(57)【要約】【課題】吸気流量センサの故障判定を内容に応じた適切な運転領域で実行し、もって誤判定を防止して高い故障判定精度を実現できる吸気流量センサの故障診断装置を提供する。【解決手段】吸気流量が少ない低流量域では（Ｓ６がＹes）検出吸気流量Ｑaの増加が明確に現れることから、吸気流量センサの出力が過大であるか否かの過大判定を実行し（ｓ１０）、吸気流量が多い高流量域では（Ｓ８がＹes）検出吸気流量Ｑaの減少が明確に現れることから、吸気流量センサの出力が過小であるか否かの過小判定を実行し（Ｓ１４）、何れかで故障判定を下したときには警告灯を点灯表示する（Ｓ１２）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された内燃機関の吸気流量が少ない低流量域と吸気流量が多い高流量域とを判別する吸気流量域判別手段と、
上記内燃機関の運転状態に基づき実際の吸気流量に即した理論吸気流量を算出する理論吸気流量算出手段と、
上記内燃機関の吸気流量を検出する吸気流量センサと、
上記吸気流量域判別手段により低流量域と判別されたときに、上記理論吸気流量算出手段により算出された理論吸気流量を基準として上記吸気流量センサにより検出された吸気流量が過大であるか否かを判定し、過大のときに上記吸気流量センサの故障判定を下す過大判定手段と、
上記吸気流量域判別手段により高流量域と判別されたときに、上記理論吸気流量算出手段により算出された理論吸気流量を基準として上記吸気流量センサにより検出された吸気流量が過小であるか否かを判定し、過小のときに上記吸気流量センサの故障判定を下す過小判定手段と
を備えたことを特徴とする吸気流量センサの故障診断装置。
【請求項２】
上記吸気流量域判別手段は、上記内燃機関の吸気側へのＥＧＲ還流状況に基づき上記高流量域を判定することを特徴とする請求項１記載の吸気流量センサの故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気流量を検出する吸気流量センサの故障を診断する故障診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
吸気流量センサにより検出される内燃機関の吸気流量は種々の制御の利用されており、例えばガソリン機関では、検出される吸気流量とエンジン回転速度とのマップに基づいて燃料噴射量を決定して燃料噴射制御に適用している。また、ディーゼル機関では、吸気流量センサにより検出される吸気流量とＥＧＲガス中に残存する推定酸素量とから新気量を算出し、この新気量と燃料噴射量とから実空気過剰率を算出する一方、エンジン回転速度及び燃料噴射量から所定のマップに基づいて目標空気過剰率を算出し、実空気過剰利率が目標空気過剰率となるようにＥＧＲ量をフィードバック制御する所謂λ制御を行っている。
【０００３】
従って、吸気流量センサにより検出される吸気流量はＥＧＲ制御に対して大きな影響を及ぼし、吸気流量センサの故障により吸気流量が誤差を含むときには、不適切な燃料噴射量やＥＧＲ量で内燃機関が運転されて大気中への有害成分の排出に直結してしまうため、例えば北米のＯＢＤ（On Board Diagnosis）に関する法規制では、吸気流量センサの故障診断装置を車両に装備することが義務付けられている。そこで、このような法規制への対応等を目的として、種々の故障診断装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記特許文献１の技術では、エンジン回転速度とターボ回転速度とから理論吸気流量を算出し、この理論吸気流量と吸気流量センサにより検出された検出吸気流量との差の絶対値が所定値より大きいときに、吸気流量センサの故障と判定している。
【特許文献１】特開２００６−３２９１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の技術において吸気流量センサの故障と判定されるケースは、検出吸気流量が理論吸気流量より所定値を越えて大きい場合（以下、この状況に基づく故障判定を過大判定と称する）と検出吸気流量が理論吸気流量より所定値を越えて小さい場合（以下、この状況に基づく故障判定を過小判定と称する）とに大別されるが、これらの過大判定や過小判定は内燃機関の運転領域に拘わらず、全運転領域で常に行っている。
【０００６】
しかしながら、エンジン回転速度やターボ回転速度に応じて内燃機関の運転領域は大幅に変化し、その広い運転領域内には過大判定や過小判定の実行に不適切な領域も存在する。例えば低負荷領域では元々吸気流量が少ないため、誤差により検出吸気流量が多少減少しても過小判定され難く、逆に高負荷領域では元々吸気流量が多いため、誤差により検出吸気流量が多少増加しても過大判定され難い特性がある。よって、これらの場合には吸気流量センサが実際に故障しているにも拘わらず故障判定が下されず、例えば不正確な吸気流量に基づく燃料噴射制御やＥＧＲ制御の実行により排ガス特性を悪化させる等の不具合を引き起こす可能性があった。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、吸気流量センサの故障判定を内容に応じた適切な運転領域で実行し、もって誤判定を防止して高い故障判定精度を実現することができる吸気流量センサの故障診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の吸気流量が少ない低流量域と吸気流量が多い高流量域とを判別する吸気流量域判別手段と、内燃機関の運転状態に基づき実際の吸気流量に即した理論吸気流量を算出する理論吸気流量算出手段と、内燃機関の吸気流量を検出する吸気流量センサと、吸気流量域判別手段により低流量域と判別されたときに、理論吸気流量算出手段により算出された理論吸気流量を基準として吸気流量センサにより検出された吸気流量が過大であるか否かを判定し、過大のときに吸気流量センサの故障判定を下す過大判定手段と、吸気流量域判別手段により高流量域と判別されたときに、理論吸気流量算出手段により算出された理論吸気流量を基準として吸気流量センサにより検出された吸気流量が過小であるか否かを判定し、過小のときに吸気流量センサの故障判定を下す過小判定手段とを備えたものである。
【０００９】
従って、内燃機関の運転状態に基づき実際の吸気流量に即した理論吸気流量が理論吸気流量算出手段により算出されると共に、吸気流量センサにより内燃機関の吸気流量が検出される。吸気流量域判別手段により低流量域と判別されたときには、理論吸気流量を基準として検出吸気流量が過大であるか否かが過大判定手段により判定され、一方、吸気流量域判別手段により高流量域と判別されたときには、理論吸気流量を基準として検出吸気流量が過小であるか否かが過小判定手段により判定され、何れかの判定手段により過大または過小と判定されたときに吸気流量センサの故障判定が下される。
【００１０】
元々吸気流量が少ない低流量域では、検出吸気流量の減少は明確に現れ難い反面、検出吸気流量の増加については明確に現れる特性があり、逆に、元々吸気流量が多い高流量域では、検出吸気流量の増加は明確に現れ難い反面、検出吸気流量の減少については明確に現れる特性がある。従って、低流量域で検出吸気流量の過大判定を行い、高流量域で検出吸気流量の過小判定を行うことで、何れの場合も検出吸気流量の増減が明確に現れる運転領域に限定して故障判定を実行することになり、吸気流量センサの故障を常に適切に判定可能となる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項1において、吸気流量域判別手段が、内燃機関の吸気側へのＥＧＲ還流状況に基づき高流量域を判定するものである。
従って、吸気流量が多い高流量域では内燃機関の排ガス圧力が増加し、それに伴って吸気側へのＥＧＲ還流による吸気流量への影響も増大する。この傾向は、ＥＧＲ量によっては理論吸気流量を基準とした検出空気流量の過小判定の精度を低下させることを意味するが、ＥＧＲ還流状況に基づき高流量域を判定することにより、例えばＥＧＲ量が所定値以上で過小判定の精度が低下する虞があるときには、高流量域と判定せずに過小判定を実行しない等の対処が可能となり、これによりＥＧＲ還流の影響による誤判定が未然に防止される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように請求項１の発明の吸気流量センサの故障診断装置によれば、吸気流量センサの故障判定を内容に応じた適切な運転領域で実行し、もって誤判定を防止して高い故障判定精度を実現することができる。
請求項２の発明の吸気流量センサの故障診断装置によれば、請求項１に加えて、ＥＧＲ還流の影響により過小判定を誤判定する事態を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をディーゼル機関に装備された吸気流量センサの故障診断装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の酸化触媒の劣化診断装置が適用されたディーゼル機関を示す全体構成図であり、内燃機関１は直列６気筒機関として構成されている。内燃機関１の各気筒には燃料噴射弁２が設けられ、各燃料噴射弁２は共通のコモンレール３から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒の筒内に燃料を噴射する。
【００１４】
内燃機関１の吸気側には吸気マニホールド４が装着され、吸気マニホールド４に接続された吸気通路５には、上流側より吸気流量Ｑaを計測する吸気流量センサ６、ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａ、インタクーラ８、アクチュエータ９ａにより開閉駆動される吸気絞り弁９が設けられている。また、内燃機関１の排気側には排気マニホールド１０が装着され、排気マニホールド１０には上記コンプレッサ７ａと同軸上に連結されたターボチャージャ７のタービン７ｂが接続されている。タービン７ｂには排気通路１１が接続され、排気通路１１には触媒コンバータ１２及び図示しない消音器が設けられている。
【００１５】
排気マニホールド１０と吸気マニホールド４とはＥＧＲ通路１４を介して接続され、ＥＧＲ通路１４にはＥＧＲクーラ１３が備えられている。ＥＧＲ通路１４にはアクチュエータ１５ａにより開閉駆動されるＥＧＲ弁１５が設けられ、このＥＧＲ弁１５の開度に応じて、内燃機関１の排気マニホールド１０側から吸気マニホールド４側に還流されるＥＧＲ量が調整される。
【００１６】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）２１が設置されている。ＥＣＵ２１の入力側には、上記吸気流量センサ６、吸気流量センサ６に内蔵された大気圧Ｐaを検出する大気圧センサ２２及び吸気温Ｔaを検出する吸気温センサ２３、内燃機関１の回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ２４、同じく内燃機関１の冷却水温Ｔwを検出する水温センサ２５、ターボチャージャ７による加給圧Ｐbを検出する加給圧センサ２６等の各種センサ類が接続され、出力側には、上記吸気絞り弁９のアクチュエータ９ａ、ＥＧＲ弁１５のアクチュエータ１５ａ、車両の運転席に設けられた警告灯３０等の各種デバイス類が接続されている。
【００１７】
そして、ＥＣＵ２１は運転者のアクセル操作量やエンジン回転速度Ｎe等の検出情報に基づいて燃料噴射量、噴射時期、コモンレール圧等の目標値を設定し、それらの値に基づいて燃料噴射弁２の駆動制御やコモンレール圧の調整等を実行して内燃機関１を運転する。
また、ＥＧＲ量の制御に関しては所謂λ制御が採られている。当該λ制御は周知の制御手法であるため詳細は説明しないが、吸気流量センサ６により検出される吸気流量ＱaとＥＧＲガス中に残存する推定酸素量とから新気量を算出し、この新気量と燃料噴射量とから実空気過剰率を算出する一方、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量から所定のマップに基づいて目標空気過剰率を算出し、実空気過剰利率が目標空気過剰率となるようにＥＧＲ弁１５の開度をフィードバック制御するものである。
【００１８】
このため、吸気流量センサ６に故障が発生して吸気流量Ｑaが誤差を含むときには、不適切な空気過剰率での内燃機関１の運転を引き起こし、ひいては大気中への有害成分の排出に直結してしまうことから、その対策として本実施形態では吸気流量センサ６の故障診断を実行しており、以下、当該吸気流量センサ６の故障診断の詳細を説明する。
図２はＥＣＵ２１が実行する故障診断ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ２１は車両のイグニションスイッチがＯＮされているときに、当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
【００１９】
まず、ステップＳ２では理論吸気流量Ｑa0を算出する（理論吸気流量算出手段）。この理論吸気流量Ｑa0とは内燃機関１の運転状態から推定した吸気流量であり、実際の吸気流量に即した値を意味し、換言すれば、正常な吸気流量センサ６により検出された誤差を含まない検出吸気流量Ｑaと見なすことができる。本実施形態ではエンジン回転速度Ｎeからベース吸気流量を算出すると共に、大気圧センサ２２により検出された大気圧Ｐa、吸気温センサ２３により検出された吸気温Ｔa、水温センサ２５により検出された冷却水温Ｔw、加給圧センサ２６により検出された加給圧Ｐb、及び燃料噴射制御での噴射量に応じて各補正値を設定し、ベース吸気流量を各補正値により補正して理論吸気流量Ｑa0を算出している。
【００２０】
但し、理論吸気流量Ｑa0の算出手法はこれに限ることはなく、例えば特許文献１の技術のように、エンジン回転速度Ｎeとターボ回転速度（タービン７ａの回転速度）とから理論吸気流量Ｑa0を算出するようにしてもよい。
続くステップＳ４では吸気流量センサ６により検出された吸気流量Ｑa（以下、理論吸気流量Ｑa0に対して検出吸気流量Ｑaと称する）を取り込み、この理論吸気流量Ｑa0と検出吸気流量Ｑaとの比Ｒ（＝Ｑa0/Ｑa）を算出する。理論吸気流量Ｑa0と一致する正確な検出吸気流量Ｑaでは比Ｒは1.0となり、誤差の発生により検出吸気流量Ｑaが理論吸気流量Ｑa0から増加側にかけ離れるほど比Ｒは低下し、逆に検出吸気流量Ｑaが理論吸気流量Ｑa0から減少側にかけ離れるほど比Ｒは増加する。
【００２１】
その後、ステップＳ６で内燃機関１が予め設定された低流量域にあるか否かを判定する（吸気流量域判別手段）。低流量域とは、端的に表現すると低回転、低負荷、低加給により内燃機関１の吸気流量Ｑaが少ない運転領域であり、一例として、図３に示すエンジン回転数に基づく燃料噴射量のマップ上でその範囲を示す。具体的な判断としては、エンジン回転速度Ｎe、冷却水温Ｔw、燃料噴射量、大気圧Ｐa、加給圧Ｐb、及び吸気絞り弁９の開度がそれぞれ所定の範囲内にあるときに、低流量域にあると見なす。
【００２２】
低流量域でないとしてステップＳ６でＮｏ（否定）の判定を下したときにはステップＳ８に移行し、内燃機関１が予め設定された高流量域にあるか否かを判定する（吸気流量域判別手段）。高流領域でないとしてステップＳ８でＮoの判定を下したときには、一旦ルーチンを終了する。高流量域とは、高回転、高負荷、高加給により内燃機関１の吸気流量Ｑaが多い運転領域であり、具体的な判断は、上記低流量域の判断に用いた各要件、即ち、エンジン回転速度Ｎe、冷却水温Ｔw、燃料噴射量、大気圧Ｐa、加給圧Ｐb、及び吸気絞り弁９の開度が適用される（勿論、双方で設定された各要件の範囲は相違する）が、この高流量域では、新たにＥＧＲ弁１５の開度に関する要件が追加されており、その理由については後述する。
【００２３】
上記低流量域は、吸気流量センサ６の出力過大による検出吸気流量Ｑaの増加が明確に現れる領域として設定されたものであり、同様に高流量域は、吸気流量センサ６の出力過小による検出吸気流量Ｑaの減少が明確に現れる領域として設定されたものであり、以下に述べるように、これらの領域において吸気流量センサ６の出力の過大判定及び過小判定を行っている。本実施形態では、検出吸気流量Ｑａの増減がより顕著に現れるように、内燃機関１の全吸気流量域内において最小吸気量を含む下限近傍に低流量域を設定し、最大吸気量を含む上限近傍に高流量域を設定し、双方の領域間には過大判定及び過小判定を実行しない領域（ステップＳ８がＮｏのときに相当）を定めている。
【００２４】
但し、低流量域及び高流量域の設定はこれに限ることはなく、例えば全吸気流量域を上下に２分割して、吸気流量の少ない側を低流量域とし、吸気流量の多い側を高流量域としてもよい。
一方、上記ステップＳ６で低流量域であるとしてＹes（肯定）の判定を下したときにはステップＳ１０に移行し、吸気流量センサ６の出力の過大判定として、比Ｒが過大判定値Ｒover以下であるか否かを判定する（過大判定手段）。過大判定値Ｒoverは、理論吸気流量Ｑa0を基準として検出吸気流量Ｑaに含まれる増加側の誤差の許容限度に対応して設定されており、当然ながら1.0（Ｑa0＝Ｑa）より小さな値（例えば、0.4）に設定されている。従って、ステップＳ１０の判定がＮｏのときには、吸気流量センサ６が出力過大ではないとしてルーチンを終了する。また、ステップＳ１０の判定がＹesのときには、吸気流量センサ６が出力過大であると判断し、ステップＳ１２で警告灯３０を点灯表示して運転者に修理を促す。
【００２５】
また、上記ステップＳ８で高流量域であるとしてＹes（肯定）の判定を下したときにはステップＳ１４に移行し、吸気流量センサ６の出力の過小判定として、比Ｒが過小判定値Ｒunder以上であるか否かを判定する（過小判定手段）。過小判定値Ｒunderは、理論吸気流量Ｑa0を基準として検出吸気流量Ｑaに含まれる減少側の誤差の許容限度に対応して設定されており、当然ながら1.0より大きな値（例えば、3.0）に設定されている。従って、ステップＳ１４の判定がＮｏのときには、吸気流量センサ６が出力過小ではないとしてルーチンを終了する。また、ステップＳ１４の判定がＹesのときには、吸気流量センサ６が出力過小であると判断し、上記ステップＳ１２に移行する。
【００２６】
ＥＣＵ２１による故障診断ルーチンは以上の手順で行われ、ステップＳ６で内燃機関１が低流量域にあると判定したときにステップＳ１０で過大判定が実行され、ステップＳ８で高流量域にあると判定したときにステップＳ１４で過小判定が実行される。そして、元々吸気流量が少ない低流量域では、検出吸気流量Ｑaの減少は明確に現れ難い反面、検出吸気流量Ｑaの増加については明確に現れる特性があり、逆に、元々吸気流量が多い高流量域では、検出吸気流量Ｑaの増加は明確に現れ難い反面、検出吸気流量Ｑaの減少については明確に現れる特性がある。
【００２７】
低流量域で実行される過大判定は、理論吸気流量Ｑa0を基準とした検出吸気流量Ｑaの増加を比Ｒとして把握して故障の有無を判定するものであるため、故障による誤差で検出吸気流量Ｑaが増加したときには、明確に比Ｒの減少に反映されて故障判定が下される。同様に、高流量域で実行される過小判定は、理論吸気流量Ｑa0を基準とした検出吸気流量Ｑaの減少を比Ｒとして把握して故障の有無を判定するものであるため、故障による誤差で検出吸気流量Ｑaが減少したときには、明確に比Ｒの増加に反映されて故障判定が下される。
【００２８】
そして、このように吸気流量センサ６の誤差による検出吸気流量Ｑaの増減が明確に現れる運転領域に限定して過大判定及び過小判定を実行するようにしたため、吸気流量センサ６の故障を常に適切に判定でき、もって誤判定を防止して高い故障判定精度を実現することができる。よって、例えば吸気流量センサ６が実際に故障しているにも拘わらず故障判定が下されずに、不正確な吸気流量Ｑaに基づくＥＧＲ制御の実行により排ガス特性を悪化させる等の不具合を未然に防止することができる。
【００２９】
一方、ステップＳ８の高流量域に関する判定には、ステップＳ６の低流領域の判定に適用する各要件に加えてＥＧＲ弁１５の開度に関する要件を追加しており、例えばステップＳ８でＥＧＲ弁１５の開度が所定値以上で吸気側に還流されるＥＧＲ量が多いときには、他の要件を満足するとしても高流量域と判定しないようにしている（ステップＳ８がＮｏ）。
【００３０】
吸気流量が多い高流量域では内燃機関１の排ガス圧力が増加し、それに伴って吸気側へのＥＧＲ還流による吸気流量への影響も増大する。この傾向は、ＥＧＲ量によっては比Ｒに基づく過小判定の精度を低下させることを意味するが、上記のようにＥＧＲ量が多いときには高流量域と判定せずに、ステップＳ１４での高流量域を前提とした過小判定を実行しないことから、ＥＧＲ還流の影響により過小判定を誤判定する事態を未然に防止することができる。
【００３１】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ターボチャージャ７を備えたディーゼル内燃機関１の吸気流量センサ６を対象とする故障診断装置に具体化したが、内燃機関１の種別はこれに限ることはない。例えばターボチャージャ７を備えない自然吸気式ディーゼル内燃機関に適用してもよいし、或いはガソリン機関に適用してもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、理論吸気流量Ｑa0と検出吸気流量Ｑaとの比Ｒ（＝Ｑa0/Ｑa）を過大判定値Ｒoverや過小判定値Ｒunderと比較して過大判定及び過小判定を行ったが、その手法はこれに限らず、例えば理論吸気流量Ｑa0と検出吸気流量Ｑaとの差を求めて対応する判定値と比較してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態の酸化触媒の劣化診断装置が適用されたディーゼル機関を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する故障診断ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】低流量域及び高流量域の範囲をマップ上で示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    内燃機関
２１  ＥＣＵ（吸気流量域判別手段、理論吸気流量算出手段、過大判定手段、
過小判定手段）
【図１】
2008274836.tif 000003
【図２】
2008274836.tif 000004
【図３】
2008274836.tif 000005