検出した圧力値を大気圧値として出力する大気圧値補正手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
気候や高度による大気圧の変化範囲に比べて、空気供給装置作動時の圧力は高くなる。そこで、圧力値が通常の気候や高度によって予想される変化範囲を超えている場合には、残圧によるものと推定し、以前の内燃機関運転中に記憶された学習値を大気圧値として用いる。これにより、高い残圧がある場合に、その残圧をそのまま大気圧値として用いることがなくなるので、残圧による大気圧の誤認識を抑制し、これを基にした故障判定の誤判定を抑制することができる。
【０００８】
あるいは、本発明に係る空気供給装置の大気圧値補正手段は、空気供給手段を作動させる前に圧力検出手段で検出した圧力値の時間変化が所定値以上の場合には、圧力記憶手段に記憶されている以前の内燃機関運転中に学習した学習大気圧値を大気圧値として出力し、この時間変化が所定値未満の場合には圧力検出手段で検出した圧力値を大気圧値として出力するものであってもよい。
【０００９】
また、残圧は空気供給装置の作動停止後比較的短時間に大気圧へと減衰していくため、その変化速度は、気候や高度による大気圧の変化速度に比べてはるかに大きい。したがって、圧力検出手段で測定した圧力の変化速度（低下速度）が気候や高度により通常予想される変化速度に比べて大きい場合には、残圧によるものと推定することができ、この場合には、以前の内燃機関運転中に学習した学習値を大気圧値として用いる。これにより、高い残圧がある場合に、その残圧をそのまま大気圧値として用いることがなくなるので、残圧による大気圧の誤認識を抑制し、これを基にした故障判定の誤判定を抑制することができる。
【００１０】
または、空気供給手段停止からの継続時間を判定する停止時間判定手段をさらに備え、大気圧値補正手段は、空気供給手段の作動前における停止時間判定手段で判定した継続時間が所定値以下の場合には、圧力記憶手段に記憶されている以前の内燃機関運転中に学習した学習大気圧値を出力し、この継続時間が所定値を超えている場合には圧力検出手段で検出した圧力値を大気圧値として出力するものであってもよい。
【００１１】
上述したように、残圧は空気供給装置の作動停止後比較的短時間に大気圧へと減衰していく。したがって、空気供給装置の停止制御後、通常予想される残圧の減衰時間を超える時間が経過した場合には、残圧は十分に減衰したものと推定しうる。そこで、空気供給装置の停止制御後の継続時間が不十分な場合には、以前の内燃機関運転中に学習した学習値を大気圧値として用いる。これにより、高い残圧が予想される場合に、その残圧をそのまま大気圧値として用いることがなくなるので、残圧による大気圧の誤認識を抑制し、これを基にした故障判定の誤判定を抑制することができる。
【００１２】
空気供給手段の停止状態で、かつ、内燃機関が安定状態の場合に圧力検出手段で検出した圧力値と圧力記憶手段に記憶されている大気圧値との差が所定値以上の場合には、圧力検出手段の故障と判定する故障判定手段をさらに備えていてもよい。
【００１３】
このように学習を行う前に前回学習値と比較を行い、その差が圧力値が通常の気候や高度によって予想される変化範囲内にあるか否かをチェックすることで、圧力検出手段の故障の有無を判定しうる。
【００１４】
空気供給手段は、回転式のエアポンプであることが好ましい。回転式のエアポンプの場合、停止状態でもそのケーシングとインペラーの間の隙間から空気が流通しうる構成となっているため、下流に配置される圧力検出手段と大気とが連通し、大気圧の検出が容易である。
【００１５】
空気供給管は、内燃機関の排気系の排気浄化装置より上流側に接続されていることが好ましい。この構成により、排気系に２次空気を供給することができる。
【００１６】
大気圧補正手段は、圧力記憶手段に記憶されている大気圧と標準大気圧との偏差が所定値以上の場合には、圧力記憶手段に記憶されている大気圧に代えて標準大気圧を用いてもよい。このようにすると、圧力記憶手段に記憶されている大気圧が標準からずれている場合にその大気圧をそのまま用いることがないので、大気圧学習時から気候や高度条件が変化している場合に偏差の大きい学習値を大気圧値として使用することがないので、誤判定を抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１８】
ここでは、本発明に係る空気供給装置の実施形態として２次空気供給装置を例に説明する。図１は、この２次空気供給装置を搭載した内燃機関の構成を示す概略図である。この２次空気供給装置１は、内燃機関である多気筒ガソリンエンジン（以下、単にエンジンと呼ぶ。）２に取り付けられるものである。このエンジン２は、４サイクルエンジンである。ここで、エンジン２には吸気管２０と排気管２１とが取り付けられており、吸気管２０には、スロットル２４が配置され、吸気フィルタ２５に接続されている。吸気フィルタ２５とスロットル２４の間には、空気量（一次空気量）を測定するためのエアフローメータ２６が配置されている。一方、排気管２１下流には、３元触媒からなる排気浄化装置２２が配置されており、排気浄化装置の上流と下流の双方に排気中の酸素濃度を検知するためのＯ2センサ３１、３２が配置されている。なお、Ｏ2センサに代えて、Ａ／Ｆセンサ、リニアＯ2センサを用いてもよい。また、エンジン２には、その回転数Ｎｅを検出する回転数センサ２７が取り付けられ、その出力は、エンジンＥＣＵ２３に入力されている。
【００１９】
２次空気供給装置１は、吸気管２０の吸気フィルタ２５とスロットル２４との間の位置と排気管２１のエンジン２と上流側Ｏ2センサ３１との間を接続する２次空気供給通路１１を備えており、この２次空気供給通路１１上に吸気管２０側から電気モータ駆動式のエアポンプ（ＡＰ）１２、エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）１３、逆止弁であるリード弁（ＲＶ）１４が配置される。そして、ＡＰ１２とＡＳＶ１３との間に圧力センサ１５が配置されている。このＡＳＶ１３には、吸気管２０のスロットル２４下流から延びる配管１６が接続されており、この配管１６上には三方弁１７が配置されている。三方弁１７の他のポートは、配管１８、フィルタ１９を介して外気へと接続されている。
【００２０】
２次空気供給装置１の動作を制御する制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等で構成されており、エンジンを制御するエンジンＥＣＵ２３と相互に情報をやりとりできるよう接続されているほか、圧力センサ１５、Ｏ2センサ３１、３２の出力信号が入力されるとともに、ＡＰ１２のモータ駆動と三方弁１７の開閉を制御する。なお、制御装置１０は、エンジンＥＣＵ２３の一部をなしていてもよい。この制御装置１０は、故障診断部を含んでいる。なお、故障診断部を制御装置１０から独立させることも可能であり、また、別のシステム、例えば、車両の故障診断装置に組み込んでもよい。ここで、制御装置１０は内部に大気圧学習値を記憶する不揮発性のメモリなどからなる圧力記憶手段を備えている。この圧力記憶手段は、制御装置１０の外部に設けられていてもよく、不揮発性のメモリのほか、記憶媒体を用いた記憶手段であってもよいが、駐車時など車両の主電源がオフにされた状態でも記憶されている大気圧学習値を保持しうる構成とされている必要がある。
【００２１】
この２次空気供給装置１は、所定の条件を満たしたときに、２次空気供給制御（以下、ＡＩ制御と称する。）を実行する。この所定の条件とは、例えば、冷間始動時等の燃料濃度が高く、空燃比（Ａ／Ｆ）が小さく、かつ、排気浄化装置２２が充分に昇温しておらずその機能が充分に発揮されにくい状態が挙げられる。このような条件を満たしたときには、制御装置１０は三方弁１７を制御して、配管１６を吸気管２０へと連通させることにより、吸気管２０内の負圧をＡＳＶ１３に導いて、ＡＳＶ１３を開制御するとともに、ＡＰ１２を駆動させる。これにより、エアフィルタ２５を通過した空気の一部が２次空気供給通路１１を介して排気管２１内へと導かれる。この結果、排気中の酸素濃度が上昇し、そのＡ／Ｆが上がり、排気中のＨＣ、ＣＯの排気管２１における２次燃焼が促されて排気の浄化が図られるとともに、排気温度が上昇することにより排気浄化装置２２の３元触媒の昇温が促進されてエミッションの悪化が抑制される。なお、ＡＳＶ１３と三方弁１７の組み合わせに代えて、ＡＳＶ１３部分に直接、電磁弁を使用することもできる。
【００２２】
本２次空気供給装置１の制御装置１０内に設けられた故障診断部は、構成部品すなわち、ＡＰ１２、ＡＳＶ１３、ＲＶ１４等の異常を検出するものである。具体的には、制御装置１０が、２次空気供給通路１１上に配置される圧力センサ１５で検出される圧力挙動に基づいて構成部品の故障検出を行う。
【００２３】
故障検出の原理を簡単に説明する。図２は、図１における圧力センサ部分における圧力挙動として考えられるパターンを模式的に示したグラフである。ここでは、ＲＶ１４は正常に機能しているものとする。表１にＡＰ１２とＡＳＶ１３の作動状態の組み合わせに対する圧力変動パターンをまとめて示す。
【００２４】
【表１】
表１から圧力挙動パターンから逆にＡＰ１２、ＡＳＶ１３の作動状況を推定することができることが分かる。
【００２６】
この圧力挙動パターンを正確に判定するためには、現在の圧力状態とともに大気圧を把握する必要がある。そのためには、専用の大気圧センサを別途設けるか大気圧との差圧を測定する方法もあるが、コストアップになることから、圧力センサ１５のエンジン始動時の出力を大気圧として用いる手法がとられている。以下、本実施形態においてこの圧力センサ１５を用いた大気圧測定手法のいくつかの例について具体的に説明する。
【００２７】
図３、図４は第１の測定手法を説明するフローチャートである。この測定手法においては、図３に示す処理フローに基づいて大気圧を学習し、図４に示すようにこの学習値を用いて測定した大気圧値を検証している。
【００２８】
まず、図３に示される大気圧学習処理から説明する。この処理は、制御装置１０により、車両の主電源がオンにされてから所定のタイミングで繰り返し実行されるものである。最初に始動後十分な時間が経過しているか否かを判定する（ステップＳ１）。始動後十分な時間が経過していない場合にはその後の処理をスキップして終了する。十分な時間が経過している場合には、次に圧力なまし値Ｐｓｍを読み込む（ステップＳ２）。
【００２９】
この圧力なまし値Ｐsmは、今回のタイムステップで検出した圧力値をＰｓ、前回のタイムステップにおける圧力なまし値の計算結果をＰsm_oldとするとき、Ｐsm＝｛（ｎ−１）×Ｐsm_old＋Ｐｓ｝／ｎで表せる。図５は、こうして求められるＰsmとＰｓの時間変化を合わせて示している。ここで、圧力変動の周期の長さＴに対して、タイムステップΔｔが十分に短く（例えば、４×Δｔ≦Ｔ）、かつ、なまし値を求める際の係数ｎが十分に大きい（例えば、ｎ×Δｔ≧２×Ｔ）ときには、Ｐsmはサンプリング期間（ｎ×Δｔ）内における圧力値Ｐｓの平均値に近似した値となる。なお、処理開始後のタイムステップ数がｎに満たない場合には、ｎの代わりにタイムステップ数を用いればよい。このようになまし値を用いて計算を行うことで、過去のタイムステップにおける圧力値を記憶しておく必要がなく、必要なメモリ量を軽減することができるともに、計算が簡略化され、制御装置１０内の計算機資源を有効に活用することができる。ここでは、なまし値を用いたが、所定時間内の平均圧力や中心圧力等を用いてもよい。
【００３０】
続いて、ＡＩ制御状態か否かを判定する（ステップＳ３）。ＡＩ制御中の場合には、２次空気供給通路１１が排気管２１に連通するよう制御しているので圧力センサ１５で測定している圧力は排気管２１の内圧に強く影響される。そのため、その後の学習処理をスキップして処理を終了する。
【００３１】
ＡＩ制御状態でないと判定された場合には、次にＡＩ機器が正常か否かを判定する（ステップＳ４）。このＡＩ機器の正常／異常の判定は、上述した特許文献１の技術を用いて判定することができる。例えば、ＡＳＶ１３が開故障している場合には、２次空気供給通路１１が排気管２１に連通するよう制御しているので圧力センサ１５で測定している圧力は排気管２１の内圧に強く影響される。また、ＡＰ１２が常時作動故障している場合には、圧力センサ１５で測定している圧力はＡＰ１２の吐出圧により高い圧力を示す。このような場合には、大気圧を測定することができないため、その後の学習処理をスキップして処理を終了する。
【００３２】
ＡＩ機器が正常と判定された場合（大気圧測定に影響を及ぼさないＡＩ機器の故障、例えば、ＡＰ１２の停止故障やＡＳＶ１３の閉固着と判定された場合を含んでもよい。）には、エンジン２の作動が安定しているか否か判定する（ステップＳ５）。ここで、この判定は、エンジン負荷、車速等を基にしてエンジン２がアイドル状態で、かつ、エンジン水温が所定水温以上の状態にある場合を安定状態と判定すればよい。エンジン２が安定していない場合には、吸気条件が変化しており、吸気管２０に圧力変動が起こり、これが２次空気供給通路１１を通じて圧力センサ１５で測定している圧力に外乱として影響を及ぼす可能性があるため、その後の学習処理をスキップして処理を終了する。
【００３３】
エンジンが安定していると判定された場合には、読み込んだ圧力なまし値Ｐｓｍを大気圧学習値ＰＧＡＭＢに格納する。このＰＧＡＭＢは、前述した圧力記憶手段に格納され、車両の主電源がオフにされた状態でもその値が保持される。格納後は処理を終了する。
【００３４】
この処理によって圧力記憶手段の大気圧学習値ＰＧＡＭＢには、エンジン安定状態時（本発明における所定条件）に圧力センサ１５で測定した圧力のなまし値が格納される。この状態においては、圧力センサ位置の圧力は、２次空気供給通路１１と空気フィルタ２５とを通じて連通している外気の圧力と略等しいと考えられる。したがって、大気圧値に近い値が得られる。このように所定条件として始動後のエンジン安定状態を設定することでエンジン出力変化の影響を受けずに圧力センサ１５で大気圧値を測定し、学習を行うことができる。ここで、ステップＳ５におけるエンジン安定状態の判定は、所定時間以上エンジンの安定状態が継続している場合に安定状態と判定することが好ましい。このようにすると、過渡運転直後はエンジン安定状態と判定することがない。
【００３５】
次に、こうして圧力記憶手段に格納しておいた学習値を用いた始動時の大気圧判定処理を説明する。この図４に示される処理は、車両の電源スイッチがオンにされてから所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００３６】
まず、イグニッション（ＩＧ）キーの状態を判定する（ステップＳ１１）。ＩＧスイッチがオフの場合には、その後の処理をスキップして終了する。一方、ＩＧキーがオンの場合には、フラグ値Ｆの値を判定する（ステップＳ１２）。このＦは車両の電源がオンにされた当初は初期値０に設定される。初期値０でない、つまり１に設定されている場合には、すでに大気圧初期値設定済みと判定してその後の処理をスキップして終了する。一方、初期値０の場合には、Ｆに１を設定し（ステップＳ１３）、圧力センサ１５で検出した圧力値Ｐを読み込む（ステップＳ１４）。
【００３７】
次に、読み込んだＰと圧力記憶手段に格納されている大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値をしきい値Ａと比較する（ステップＳ１５）。このＡは通常予想される気象条件の変化や、高度変化による圧力変化量を超えるレベル、例えば、１〜２ｋＰａに設定されている。今回測定した圧力値Ｐと、大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値がしきい値Ａより小さい場合には、残圧がないと判定して大気圧初期値Ｐintに測定した圧力値Ｐを設定して（ステップＳ１６）処理を終了する。一方、今回測定した圧力値Ｐと、大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値がしきい値Ａ以上の場合には、圧力値Ｐは残圧を含むものと判定して大気圧初期値Ｐintに大気圧学習値ＰＧＡＭＢを設定して（ステップＳ１７）処理を終了する。
【００３８】
この処理により、始動前に圧力センサ１５で測定した圧力値Ｐと大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値が通常予想される大気圧変化のレベルを超えている場合には、測定した圧力値Ｐを大気圧値として利用するのではなく、前回エンジン２を停止させた以前の正常な状態で測定して圧力記憶手段に格納しておいた大気圧値ＰＧＡＭＢを大気圧値として利用することで、残圧等の影響を排除し、誤った大気圧値を使用することがなくなる。これにより、その後のＡＩ機器の正常・異常判定を正確に行うことができる。
【００３９】
図６は、この２次空気供給装置１を搭載した車両における始動時の各種状態量の変化を示すタイミングチャートである。ここでは、ＡＩ実行中に時刻taの時点でＩＧスイッチがオフにされてエンジン２を強制的に停止させ、その後tbに再度ＩＧスイッチがオンにしてエンジン２を再起動させた場合のタイミングチャートを示している。以下、ＡＩ構成機器は全て正常の場合を考える。
【００４０】
時刻taでＩＧスイッチがオフにされることで、始動フラグ、ＡＩ実行フラグも自動的にオフにされる。これにより、ＡＰ１２は停止制御され、ＡＳＶ１３は閉止制御される。このとき、ＡＳＶ１３は瞬時に閉止されるのに対して、ＡＰ１２は慣性力により実際に停止するまでにある程度の時間を要する。この結果、圧力センサ１５位置における圧力は、ＡＰ１２の吐出圧の影響を受けて、時刻ta以前より一時的に増大した後、ＡＰ１２の吐出圧減少に伴い、ゆっくりと下降する挙動を示す。
【００４１】
このため、ＩＧスイッチを再度オンにした時刻ｔｂにおける圧力値は大気圧であるＰatmより高いＰLを示すこととなる。従来の装置によれば、このＰLを大気圧初期値として利用していたため、時刻ｔｃでＡＩ実行フラグがオンにされ、ＡＰ１２の作動とＡＳＶ１３の開制御が実行されて圧力値がＰHに増加した場合にも、その圧力上昇幅（ＰH−ＰL）が十分でないと判定して、具体的には図２に示されるパターン２または流量低下状態であると誤判定してしまう可能性がある。本実施形態によれば、このように残圧がある場合の大気圧値ＰLは大気圧学習値であるＰＧＡＭＢとの差がしきい値Ａを超えていると判定し、圧力初期値として大気圧値Ｐatmに近いＰＧＡＭＢを使用するため、ＡＩ故障判定のための圧力挙動判定を正確に行うことができる。
【００４２】
次に、第２の測定手法を説明する。この測定手法は、第１の測定手法と始動時における大気圧値の検出手法が異なる。図７はこの検出処理の処理フローである。図８は、始動時における始動フラグ、ＩＧスイッチの状態、圧力の時間変化を示すタイミングチャートである。
【００４３】
最初に、イグニッション（ＩＧ）キーの状態を判定する（ステップＳ２１）。ＩＧスイッチがオフの場合には、その後の処理をスキップして終了する。一方、ＩＧキーがオンの場合には、圧力センサ１５で検出した現在の圧力値Ｐを読み込む（ステップＳ２２）。そして、フラグ値Ｆの値を判定する（ステップＳ２３）。このＦは車両の電源がオンにされた当初は初期値０に設定されている。初期値０の場合には、Ｆに１を設定し（ステップＳ２４）、変数Ｐ0にＰを格納して（ステップＳ２５）処理を終了する。
【００４４】
ステップＳ２３でフラグ値Ｆが１と判定された場合には、始動後カウンタの値をしきい値Ｔと比較する（ステップＳ２６）。この始動後カウンタ値とは、ＩＧスイッチがオンにされてからの経過時間に対応する。始動後カウンタ値がしきい値Ｔ以上の場合にはその後の処理をスキップして処理を終了する。反対に、始動後カウンタ値がしきい値Ｔ未満の場合には、ＡＩ制御状態を判定する（ステップＳ２７）。ＡＩ制御中の場合には、その後の処理をスキップして処理を終了する。ＡＩ制御がオフの場合には、今回読み込んだ圧力値Ｐと前回のタイムステップで読み込んだ圧力Ｐ0との差の絶対値がしきい値Ｂ以下か否かを判定する。このＢは圧力センサの測定誤差や外的な圧力変化に基づいて通常予想される圧力変化量を若干上回る量（例えば、１．０ｋＰａ）に設定されている。今回読み込んだ圧力値Ｐと前回のタイムステップで読み込んだ圧力Ｐ0との差の絶対値がしきい値Ｂ未満の場合には、圧力センサ１５位置における圧力変化量は小さく、ＡＩ制御後の残圧減少過程ではないと判定してステップＳ２９へと移行して、大気圧初期値Ｐintに圧力値Ｐ0を設定して、そのまま処理を終了する。一方、今回読み込んだ圧力値Ｐと前回のタイムステップで読み込んだ圧力Ｐ0との差の絶対値がしきい値Ｂ以上の場合には、圧力センサ１５位置における圧力変化量が大きく、ＡＩ制御後の残圧減少過程である可能性があると判定してステップＳ３０へと移行し、大気圧初期値Ｐintに測定した圧力値Ｐではなく、大気圧学習値ＰＧＡＭＢを設定してステップＳ２５でＰ0を測定圧力値Ｐで更新した後、処理を終了する。
【００４５】
この処理により、始動前に圧力センサ１５で測定した圧力値Ｐの時間変化量（実際には、タイムステップΔｔごとの変化量＝前回のタイムステップと今回のタイムステップにおける測定値の差ΔＰｉ＝図８参照）が所定値未満の場合には、残圧減少過程でないと判定し、測定した圧力値Ｐ（実際には前回のタイムステップの測定圧力値Ｐ0）を大気圧値として用い、所定時間を経ても時間変化量が所定値以上の場合には、残圧減少過程であると判定し、測定した圧力値Ｐを大気圧値として利用するのではなく、前回エンジン２を停止させた以前の正常な状態で測定して圧力記憶手段に格納しておいた大気圧値ＰＧＡＭＢを大気圧値として利用することで、第１の測定手法の場合と同様に、残圧等の影響を排除し、誤った大気圧値を使用することがなくなる。これにより、その後のＡＩ機器の正常・異常判定を正確に行うことができる。
【００４６】
次に、第３の測定手法を説明する。この第３の測定手法は、基本的に第１の測定手法と類似している。図９にその処理フローを示すが、図４に示される第１の測定手法におけるステップＳ１５の処理に代えてステップＳ１５ａの処理を行う点が相違する。
【００４７】
具体的には、ステップＳ１４で圧力値Ｐを読み込んだ後、エンジン２の停止継続時間ｔstopがしきい値ｔthを超えているか否かを判定する（ステップＳ１５ａ）。このしきい値ｔthは、ＡＰ１２停止後に圧力センサ１５位置における圧力（残圧）が十分に低下してほぼ大気圧に一致するのに必要な時間として設定されている。停止継続時間ｔstopは、車両の電源オフ時にも時間カウントが可能なカウンタによって計測するか、車両の電源オフ時にも駆動するタイマーにより停止時の時刻を記憶しておき、現在の時刻との差から算出してもよい。これらが、本発明にかかる停止時間判定手段に該当する。この停止時間判定手段は、制御装置１０内に内蔵されていてもよく、その外部に設置されていてもよい。
【００４８】
ｔstopがしきい値ｔth以下の場合には、残圧が十分に低下していない可能性があるため、ステップＳ１７へと移行して大気圧初期値に大気圧初期値Ｐintに大気圧学習値ＰＧＡＭＢを設定して処理を終了する。ｔstopがしきい値ｔthを超えている場合には、残圧低下に必要な時間が経過し、残圧は残っていないものと推定して、ステップＳ１６に移行し、大気圧初期値Ｐintに測定した圧力値Ｐを設定して処理を終了する。
【００４９】
本測定手法においても、ＡＩ制御停止後の間がない状態でエンジンを再起動したような場合には、停止継続時間が短く残圧が残っている可能性があるとして圧力センサ１５の測定値ではなく、大気圧学習値ＰＧＡＭＢを圧力値として使用するので、残圧の影響を排除して、正確な故障判定を行うことができる。
【００５０】
次に、この大気圧学習値ＰＧＡＭＢを用いて圧力センサ１５の異常判定を行う方法について説明する。図１０はこの異常判定を含む学習処理の処理フローである。この処理は図３に示される学習処理とステップＳ１〜Ｓ６までの処理は共通するため、重複する説明は省略する。
【００５１】
ステップＳ６で過渡運転でないと判定された場合、本処理においては読み込んだ圧力なまし値Ｐｓｍと大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値をしきい値Ｃと比較する（ステップＳ３１）。このＣは、上述したしきい値Ａと同様に、通常予想される気象条件の変化や、高度変化による圧力変化量を超えるレベル、例えば、１〜２ｋＰａに設定されている。圧力なまし値Ｐｓｍと大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値がしきい値Ｃ未満の場合には、測定した大気圧の前回の大気圧学習時点からの変化量が気象条件の変化や、高度変化により予想される変化量の範囲内であることから、圧力センサ１５は正常と判定し、ステップＳ３２で圧力センサの正常／異常を表す判定フラグに正常を示す値を設定した後、大気圧学習値ＰＧＡＭＢをＰｓｍで更新して（ステップＳ７）処理を終了する。
【００５２】
一方、圧力なまし値Ｐｓｍと大気圧学習値ＰＧＡＭＢとの差の絶対値がしきい値Ｃを超えている場合は、測定した大気圧の前回の大気圧学習時点からの変化量が、気象条件の変化や、高度変化により予想される圧力変化量を上回っており、異常な状態と考えられることから、これは圧力センサ１５の異常によるものと判定して、ステップＳ３３で圧力センサの正常／異常を表す判定フラグに異常を示す値を設定した後、大気圧学習値ＰＧＡＭＢの更新をスキップして処理を終了する。
【００５３】
これによれば、大気圧学習と同時に圧力センサ１５の故障判定を行うことができるので、圧力センサ１５の故障時に異常な大気圧を大気圧学習値として格納することがなく、その後の他の機器の故障検出時に誤検出を行うことがない。
【００５４】
以上の説明では、残圧があると判定した場合には、大気圧値として大気圧学習値ＰＧＡＭＢを用いる例を説明したが、ＰＧＡＭＢではなく、別に格納されている標準大気圧値を大気圧値として用いてもよい。気象変化等により大気圧学習値ＰＧＡＭＢが標準大気圧値からずれていた場合に、その後の気象変化等で実際の大気圧がこれと異なった場合に、大気圧値から大きくずれた値を大気圧値として用いることがない。
【００５５】
以上の説明では、２次空気供給装置の場合を例に説明してきたが、過給機やエボパパージやＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation＝排ガス再循環）装置等の各種の空気供給手段に配置される圧力センサにおいても本発明は好適に適用できる。また、圧力センサ１５の出力は故障判定のほか、空気供給手段の制御に用いることもできる。また、以上の説明では、内燃機関の始動時に大気圧測定を行う場合を例に説明してきたが、空気供給装置を作動させる前であって、内燃機関の運転状態に影響を受けない状態であれば始動時に限られるものではなく、始動後あるいは始動前に測定を行ってもよい。ただし、大気圧測定値を使用する時点の実際の大気圧と測定した大気圧との差に対する大気圧変化の影響を抑えるため、空気供給装置の作動開始時に近接した時点で大気圧測定を行うことが好ましい。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、空気供給手段に配置された圧力センサを空気供給停止時に大気圧センサとして用いる場合に、大気圧学習機能を備えるとともに、大気圧測定時の測定値と学習値との偏差、測定値の時間変化または供給停止継続時間を基にして空気供給手段内の残圧の有無を判定し、残圧がない場合にのみ測定した圧力値を用いることで、正確な大気圧を測定することができ、空気供給手段の制御や故障判定を正確に行うことかできる。
【００５７】
また、学習時に前回の学習結果と比較することで、圧力センサ自体の故障判定を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気供給装置の実施形態である２次空気供給装置を搭載した内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】図１の圧力センサ位置における圧力挙動パターンを模式的に示す図である。
【図３】図１の装置における大気圧学習処理のフローチャートである。
【図４】図１の装置における第１の大気圧測定手法のフローチャートである。
【図５】圧力なまし値Ｐｓｍを説明するグラフである。
【図６】図１の装置を搭載した車両における始動時の各種状態量の変化を示すタイミングチャートである。
【図７】図１の装置における第２の大気圧測定手法のフローチャートである。
【図８】図１の装置における始動時における始動フラグ、ＩＧスイッチの状態、圧力の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図９】図１の装置における第３の大気圧測定手法のフローチャートである。
【図１０】図１の装置における圧力センサの異常判定を含む大気圧学習処理の処理フローである。
【符号の説明】
１…２次空気供給装置、２…エンジン、１０…制御装置、１１…２次空気供給通路、１２…エアポンプ（ＡＰ）、１３…エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）、１４…リード弁（ＲＶ）、１５…圧力センサ、１６…配管、１７…三方弁、１８…配管、１９…フィルタ、２０…吸気管、２１…排気管、２２…排気浄化装置、２３…エンジンＥＣＵ、２４…スロットル、２５…吸気フィルタ、２６…エアフローメータ、２７…回転数センサ、３１、３２…Ｏ2センサ。
Claims (7)
- 内燃機関を搭載する車両の空気供給管上に配置される空気供給手段と、
前記空気供給管の前記空気供給手段の下流に配置される開閉弁と、
前記空気供給手段と開閉弁との間の前記空気供給管上に配置され、前記空気供給管内の圧力を検出する圧力検出手段とを備える空気供給装置において、
所定条件において前記圧力検出手段で検出した圧力値を学習大気圧値として記憶する圧力記憶手段と、
前記空気供給手段を作動させる直前に前記圧力検出手段で検出した圧力値と前記圧力記憶手段に記憶されている以前の内燃機関運転中に学習した学習圧力値を比較し、その偏差が所定値以上の場合には、前記圧力記憶手段に記憶されている学習大気圧値を大気圧値として出力し、該偏差が所定値未満の場合には前記圧力検出手段で検出した圧力値を大気圧値として出力する大気圧値補正手段と、
を備えていることを特徴とする空気供給装置。 - 内燃機関を搭載する車両の空気供給管上に配置される空気供給手段と、
前記空気供給管の前記空気供給手段の下流に配置される開閉弁と、
前記空気供給手段と開閉弁との間の前記空気供給管上に配置され、前記空気供給管内の圧力を検出する圧力検出手段とを備える空気供給装置において、
所定条件において前記圧力検出手段で検出した圧力値を学習大気圧値として記憶する圧力記憶手段と、
前記空気供給手段を作動させる前に前記圧力検出手段で検出した圧力値の時間変化が所定値以上の場合には、前記圧力記憶手段に記憶されている以前の内燃機関運転中に学習した学習大気圧値を大気圧値として出力し、該時間変化が所定値未満の場合には前記圧力検出手段で検出した圧力値を大気圧値として出力する大気圧値補正手段と、
を備えていることを特徴とする空気供給装置。 - 内燃機関を搭載する車両の空気供給管上に配置される空気供給手段と、
前記空気供給管の前記空気供給手段の下流に配置される開閉弁と、
前記空気供給手段と開閉弁との間の前記空気供給管上に配置され、前記空気供給管内の圧力を検出する圧力検出手段とを備える空気供給装置において、
所定の条件において前記圧力検出手段で検出した圧力値を学習大気圧値として記憶する圧力記憶手段と、
前記空気供給手段停止からの継続時間を判定する停止時間判定手段と、
前記空気供給手段を作動させる前に前記停止時間判定手段で判定した継続時間が所定値以下の場合には、前記圧力記憶手段に記憶されている以前の内燃機関運転中に学習した学習大気圧値を出力し、該継続時間が所定値を超えている場合には前記圧力検出手段で検出した圧力値を大気圧値として出力する大気圧値補正手段と、
を備えていることを特徴とする空気供給装置。 - 前記空気供給手段の停止状態で、かつ、前記内燃機関が安定状態の場合に前記圧力検出手段で検出した圧力値と前記圧力記憶手段に記憶されている大気圧値との差が所定値以上の場合には、前記圧力検出手段の故障と判定する故障判定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気供給装置。
- 前記空気供給手段は、回転式のエアポンプであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気供給装置。
- 前記空気供給管は、内燃機関の排気系の排気浄化装置より上流側に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の空気供給装置。
- 前記大気圧補正手段は、前記圧力記憶手段に記憶されている大気圧と標準大気圧との偏差が所定値以上の場合には、圧力記憶手段に記憶されている大気圧に代えて標準大気圧を用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の空気供給装置。
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