JP5366863B2

JP5366863B2 - 吸入空気量センサの劣化補正方法

Info

Publication number: JP5366863B2
Application number: JP2010058623A
Authority: JP
Inventors: 登内田
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2030-03-16
Also published as: JP2011190758A

Description

本発明は、吸入空気量センサの劣化補正方法に関するものである。

従来より、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が行われている。

図３は前述した排気ガス再循環を行うためのＥＧＲ装置の一例を示すもので、図中１はディーゼル機関であるエンジンを示し、該エンジン１は、ターボチャージャ２を備えており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送り、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４をインタークーラ６へと送って冷却し、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４を導いてエンジン１の各気筒に分配するようにしてある。

また、このエンジン１の各気筒から排出された排気ガス８を排気マニホールド９を介して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を排気管１０を介して車外へ排出するようにしてある。

そして、排気マニホールド９における各気筒の並び方向の一端部と、吸気マニホールド７に接続されている吸気管５の一端部との間がＥＧＲパイプ１１により接続されており、排気マニホールド９から排気ガス８の一部を抜き出して吸気管５に導き得るようにしてある。

ここで、前記ＥＧＲパイプ１１には、該ＥＧＲパイプ１１を適宜に開閉するＥＧＲバルブ１２と、再循環される排気ガス８を冷却するためのＥＧＲクーラ１３とが装備されており、該ＥＧＲクーラ１３では、冷却水と排気ガス８とを熱交換させることにより排気ガス８の温度を低下し得るようになっており、この水冷した排気ガス８のエンジン１への再循環により燃焼温度の低下を図り得るようにしてある。

ただし、前述した如きターボチャージャ２付きのエンジン１においては、吸気側が過給されているために排気側との圧力差が少なくなってしまい、高いＥＧＲ率を実現することが難しいという問題があるが、ターボチャージャ２として、タービン２ｂ側のノズル部に角度調整可能な多数のノズルベーンを環状に備えてノズル開度を任意に変更し得るようにしたマルチベーンタイプのバリアブルノズルターボチャージャを採用し、必要に応じタービン２ｂ側のノズル開度を小さく絞り込んでノズル部における排気ガス８の通過抵抗を増やし、これにより排気マニホールド９の圧力を高めて吸気側と排気側との圧力差を確保することが行われている。

この際、前記ターボチャージャ２の開度制御（タービン２ｂのノズル部におけるノズル開度の制御）は、ＥＧＲバルブ１２の開度制御と共にエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１４からの制御信号で行われるようになっており、この制御装置１４には、吸入空気量を測定する吸入空気量センサ１５、過給圧を測定する過給圧センサ１６、エンジン回転数を検出する回転数センサ１７、アクセル開度を負荷信号として検出するアクセルセンサ１８、吸気マニホールド７内の温度を検出するインマニ温度センサ１９といった各種センサからの出力信号が入力されるようになっている。

前記制御装置１４における制御ロジックは図４に示す通りであり、この図４の制御ロジックにおいては、回転数センサ１７により検出されたエンジン回転数と、アクセルセンサ１８により検出されたアクセル開度から算出された燃料噴射量（負荷）とに基づいて目標空気量と目標ＥＧＲ率とが制御マップから読み出されて求められるようになっている。

そして、前記目標空気量に対し、吸入空気量センサ１５により測定された実測値が偏差を持っていれば、その偏差を無くして吸入空気量の実測値が目標空気量に近づくようにＥＧＲバルブ１２の開度が補正されるようになっており、より具体的には、目標空気量と比較して吸入空気量の実測値が不足していれば、ＥＧＲバルブ１２の開度を閉じ側に補正して新気を増やす措置が採られ、吸入空気量の実測値が過剰であれば、ＥＧＲバルブ１２の開度を開け側に補正して新気を減らす措置が採られるようになっている。

一方、前記吸入空気量センサ１５により測定された実測値と前記目標ＥＧＲ率とに基づき、現在の吸入空気量で目標ＥＧＲ率を達成するのに必要な目標過給圧を求め、この目標過給圧に対し、過給圧センサ１６により測定された実測値が偏差を持っていれば、その偏差を無くして過給圧の実測値が目標過給圧に近づくようにターボチャージャ２のタービン２ｂのノズル開度が補正されるようになっている。

即ち、タービン２ｂ側のノズル開度を小さく絞り込んで排気マニホールド９の圧力を高める操作は、タービン２ｂにおける排気ガス８の旋速を上げてタービン２ｂの回転数を上げる操作でもあるため、現在の吸入空気量が判れば、該吸入空気量にて吸気側と排気側との圧力差を確保して目標ＥＧＲ率を達成できるノズル開度が自ずから決まり、この時の過給圧も一義的に定まることになるため、過給圧の実測値を目標過給圧に近づけるようにタービン２ｂのノズル開度を補正することで目標ＥＧＲ率の達成を目指すことができる。

より具体的には、目標過給圧と比較して過給圧の実測値が不足している場合に、タービン２ｂのノズル開度を閉じ側に補正してタービン２ｂにおける排気ガス８の旋速を上げ、これによりタービン２ｂの回転数を増やして過給圧を上げる措置が採られ、過給圧の実測値が過剰である場合には、タービン２ｂのノズル開度を開け側に補正してタービン２ｂにおける排気ガス８の旋速を下げ、これによりタービン２ｂの回転数を減らして過給圧を下げる措置が採られるようになっている。

また、図４に示している制御ロジックでは、吸入空気量の実測値と目標ＥＧＲ率とに基づき目標過給圧を求めるに際し、インマニ温度センサ１９により検出された吸気マニホールド７内の温度の実測値を用いて温度補正をかけ、より精度の高い目標過給圧を算出し得るようにしているが、このような吸気温度の実測値を用いることなく目標過給圧を算出することも可能である。

尚、本発明に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

特開２００４−２７０４６２号公報

しかしながら、前述の如き吸入空気量センサ１５にあっては、一般的に吸気通路に通電発熱している金属線を配置して吸入空気量を検出するホットワイヤ方式が採用されているため、吸気４に含まれるダストによる汚損に弱いという問題があり、金属線にダストが付着して汚損することで吸入空気量が実際より低く見積もられる虞れがあった。

例えば、図４の制御ロジックで吸入空気量センサ１５が経時劣化により吸入空気量を実際より低く見積もってしまうと、現実には目標空気量と同等の吸入空気量が確保されている状況下にあっても、ＥＧＲバルブ１２が新気を補うために閉じ側に作動されるという不合理が生じ、これにより新気が必要以上に増えて過給圧が目標過給圧を超えて高まる結果、過給圧を目標過給圧まで下げるべくターボチャージャ２のタービン２ｂのノズル開度を開け側に補正する制御が実施され、結果的に必要以上にタービン２ｂのノズル開度が大きくなって排気マニホールド９の圧力が低下し、これにより吸気側と排気側との圧力差が小さくなって新気が過剰に増え、ＥＧＲ率の低下によるＮＯx排出量の増加や、ポンピングロスの増加による燃費の悪化を招く虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、吸入空気量センサの経時劣化による検出誤差を補正し得るようにして、吸入空気量の実測値に基づく制御系への悪影響を抑制することを目的とする。

本発明は、エンジン回転数と負荷に基づいて目標空気量と目標ＥＧＲ率とを求めると共に、吸入空気量センサにより測定された吸入空気量の実測値と前記目標ＥＧＲ率とに基づき目標過給圧を求め、次いで、吸入空気量の実測値と目標空気量とを比較すると共に、過給圧センサにより測定された過給圧の実測値と前記目標過給圧とを比較し、吸入空気量の実測値が目標空気量を許容偏差を超えて下まわり且つ過給圧の実測値が目標過給圧を許容偏差を超えて上まわる時に吸入空気量センサの経時劣化を判定し、該吸入空気量センサの出力値を目標空気量に近づけるよう学習補正することを特徴とする吸入空気量センサの劣化補正方法、に係るものである。

即ち、実際に吸入空気量が目標空気量を許容偏差を超えて下まわっているような状況にあっては、新気を補うために排気ガスの再循環量を絞り込んでＥＧＲ率を下げる制御が実施されても、過給圧の実測値が目標過給圧を許容偏差を超えて上まわるような現象は起こらないため、このような現象が確認された場合には、吸入空気量センサが経時劣化により吸入空気量を実際より低く見積もっているものと判定することが可能である。

そして、このように吸入空気量センサの劣化が判定された際に、該吸入空気量センサの出力値を目標空気量に近づけるよう学習補正させれば、これ以降の吸入空気量センサの出力値について、経時劣化により吸入空気量を実際より低く見積もってしまう検出誤差を補う補正が加えられ、実際の吸入空気量に近い実測値が検出されることになる。

また、本発明においては、初回の学習補正から所定回数の吸入空気量センサの劣化判定が繰り返された時に吸入空気量センサの故障を判定することが好ましく、このようにすれば、吸入空気量センサに繰り返し起こる一過性でない検出不良を確認することで前記吸入空気量センサの故障を検知することが可能となり、吸入空気量の実測値に基づく各種の制御系への対策を早急に施すことが可能となる。

上記した本発明の吸入空気量センサの劣化補正方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、吸入空気量の実測値が目標空気量を許容偏差を超えて下まわり且つ過給圧の実測値が目標過給圧を許容偏差を超えて上まわっているか否かを判定することで吸入空気量センサの経時劣化を判定することができ、しかも、この吸入空気量センサの出力値を目標空気量に近づけるよう学習補正することで前記吸入空気量センサの経時劣化による検出誤差を補正することができるので、吸入空気量の実測値に基づく制御系への悪影響を従来よりも大幅に抑制することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、吸入空気量センサに繰り返し起こる一過性でない検出不良を確認することで前記吸入空気量センサの故障を検知することができ、吸入空気量の実測値に基づく各種の制御系への対策を早急に施すことができる。

本発明を実施する形態の一例における制御ロジックを示すブロック図である。本形態例における学習補正後の出力値について説明したグラフである。従来のＥＧＲ装置の一例を示す平面図である。図３のＥＧＲ装置における制御ロジックを示すブロック図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、以下の説明では、先に従来技術の説明に関して用いた図３も参照して説明するものとする。

図１は本形態例の制御ロジックを示すもので、従来の図４の制御ロジックの場合と略同等に、回転数センサ１７により検出されたエンジン回転数と、アクセルセンサ１８により検出されたアクセル開度から算出された燃料噴射量（負荷）とに基づいて目標空気量と目標ＥＧＲ率とが制御マップから読み出されて求められるようになっており、吸入空気量センサ１５により測定された吸入空気量の実測値と前記目標ＥＧＲ率とに基づき、現在の吸入空気量で目標ＥＧＲ率を達成するのに必要な目標過給圧が求められるようになっている。

次いで、吸入空気量センサ１５により測定された吸入空気量の実測値と目標空気量とが比較されると共に、過給圧センサ１６により測定された過給圧の実測値と前記目標過給圧とが比較され、前記目標空気量と吸入空気量センサ１５の実測値が偏差を持っていれば、その偏差を無くして吸入空気量の実測値が目標空気量に近づくようにＥＧＲバルブ１２の開度が補正され、前記目標過給圧と過給圧センサ１６の実測値が偏差を持っていれば、その偏差を無くして過給圧の実測値が目標過給圧に近づくようにターボチャージャ２のタービン２ｂのノズル開度が補正されるようになっている。

ただし、本形態例にあっては、目標空気量と吸入空気量センサ１５の実測値との偏差が求められると共に、目標過給圧と過給圧センサ１６の実測値との偏差が求められた段階で条件判断のステップを新たに介在させるようにしており、この条件判断のステップにて、吸入空気量の実測値が目標空気量を許容偏差を超えて下まわり且つ過給圧の実測値が目標過給圧を許容偏差を超えて上まわっているか否かが判定されるようになっている。

そして、吸入空気量の実測値が目標空気量を許容偏差を超えて下まわり且つ過給圧の実測値が目標過給圧を許容偏差を超えて上まわっていることが判定された場合には、吸入空気量センサ１５の経時劣化を判定し、該吸入空気量センサ１５の出力値を目標空気量に近づけるよう学習補正が成されるようにしてある。

より具体的には、図２にグラフで示すように、学習補正前の出力値と目標空気量のマップ値（エンジン回転数と燃料噴射量に基づき制御マップから読み出した値）との間を取る形で吸入空気量とセンサ出力電圧との関係における新たな検定線を作成し、この新たな検定線に基づいて制御装置１４内の流量校正マップを更新している。

例えば、図２のグラフの例では、複数の測定点にて測定した学習補正前の出力値に０．３を乗算したものに、同じ測定点で制御マップから読み出した目標空気量のマップ値に０．７を乗算したものを合算して学習補正後の出力値とし、各測定点における学習補正後の出力値に基づいて新たな検定線を作成したものとなっている。

この際、学習補正前の出力値や目標空気量のマップ値への重み付けは、学習補正後の出力値が学習補正前の出力値と目標空気量のマップ値との間を取る形で補正されるようになっていれば、特に０．３や０．７といった係数を用いた重み付けに限定されるものではないが、単純に学習補正後の出力値を目標空気量のマップ値そのものに補正してしまうのは、エンジン１の個体差や吸入空気量センサ１５の検出不良が汚損以外の要因によるものである可能性等を考慮すると過剰補正になる虞れがある。

而して、このような制御を行う場合、実際に吸入空気量が目標空気量を許容偏差を超えて下まわっているような状況にあっては、新気を補うために排気ガス８の再循環量を絞り込んでＥＧＲ率を下げる制御が実施されても、過給圧の実測値が目標過給圧を許容偏差を超えて上まわるような現象は起こらないため、このような現象が確認された場合には、吸入空気量センサ１５が経時劣化により吸入空気量を実際より低く見積もっているものと判定することが可能である。

そして、このように吸入空気量センサ１５の劣化が判定された際に、該吸入空気量センサ１５の出力値を目標空気量に近づけるよう学習補正させれば、これ以降の吸入空気量センサ１５の出力値について、経時劣化により吸入空気量を実際より低く見積もってしまう検出誤差を補う補正が加えられ、実際の吸入空気量に近い実測値が検出されることになる。

従って、上記形態例によれば、吸入空気量の実測値が目標空気量を許容偏差を超えて下まわり且つ過給圧の実測値が目標過給圧を許容偏差を超えて上まわっているか否かを判定することで吸入空気量センサ１５の経時劣化を判定することができ、しかも、この吸入空気量センサ１５の出力値を目標空気量に近づけるよう学習補正することで前記吸入空気量センサ１５の経時劣化による検出誤差を補正することができるので、吸入空気量の実測値に基づく制御系への悪影響を従来よりも大幅に抑制することができる。

また、特に本形態例においては、初回の学習補正から所定回数の吸入空気量センサ１５の劣化判定が繰り返された時に吸入空気量センサ１５の故障を判定するようにしているので、吸入空気量センサ１５に繰り返し起こる一過性でない検出不良を確認することで前記吸入空気量センサ１５の故障を検知することができ、吸入空気量の実測値に基づく各種の制御系への対策を早急に施すことができる。

尚、本発明の吸入空気量センサの劣化補正方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１エンジン
２ターボチャージャ
２ｂタービン
４吸気
８排気ガス
１１ＥＧＲパイプ
１２ＥＧＲバルブ
１４制御装置
１５吸入空気量センサ
１６過給圧センサ
１７回転数センサ
１８アクセルセンサ

Claims

エンジン回転数と負荷に基づいて目標空気量と目標ＥＧＲ率とを求めると共に、吸入空気量センサにより測定された吸入空気量の実測値と前記目標ＥＧＲ率とに基づき目標過給圧を求め、次いで、吸入空気量の実測値と目標空気量とを比較すると共に、過給圧センサにより測定された過給圧の実測値と前記目標過給圧とを比較し、吸入空気量の実測値が目標空気量を許容偏差を超えて下まわり且つ過給圧の実測値が目標過給圧を許容偏差を超えて上まわる時に吸入空気量センサの経時劣化を判定し、該吸入空気量センサの出力値を目標空気量に近づけるよう学習補正することを特徴とする吸入空気量センサの劣化補正方法。
初回の学習補正から所定回数の吸入空気量センサの劣化判定が繰り返された時に吸入空気量センサの故障を判定することを特徴とする請求項１に記載の吸入空気量センサの劣化補正方法。