JP5741178B2 - エアフローメーターの故障検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸入空気量を検出するエアフローメーターの故障を当該内燃機関のアイドル運転時に検出するエアフローメーターの故障検出装置に関する。

内燃機関では、吸気通路に設置されたエアフローメーターによって吸入空気量の検出が行われている。そして従来、そうしたエアフローメーターの故障検出装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同文献１に記載の故障検出装置では、機関回転速度やスロットル開度、バルブタイミングから吸入空気量の推定を行うとともに、その推定吸入空気量から算出される推定機関負荷と、エアフローメーターの吸入空気量の検出値から算出される計算機関負荷とを比較することでエアフローメーターの故障を検出している。

特開２００６−２５７９３９号公報

なお、内燃機関のアイドル運転時には、内燃機関の実回転速度と目標回転速度との偏差に応じ、その偏差が縮小されるようにスロットル開度のフィードバック調整を行う、いわゆるＩＳＣ（Ｉｄｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ）フィードバック制御が行われる。こうしたＩＳＣフィードバック制御下では、その制御によって機関回転速度が時々刻々と変化されるため、機関回転速度に基づく吸入空気量の推定を適切に行うことができなくなる。そのため、上記従来の故障診断装置では、ＩＳＣフィードバック制御下では、エアフローメーターの故障を的確に検出できないことがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＩＳＣフィードバック制御が行われているとき、行われていないときのいずれにおいても、エアフローメーターの故障を的確に検出することのできるエアフローメーターの故障検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、内燃機関の吸入空気量を検出するエアフローメーターの故障を当該内燃機関のアイドル運転中に検出する装置としての請求項１に記載の発明は、内燃機関の実回転速度と目標回転速度との偏差に応じてその偏差が縮小されるようにスロットル開度のフィードバック調整を行うＩＳＣフィードバック制御が行われているときには、エアフローメーターの吸入空気量の検出値から求められた機関トルクと、補機駆動トルク及びフリクショントルクの和とのずれに基づいてエアフローメーターの故障検出を行うようにしている。また請求項１に記載の発明では、ＩＳＣフィードバック制御が行われておらず、スロットル開度のオープン制御とエアフローメーターの吸入空気量の検出値に応じた点火時期の設定とを行って当該内燃機関のアイドル運転を行っているときには、内燃機関の実回転速度と目標回転速度との偏差に基づいてエアフローメーターの故障検出を行うようにしている。

内燃機関のアイドル運転中において、ＩＳＣフィードバック制御が行われていないときには、機関回転速度が目標回転速度となるように、スロットル開度等のオープン制御が行われる。また、このときには、エアフローメーターによる吸入空気量の検出値に応じて点火時期等が設定されている。そのため、エアフローメーターが故障して、その検出する吸入空気量が実情に似わない値となると、点火時期等に不適切な値が設定されてしまいため、機関回転速度が目標回転速度から乖離してしまう。したがって、ＩＳＣフィードバック制御が行われていないときには、内燃機関の実回転速度と目標回転速度との偏差からエアフローメーターの故障を検出することができる。

一方、ＩＳＣフィードバック制御が行われているときには、エアフローメーターの故障の有無に拘わらず、機関回転速度が目標回転速度に制御されるため、上記のような内燃機関の実回転速度と目標回転速度との偏差からは、エアフローメーターの故障を検出することはできない。ここで、アイドル運転中には、内燃機関の発生したトルク、すなわち機関トルクは、補機の駆動とフリクションとに費やされる。そのため、このときの機関トルクは、補機駆動トルク及びフリクショントルクの和として求めることができる。そしてＩＳＣフィードバック制御下では、その制御によって機関回転速度が一定に維持されるため、このときの補機駆動トルクやフリクショントルクは、比較的容易かつ的確に求めることができる。

また機関トルクは、吸入空気量から求めることもできる。そして、吸入空気量が正しく検出されていれば、吸入空気量から求められた機関トルクと、補機駆動トルク及びフリクショントルクの和とは、一致する筈である。一方、エアフローメーターが故障していれば、エアフローメーターによる吸入空気量の検出値から算出した機関トルクは実情に似わなくなるようになり、そうした機関トルクと、補機駆動トルク及びフリクショントルクの和との間にずれが生じるようになる。したがって、ＩＳＣフィードバック制御が行われているときには、エアフローメーターの吸入空気量の検出値から求められた機関トルクと補機駆動トルク及びフリクショントルクの和とのずれからエアフローメーターの故障を検出することができる。

その点、本発明では、ＩＳＣフィードバック制御が行われているときには、エアフローメーターの吸入空気量の検出値から求められた機関トルクと、補機駆動トルク及びフリクショントルクの和とのずれに基づいてエアフローメーターの故障を検出している。またＩＳＣフィードバック制御が行われていないときには、内燃機関の実回転速度と目標回転速度との偏差に基づいてエアフローメーターの故障を検出している。したがって、本発明によれば、ＩＳＣフィードバック制御が行われているとき、行われていないときのいずれにおいても、エアフローメーターの故障を的確に検出することができる。

本発明の一実施の形態の適用される内燃機関の構成を模式的に示す略図。 同実施の形態に採用されるエアフローメーターの故障検出ルーチンの処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明のエアフローメーターの故障検出装置を具体化した一実施の形態を、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態の制御装置の適用される内燃機関の吸気通路１には、その上流から順に、吸気を浄化するエアクリーナー２、吸入空気量を検出するエアフローメーター３、吸入空気量を調節するスロットルバルブ５が設けられている。スロットルバルブ５は、スロットルモーター４により駆動されるとともに、スロットルセンサー６によりその開度が検出されるようになっている。また吸気通路１は、スロットルバルブ５の下流において、燃料を噴射するインジェクター９が配置された吸気ポート７を介して燃焼室８に接続されている。

内燃機関の燃焼室８には、空気と燃料との混合気を点火する点火プラグ１０が設置されている。そして燃焼室８は、排気ポート１１を介して排気通路１２に接続されている。排気通路１２には、その内部を流れる排気の酸素濃度から燃焼された混合気の空燃比を検出する空燃比センサー１３と、排気の有害物質を浄化する触媒コンバーター１４とが設置されている。

なお、この内燃機関の出力軸であるクランクシャフト１７には、補機として、オルタネーター１８と空調用のコンプレッサー１９とが接続されている。またクランクシャフト１７は、トルクコンバーター２０を介して自動変速機（図示略）に接続されている。

以上のように構成された内燃機関は、電子制御ユニット１５により制御されている。電子制御ユニット１５は、機関制御に係る各種演算処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御用のプログラムやデータの記憶された読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）を備えている。こうした電子制御ユニット１５には、上記エアフローメーター３、スロットルセンサー６及び空燃比センサー１３に加え、内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサー１６等の各種センサーの検出信号が入力されている。そして電子制御ユニット１５は、それらセンサーの検出結果に基づいて、スロットルモーター４、インジェクター９、点火プラグ１０等の各種アクチュエーターの駆動回路に指令信号を出力することで機関制御を行っている。

また電子制御ユニット１５は、内燃機関のアイドル運転中に必要な条件が満されると、ＩＳＣフィードバック制御を行うようにしている。ＩＳＣフィードバック制御では、内燃機関の目標回転速度と実回転速度との偏差に応じ、その偏差を縮小するようにスロットル開度のフィードバック調整が行われる。

一方、電子制御ユニット１５は、アイドル運転中にあってＩＳＣフィードバック制御が行わないときには、目標回転速度が得られるようにスロットル開度のオープン制御を行う。またこのときの電子制御ユニット１５は、エアフローメーター３による吸入空気量の検出値に基づいて点火時期の設定を行う。

更に電子制御ユニット１５は、内燃機関のアイドル運転中に、エアフローメーター３の故障検出を行っている。以下、図２を参照して、こうしたエアフローメーター３の故障検出の詳細を説明する。図２に示されるエアフローメーターの故障検出ルーチンは、内燃機関のアイドル運転中に、電子制御ユニット１５によって、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

さて、本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、ＩＳＣフィードバック制御中であるか否かが判定される。ここでＩＳＣフィードバック制御中であれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０１に移行され、ＩＳＣフィードバック制御中でなければ（Ｓ１００：ＮＯ）、処理がステップＳ１０７に移行される。

処理がステップＳ１０１に移行されると、そのステップＳ１０１において、補機駆動トルク及びフリクショントルクの和ｔｑａｕｘが算出される。ここでの補機駆動トルクの算出は、例えば次のように行われる。まず、オルタネーター１８の駆動トルクは、オルタネーター１８の発電した電圧や電流に基づいて算出される。また空調用のコンプレッサー１９の駆動トルクは、コンプレッサー１９により圧縮される冷媒の圧力やコンプレッサー１９に流される制御電流に基づいて算出される。

一方、内燃機関の内部フリクショントルクは、機関冷却水温や機関回転速度に基づいて算出される。また本実施の形態では、クランクシャフト１７にトルクコンバーター２０が接続されており、アイドル運転中も一定のトルクがトルクコンバーター２０に流れるため、そうしたトルクコンバーター２０に流れるトルクも、フリクショントルクの一部として考慮する必要がある。このときのトルクコンバーター２０に流れるトルクは、機関回転速度、タービン回転速度、トルクコンバーター２０の作動油の温度に基づいて算出することができる。そこで、ここでは、機関冷却水温や機関回転速度に基づいて算出された内部フリクショントルクと、機関回転速度、タービン回転速度及び作動油温に基づいて算出されたトルクコンバーター２０内のフリクショントルクとの和を、クランクシャフト１７の回転に伴うフリクショントルクとして算出するようにしている。

次のステップＳ１０２では、機関回転速度、エアフローメーター３による吸入空気量の検出値、点火時期から機関トルクｔｑｒｅａｌが算出される。そして続くステップＳ１０３では、上記機関トルクｔｑｒｅａｌに対する上記トルクの和ｔｑａｕｘのトルクのずれ率ｒｄｌｔｑが算出される。こうしたずれ率ｒｄｌｔｑの算出は、下式（１）に従って行われる。

ｒｄｌｔｑ＝（ｔｑｒｅａｌ−ｔｑａｕｘ）／ｔｑａｕｘ …（１）

次のステップＳ１０４では、上記トルクのずれ率ｒｄｌｔｑが規定の故障判定値αと比較される。そしてずれ率ｒｄｌｔｑが故障判定値α未満であれば（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５においてエアフローメーター３は正常であるとの判定がなされ、ずれ率ｒｄｌｔｑが故障判定値α以上であれば（Ｓ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１０６においてエアフローメーター３は故障していると判定される。

一方、ステップＳ１００での判定においてＩＳＣフィードバック制御中でないと判定されたときに処理が移行されるステップＳ１０７では、内燃機関の目標回転速度と実回転速度との偏差ｄｌｎｔが算出される。また続くステップＳ１０８では、その偏差ｄｌｎｔが規定の故障判定値βと比較される。そして偏差ｄｌｎｔが故障判定値β未満であれば（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、ステップＳ１０９においてエアフローメーター３は正常であるとの判定がなされ、偏差ｄｌｎｔが故障判定値β以上であれば（Ｓ１０８：ＮＯ）、ステップＳ１１０においてエアフローメーター３は故障していると判定される。

次に、こうした本実施の形態の作用を説明する。
アイドル運転中にあってＩＳＣフィードバック制御が行われていないときには、機関回転速度が目標回転速度となるように、スロットル開度のオープン制御が行われ、またエアフローメーター３による吸入空気量の検出値に基づいて点火時期の設定が行われる。エアフローメーター３が故障していなければ、そのときの吸入空気量に応じて点火時期が適切に設定されるため、スロットル開度のオープン制御により、機関回転速度を目標回転速度とすることができる。一方、エアフローメーター３が故障すると、故障したエアフローメーター３の不適切な吸入空気量の検出値に基づいて点火時期が設定されてしまうため、機関回転速度は目標回転速度から乖離してしまう。そのため、このときには、内燃機関の目標回転速度と実回転速度との偏差ｄｌｎｔに基づくことで、エアフローメーター３の故障を検出することができる。

一方、アイドル運転中にあってＩＳＣフィードバック制御が行われているときには、エアフローメーター３の故障の有無に拘わらず、機関回転速度が目標回転速度に制御されるため、上記のような内燃機関の実回転速度と目標回転速度との偏差ｄｌｎｔからは、エアフローメーター３の故障を検出することはできないようになる。ここで、アイドル運転中の機関トルクは、補機の駆動とフリクションとに費やされる。そのため、このときの機関トルクは、補機駆動トルク及びフリクショントルクの和ｔｑａｕｘとして求めることができる。

また機関トルクは、吸入空気量から求めることもできる。そして、吸入空気量が正しく検出されていれば、吸入空気量から求められた機関トルクｔｑｒｅａｌと、補機駆動トルク及びフリクショントルクの和ｔｑａｕｘとは、一致する筈である。一方、エアフローメーター３が故障していれば、そのエアフローメーター３による吸入空気量の検出値から算出した機関トルクｔｑｒｅａｌは実情に似わない値となり、機関トルクｔｑｒｅａｌと、補機駆動トルク及びフリクショントルクの和ｔｑａｕｘとの間にずれが生じるようになる。したがって、ＩＳＣフィードバック制御が行われているときには、機関トルクｔｑｒｅａｌに対する上記トルクの和ｔｑａｕｘのずれ率ｒｄｌｔｑからエアフローメーター３の故障を検出することができる。

そして本実施の形態では、アイドル運転中にあってＩＳＣフィードバック制御が行われているときには、機関トルクｔｑｒｅａｌに対する上記トルクの和ｔｑａｕｘのずれ率ｒｄｌｔｑに基づいてエアフローメーター３の故障が検出される。またＩＳＣフィードバック制御が行われていないときには、内燃機関の実回転速度と目標回転速度との偏差ｄｌｎｔに基づいてエアフローメーター３の故障が検出される。そのため、本実施の形態では、ＩＳＣフィードバック制御が行われているとき、行われていないときのいずれにおいても、エアフローメーター３の故障が的確に検出されるようになる。

以上の本実施の形態のエアフローメーターの故障検出装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、アイドル運転中にあってＩＳＣフィードバック制御が行われているときには、エアフローメーター３の吸入空気量の検出値から機関トルクｔｑｒｅａｌを求めている。そしてその機関トルクｔｑｒｅａｌに対する補機駆動トルク及びフリクショントルクの和ｔｑａｕｘのずれ率ｒｄｌｔｑに基づいてエアフローメーター３の故障検出を行っている。またアイドル運転中にあってＩＳＣフィードバック制御が行われていないときには、内燃機関の実回転速度と目標回転速度との偏差ｄｌｎｔに基づいてエアフローメーター３の故障検出を行っている。そのため、ＩＳＣフィードバック制御が行われているとき、行われていないときのいずれにおいても、エアフローメーターの故障を的確に検出することができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、機関トルクｔｑｒｅａｌに対する補機駆動トルク及びフリクショントルクの和ｔｑａｕｘのずれ率ｒｄｌｔｑに基づいて、ＩＳＣフィードバック制御時のエアフローメーター３の故障検出を行うようにしていた。これに代えて、機関トルクｔｑｒｅａｌと、補機駆動トルク及びフリクショントルクの和ｔｑａｕｘとのずれの大きさ（偏差）に基づいても同様の故障検出を行うことが可能である。

・上記実施の形態では、トルクコンバーター２０に流れるトルクも考慮してフリクショントルクを算出していた。これに対して、クランクシャフト１７がクラッチを介して変速機に接続されるマニュアルトランスミッション車では、アイドル運転時には、クラッチが切断されて変速機側にトルクが流れないため、内燃機関の内部フリクションのみを考慮してフリクショントルクを算出すれば良い。

・上記実施の形態では、オルタネーター１８とコンプレッサー１９とが補機として設けられていたが、オイルポンプやウォーターポンプなどのそれ以外の補機が設けられた内燃機関にも、本発明のエアフローメーターの故障検出装置は適用可能である。いずれにせよ、アイドル運転中に駆動される各補機の駆動トルクを求め、そうした駆動トルクの総和と内燃機関のフリクショントルクとの和ｔｑａｕｘを求める。そしてエアフローメーター３による吸入空気量の検出値から求められた機関トルクｔｑｒｅａｌとその和ｔｑａｕｘとのずれに基づくことで、ＩＳＣフィードバック制御中のエアフローメーター３の故障を検出することができる。

１…吸気通路、２…エアクリーナー、３…エアフローメーター、４…スロットルモーター、５…スロットルバルブ、６…スロットルセンサー、７…吸気ポート、８…燃焼室、９…インジェクター、１０…点火プラグ、１１…排気ポート、１２…排気通路、１３…空燃比センサー、１４…触媒コンバーター、１５…電子制御ユニット、１６…クランク角センサー、１７…クランクシャフト、１８…オルタネーター、１９…コンプレッサー、２０…トルクコンバーター。

Claims (1)

1. 内燃機関の吸入空気量を検出するエアフローメーターの故障を当該内燃機関のアイドル運転中に検出する装置であって、
   前記内燃機関の実回転速度と目標回転速度との偏差に応じてその偏差が縮小されるようにスロットル開度のフィードバック調整を行うＩＳＣフィードバック制御が行われているときには、前記エアフローメーターの吸入空気量の検出値から機関トルクを求めるとともに、その機関トルクに対する補機駆動トルク及びフリクショントルクの和のずれに基づいて前記エアフローメーターの故障検出を行い、
   前記ＩＳＣフィードバック制御が行われておらず、前記スロットル開度のオープン制御と前記エアフローメーターの吸入空気量の検出値に応じた点火時期の設定とを行って当該内燃機関のアイドル運転を行っているときには、前記内燃機関の実回転速度と目標回転速度との偏差に基づいて前記エアフローメーターの故障検出を行う
   ことを特徴とするエアフローメーターの故障検出装置。

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