(57)【要約】【課題】ＡＦＳの故障検知を行うための運転領域の制限を緩め、故障検知の頻度を増やすことのできる故障検知手法を提供する。【解決手段】吸入空気通路にエアフローセンサ、スロットルおよび該スロットルの下流に配置された圧力センサを備えた内燃機関の該エアフローセンサの故障を検出する装置であり、前記エアフローセンサ出力信号に基づいて第１の吸入空気量を算出する第１の算出部と、前記圧力センサの出力に基づいて第２の吸入空気量を算出する第２の算出部と、前記第１の吸入空気量と前記第２の吸入空気量との比較に基づいて前記エアフローセンサの故障を判定する判定部と、を備える。故障判定は、エアフローセンサ出力に基づいて算出される第１の吸入空気量と、吸気通路のスロットル下流に配置された圧力センサの出力に基づいて算出される第２の吸入空気量との比較に基づいて行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気通路にエアフローセンサ、スロットルおよび該スロットルの下流に配置された圧力センサを備えた内燃機関の該エアフローセンサの故障を判定する装置であって、
前記エアフローセンサ出力信号に基づいて第１の吸入空気量を算出する第１の算出部と、
前記圧力センサの出力に基づいて第２の吸入空気量を算出する第２の算出部と、
前記第１の吸入空気量と前記第２の吸入空気量との比較に基づいて前記エアフローセンサの故障を判定する判定部と、
を備えるエアフローセンサの故障判定装置。
【請求項２】
前記スロットルの開度が変化する際に該スロットルの下流に充填される空気量の変化分に基づいて前記第２の吸入空気量を補正する手段を備え、
前記判定部は、前記補正する手段によって補正された前記第２の吸入空気量と前記第１の吸入空気量との比較に基づいて前記エアフローセンサの故障を判定する、請求項１に記載の故障判定装置。
【請求項３】
前記第１の算出部、前記第２の算出部および前記判定部は、コンピュータで構成されており、該コンピュータは、前記エアフローセンサの故障履歴を記憶するメモリを備えており、前記判定部は、前記エアフローセンサの特性が正常領域にあるか、故障領域にあるかを判定し、正常領域にあり、前記エアフローセンサに故障履歴があるときは、該故障が判定された時の運転領域と現在の運転領域が重なっているときは正常判定を許可し、重なっていないときは正常判定を不許可にするようプログラムされている、請求項１に記載の故障判定装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記エアフローセンサの出力が所定のモニタ時間の間に所定値以上変化するかどうか判定し、変化しないときは前記エアフローセンサの正常判定を許可しないようプログラムされている請求項３に記載の故障判定装置。
【請求項５】
前記第１の算出部、前記第２の算出部および前記判定部は、コンピュータで構成されており、該コンピュータは、前記エアフローセンサの故障履歴を記憶するメモリを備えており、前記判定部は、前記エアフローセンサの特性が正常領域にあるか、故障領域にあるかを判定し、故障領域にあるならば、前記エアフローセンサに故障履歴があるときは、故障警告灯を点灯させ、故障履歴がないときは前記メモリに故障履歴を入力するようプログラムされている、請求項１に記載の故障判定装置。
【請求項６】
前記判定部は、前記所定の運転サイクル連続して前記正常判定がなされることに応答して前記警告灯を消灯し前記故障履歴を消すようプログラムされている、請求項５に記載の故障判定装置。
【請求項７】
少なくとも前記圧力センサが正常であるとき、前記エアフローセンサの故障の判定を行う請求項１に記載の故障判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸気系の故障を判定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関（エンジン）の吸入空気量を検出する装置として、エアフローセンサ（ＡＦＳ）がある。エアフローセンサに回路の断線その他の特性異常として故障が生じると吸入空気量の検出に誤りを生じ、エミッション（排気）を悪化させる原因となるので、その故障の有無をモニタする必要がある。
【０００３】
特公平０２−５５６１６号公報には、エアフローセンサの出力から算出吸気量を、スロットルの開度に対応して設定された故障判定値と比較してＡＦＳの故障を判定することが記載されている。また、特許３０４７５８９号公報にはエンジン回転数と吸気管圧力との対応によって故障診断領域を設定することが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来のＡＦＳ故障検知手法は、エンジンの負荷変動がなく、回転数の変動がない状態などの特別な運転領域を利用するものであるため、検知頻度が低くなるという問題を含んでいる。この発明は、ＡＦＳの故障検知を行うための運転領域の制限を緩め、故障検知の頻度を増やすことのできる故障検知手法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明の故障判定装置（請求項１）は、吸入空気通路にエアフローセンサ、スロットルおよび該スロットルの下流に配置された圧力センサを備えた内燃機関の該エアフローセンサの故障を検出する装置であり、次の構成を備える。すなわち、故障判定装置は、前記エアフローセンサ出力信号に基づいて第１の吸入空気量を算出する第１の算出部と、前記圧力センサの出力に基づいて第２の吸入空気量を算出する第２の算出部と、前記第１の吸入空気量と前記第２の吸入空気量との比較に基づいて前記エアフローセンサの故障を判定する判定部と、を備える。
【０００６】
この発明によると、故障判定は、エアフローセンサ出力に基づいて算出される第１の吸入空気量と、吸気通路のスロットル下流に配置された圧力センサの出力に基づいて算出される第２の吸入空気量との比較に基づいて行われる。第１の吸入空気量および第２の吸入空気量は、通常の運転領域において信頼性が高いので、これらを用いて故障判定を行うことにより、相対的に広い運転領域においてＡＦＳの故障判定を行うことができる。
【０００７】
一形態によると、この発明の故障判定装置（請求項２）は、さらに、前記スロットルの開度が変化する際に該スロットルの下流に充填される空気量の変化分に基づいて前記第２の吸入空気量を補正する手段を備え、前記判定部は、前記補正する手段によって補正された前記第２の吸入空気量と前記第１の吸入空気量との比較に基づいて前記エアフローセンサの故障を判定する。
【０００８】
ＡＦＳを用いて吸入空気量を算出する場合、スロットルの開度が変化する過渡時に、算出値にオーバーシュートを生じることが知られている。この発明の形態では、このオーバーシュートに対応して第２の吸入空気量を補正する。つまり第１の吸入空気量に生じたオーバーシュートに相当するオーバーシュートを第２の吸入空気量に足し、両者の比較に基づいてＡＦＳの故障を判定するので、オーバーシュートの影響を相殺して故障判定を行うことができる。
【０００９】
この発明のもう一つの形態による故障判定装置（請求項３）においては、前記第１の算出部、前記第２の算出部および前記判定部は、コンピュータで構成されており、該コンピュータは、前記エアフローセンサの故障履歴を記憶するメモリを備えている。また、前記判定部は、前記エアフローセンサの特性が正常領域にあるか、故障領域にあるかを判定し、正常領域にあり、前記エアフローセンサに故障履歴があるときは、該故障が判定された時の運転領域と現在の運転領域が重なっているときは正常判定を許可し、重なっていないときは正常判定を不許可にするようプログラムされている。
【００１０】
なんらかの原因でＡＦＳの故障が特定の運転領域で発生し、他の運転領域では発生しないことがある。発明のこの形態では、ＡＦＳの特性が正常領域にあっても、その運転領域が故障履歴の運転領域と重なっていないときは、正常判定を不許可とし、重なっているときに正常判定を許可する。これにより、特定の運転領域で発生するＡＦＳの故障を適切に取り扱うことができる。
【００１１】
さらにこの発明の一形態の故障判定装置（請求項４）の前記判定部は、エアフローセンサの出力が所定のモニタ時間の間に所定値以上変化するかどうか判定し、変化しないときはエアフローセンサの正常判定を許可しないようプログラムされている。
【００１２】
ＡＦＳの出力が所定のモニタ時間の間変化しないときは、ＡＦＳが故障している可能性があるので、ＡＦＳの出力が変化することを確認してから、正常判定を許可するのである。
【００１３】
この発明のさらに一形態の故障判定装置（請求項５）においは、前記第１の算出部、前記第２の算出部および前記判定部は、コンピュータで構成されており、該コンピュータは、前記エアフローセンサの故障履歴を記憶するメモリを備えている。前記判定部は、前記エアフローセンサの特性が正常領域にあるか、故障領域にあるかを判定し、故障領域にあるならば、前記エアフローセンサに故障履歴があるときは、故障警告灯を点灯させ、故障履歴がないときは前記メモリに故障履歴を入力するようプログラムされている。
【００１４】
この発明によると、ＡＦＳの故障判定の頻度を従来より高めることができるので、故障が検知されたとき、故障履歴がないとき、すなわち単発的な故障検知であるときは、それを故障履歴として記録し、次回以降の判定で故障が検知されたとき、故障警告灯を点灯させる。こうすることにより、故障警告灯点灯の信頼性を高めることができる。
【００１５】
この発明の一形態（請求項６）においては、前記判定部は、所定の運転サイクル連続して前記正常判定がなされることに応答して前記警告灯を消灯し前記故障履歴を消すようプログラムされている。
【００１６】
この発明によると、故障検知の結果、警告灯を点灯させたときであって、所定の運転サイクル連続して正常判定がなされるときは、ＡＦＳの故障が一時的なものであったか、または故障判定が一時的に誤っていたことになるので、警告灯を消灯する。こうして、ＡＦＳの一時的な故障、または一時的な判定誤りに対応することができる。
【００１７】
この発明の一形態（請求項７）では、少なくとも前記圧力センサが正常であるとき、前記エアフローセンサの故障の判定を行う。適正な故障判定を行うためである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。図１は、エンジン系統全体の概念図である。吸入空気は、吸気管１１を通り、スロットル１５の開度に応じて気筒（以下、シリンダ）１０に供給される。シリンダ１０で燃焼したガスは、排気管２３を通り大気中に排気される。
【００１９】
シリンダ１０の近くの吸気管には燃料を噴射するためのインジェクタ２１が設けられている。スロットル１５の上流には空気流量を検出するエアフローセンサ１３が設けられている。エアフローセンサは、空気流量計であり、ベーン式エアフローセンサ、カルマン渦式エアフローセンサ、および熱線式エアフローセンサが知られている。この発明は、これらのどのエアフローセンサについても使用することができる。
【００２０】
図には示していないが、エンジンのクランクシャフトにはエンジンの回転に応じて、一定角度ごとに基準角度信号を出すクランク角センサが設けられている。
【００２１】
クランク角センサの出力、エンジン水温を検出する水温センサの出力、エアフローセンサの出力、空燃比センサその他エンジンの各部に設けられたセンサからの出力がマイクロコンピュータで構成される電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）３０の入力インターフェイス３１に入力される。入力インターフェイス３１は、入力信号を処理し、その出力を運転状態判定部３７に渡す。運転状態判定部は、入力信号から車両の運転状態を判断し、その出力を制御演算部３９に渡す。制御演算部３９は、運転状態に応じた空燃比制御を行うための演算を行い、インジェクタ２１、点火プラグ、その他の構成要素を駆動する信号を出力する。
【００２２】
燃料噴射量の制御に必要な吸入空気量は、エアフローセンサ１３による空気流量の計測出力に基づいて算出される。エアフローセンサ１３の出力はＥＣＵ３０の入力インターフェイス３１で波形処理されアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）３３に送られる。ＡＤＣ３３は、エアフローセンサ１３の計測出力をサンプリングし、吸入空気量算出部３５にサンプリング値を順次転送する。
【００２３】
エアフローセンサ１３の出力は、エンジンの吸気工程（ＴＤＣ）を周期Ｔとする脈動を含むことが知られている。空気量算出部３５は、ＡＤＣ３３から送られてくるサンプル値を処理して、脈動周波数成分を取り除いた値を出力するディジタル・フィルタを含んでいる。一般にディジタル・フィルタは、フィルタリングする周波数成分を任意に設定することができる。吸入空気量算出部３５に含まれるディジタル・フィルタは、たとえば、エアフローセンサ出力の脈動周波数で著しい減衰特性を示す「くし形フィルタ」として構成する。ディジタル・フィルタは、サンプリング周波数、タップ数などを変更することにより、いろいろな特性をもたせることができる。これを用いてＧａｉｒ−ａｆｓが検出される。
【００２４】
次に図２を参照すると、スロットル開度が大きく変化すると、エアフローセンサによる空気量計測に基づく吸入空気量Ｇａｉｒ−ａｆｓにオーバーシュートを生じることが知られている。この現象は、スロットル下流の吸気マニホールド１９（図１）に充填される空気量ＧＢの変化によって発生することが知られている。ここで、Ｇａｉｒ−ａｆｓ（ｇ／ｓｅｃ）をシリンダ当たりの吸入空気量Ｇａｉｒ−ｔｈ（ｇ／ＴＤＣ）に変換し、以下の処理を行う。たとえば、４シリンダでは、Ｇａｉｒ−ｔｈ　＝　Ｇａｉｒ−ａｆｓ＊６０／（ＮＥ＊２）となり、６シリンダであれば、Ｇａｉｒ−ｔｈ　＝　Ｇａｉｒ−ａｆｓ＊６０／（ＮＥ＊３）となる。
【００２５】
また、次の式によりこの過渡現象を補正し、シリンダ１０に吸入される空気量Ｇａｉｒ−ｃｙｌを算出することが知られている。
【００２６】
【数１】
Ｇａｉｒ−ｃｙｌ　＝　Ｇａｉｒ−ｔｈ　−　ΔＰＢ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ）
【００２７】
ここで、ΔＰＢは吸気管に設けられた圧力センサ１７（図１）によって検出される吸気管の圧力、Ｖはマニホールドの容積、Ｒは気体定数、Ｔは吸気温度である。
【００２８】
図１に示す補正部３６は、このような補正を行う手段である。制御演算部３９は、こうして補正された吸入空気量に基づいて燃料噴射量を算出し、制御信号をインジェクタ２１に送る。一方、図１に示す実施例では、ＡＦＳ出力に基づいて空気量算出部３５で算出された空気量について上記のような補正を行わない値が故障判定部４７に送られる。
【００２９】
図１を参照すると、ＥＣＵ３０は、もう一つの吸入空気量算出部４３を備えている。空気量算出部４３は、吸気管に備えられる圧力センサ１７によって検知される吸気管圧力ＰＢに基づいて次の式に従って推定される吸入空気量ＧＡＩＲＰＢ（ｇ／ＴＤＣ）を算出する。
【００３０】
【数２】
ＧＡＩＲＰＢ　＝　ＰＢ　×　Ｖｃｙｌ／（Ｒ　×　Ｔ）
【００３１】
ここで、Ｖｃｙｌはシリンダ容積、Ｒは気体定数、Ｔは吸気温度である。
【００３２】
このＧＡＩＲＰＢがΔＧＢ補正部４５に送られ、次の式にしたがってＧＡＩＲＭＡＰＳが算出される。
【００３３】
【数３】
ＧＡＩＲＭＡＰＳ　＝　（ＧＡＩＲＰＢ　＋　ΔＧＢ）　×　Ｋ　×　ＮＥ／６０
【００３４】
ここで、ΔＧＢは、吸気マニホールドの空気変化量（ｇ／ＴＤＣ）、Ｋは１ｒｐｍ当たりの吸入工程ＴＤＣの数、ＮＥは、エンジン回転数（ｒｐｍ）である。図２を参照して説明したように、スロットル開度が変化するときに、ＡＦＳセンサ出力に基づいて算出部３５で算出される吸入空気量Ｇａｉｒ−ａｆｓにオーバーシュートが生じる。この実施例では、ＡＦＳ故障判定部４７は、このオーバーシュートに対する補正を受けていない吸入空気量Ｇａｉｒ−ａｆｓを受け取る。ΔＧＢ補正部４５は、ＰＢに基づいて推定される吸入空気量にこのオーバーシュートを加えるためのものである。つまり、Ｇａｉｒ−ａｆｓからオーバーシュートを取り除く代わりに、ＧＡＩＲＰＢにオーバーシートを加えて両者を対応させる。
【００３５】
もちろん、補正部３６でオーバーシュート補正された吸入空気量Ｇａｉｒ−ｔｈ（図２のＧａｉｒ−ｃｙｌに相当する）をＡＦＳ故障判定部の一方の入力とし、ΔＧＢ補正を行わないＰＢに基づく推定吸入空気量を他方の入力として、故障判定をすることもできる。
ＡＦＳ故障判定部４７は、ＰＢに基づく推定空気量とＡＦＳに基づいて計測された空気量との対応関係に基づいて、図３に従ってＡＦＳの故障を判定する。すなわち、両者の関係が図３の中央部の「正常範囲」にあれば、ＡＦＳは正常であると判定し、その上または下の「故障判定ゾーン」にあるときは、故障と判定する。ＡＦＳ故障判定部４７は、ＥＣＵ３０のＲＯＭに格納されているプログラムによって実現される。
【００３６】
次に図４を参照して、故障判定のプロセスを説明する。上述した手法によりＡＦＳセンサ出力に基づいて吸入空気量を算出し（Ｓ１０１）、また圧力センサの出力ＰＢに基づいて吸入空気量を算出する（Ｓ１０３）。エンジン回転数、エンジン冷却水温、始動後タイマ、ＰＢセンサ正常判定フラグなど状態を点検してＡＦＳの故障検知のためのモニタを実施する条件が満たされているかどうか判定する（Ｓ１０５）。たとえば、エンジン回転数（ＮＥ）が６００ｒｐｍから５０００ｒｐｍの間にあること、エンジン水温ＴＷが７０゜Ｃ以上であること、エンジン始動から３秒経過後であること、ＰＢセンサが正常である（出力に変化がある）ことなどがモニタ実施条件となる。
【００３７】
こうして、エンジンが通常の運転状態にあるときにモニタを実施する。さらに、ステップＳ１０７でモニタを一時停止すべき運転状態にあるかどうかを判定する。たとえばエンジン負荷が通常よりも大きいときは、モニタ一時停止（ＮＧ）とする。
【００３８】
次いで、図３に関連して説明した手法によりＡＦＳの特性にずれがあるかどうか、すなわちＡＦＳが正常領域で機能しているかどうかを判定する（Ｓ１０９）。ＡＦＳが正常（ＯＫ）にあるときは、今回のモニタ中の運転領域を示すパラメータとして圧力センサ出力ＰＢに基づいて算出された吸入空気量をメモリに記憶する（Ｓ１１１）。ＯＫタイマの現在値をメモリに記憶し、ＮＧタイマをホールドして（Ｓ１１３）、ステップＳ１１５に進む。
【００３９】
ステップＳ１１５では、過去の故障履歴があるかどうか判定し、あるときはステップＳ１１７に進み、今回の運転領域（Ｓ１１１で記憶）が過去の故障履歴の運転領域と重なっているかどうか判定する。これらが重なっているときはＡＦＳの正常判定が許可され（Ｓ１１９）、重なっていないときはＡＦＳの正常判定が不許可にされる（Ｓ１２１）。過去にＡＦＳの故障判定がなされ故障履歴があるときは、過去に故障判定がなされたときと同等の運転領域でＡＦＳが正常領域にあるときに限り、正常判定を許可する。運転領域が異なると判定が異なる可能性があるからである。
【００４０】
次にステップＳ１２３で、ＡＦＳの出力値が所定範囲以上変化するかどうか判定する。ＡＦＳの出力が変化しないときは、ＡＦＳが故障している可能性があるからである。ＡＦＳの出力が変化しないときは、処理を終了する。ＡＦＳの出力が所定範囲以上変化するときは、ステップＳ１２７に進み、予め定めたモニタ時間が経過したかどうか判定し、モニタ時間が経過しており、且つ正常判定許可フラグ（Ｓ１１９でセット）がセットされていれば（Ｓ１２９）、ＡＦＳが正常であるとの判定を行う（Ｓ１３１）。Ｓ１２９において正常判定が許可されていない（Ｓ１２１で不許可）ときは、処理を終了する。
【００４１】
Ｓ１３１で正常判定がなされると、Ｓ１３３で警告灯が点灯しているかどうかを判定する。警告灯は、車のダッシュボードまたは運転者の近くの車体に設けられたランプで車両に異常があるときに点灯する。警告灯が点灯していなければ、故障履歴を消して（Ｓ１３７）処理を終了する。警告灯が点灯しているときは、直ちに警告灯を消すのではなく、３回の運転サイクル（ドライビングサイクル、Ｄ／Ｃ）連続して正常判定がなされたとき、消灯する。一度故障と判定されたＡＦＳが正常にもどったことを確認するためである。
【００４２】
ステップＳ１０５　でモニタ実施条件が成立しないときは、過去の故障履歴がないときは、不要な運転領域の記憶をリセットし（Ｓ１４１）、モニタ時間のタイマを初期化して（Ｓ１４３）処理を終了する。
【００４３】
ステップＳ１０９でＡＦＳが特性ずれ領域、すなわち故障領域にあるときは、モニタ中の運転領域をメモリに記憶し（Ｓ１４７）、ＮＧタイマの現在値をメモリに記憶し（Ｓ１４９）、モニタ時間が経過すると（Ｓ１５１）、ＡＦＳの異常判定を行う（Ｓ１５３）。モニタ時間が経過していなければ処理を終了し、再度次の処理サイクルにおいてプロセスを繰り返す。
【００４４】
以上にこの発明を特定の実施例について記述したが、この発明はこのような実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の全体的な構成を示すブロック図。
【図２】スロットル開度に大きな変化があったときに算出されるスロットル通過空気量Ｇａｉｒ−ｔｈとシリンダ吸入空気量Ｇａｉｒ−ｃｙｌの関係を示す図。
【図３】エアフローセンサの正常範囲を故障範囲とを示す図。
【図４】この発明の一実施例の処理プロセスを示すフローチャート。
【符号の説明】
３０　　　電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３５　　　ＡＦＳに基づく吸入空気量算出部
４３　　　圧力センサ出力ＰＢに基づく吸入空気量算出部
４７　　　ＡＦＳ故障判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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