JP6630694B2 - 湿度センサの故障判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に吸入される空気である吸気の湿度を表す湿度パラメータを検出する湿度センサの故障判定装置に関する。

一般に、内燃機関に吸入され、燃焼に使用される空気である吸気において、その湿度によって内燃機関の点火時期特性が変化し、それにより、燃費やＥＧＲ制御の安定性に影響を与えることが知られている。このため、吸気の湿度を適正に検出することは重要であり、それと同様に、その湿度を検出する湿度センサが適正に作動しているか否か、すなわち故障の有無を判定することも重要である。そのような湿度センサの故障判定装置として、従来、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

この故障判定装置は、湿度センサ装置における自己診断によって、故障の有無を判定するものであり、具体的には、湿度を検出するためのセンサ部と、このセンサ部を加熱するヒータと、このヒータを制御するヒータ制御装置などを備えている。湿度センサ装置の故障の有無を判定する場合にはまず、ヒータによって、所定時間、センサ部を加熱し、そのセンサ部による検出値が、ほぼ０％の相対湿度を表すように、ヒータを制御する。そして、上記の検出値を、所定の判定値と比較することにより、湿度センサ装置の故障の有無を判定している。

また、吸気の湿度を、点火時期の制御に反映させる内燃機関の点火時期制御装置として、例えば特許文献２に記載されたものが知られている。この点火時期制御装置では、内燃機関のノッキング頻度、吸気温度及び大気圧に基づいて吸気の湿度を推定し、この推定湿度に応じて、基本点火時期を補正している。

特開２００６−２３４５７６号公報 特開２０１０−１９０１３４号公報

特許文献１の湿度センサ装置では、それ自身の本来の機能と無関係のヒータを設ける必要があり、加えて、故障判定を行う際に、そのヒータを昇温制御しなければならない。このため、ヒータを設ける分、湿度センサ装置の製造コストが上昇するとともに、ヒータを昇温制御する分、湿度センサ装置の消費電力が増加してしまう。

また、特許文献２の点火時期制御装置では、内燃機関のノッキング頻度、吸気温度及び大気圧に基づいて、吸気の湿度を推定しているため、例えば、吸気温度及び大気圧がそれぞれほぼ一定である場合、主として、ノッキング頻度によって、吸気湿度が推定されることになる。しかし、ノッキング頻度は、内燃機関の燃焼に用いられる燃料の性状の影響を受けやすいため、ノッキングの状態が変化しても、その変化が湿度によるものか、あるいは燃料の性状によるものかが不明である。そのため、特許文献２では、吸気湿度を適正に推定できないことがあり、加えて、そのこと自体、すなわち、推定された吸気湿度が誤っていることを認識できないおそれもある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、コストの上昇を抑制しながら、湿度センサの故障を適正に判定することができる湿度センサの故障判定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、排気系（本実施形態における（以下、本項において同じ）排気通路７）の排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気系（吸気通路６）に還流される内燃機関３において、内燃機関に吸入される空気である吸気の湿度を表す湿度パラメータ（湿度ＲＨ）を検出する湿度センサ２２の故障判定装置１であって、内燃機関のノッキング状態を検出するノッキング検出手段（ＥＣＵ２）と、検出されたノッキング状態に基づき、ノッキングが発生する点火時期の限界値であるノック点火時期ＩＧ＿ＮＫを、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥとして取得する実ノック点火時期取得手段（ＥＣＵ２）と、内燃機関に吸入される吸入ガスにおけるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を表すＥＧＲパラメータ（ＥＧＲ率ＲＥＧＲ）を取得するＥＧＲパラメータ取得手段（ＥＣＵ２）と、検出された湿度パラメータ及び取得されたＥＧＲパラメータに基づき、内燃機関における燃焼に寄与しない不活性ガスの吸入ガスに対する割合である不活性ガス率を表す不活性ガスパラメータ（不活性ガス率ＲＩＮＧ）を算出する不活性ガスパラメータ算出手段（ＥＣＵ２）と、内燃機関で使用される燃料のノッキングのしにくさを表す燃料性状パラメータ（オクタン価ＲＯＮ）を、検出されたノッキング状態に応じて推定する燃料性状パラメータ推定手段（ＥＣＵ２）と、不活性ガスパラメータと、不活性ガスパラメータに対して得られるべきノック点火時期との関係を、複数の燃料性状パラメータごとに定め、かつ不活性ガスパラメータが大きいほど、ノック点火時期の進角量が大きくなるように設定された所定のノック点火時期モデルを用い、算出された不活性ガスパラメータ及び推定された燃料性状パラメータに応じてノック点火時期モデルから得られるノック点火時期を、推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳとして算出する推定ノック点火時期算出手段（ＥＣＵ２）と、実ノック点火時期と推定ノック点火時期との偏差（｜ＩＧ＿ＮＫＲＥ−ＩＧ＿ＮＫＥＳ｜）が、所定の第１故障判定閾値（故障判定閾値ＩＧＲＥＦ）よりも大きいときに、湿度センサが故障していると判定する故障判定手段（ＥＣＵ２、ステップ７〜９）と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関に吸入される空気である吸気の湿度を表す湿度パラメータを、湿度センサによって検出する。また、ＥＧＲパラメータ取得手段により、内燃機関に吸入される吸入ガスにおけるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を表すＥＧＲパラメータを取得する。上記の湿度パラメータ及びＥＧＲパラメータに基づき、内燃機関における燃焼に寄与しない不活性ガス（ＥＧＲガス及び水蒸気）の前記吸入ガスに対する割合である不活性ガス率を表す不活性ガスパラメータを算出する。また、燃料性状パラメータ推定手段により、内燃機関で使用される燃料のノッキングのしにくさを表す燃料性状パラメータを、検出されたノッキング状態に応じて推定する。さらに、実ノック点火時期取得手段により、ノッキングが発生する点火時期の限界値であるノッキング点火時期を、実ノック点火時期として取得するとともに、推定ノック点火時期算出手段により、所定のノック点火時期モデルを用いて、推定ノック点火時期を算出する。そして、故障判定手段により、実ノック点火時期と推定ノック点火時期との偏差が、所定の第１故障判定閾値よりも大きいときに、湿度センサが故障していると判定する。

上記のノック点火時期モデルは、不活性ガスパラメータと、その不活性ガスパラメータに対して得られるべきノック点火時期との関係を、複数の燃料性状パラメータごとに定めたものであり、不活性ガスパラメータが大きいほど、ノック点火時期の進角量が大きくなるように設定されている。

このようなノック点火時期モデルを用い、不活性ガスパラメータ及び燃料性状パラメータに応じてそのノック点火時期モデルから得られるノック点火時期を、推定ノック点火時期として算出する場合において、その推定ノック点火時期は、不活性ガスパラメータを算出するためのＥＧＲパラメータに加えて、湿度パラメータも適正である場合、実ノック点火時期とほぼ一致する。これに対し、推定ノック点火時期が、実ノック点火時期に対して比較的大きく異なる場合には、湿度パラメータが適正でなく、したがって、湿度センサが故障していると判定することができる。以上のように、本願発明によれば、従来と異なり、湿度センサを加熱するヒータや昇温制御が不要であるので、コストの上昇を抑制しながら、湿度センサの故障を適正に判定することができる。

請求項２に係る発明は、排気系（排気通路７）の排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気系（吸気通路６）に還流される内燃機関３において、内燃機関に吸入される空気である吸気の湿度を表す湿度パラメータ（湿度ＲＨ）を検出する湿度センサ２２の故障判定装置１であって、内燃機関のノッキング状態を検出するノッキング検出手段（ＥＣＵ２）と、検出されたノッキング状態に基づき、ノッキングが発生する点火時期の限界値であるノック点火時期ＩＧ＿ＮＫを、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥとして取得する実ノック点火時期取得手段（ＥＣＵ２）と、内燃機関に吸入される吸入ガスにおけるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を表すＥＧＲパラメータ（ＥＧＲ率ＲＥＧＲ）を取得するＥＧＲパラメータ取得手段（ＥＣＵ２）と、検出された湿度パラメータ及び取得されたＥＧＲパラメータに基づき、内燃機関における燃焼に寄与しない不活性ガスの吸入ガスに対する割合である不活性ガス率を表す不活性ガスパラメータ（不活性ガス率ＲＩＮＧ）を算出する不活性ガスパラメータ算出手段（ＥＣＵ２）と、不活性ガスパラメータと、不活性ガスパラメータに対して得られるべきノック点火時期との関係を、内燃機関で使用される燃料のノッキングのしにくさを表す複数の燃料性状パラメータ（オクタン価ＲＯＮ）ごとに定め、かつ不活性ガスパラメータが大きいほど、ノック点火時期の進角量が大きくなるように設定された所定のノック点火時期モデルを用い、算出された不活性ガスパラメータ及び取得された実ノック点火時期に応じてノック点火時期モデルから得られる燃料性状パラメータを、推定燃料性状パラメータ（推定オクタン価ＲＯＮＥＳ）として算出する推定燃料性状パラメータ算出手段（ＥＣＵ２）と、内燃機関の１運転サイクルにおいて、ＥＧＲパラメータで表されるＥＧＲ率が第１所定値（判定値ＲＥＧＲＲＥＦ）以上のときの不活性ガスパラメータに基づいて算出された推定燃料性状パラメータを、第１推定燃料性状パラメータ（第１オクタン価ＲＯＮ１）として記憶し（ステップ１６）、ＥＧＲ率が第１所定値よりも小さい第２所定値以下のときの不活性ガスパラメータに基づいて算出された推定燃料性状パラメータを、第２推定燃料性状パラメータ（第２オクタン価ＲＯＮ２）として記憶する（ステップ２３）推定燃料性状パラメータ記憶手段（ＥＣＵ２）と、第１推定燃料性状パラメータと第２推定燃料性状パラメータとの偏差（｜ＲＯＮ１−ＲＯＮ２｜）が、所定の第２故障判定閾値（故障判定閾値ＲＯＮＲＥＦ）よりも大きいときに、湿度センサが故障していると判定する故障判定手段（ＥＣＵ２、ステップ３２〜３４）と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、前記請求項１と同様にして、内燃機関の吸気の湿度を表す湿度パラメータを湿度センサによって検出し、ＥＧＲパラメータ取得手段により、内燃機関に吸入される吸入ガスのＥＧＲ率を表すＥＧＲパラメータを取得する。上記の湿度パラメータ及びＥＧＲパラメータに基づき、内燃機関における前記不活性ガス率を表す不活性ガスパラメータを算出する。また、実ノック点火時期取得手段により、ノッキングが発生する点火時期の限界値であるノッキング点火時期を、実ノック点火時期として取得する。また、推定燃料性状パラメータ算出手段により、所定のノック点火時期モデルを用いて、推定燃料性状パラメータを算出する。この推定燃料性状パラメータは、内燃機関で使用される燃料のノッキングのしにくさを表す燃料性状パラメータであり、例えばオクタン価である。
上記のノック点火時期モデルは、不活性ガスパラメータと、その不活性ガスパラメータに対して得られるべきノック点火時期との関係を、内燃機関で使用される燃料のノッキングのしにくさを表す複数の燃料性状パラメータごとに定めたものであり、不活性ガスパラメータが大きいほど、ノック点火時期の進角量が大きくなるように設定されている。

また、内燃機関の１運転サイクルにおいて、ＥＧＲパラメータで表されるＥＧＲ率が第１所定値以上のときの不活性ガスパラメータに基づいて算出された推定燃料性状パラメータを、第１推定燃料性状パラメータとして記憶するとともに、ＥＧＲ率が第１所定値よりも小さい第２所定値以下のときの不活性ガスパラメータに基づいて算出された推定燃料性状パラメータを、第２推定燃料性状パラメータとして記憶する。そして、故障判定手段により、第１推定燃料性状パラメータと第２推定燃料性状パラメータとの偏差が、所定の第２故障判定閾値よりも大きいときに、湿度センサが故障していると判定する。
前述したノック点火時期モデルを用い、不活性ガスパラメータに応じて算出される燃料性状パラメータは、給油などによって燃料の性状が変化しない限り、同じである。このため、不活性ガスパラメータを算出するためのＥＧＲパラメータに加えて、湿度パラメータも適正である場合、第１推定燃料性状パラメータと第２推定燃料性状パラメータは一致する。これに対し、第１推定燃料性状パラメータと第２推定燃料性状パラメータが、互いに比較的大きく異なる場合には、湿度パラメータが適正でなく、したがって、湿度センサが故障していると判定することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の湿度センサの故障判定装置において、故障判定手段は、ＥＧＲパラメータによって表されるＥＧＲ率が所定値（判定値ＲＥＧＲＲＥＦ）以上であるとき（ステップ３、ステップ１４：ＹＥＳ）に、湿度センサの故障判定を実行することを特徴とする。

この構成によれば、ＥＧＲパラメータによって表されるＥＧＲ率が所定値以上であるときに、湿度センサの故障判定を実行する。前述したように、前記ノック点火時期モデルは、不活性ガスパラメータが大きいほど、ノック点火時期の進角量が大きくなるように設定されているので、湿度センサが故障している場合、不活性ガスパラメータが大きいほど、実ノック点火時期と推定ノック点火時期との偏差、又は第１推定燃料性状パラメータと第２推定燃料性状パラメータとの偏差が大きくなる。したがって、上記のように、湿度センサの故障判定を、ＥＧＲ率が所定値以上のときに実行することにより、その故障判定を精度良く行うことができる。

本発明の一実施形態による湿度センサの故障判定装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 故障判定装置の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態による湿度センサの故障判定処理を示すフローチャートである。 第２実施形態による湿度センサの故障判定処理を示すフローチャートである。 推定オクタン価の算出処理を示すフローチャートである。 不活性ガス率とノック点火時期との関係を、燃料の複数のオクタン価ごとのマップを示す。 ＥＧＲ率による湿度センサの故障判定の可否を説明するための図である。 オクタン価の比較による湿度センサの故障判定の可否を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による湿度センサの故障判定装置１を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３を示している。このエンジン３は、車両（図示せず）に搭載されたガソリンエンジンであり、例えば４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有している。各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間には、燃焼室３ｄが形成されている。

各気筒３ａには、吸気コレクタ部６ａを有する吸気マニホルド６ｂを介して、吸気通路６が接続されるとともに、排気コレクタ部７ａを有する排気マニホルド７ｂを介して、排気通路７が接続されている。吸気マニホルド６ｂには燃料噴射弁４（図２参照）が、シリンダヘッド３ｃには点火プラグ５（図２参照）が、それぞれ気筒３ａごとに設けられている。燃料噴射弁４による燃料の噴射量・噴射時期、及び点火プラグ５の点火時期ＩＧは、後述するＥＣＵ２からの制御信号によって制御される。

吸気通路６の吸気コレクタ部６ａよりも上流側には、スロットル弁機構１０が設けられている。このスロットル弁機構１０は、吸気通路６内に配置されたバタフライ式のスロットル弁１０ａと、スロットル弁１０ａを駆動するＴＨアクチュエータ１０ｂを有している。スロットル弁１０ａの開度は、ＴＨアクチュエータ１０ｂに供給される電流をＥＣＵ２で制御することによって制御され、それにより、燃焼室３ｄに吸入される空気の量である吸気量ＧＡＩＲが調整される。

また、エンジン３には、燃焼室３ｄから排気通路７に排出された排ガスの一部を、ＥＧＲガスとして、吸気通路６に還流させるためのＥＧＲ装置１１が設けられている。ＥＧＲ装置１１は、ＥＧＲ通路１２と、ＥＧＲ通路１２の途中に設けられたＥＧＲ弁機構１３及びＥＧＲクーラ１４などで構成されている。ＥＧＲ通路１２は、排気通路７の排気コレクタ部７ａと吸気通路６の吸気コレクタ部６ａとに接続されている。

ＥＧＲ弁機構１３は、ＥＧＲ通路１２内に配置されたポペット式のＥＧＲ弁１３ａと、ＥＧＲ弁１３ａを駆動するＥＧＲアクチュエータ１３ｂを有している。ＥＧＲ弁１３ａのリフト量（以下「ＥＧＲ弁開度」という）ＬＥＧＲは、ＥＧＲアクチュエータ１３ｂに供給される電流をＥＣＵ２で制御することによって制御され、それにより、吸気通路６に還流するＥＧＲ量ＧＥＧＲが調整される。ＥＧＲクーラ１４は、ＥＧＲ弁１３ａの上流側に配置されており、エンジン３の冷却水を利用し、高温のＥＧＲガスを冷却する。

エンジン３のクランクシャフト（図示せず）には、クランク角センサ２０（図２参照）が設けられている。クランク角センサ２０は、クランクシャフトの回転に伴い、所定クランク角（例えば３０°）ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

また、吸気通路６のスロットル弁１０ａよりも上流側には、エアフローセンサ２１及び湿度センサ２２が設けられている。エアフローセンサ２１は、例えば熱線式のものであり、エアフローセンサ２１を通過する空気の量を、前述した吸気量ＧＡＩＲとして検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、湿度センサ２２は、吸気通路６に吸入された空気の湿度（相対湿度）ＲＨを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、吸気通路６には、スロットル弁１０ａの上流側に、大気圧センサ２３及び吸気温センサ２４が設けられている。大気圧センサ２３は大気圧ＰＡを検出し、吸気温センサ２４は吸気通路６に吸入された空気の温度である吸気温ＴＡを検出し、それらの検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、吸気コレクタ部６ａには、吸気圧センサ２５が設けられている。吸気圧センサ２５は、スロットル弁１０ａの下流側における吸気の圧力である吸気圧ＰＢを絶対圧として検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、エンジン３のシリンダブロックには、ノッキングの発生状態を検出するノックセンサ２６（ノッキング検出手段）が設けられており、その検出信号がＥＣＵ２に出力される。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２０〜２６の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、エンジン３の点火時期やＥＧＲ制御を実行するとともに、湿度センサ２２の故障判定処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、本発明の実ノック点火時期取得手段、ＥＧＲパラメータ取得手段、不活性ガスパラメータ算出手段、推定ノック点火時期算出手段、故障判定手段、推定燃料性状パラメータ算出手段、及び推定燃料性状パラメータ記憶手段に相当する。

次に、図３〜図６を参照して、湿度センサ２２の故障判定処理を説明する。図３は、本発明の第１実施形態による故障判定処理を示すフローチャートであり、本処理は、ＥＣＵ２において、所定の周期で、繰り返し実行される。

この故障判定処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、ＥＧＲ実行中フラグＦ＿ＥＧＲＤＯが「１」であるか否かを判別する。このＥＧＲ実行中フラグＦ＿ＥＧＲＤＯは、ＥＧＲが実行中であることを表すものであり、例えばＥＧＲ装置１１のＥＧＲ弁１３ａが開弁すると「１」にセットされ、ＥＧＲ弁１３ａが閉弁すると「０」にリセットされる。ステップ１の判別結果がＮＯで、ＥＧＲが実行されていないときには、本処理をそのまま終了する一方、判別結果がＹＥＳで、ＥＧＲが実行中のときには、ステップ２に進む。

ステップ２では、ＥＧＲ率ＲＥＧＲを算出する。このＥＧＲ率ＲＥＧＲは、エンジン３の気筒３ａに吸入される吸入ガスの全体量（以下「総ガス量ＧＣＹＬ」という）、及びエアフローセンサ２１で検出された吸気量ＧＡＩＲを用い、下式（１）により算出される。
ＲＥＧＲ＝（ＧＣＹＬ−ＧＡＩＲ）／ＧＣＹＬ×１００ ・・・（１）
上記の総ガス量ＧＣＹＬは、検出された吸気圧ＰＢ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。なお、上記のＥＧＲ率ＲＥＧＲを算出する際に、スロットル弁１０ａの開度やＥＧＲ弁開度ＬＥＧＲなどを用いて補正することにより、より精度良く算出することも可能である。

ステップ２に続くステップ３では、ステップ２で算出されたＥＧＲ率ＲＥＧＲが、所定の判定値ＲＥＧＲＲＥＦ以上であるか否かを判別する。この判定値ＲＥＧＲＲＥＦは、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが比較的高く、湿度センサ２２の故障判定が適切に実行可能であるか否かを判定するためのものである。ステップ３の判別結果がＮＯで、ＲＥＧＲ＜ＲＥＧＲＲＥＦのときには、本処理をそのまま終了する一方、判別結果がＹＥＳのときには、湿度センサ２２の故障判定が可能であるとして、ステップ４に進む。このように、ＲＥＧＲ≧ＲＥＧＲＲＥＦのときに湿度センサ２２の故障判定を実行可能とする理由について、図６及び図７を参照して説明する。

図６は、エンジン３の所定のエンジン回転数ＮＥにおける不活性ガス率ＲＩＮＧとノック点火時期ＩＧ＿ＮＫとの関係を、使用される燃料の複数（同図では５つ）のオクタン価ＲＯＮ（９６〜８４）（燃料性状パラメータ）ごとのマップを示している。不活性ガス率ＲＩＮＧは、吸入ガスにおけるＥＧＲ率ＲＥＧＲと吸気の湿度ＲＨとの和として表され、一方、ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫは、エンジン３においてノッキングが発生する点火時期の限界値であり、ＴＤＣに対する進角量として表されている。なお、図６に示すオクタン価ＲＯＮごとのマップが、本発明のノック点火時期モデルに相当する。

図６に示すように、各マップではいずれも、不活性ガス率ＲＩＮＧが大きいほど、ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫがより大きくなっている。このため、後述する実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥと推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳとの偏差に基づいて、湿度センサ２２の故障判定を行う場合、不活性ガス率ＲＩＮＧが大きいほど、上記偏差が大きくなる。

具体的には、図７に示すように、例えば、湿度センサ２２が正常である場合において、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが１５％、湿度ＲＨが５％で、不活性ガス率ＲＩＮＧが２０％のときには、推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳは、マップ上の●点Ａ１に基づいて算出され、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥとほぼ同じになる。一方、湿度センサ２２が故障し、その検出値が０％あるいは適正な湿度に対して５％低く出力される場合において、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが１５％、湿度ＲＨが０％で、不活性ガス率ＲＩＮＧが１５％のときには、推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳは、マップ上の▲点Ａ２に基づいて算出される。この場合、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥと推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳとの偏差は、図７に示すα（＝ＩＧ＿ＮＫＲＥ−ＩＧ＿ＮＫＥＳ）として算出される。

また、湿度センサ２２が正常である場合において、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが５％、湿度ＲＨが５％で、不活性ガス率ＲＩＮＧが１０％のときには、推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳは、マップ上の●点Ｂ１に基づいて算出され、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥとほぼ同じになる。一方、湿度センサ２２が前記と同様に故障した場合において、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが５％、湿度ＲＨが０％で、不活性ガス率ＲＩＮＧが５％のときには、推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳは、マップ上の▲点Ｂ２に基づいて算出される。この場合、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥと推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳとの偏差は、図７に示すβ（＝ＩＧ＿ＮＫＲＥ−ＩＧ＿ＮＫＥＳ）として算出される。

以上のように、湿度センサ２２が故障している場合には、不活性ガス率ＲＩＮＧにおけるＥＧＲ率ＲＥＧＲの大きい場合の方が小さい場合に比べて、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥと推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳとの偏差が大きくなる（α＞β）。したがって、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが判定値ＲＥＧＲＲＥＦ（例えば１５％）以上のときに、湿度センサ２２の故障判定を実行することにより、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが低いとき（ＲＥＧＲ＜ＲＥＧＲＲＥＦ）に実行する場合に比べて、湿度センサ２２の故障判定を精度良く行うことができる。

前記ステップ３に続くステップ４において、不活性ガス率ＲＩＮＧを算出する。この不活性ガス率ＲＩＮＧは、ステップ２で算出したＥＧＲ率ＲＥＧＲと、湿度センサ２２で検出された吸気の湿度ＲＨとの和（＝ＲＥＧＲ＋ＲＨ）として算出される。

次いで、ステップ４で算出した不活性ガス率ＲＩＮＧに応じて、推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳを算出する（ステップ５）。具体的には、あらかじめ燃料のオクタン価ＲＯＮを、エンジン３のノッキングの発生状態に応じて推定しておく。そして、図６に示す複数のマップのうち、推定されたオクタン価ＲＯＮのマップを用い、不活性ガス率ＲＩＮＧに応じて推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳを算出する。

次いで、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥを取得する（ステップ６）。具体的には、ノックセンサ２６の検出結果に基づき、エンジン３においてノッキングが発生する点火時期の限界値であるノック点火時期をＥＣＵ２で算出し、そのノック点火時期を実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥとして取得する。

次いで、ステップ６で取得した実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥと、ステップ５で算出した推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳとの偏差の絶対値が、故障判定閾値ＩＧＲＥＦよりも大きいか否かを判別する（ステップ７）。前述した図７に例示して説明したように、湿度センサ２２が正常である場合には、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥと推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳはほぼ同じであるために、両者の偏差はほぼ０であるのに対し、湿度センサ２２が故障している場合には、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥと推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳが乖離する。したがって、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥと推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＥＳとの偏差に基づいて、湿度センサ２２の故障判定を行うことができる。

上記のステップ７の判別結果がＮＯで、｜ＩＧ＿ＮＫＲＥ−ＩＧ＿ＮＫＥＳ｜≦ＩＧＲＥＦのときには、上記の偏差が小さく、湿度センサ２２が正常であるとして、そのことを表すために、湿度センサ故障フラグＦ＿ＲＨ＿ＮＧを「０」に維持又はセットし（ステップ９）、本処理を終了する。一方、ステップ７の判別結果がＹＥＳのときには、上記の偏差が大きく、湿度センサ２２が故障しているとして、そのことを表す湿度センサ故障フラグＦ＿ＲＨ＿ＮＧを「１」にセットし（ステップ８）、本処理を終了する。

以上のように、第１実施形態による湿度センサ２２の故障判定処理では、不活性ガス率ＲＩＮＧとノック点火時期ＩＧ＿ＮＫとの関係を表すマップを用い、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥと推定ノック点火時期ＩＧ＿ＮＩＫＥＳとを比較することにより、湿度センサ２２の故障判定を行うことができる。また、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが所定の判定値ＲＥＧＲＲＥＦ以上のときに、湿度センサ２２の故障判定を実行するので、その故障判定を精度良く行うことができる。さらに、従来と異なり、湿度センサ２２を加熱するヒータや昇温制御が不要であるので、コストの上昇を抑制しながら、湿度センサ２２の故障を適正に判定することができる。

次に、本発明の第２実施形態による湿度センサ２２の故障判定処理を説明する。図４は、この故障判定処理を示すフローチャートであり、本処理は、ＥＣＵ２において、所定の周期で、繰り返し実行される。

この故障判定処理ではまず、ステップ１１において、故障判定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する。この故障判定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥは、後述するように、湿度センサ２２の故障判定が実行されたときに、そのことを表すために、ステップ３５において「１」にセットされるものである。また、故障判定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥは、エンジン３の１運転サイクルにおいてエンジン３が停止したときに、「０」にリセットされる。ステップ１１の判別結果がＹＥＳのときには、本処理をそのまま終了する一方、ステップ１１の判別結果がＮＯで、湿度センサ２２の故障判定がまだ実行されていないときには、ステップ１２に進む。

このステップ１２では、前述した第１実施形態のステップ１と同様、ＥＧＲ実行中フラグＦ＿ＥＧＲＤＯが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、ＥＧＲが実行中のときには、ステップ１３に進み、第１オクタン価設定済みフラグＦ＿ＲＯＮ１＿ＳＥＴが「１」であるか否かを判別する。この第１オクタン価設定済みフラグＦ＿ＲＯＮ１＿ＳＥＴは、ＥＧＲが実行中でかつＥＧＲ率ＲＥＧＲが後述する判定値ＲＥＧＲＲＥＦ以上のときに推定された推定オクタン価ＲＯＮＥＳが第１オクタン価ＲＯＮ１として設定（記憶）されたときに、そのことを表すために「１」にセットされるものである。

上記のステップ１３の判別結果がＹＥＳで、第１オクタン価ＲＯＮ１がすでに設定されているときには、後述するステップ１４〜１７をスキップし、ステップ３１に進む。一方、ステップ１３の判別結果がＮＯで、第１オクタン価ＲＯＮ１がまだ設定されていないときには、ステップ１４に進む。

ステップ１４では、前述した第１実施形態のステップ３と同様、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが判定値ＲＥＧＲＲＥＦ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＲＥＧＲ＜ＲＥＧＲＲＥＦのときは、故障判定の十分な精度が確保できないとして、後述するステップ１５〜１７をスキップし、ステップ３１に進む。一方、ステップ１４の判別結果がＹＥＳのときには、ステップ１５に進み、推定オクタン価ＲＯＮＥＳ（推定燃料性状パラメータ）を算出する。

図５は、推定オクタン価ＲＯＮＥＳの算出処理を示している。同図に示すように、本処理ではまず、前述した第１実施形態のステップ４と同様にして、不活性ガス率ＲＩＮＧを算出する（ステップ４１）とともに、ステップ６と同様にして、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥを取得する（ステップ４２）。そして、ステップ４１で算出した不活性ガス率ＲＩＮＧ及びステップ４２で取得した実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥに応じ、前述した図６のマップを検索することにより、推定オクタン価ＲＯＮＥＳを算出する（ステップ４３）。なお、図６に示す５つのマップ以外のときには、補間計算により、推定オクタン価ＲＯＮＥＳが算出される。

図４に戻り、ステップ１５に続くステップ１６において、ステップ１５で算出した推定オクタン価ＲＯＮＥＳを、第１オクタン価ＲＯＮ１として設定し、そのことを表すために、第１オクタン価設定済みフラグＦ＿ＲＯＮ１＿ＳＥＴを「１」にセットし（ステップ１７）、ステップ３１に進む。

一方、前記ステップ１２の判別結果がＮＯ、すなわちＥＧＲが実行中でないときには、ステップ２１に進み、第２オクタン価設定済みフラグＦ＿ＲＯＮ２＿ＳＥＴが「１」であるか否かを判別する。この第２オクタン価設定済みフラグＦ＿ＲＯＮ２＿ＳＥＴは、ＥＧＲが実行されていない状態において、推定オクタン価ＲＯＮＥＳが第２オクタン価ＲＯＮ２として設定（記憶）されたときに、そのことを表すために「１」にセットされるものである。

上記のステップ２１の判別結果がＹＥＳで、第２オクタン価ＲＯＮ２がすでに設定されているときには、後述するステップ２２〜２４をスキップし、ステップ３１に進む。一方、ステップ２１の判別結果がＮＯで、第２オクタン価ＲＯＮ２がまだ設定されていないときには、ステップ２２に進む。

ステップ２２では、前記ステップ１５と同様にして、推定オクタン価ＲＯＮＥＳを算出する。次いで、その算出した推定オクタン価ＲＯＮＥＳを、第２オクタン価ＲＯＮ２として設定し（ステップ２３）、そのことを表すために、第２オクタン価設定済みフラグＦ＿ＲＯＮ２＿ＳＥＴを「１」にセットし（ステップ２４）、ステップ３１に進む。

ステップ３１では、第１オクタン価設定済みフラグＦ＿ＲＯＮ１＿ＳＥＴ及び第２オクタン価設定済みフラグＦ＿ＲＯＮ２＿ＳＥＴが、いずれも「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第１オクタン価ＲＯＮ１及び第２オクタン価ＲＯＮ２の少なくとも１つがまだ設定されていないときには、本処理をそのまま終了する。一方、ステップ３１の判別結果がＹＥＳのときには、第１オクタン価ＲＯＮ１と第２オクタン価ＲＯＮ２との比較による湿度センサ２２の故障判定が可能であるとして、ステップ３２に進む。

そして、ステップ３２において、第１オクタン価ＲＯＮ１と第２オクタン価ＲＯＮ２との偏差が、所定の故障判定閾値値ＲＯＮＲＥＦよりも大きいか否かを判別する。このように、ＥＧＲ実行中に推定された第１オクタン価ＲＯＮ１と、ＥＧＲが実行されていない状態で推定された第２オクタン価ＲＯＮ２との比較によって、湿度センサ２２の故障判定が行えるのは以下の理由による。

すなわち、図８に示すように、例えば、湿度センサ２２が正常である場合において、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが１５％、湿度ＲＨが５％で、不活性ガス率ＲＩＮＧが２０％であり、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥが２２ｄｅｇであるときには、不活性ガス率ＲＩＮＧと実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥに基づき、マップ上の●点Ｃ１により、第１オクタン価ＲＯＮ１は９０と算出される。一方、湿度センサ２２が故障し、その検出値が０％あるいは適正な湿度に対して５％低く出力される場合において、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが１５％、湿度ＲＨが０％で、不活性ガス率ＲＩＮＧが１５％であり、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥが上記と同じ２２ｄｅｇであるときには、不活性ガス率ＲＩＮＧと実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥに基づき、マップ上の▲点Ｃ２により、第１オクタン価ＲＯＮ１は９６と算出される。

また、湿度センサ２２が正常である場合において、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが０％、湿度ＲＨが５％で、不活性ガス率ＲＩＮＧが５％であり、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥが７ｄｅｇであるときには、不活性ガス率ＲＩＮＧと実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥに基づき、マップ上の●点Ｄ１により、第２オクタン価ＲＯＮ２は９０と算出される。このように、第１オクタン価ＲＯＮ１と第２オクタン価ＲＯＮ２は、給油などによって燃料の性状が変化しない限り、同じになる。一方、湿度センサ２２が前記と同様に故障した場合において、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが０％、湿度ＲＨが０％で、不活性ガス率ＲＩＮＧが０％であり、実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥが上記と同じ７ｄｅｇであるときには、不活性ガス率ＲＩＮＧと実ノック点火時期ＩＧ＿ＮＫＲＥに基づき、マップ上の▲点Ｄ２により、第２オクタン価ＲＯＮ２は９１と算出される。

以上のことから、湿度センサ２２が正常である場合には、第１オクタン価ＲＯＮ１と第２オクタン価ＲＯＮ２は、同じ又はほぼ同じ値に算出される一方、湿度センサ２２が故障している場合には、第１オクタン価ＲＯＮ１と第２オクタン価ＲＯＮ２の偏差が大きくなることがわかる。したがって、ＥＧＲ実行中に推定された第１オクタン価ＲＯＮ１と、ＥＧＲが実行されていない状態で推定された第２オクタン価ＲＯＮ２との比較により、湿度センサ２２の故障判定が行える。

図４のステップ３２において、その判別結果がＮＯで、｜ＲＯＮ１−ＲＯＮ２｜≦ＲＯＮＲＥＦのときには、第１オクタン価ＲＯＮ１と第２オクタン価ＲＯＮ２との偏差が小さく、湿度センサ２２が正常であるとして、そのことを表すために、湿度センサ故障フラグＦ＿ＲＨ＿ＮＧを「０」にセットし、ステップ３５に進む。一方、ステップ３２の判別結果がＹＥＳで、第１オクタン価ＲＯＮ１と第２オクタン価ＲＯＮ２との偏差が大きいときには、湿度センサ２２が故障しているとして、そのことを表すために、湿度センサ故障フラグＦ＿ＲＨ＿ＮＧを「１」にセットし、ステップ３５に進む。

そして、ステップ３５において、湿度センサ２２の故障判定を実行したことを表すために、故障判定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥを「１」にセットし、本処理を終了する。このステップ３５の実行により、本処理の以降のループでは、前記ステップ１１の判別結果が常にＹＥＳになるため、今回の１運転サイクルの間、湿度センサ２２の故障判定は実行されない。

以上のように、第２実施形態による湿度センサ２２の故障判定処理では、不活性ガス率ＲＩＮＧとノック点火時期ＩＧ＿ＮＫとの関係を表すマップを用い、ＥＧＲ実行中に推定された第１オクタン価ＲＯＮ１と、ＥＧＲが実行されていない状態で推定された第２オクタン価ＲＯＮ２とを比較することにより、湿度センサ２２の故障判定を行うことができる。また、前述した第１実施形態と同様、ヒータや昇温制御が不要な分、コストの上昇を抑制しながら、湿度センサ２２の故障を適正に判定することができる。

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、湿度パラメータとして、相対湿度である湿度ＲＨを採用し、それを検出する湿度センサ２２について故障判定を行ったが、湿度パラメータとして、他のパラメータ（例えば絶対湿度）を採用することも可能である。また、実施形態では、ＥＧＲパラメータとして、ＥＧＲ率ＲＥＧＲを採用したが、他のパラメータ（例えばＥＧＲ量）を採用することも可能である。また、実施形態では、不活性ガスパラメータとして、不活性ガス率ＲＩＮＧを採用したが、他のパラメータ（例えば不活性ガス量）を採用することも可能である。さらに、実施形態では、燃料性状パラメータとして、オクタン価ＲＯＮを採用したが、燃料のノッキングのしにくさを表す他のパラメータを採用することも可能である。

また、第２実施形態の故障判定処理では、第２オクタン価ＲＯＮ２として、ＥＧＲが実行されていない状態において推定した推定オクタン価ＲＯＮＥＳを採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが判定値ＲＥＧＲＲＥＦよりも十分に低い場合であれば、ＥＧＲの実行中に推定した推定オクタン価ＲＯＮＥＳを第２オクタン価ＲＯＮ２として採用することも可能である。

さらに、実施形態で示した故障判定装置１や故障判定処理の細部の構成などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。

１ 故障判定装置
２ ＥＣＵ（実ノック点火時期取得手段、ＥＧＲパラメータ取得手段、
不活性ガスパラメータ算出手段、推定ノック点火時期算出手段、
故障判定手段、推定燃料性状パラメータ算出手段、
推定燃料性状パラメータ記憶手段）
３ エンジン
５ 点火プラグ
６ 吸気通路（吸気系）
７ 排気通路（排気系）
１１ ＥＧＲ装置
１２ ＥＧＲ通路
１３ ＥＧＲ弁機構
２０ クランク角センサ
２１ エアフローセンサ
２２ 湿度センサ
２３ 大気圧センサ
２４ 吸気温センサ
２５ 吸気圧センサ
２６ ノックセンサ
ＮＥ エンジン回転数
ＲＨ 湿度
ＰＡ 大気圧
ＴＡ 吸気温
ＰＢ 吸気圧
ＩＧ 点火時期
ＧＡＩＲ 吸気量
ＧＣＹＬ 総ガス量
ＩＧ＿ＮＫ ノック点火時期
ＩＧ＿ＮＫＲＥ 実ノック点火時期
ＩＧ＿ＮＫＥＳ 推定ノック点火時期
ＩＧＲＥＦ 故障判定閾値
ＲＩＮＧ 不活性ガス率
ＲＥＧＲ ＥＧＲ率
ＲＥＧＲＲＥＦ 判定値
ＲＯＮ１ 第１オクタン価
ＲＯＮ２ 第２オクタン価
ＲＯＮＥＳ 推定オクタン価
ＲＯＮＲＥＦ 故障判定閾値
Ｆ＿ＥＧＲＤＯ ＥＧＲ実行中フラグ
Ｆ＿ＲＨ＿ＮＧ 湿度センサ故障フラグ
Ｆ＿ＤＯＮＥ 故障判定済みフラグ
Ｆ＿ＲＯＮ１＿ＳＥＴ 第１オクタン価設定済みフラグ
Ｆ＿ＲＯＮ２＿ＳＥＴ 第２オクタン価設定済みフラグ

Claims (3)

1. 排気系の排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気系に還流される内燃機関において、当該内燃機関に吸入される空気である吸気の湿度を表す湿度パラメータを検出する湿度センサの故障判定装置であって、
   前記内燃機関のノッキング状態を検出するノッキング検出手段と、
   当該検出されたノッキング状態に基づき、ノッキングが発生する点火時期の限界値であるノック点火時期を、実ノック点火時期として取得する実ノック点火時期取得手段と、
   前記内燃機関に吸入される吸入ガスにおける前記ＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を表すＥＧＲパラメータを取得するＥＧＲパラメータ取得手段と、
   前記検出された湿度パラメータ及び前記取得されたＥＧＲパラメータに基づき、前記内燃機関における燃焼に寄与しない不活性ガスの前記吸入ガスに対する割合である不活性ガス率を表す不活性ガスパラメータを算出する不活性ガスパラメータ算出手段と、
   前記内燃機関で使用される燃料のノッキングのしにくさを表す燃料性状パラメータを、前記検出されたノッキング状態に応じて推定する燃料性状パラメータ推定手段と、
   前記不活性ガスパラメータと、当該不活性ガスパラメータに対して得られるべきノック点火時期との関係を、複数の前記燃料性状パラメータごとに定め、かつ前記不活性ガスパラメータが大きいほど、前記ノック点火時期の進角量が大きくなるように設定された所定のノック点火時期モデルを用い、前記算出された不活性ガスパラメータ及び前記推定された燃料性状パラメータに応じて当該ノック点火時期モデルから得られる前記ノック点火時期を、推定ノック点火時期として算出する推定ノック点火時期算出手段と、
   前記実ノック点火時期と前記推定ノック点火時期との偏差が、所定の第１故障判定閾値よりも大きいときに、前記湿度センサが故障していると判定する故障判定手段と、
   を備えることを特徴とする湿度センサの故障判定装置。
2. 排気系の排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気系に還流される内燃機関において、当該内燃機関に吸入される空気である吸気の湿度を表す湿度パラメータを検出する湿度センサの故障判定装置であって、
   前記内燃機関のノッキング状態を検出するノッキング検出手段と、
   当該検出されたノッキング状態に基づき、ノッキングが発生する点火時期の限界値であるノック点火時期を、実ノック点火時期として取得する実ノック点火時期取得手段と、
   前記内燃機関に吸入される吸入ガスにおける前記ＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を表すＥＧＲパラメータを取得するＥＧＲパラメータ取得手段と、
   前記検出された湿度パラメータ及び前記取得されたＥＧＲパラメータに基づき、前記内燃機関における燃焼に寄与しない不活性ガスの前記吸入ガスに対する割合である不活性ガス率を表す不活性ガスパラメータを算出する不活性ガスパラメータ算出手段と、
   前記不活性ガスパラメータと、当該不活性ガスパラメータに対して得られるべきノック点火時期との関係を、前記内燃機関で使用される燃料のノッキングのしにくさを表す複数の燃料性状パラメータごとに定め、かつ前記不活性ガスパラメータが大きいほど、前記ノック点火時期の進角量が大きくなるように設定された所定のノック点火時期モデルを用い、前記算出された不活性ガスパラメータ及び前記取得された実ノック点火時期に応じて当該ノック点火時期モデルから得られる前記燃料性状パラメータを、推定燃料性状パラメータとして算出する推定燃料性状パラメータ算出手段と、
   前記内燃機関の１運転サイクルにおいて、前記ＥＧＲパラメータで表されるＥＧＲ率が第１所定値以上のときの前記不活性ガスパラメータに基づいて算出された推定燃料性状パラメータを、第１推定燃料性状パラメータとして記憶し、前記ＥＧＲ率が前記第１所定値よりも小さい第２所定値以下のときの前記不活性ガスパラメータに基づいて算出された推定燃料性状パラメータを、第２推定燃料性状パラメータとして記憶する推定燃料性状パラメータ記憶手段と、
   前記第１推定燃料性状パラメータと前記第２推定燃料性状パラメータとの偏差が、所定の第２故障判定閾値よりも大きいときに、前記湿度センサが故障していると判定する故障判定手段と、
   を備えることを特徴とする湿度センサの故障判定装置。
3. 前記故障判定手段は、前記ＥＧＲパラメータによって表されるＥＧＲ率が所定値以上であるときに、前記湿度センサの故障判定を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の湿度センサの故障判定装置。

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