JP6890884B2 - 吸入空気量センサの異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサの異常を判定する装置に関する。

車両のエンジンの制御では、エンジンの吸入空気量が検出されて、たとえば、その吸入空気量に基づいて燃料噴射量が決定される。

吸入空気量を検出する手法の代表的なものに、エンジンの吸気管における吸入空気流量を検出するエアフロセンサ（エアフロメータ）を用いる手法と、吸気管内の圧力（吸気圧）を検出する吸気圧センサを用いる手法とがある。エアフロセンサを用いる手法では、車両の定常走行時に高い精度で吸入空気量を検出できるが、吸気脈動が大きい状況下では検出誤差が大きくなる。そのため、３気筒エンジンの制御では、エアフロセンサの使用が避けられている。

特開２００８−２４２０６７号公報

しかしながら、本願発明者らは、３気筒エンジンの制御にエアフロセンサを用いることを検討している。３気筒エンジンの制御に限らず、エンジンの制御にエアフロセンサを用いるには、エアフロセンサの特性を保証するために、エアフロセンサの正常／異常を精度よく判定する必要がある。

本発明の目的は、吸入空気量センサの正常／異常を精度よく判定できる、異常判定装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る吸入空気量センサの異常判定装置は、内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサの異常を判定する装置であって、内燃機関の吸入空気温度および吸入空気圧、スロットル開度ならびに大気圧から内燃機関の吸入空気量を算出する算出手段と、算出手段によって算出される吸入空気量と吸入空気量センサによって検出される吸入空気量との差分が所定範囲を超えている場合、吸入空気量センサの異常を判定する判定手段とを含む。

この構成によれば、内燃機関の吸入空気温度、吸入空気圧、スロットル開度および大気圧から内燃機関の吸入空気量が算出される。そして、その算出された吸入空気量と吸入空気量センサによって検出される吸入空気量との差分が所定範囲を超えている場合、言い換えれば、吸入空気量センサによって検出される吸入空気量が吸入空気温度、吸入空気圧、スロットル開度および大気圧から算出される吸入空気量から所定以上離れている場合、吸入空気量センサの異常が判定される。

吸入空気温度、吸入空気圧、スロットル開度および大気圧の各検出値が正確であり、内燃機関の吸気管内に発生する負圧に外乱が生じていない状態では、吸入空気温度、吸入空気圧、スロットル開度および大気圧から内燃機関の吸入空気量を正確に算出することが可能である。したがって、その算出された吸入空気量と吸入空気量センサによって検出される吸入空気量との差分が所定範囲を超えている場合に吸入空気量センサが異常と判定することにより、吸入空気量センサの異常を精度よく判定することができる。その結果、正常な吸入空気量センサによって検出される吸入空気量に基づいて、低エミッション化および低燃費化を実現可能なエンジン制御を実行することができる。

本発明によれば、吸入空気量センサの異常を精度よく判定することができ、その結果、正常な吸入空気量センサによって検出される吸入空気量に基づいて、低エミッション化および低燃費化を実現可能なエンジン制御を実行することができる。

本発明の一実施形態に係る異常判定装置が用いられるエンジンおよびその給排気系を示す図である。 エアフロセンサの正常／異常を判定するための構成を示すブロック図である。 異常判定部が実行する判定処理の流れを示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜エンジンの給排気系＞
図１は、本発明の一実施形態に係る異常判定装置が用いられるエンジン１１およびその給排気系を示す図である。

エンジン１１の各気筒の吸気ポートには、インテークマニホールド１２が接続されている。インテークマニホールド１２には、外気がエアクリーナ１３、吸気管１４およびスロットルバルブ１５をこの順に通過して取り込まれる。

インテークマニホールド１２から各気筒に吸入される空気は、たとえば、エンジン１１に配設されたインジェクタ（燃料噴射弁）から各気筒内に直接噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気とされる。そして、エンジン１１の各気筒に設けられた点火プラグがスパークすることにより混合気が燃焼する。

燃焼後の排ガスは、各気筒からエキゾーストマニホールド１６に排出される。エキゾーストマニホールド１６には、排気管１７が接続されており、排ガスは、エキゾーストマニホールド１６および排気管１７を通過し、排気管１７の途中に設けられた三元触媒１８で有害成分であるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘが浄化されて大気中に排出される。

また、ＥＧＲシステム２１が付随して設けられている。ＥＧＲシステム２１は、ＥＧＲ通路２２およびＥＧＲバルブ２３を含む。ＥＧＲ通路２２は、たとえば、排気管１７に接続され、その他端がインテークマニホールド１２に接続されている。ＥＧＲバルブ２３は、ＥＧＲ通路２２の途中に介在されている。ＥＧＲバルブ２３が開かれると、エンジン１１から排出される排ガスの一部がＥＧＲ通路２２を流通し、ＥＧＲ通路２２からインテークマニホールド１２を介してエンジン１１に還流される。ＥＧＲ通路２２を流通する排ガスの流量は、ＥＧＲバルブ２３の開度により調整することができる。

吸気管１４には、エアフロセンサ３１が設けられている。エアフロセンサ３１は、たとえば、熱式エアフロメータであり、吸気管１４を流れる吸入空気量（吸気量）Ｇ_ＡＩＲを検出し、また、吸気管１４内の吸入空気温度（吸気温）Ｔ_Ａを検出する。

インテークマニホールド１２には、インテークマニホールド１２内の圧力（インマニ圧）Ｐ_Ｂを検出するインマニ圧センサ３２が設けられている。

また、大気圧Ｐ_Ａを検出する大気圧センサ３３が設けられている。

エアフロセンサ３１、インマニ圧センサ３２および大気圧センサ３３の各検出信号は、マイコン（マイクロコントローラユニット）を含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）４１に入力される。マイコンには、たとえば、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ、データフラッシュ（フラッシュメモリ）などが内蔵されている。ＥＣＵ４１は、各種センサの検出信号から取得した情報などに基づいて、エンジン１１の始動、停止および出力調整などのため、エンジン１１に付随するインジェクタおよび点火プラグを制御し、また、スロットルバルブ１５およびＥＧＲバルブ２３の開度を制御する。

＜エアフロセンサの正常／異常判定＞
図２は、エアフロセンサ３１の正常／異常を判定するための構成を示すブロック図である。

ＥＣＵ４１は、プログラム処理によってソフトウエア的に実現される機能処理部として、流量計算部５１、なまし部５２，５３および異常判定部５４を備えている。これらの機能処理部の一部の機能は、論理回路などのハードウェアにより実現されてもよい。

流量計算部５１は、エアフロセンサ３１によって検出される吸気温Ｔ_Ａ、インマニ圧センサ３２によって検出されるインマニ圧（吸入空気圧）Ｐ_Ｂ、大気圧センサ３３によって検出される大気圧Ｐ_Ａおよびスロットルバルブ１５における気体が通過する有効面積Ａから、下記式（１）に従って、スロットルバルブ１５を通過する空気量（吸気量）Ｍを算出する。有効面積Ａは、スロットルバルブ１５のスロットル開度から定まる。

なまし部４２は、流量計算部５１により算出される吸気量Ｍの移動平均値であるなまし値を算出する。

なまし部４３は、エアフロセンサ３１によって検出される吸気量Ｇ_ＡＩＲの移動平均値であるなまし値を算出する。

エアフロセンサ３１、インマニ圧センサ３２および大気圧センサ３３の各位置が異なるため、吸気脈動による検出値の脈動の出方に差が生じるので、吸気量Ｍおよび吸気量Ｇ_ＡＩＲがなまされることが好ましい。

異常判定部５４は、なまし部４２で算出された吸気量Ｍのなまし値（以下、「算出値」という。）となまし部４３で算出された吸気量Ｇ_ＡＩＲのなまし値（以下、「検出値」という。）とを比較して、エアフロセンサ３１の正常／異常を判定する。

＜判定処理＞
図３は、異常判定部５４が実行する判定処理の流れを示すフローチャートである。

判定処理では、まず、エアフロセンサ３１、インマニ圧センサ３２および大気圧センサ３３が正常であるか否かが判別される（ステップＳ１）。

エアフロセンサ３１、インマニ圧センサ３２および大気圧センサ３３のいずれかに異常がある場合（ステップＳ１のＮＯ）、判定処理が終了される。

エアフロセンサ３１、インマニ圧センサ３２および大気圧センサ３３のいずれにも異常がない場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、インテークマニホールド１２に発生する負圧に対する外乱が小さいかどうかが判別される（ステップＳ２）。たとえば、ＥＧＲバルブ２３が開かれている状態では、インテークマニホールド１２に発生する負圧に対する外乱が大きい。また、ブレーキが踏まれると、ブレーキブースタに負圧が供給されるので、インテークマニホールド１２に発生する負圧に対する外乱が大きくなる。

負圧に対する外乱が大きい場合には（ステップＳ２のＮＯ）、判定処理が終了される。

エアフロセンサ３１、インマニ圧センサ３２および大気圧センサ３３のすべてが正常であり（ステップＳ１のＹＥＳ）、インテークマニホールド１２に発生する負圧に対する外乱が小さい場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、すなわち、ＥＧＲバルブ２３が閉じられ、ブレーキペダルが踏まれていない場合、算出値と検出値との差分が求められる（ステップＳ３）。

そして、その差分が所定範囲内であるか否かが判別される（ステップＳ４）。

算出値と検出値との差分が所定範囲内である場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、エアフロセンサ３１が正常であると判定されて（ステップＳ５）、判定処理が終了される。

算出値と検出値との差分が所定範囲外である場合（ステップＳ４のＮＯ）、エアフロセンサ３１が異常であると判定されて（ステップＳ５）、判定処理が終了される。

＜作用効果＞
以上のように、エンジン１１の吸気温（吸入空気温度）Ｔ_Ａ、インマニ圧（吸入空気圧）Ｐ_Ｂ、有効面積Ａおよび大気圧Ｐ_Ａからエンジン１１の吸気量Ｍが算出される。そして、その算出された吸気量Ｍのなまし値である算出値とエアフロセンサ３１によって検出される吸気量Ｇ_ＡＩＲのなまし値である検出値との差分が所定範囲を超えている場合、エアフロセンサ３１の異常が判定される。

吸気温Ｔ_Ａ、吸気圧Ｐ_Ｂ、有効面積Ａおよび大気圧Ｐ_Ａの各検出値が正確であり、エンジン１１のインテークマニホールド１２内に発生する負圧に外乱が生じていない状態では、吸気温Ｔ_Ａ、吸気圧Ｐ_Ｂ、有効面積Ａおよび大気圧Ｐ_Ａからエンジン１１の吸気量を正確に算出することが可能である。したがって、算出値と検出値との差分が所定範囲を超えている場合にエアフロセンサ３１が異常と判定することにより、エアフロセンサ３１の異常を精度よく判定することができる。その結果、正常なエアフロセンサ３１によって検出される吸入空気量に基づいて、低エミッション化および低燃費化を実現可能なエンジン制御を実行することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもでき、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１１：エンジン（内燃機関）
４１：ＥＣＵ（異常判定装置）
５１：流量計算部（算出手段）
５４：異常判定部（判定手段）

Claims (1)

1. 内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサの異常を判定する装置であって、
   前記内燃機関の吸入空気温度および吸入空気圧、スロットル開度ならびに大気圧から前記内燃機関の吸入空気量を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって算出される算出吸入空気量の移動平均値と、前記吸入空気量センサによって検出される検出吸入空気量の移動平均値とをそれぞれ算出するなまし手段と、
   前記なまし手段によって算出される前記算出吸入空気量の移動平均値と前記検出吸入空気量の移動平均値との差分が所定範囲を超えている場合、前記吸入空気量センサの異常を判定する判定手段とを含む、異常判定装置。

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