JP4375117B2

JP4375117B2 - 目詰まり検出装置

Info

Publication number: JP4375117B2
Application number: JP2004154315A
Authority: JP
Inventors: 徹大庭
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: DE102005006152A1; DE102005006152B4; JP2005337045A

Description

本発明は、エアクリーナの目詰まり検出装置に関し、特に、複数のエアクリーナが搭載される内燃機関における目詰まり検出装置に関する。

従来、車両の内燃機関の吸気系に設けられるエアクリーナは、内燃機関に導入された大気中のゴミ等の異物を捕集（付着）する。多くの異物がエアクリーナに付着すると、エアクリーナは目詰まりを起こす可能性がある。エアクリーナが目詰まりすると、適切な流量の空気をエンジンに供給することができなくなる。このような状態になると、内燃機関のアイドリング時において内燃機関の回転数が不安定になったり、内燃機関の高回転時においては、所望の出力が出なかったりする。そのため、エアフローメータによりエンジンのアイドリング時から高回転時までの範囲のエアクリーナにおける空気の流量を精度高く検知し、検知された空気の流量に基づいて、エアクリーナの目詰まりを判定する技術が以下の公報に開示される。

特開２００４−１９４５５号公報（特許文献１）は、エアクリーナの目詰まりを精度高く検出することができる内燃機関用エアクリーナの目詰まり検出装置を開示する。この目詰まり検出装置は、スロットル弁の開度毎に予め定められる目標流量を記憶しておく。目詰まり検出装置は、スロットル開度センサにより検出されるスロットル弁の開度において、エアフローメータにより検出される空気の流量と、スロットル弁の開度に対応する目標流量とに基づいてエアクリーナに目詰まりが発生したか否かを判定する。

特許文献１に開示された目詰まり検出装置によると、スロットル弁の開度に基づいてエアクリーナの目詰まりを判定する。そのため、エアクリーナの目詰まりが大きくなって内燃機関に供給される空気の流量が小さくなったとしても、空気の流量の大きさによらずエアクリーナの目詰まりを判定することができる。
特開２００４−１９４５５号公報

内燃機関の性能を向上させるために、最大流量は増大する傾向にある。一方、燃費向上のためのアイドル回転数の低下およびエミッションの低減のための大量ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の導入により、最小流量は減少する傾向にある。すなわち、エアクリーナにおける空気の流量の範囲は拡大する傾向にある。

複数のエアクリーナを搭載する車両の場合には、それぞれのエアクリーナに設けられたフィルタにおける初期の圧力損失の差および経時変化による圧力損失の差により、２個のエアクリーナの間の空気の流量には、ばらつきが生じるという問題がある。特に、空気の流量が小さい場合においては、２個のエアクリーナの間で圧力損失に差が生じると、流量の差が顕著に生じる。圧力損失が小さいと、空気の流量は大きくなるため、最大流量は増大する。一方、圧力損失が大きいと、空気の流量は小さくなるため、最小流量は減少する。すなわち、２個のエアクリーナにおける空気の流量の範囲は拡大する。

しかしながら、これら流量の範囲の拡大に対して、エアフローメータにより必要な精度で検出できる空気の流量の範囲は限られている。そのため、その範囲外の流量の空気が流れると、空気の流量を精度高く検知することができない。したがって、２個のエアクリーナにおいて検出できる範囲外の流量が流れる場合には目詰まりしている状態を検知できないという問題が発生する可能性がある。そのため、アイドル回転数が変動するラフアイドルやエンジンストールが発生することがある。

特許文献１においては、複数のエアクリーナにおける空気の流量のばらつきを想定しないため、上述のような問題が生じる可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数のエアクリーナにおける空気の流量のばらつきに影響されることなく、エアクリーナにおける目詰まりを検出できる目詰まり検出装置を提供することである。

第１の発明に係る目詰まり検出装置は、初期状態において略同じ流量特性を有する複数のエアクリーナが搭載される車両の内燃機関において、複数のエアクリーナのいずれかが目詰まりしている状態を検出する。目詰まり検出装置は、複数のエアクリーナのそれぞれにおける空気の流量を検知するための検知手段と、検知された流量の差に基づいて、複数のエアクリーナのいずれかが目詰まりしている状態であるか否かを判断するための判断手段とを含む。

第１の発明によると、判断手段は、初期状態において略同じ流量特性（たとえば、同じ構造）を有する複数（たとえば、２個）のエアクリーナのそれぞれにおいて検知された流量の差に基づいて、複数のエアクリーナのいずれかが目詰まりしている状態であるか否かを判断する。たとえば、同じ構造であっても、一方のエアクリーナに目詰まりが発生すると、一方のエアクリーナの流量が低下するので２個のエアクリーナにおける流量の差が予め定められた量以上になる。このとき、一方のエアクリーナが目詰まりしている状態であると判断する。これにより、２個のエアクリーナにおける空気の流量がばらついても、相対的な流量の差に基づいて、２個のエアクリーナのいずれかのが目詰まりしている状態であるか否かを判断することができる。したがって、複数のエアクリーナに流れる空気の流量のばらつきに影響されることなく、目詰まりを検出できる目詰まり検出装置を提供することができる。

第２の発明に係る目詰まり検出装置においては、第１の発明の構成に加えて、判断手段は、検知された流量の差が予め定められた量以上になると、目詰まりしている状態であると判断するための手段を含む。

第２の発明によると、判断手段は、検知された流量の差が予め定められた量以上になると、目詰まりしている状態であると判断する。これにより、２個のエアクリーナにおける空気の流量がばらついても、相対的な流量の差が予め定められた量以上になると、２個のエアクリーナのいずれかが目詰まりしている状態であると判断することができる。

第３の発明に係る目詰まり検出装置においては、第１の発明の構成に加えて、検知手段は、流量に対応した電圧値を出力するエアフローメータである。判断手段は、電圧値の差が予め定められた値以上になると、目詰まりしている状態であると判断するための手段を含む。

第３の発明によると、判断手段は、エアフローメータにより検知された電圧値の差が予め定められた値以上になると、目詰まりしている状態であると判断する。これにより、複数（たとえば、２個）のエアクリーナにおける空気の流量がばらついても、相対的な電圧値の差が予め定められた値以上になると、すなわち、相対的な流量の差が予め定められた量以上になると、２個のエアクリーナのいずれかが目詰まりしている状態であると判断することができる。

第４の発明に係る目詰まり検出装置は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、判断手段により目詰まりしている状態であると判断されると、車両の運転者に状態を通報するための通報手段をさらに含む。

第４の発明によると、判断手段により目詰まりしている状態であると判断されると、車両の運転者にエアクリーナが目詰まりしている状態を通報する。これにより、運転者は、複数（たとえば、２個）のエアクリーナのいずれかが目詰まりしている状態であることを知ることができる。すなわち、運転者に対して、エアクリーナの点検や交換を促すことができる。

第５の発明に係る目詰まり検出装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、複数のエアクリーナの個数は、２個である。

第５の発明によると、複数のエアクリーナの個数は、２個である。これにより、２個のエアクリーナにおける空気の流量にばらついても、相対的な流量の差が予め定められた量以上になると、２個のエアクリーナのいずれかが目詰まりしている状態であると判断することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る目詰まり検出装置について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、本実施の形態に係る目詰まり検出装置が搭載される車両１００の吸気系は、クールエアインテーク１０２と、エアクリーナ（１）１０４、エアクリーナ（２）１０６、スロットルボディ１０８と、サージタンク１１０と、インテークマニホールド１５２，１５４とから構成される。

エアクリーナ（１）１０４、エアクリーナ（２）１０６の内部には、それぞれエアフローメータ（以下、エアフローメータをＡＦＭと記載する。）（１）１１２、ＡＦＭ（２）１１４が設けられる。

クールエアインテーク１０２に導入された空気は、２つの経路に分かれる。そして、２つの経路に分かれた空気は、エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６のそれぞれを通って、スロットルボディ１０８に達する。

エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６には、内部にフィルタが設けられている。そして、クールエアインテーク１０２から導入された空気中のゴミ、塵、ほこり、カーボン等の異物は、フィルタによりろ過される。エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６は、初期状態（エアクリーナに新しいフィルタを装着した時）において略同じ流量特性を有する構造であれば特に限定されるものではないが、本実施の形態において、たとえば、エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６は、同じ構造を有する。

スロットルボディ１０８には、電子スロットル弁（図示せず）が設けられる。そして、電子スロットル弁の開度に応じた空気がサージタンク１１０に導入される。サージタンク１１０に導入された空気は、再び２つの経路に分かれて、インテークマニホールド１５２，１５４のそれぞれに導入される。本実施の形態に係る目詰まり検出装置は、２個のエアクリーナが搭載された車両に適用した場合について説明するが、特に限定されるものではない。すなわち、３つ以上の複数のエアクリーナを搭載された車両に適用してもよい。

上述の吸気系から導入された空気は、エンジン１５０に導入される。エンジン１５０は、特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、たとえば、Ｖ型１２気筒エンジンである。インテークマニホールド１５２，１５４に導入される空気は、インテークマニホールド１５２，１５４の途中にそれぞれ設けられるインジェクタ（図示せず）から噴射された燃料と混合される。そして、燃料と空気とが混合された混合気は、エンジン１５０のシリンダブロック１５６，１５８のそれぞれに導入される。混合気は、シリンダブロック１５６，１５８のそれぞれに設けられる気筒内において、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を経た後、燃焼して排気ガスとなる。そして、排気ガスは、エキゾーストマニホールド１６０，１６２から三元触媒１６４，１６６のぞれぞれを通ってサブマフラ１６８に達する。そして、サブマフラ１６８から２つの経路に分かれて、一方の経路においては、排気ガスは、サブマフラ１７０からメインマフラ１７４を介して外部に排出され、他方の経路においては、排気ガスは、サブマフラ１７２からメインマフラ１７６を介して外部に排出される。本実施の形態において、排気ガスは、複数の経路に分かれて排出されるが特にこれに限定されるものではない。たとえば、１つの経路で排気ガスは、外部に排出されてもよい。

図２に示すように、クールエアインテーク１０２から導入された空気は、吸気通路２０２，２０４の２つの経路に分かれる。そして、エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６を通る。このとき、エアクリーナ（１）１０４を通る空気の流量は、ＡＦＭ（１）１１２により検知される。一方、エアクリーナ（２）１０６を通る空気の流量は、ＡＦＭ（２）１１４により検知される。

ＡＦＭ（１）１１２およびＡＦＭ（２）１１４は、特に限定されるものではないが、本実施の形態において、たとえば、熱線式のＡＦＭである。熱線式のＡＦＭは、吸入空気の一部をバイパスさせ、内部に設けられる熱線計量部で吸入される空気の流量を測定する。熱線計量部は、プラチナフィラメント（白金熱線）が設けられる。すなわち、吸気温度計測用の抵抗の熱線と加熱抵抗の熱線とを含むブリッジ回路を構成して、空気の流量を計測する。熱線式のＡＦＭにおいて、空気の流量が変化したときには、熱線計量部のブリッジ回路において、吸気温度計測用の抵抗と加熱抵抗（ヒータ）との温度差を常に一定に保つように加熱抵抗への供給電力をフィードバック制御する。その供給電力を電圧値に変換しＥＣＵ２００に出力する。本実施の形態においては、ＡＦＭ（１）およびＡＦＭ（２）１１４のそれぞれにおいて検知された空気の流量に対応する電圧値がＥＣＵ２００に出力される。

ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（図示せず）とメモリ（図示せず）とを含む。メモリには、予めＡＦＭの出力電圧値と流量との関係を示すマップが記憶されている。そして、ＡＦＭ（１）１１２およびＡＦＭ（２）１１４から電圧値がＥＣＵ２００に出力されると、ＥＣＵ２００は、マップに基づいて、入力された電圧値から空気の流量を算出する。たとえば、空気の流量が増えると、加熱抵抗は冷やされる。ＡＦＭの制御回路がこの状態を検出すると、加熱抵抗に電力を供給する。加熱抵抗に電力が供給されると、加熱抵抗は発熱する。これにより、吸気温度計測用の抵抗と加熱抵抗との温度差が一定になるように制御される。

エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６のフィルタによりろ過された空気は、吸気通路２０６において合流した後に、スロットルボディ１０８に導入される。

スロットルボディ１０８は、電子スロットル弁１１６とスロットルポジションセンサ１１８とを含む。電子スロットル弁１１６は、ＥＣＵ２００から送信される制御信号に基づいて、アクチュエータ等によりスロットル弁の開度を制御する。このときのスロットル弁の開度は、検知信号としてスロットルポジションセンサ１１８により検知される。検知されたスロットル弁の開度は、スロットルポジションセンサ１１８からＥＣＵ２００に送信される。

シリンダブロック１５６、１５８の気筒内には、ピストン１２０，１２２がそれぞれ設けられる。ピストン１２０，１２２は、それぞれピストンロッド（図示せず）を介してクランクシャフト１２４に接続される。

気筒内に導入される混合気は、ピストン１２０，１２２の上昇に伴なって圧縮される。ＥＣＵ２００からの制御信号に基づいて、点火プラグ１２６，１２８の点火されると、混合気は燃焼する。そして、混合気の燃焼圧により、ピストン１２０，１２２が下方に押し下げられる。ピストン１２０，１２２が押し下げられると、ピストンロッドを介してクランクシャフト１２４が回転させられる。

クランクシャフト１２４の一方端には、複数の歯部を有するタイミングロータ１３２が設けられる。タイミングロータ１３２の複数の歯部に対向するようにクランクポジションセンサ１３０が設けられる。クランクポジションセンサ１３０は、コイル等から構成される。クランクシャフト１２４の回転に伴なってタイミングロータ１３２が回転すると、クランクポジションセンサ１３０は、タイミングロータ１３２とクランクポジションセンサ１３０とのエアギャップに応じて生じる起電力に基づく電圧信号をＥＣＵ２００に出力する。ＥＣＵ２００は、出力された電圧信号に基づいて、クランクシャフト１２４の回転角度および回転速度を検知する。

警告ランプ１３４は、運転者にエアクリーナのフィルタの交換を促すことができれば特に限定されるものではないが、表示灯でも警報でもよい。また、警告ランプ１３４は、本実施の形態において、運転席のインストルメントパネルに設けられるが特に限定されるものではない。

ここで、図３に示すように、吸気通路２０２，２０４とエアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６と吸気通路２０６とは、車両１００の中心について幅方向に対称となるように配置される。なお、図中の矢印は、クールエアインテーク１０２から導入された空気の流れを示す。このとき、２個のエアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６のそれぞれに設けられた２個のフィルタにおける初期状態の圧力損失の差、経時変化による圧力損失の差および吸気通路２０２，２０４，２０６における異なる通路形状、あるいは通路長、断面積のばらつきによる圧力損失の差が生じる。そのため、２個のフィルタのそれぞれに吸着する異物の量もばらつく。すなわち、２個のエアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６における空気の流量はばらつく。特に、空気の流量が小さい場合においては、２個のエアクリーナの間で圧力損失に差が生じると、流量の差が顕著に生じる。圧力損失が小さいと、空気の流量は大きくなるため、最大流量は増大する。一方、圧力損失が大きいと、空気の流量は小さくなるため、最小流量は減少する。すなわち、エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６における空気の流量の範囲は拡大する。

しかしながら、ＡＦＭにより必要な精度で検出できる空気の流量の範囲は限られている。そのため、その範囲外の流量の空気が流れると、空気の流量を精度高く検知することができない。したがって、２個のエアクリーナにおいて検出できる範囲外の流量が流れる場合には目詰まりしている状態を検知できないという問題が発生する可能性がある。エアクリーナに目詰まりが発生すると、アイドル回転数が変動するラフアイドルやエンジンストールが発生することがある。

そこで、本発明に係る目詰まり検出装置は、２個のエアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６における流量の差に基づいて、２個のエアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６のいずれかが目詰まりしている状態であるか否かを判断することを特徴とする。すなわち、目詰まり検出装置は、ＡＦＭ（１）１１２およびＡＦＭ（２）１１４の出力電圧値の差を検知する。ＡＦＭ（１）１１２およびＡＦＭ（２）１１４の出力電圧値の差が予め定められた値以上になると、すなわち、２個のエアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６における空気の流量の差が予め定められた量以上になると、２個のエアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６のうちのいずれかが目詰まりしている状態であると判断する。本実施の形態に係る目詰まり検出装置は、ＥＣＵ２００で実行されるプログラムにより実現される。また、本実施の形態に係る目詰まり検出装置は、たとえば、エンジン１５０の起動後のアイドリング時に流量の差を検知するが特に限定されるものではない。

図４を参照して、本実施の形態に係る目詰まり検出装置であるＥＣＵ２００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する。）１１００にて、ＥＣＵ２００は、ＡＦＭ（１）１１２の出力電圧値（１）およびＡＦＭ（２）１１４の出力電圧値（２）を検知する。

Ｓ１２００にて、ＥＣＵ２００は、出力電圧値（１）と出力電圧値（２）との差が予め定められた値以上であるか否かを検知する。出力電圧値（１）と出力電圧値（２）との差が予め定められた電圧値以上であると（Ｓ１２００にてＹＥＳ）、処理はＳ１３００に移される。もしそうでないと（Ｓ１２００にてＮＯ）、処理はＳ１５００に移される。

Ｓ１３００にて、ＥＣＵ２００は、エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６のいずれかが目詰まりしている異常状態であると判断する。このとき、出力電圧値（１）および出力電圧値（２）に基づいて、エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６のうちのどちらが目詰まりをしている異常状態であるかを判断してもよい。

Ｓ１４００にて、ＥＣＵ２００は、運転席のインパネに設けられる警告ランプ１３４を点灯させる。Ｓ１５００にて、ＥＣＵ２００は、エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６のいずれも正常な状態であると判断する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る目詰まり検出装置であるＥＣＵ２００の動作について、図５を参照にして説明する。

走行距離の増加に伴ない、エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６における異物の吸着量も増加する。そのため、図５に示すように、吸着量の増加に伴なう空気の流量の減少によりＡＦＭ（１）１１２およびＡＦＭ（２）１１４の出力電圧値は、減少する。

そして、エンジン１５０の起動後のアイドリング時にＡＦＭ（１）１１２およびＡＦＭ（２）１１４より空気の流量が検知され（Ｓ１１００）、検知された空気の流量に対応する出力電圧値（１）および出力電圧値（２）の差が予め定められた値α以上になると（Ｓ１２００にてＹＥＳ）、エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６のいずれかが目詰まりしている状態であると判断する（Ｓ１３００）。そして、警報ランプ１３４が点灯する（Ｓ１４００）。検出された空気の流量に対応する出力電圧値（１）および出力電圧値（２）の差が予め定められた値α以上にならない場合においては（Ｓ１２００にてＮＯ）、エアクリーナ（１）１０４およびエアクリーナ（２）１０６はいずれも正常であると判断される。なお、予め定められた値αは、特に限定されるものではないが、たとえば、出力電圧値の差がα以上になると、所望のエンジン性能が発揮できなくなる空気の流量が確保できない値である。

以上のようにして、本実施の形態に係る目詰まり検出装置によると、ＥＣＵは、構造が同じ２個のエアクリーナのそれぞれにおいて検知された流量の差が予め定められた量以上になると、目詰まりしている状態であると判断する。これにより、２個のエアクリーナにおける空気の流量にばらついても、相対的な流量の差が予め定められた量以上になることを検知することにより、２個のエアクリーナのいずれかのが目詰まりしている状態であると判断することができる。したがって、複数のエアクリーナに流れる空気の流量のばらつきに影響されることなく、目詰まりを検出できる目詰まり検出装置を提供することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施の形態に係る目詰まり検出装置であるＥＣＵが搭載される車両の構成を示す図である。本実施の形態における吸気系およびエンジンの構成を示す図である。本実施の形態における吸気系の外観を示す図である。本実施の形態に係る目詰まり検出装置であるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。本実施の形態において、車両の走行距離とＡＦＭの出力電圧値との関係を示す図である。

符号の説明

１００車両、１０２クールエアインテーク、１０４，１０６エアクリーナ、１０８スロットルボディ、１１０サージタンク、１１２，１１４ＡＦＭ、１１６電子スロットル弁、１１８スロットルポジションセンサ、１２０，１２２ピストン、１２４クランクシャフト、１２６，１２８点火プラグ、１３０クランクポジションセンサ、１３２タイミングロータ、１３４警告ランプ、１５０エンジン、１５２，１５４インテークマニホールド、１５６，１５８シリンダブロック、１６０，１６２エキゾーストマニホールド、１６４，１６６三元触媒、１６８，１７０，１７２サブマフラ、１７４，１７６メインマフラ、２００ＥＣＵ、２０２，２０４，２０６吸気通路。

Claims

初期状態において略同じ流量特性を有する複数のエアクリーナが搭載される車両の内燃機関において、前記複数のエアクリーナのいずれかが目詰まりしている状態を検出する目詰まり検出装置であって、
前記複数のエアクリーナのそれぞれにおける空気の流量を検知するための検知手段と、
前記検知された流量の差に基づいて、前記複数のエアクリーナのいずれかが目詰まりしている状態であるか否かを判断するための判断手段とを含む、目詰まり検出装置。
前記判断手段は、前記検知された流量の差が予め定められた量以上になると、目詰まりしている状態であると判断するための手段を含む、請求項１に記載の目詰まり検出装置。
前記検知手段は、前記流量に対応した電圧値を出力するエアフローメータであって、
前記判断手段は、前記電圧値の差が予め定められた値以上になると、目詰まりしている状態であると判断するための手段を含む、請求項１に記載の目詰まり検出装置。
前記目詰まり検出装置は、前記判断手段により目詰まりしている状態であると判断されると、前記車両の運転者に前記状態を通報するための通報手段をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の目詰まり検出装置。
前記複数のエアクリーナの個数は、２個である、請求項１〜４のいずれかに記載の目詰まり検出装置。