(57)【要約】【課題】内燃機関の制御目標値を補正するために使用されている湿度センサの故障を、内燃機関が駆動されている状態で精度よく検出することができる内燃機関用制御装置を提供することにある。【解決手段】吸気管内の相対湿度を測定する吸気湿度測定手段（５１）と、吸気温度を測定する吸気温度測定手段（５１）を備え、吸気湿度と吸気温度の相関関係から温度が上昇したときに相対湿度が上昇したとき、または温度が低下したときに相対湿度が低下したときに湿度センサが故障していると判定する湿度センサ故障判定手段（５２）を設ける。これによれば、内燃機関が駆動されている状態で湿度センサの故障診断が可能となるため、正常に機能している湿度センサの測定値に基づいて正確な制御目標値を求めることができる。【選択図】図６
2017020406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の少なくとも１つ以上の制御目標値を演算する機能を有すると共に、前記制御目標値の少なくとも１つの制御目標値を相対湿度の大きさによって補正する機能を有する制御機能部を備えた内燃機関用制御装置において、
前記制御機能部には、吸気管内に設けられた吸気湿度測定手段と吸気温度測定手段からの情報が入力され、
前記制御機能部は、前記内燃機関が駆動されている状態で、前記吸気湿度測定手段からの相対湿度情報と前記吸気温度測定手段からの吸気温度情報の相関関係に基づき、前記吸気温度が上昇したときに前記相対湿度が上昇した場合、或いは前記吸気温度が低下したときに前記相対湿度が低下した場合には前記吸気湿度測定手段が故障していると判定する診断機能を備えていることを特徴とする内燃機関用制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
前記診断機能は、
前記吸気温度が上昇した時の前記吸気温度の変化量が所定値以上で、かつ前記相対湿度の変化量が所定値以上の場合、或いは前記吸気温度が低下した時の前記吸気温度の変化量が所定値以上で、かつ前記相対湿度の変化量が所定値以上の場合に前記吸気湿度測定手段が故障していると判定することを特徴とする内燃機関用制御装置。
【請求項３】
内燃機関の少なくとも１つ以上の制御目標値を演算する機能を有すると共に、前記制御目標値の少なくとも１つの制御目標値を相対湿度の大きさによって補正する機能を有する制御機能部を備えた内燃機関用制御装置において、
前記制御機能部には、吸気管内に設けられた吸気湿度測定手段と吸気温度測定手段からの情報が入力され、
前記制御機能部は、前記内燃機関が駆動されている状態で、前記吸気湿度測定手段からの相対湿度情報が所定の上限値、或いは所定の下限値、或いは所定の上下限値に張り付いた場合に前記吸気湿度測定手段が故障していると判定する診断機能を備えていることを特徴とする内燃機関用制御装置。
【請求項４】
請求項１或いは請求項３に記載の内燃機関用制御装置において、
前記制御機能部は、前記吸気湿度測定手段からの相対湿度情報と前記吸気温度測定手段からの吸気温度情報をデジタルフィルタリング処理を行って求めることを特徴とする内燃機関用制御装置。
【請求項５】
請求項１或いは請求項３に記載の内燃機関用制御装置において、
前記診断機能は、故障と判定する回数を計数し、所定の回数に達すると故障を確定することを特徴とする内燃機関用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関を制御する内燃機関用制御装置に係り、特に内燃機関に吸入される空気の湿度に応じて点火時期等の制御目標値を演算する内燃機関用制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両の燃費や排気の規制が強化されつつあり、この規制は今後も益々強くなる傾向にある。特に燃費については、近年のガソリン価格の高騰、地球温暖化への影響、エネルギー資源枯渇問題などにより、極めて関心が高くなっている。このような状況下において、車両の燃費向上を目的とした様々な技術開発が行なわれており、例えば、圧縮比の向上、外部ＥＧＲの大量導入、ストイキ燃焼領域の拡大等が行われている。
【０００３】
そして、これらの技術においては燃焼の適正化が重要であり、点火時期を適切に制御する必要がある。内燃機関の燃焼においては、最も燃費が良くなる点火時期（以下、ＭＢＴ点火時期）が存在し、そのＭＢＴ点火時期に少しでも近づけるように制御している。例えば、外部ＥＧＲを燃焼室内に導入すると、燃焼速度が低下して出力が低下するため点火時期を進角側に補正制御する必要があり、外部ＥＧＲの排気ガスの量に応じて点火時期を補正している。
【０００４】
更に、最近では燃費向上のため、点火時期への高精度化の要求がより一層高くなっており、吸入空気の湿度に応じて点火時期を補正する方法も検討されている。湿度はＥＧＲガスと同様、燃焼を阻害する要因となるため、湿度が高い場合は点火時期を進角側に補正し、逆に湿度が低い場合は点火時期を遅角側に補正するようにしている。このように湿度に応じて点火時期を補正する方法として、例えば、特開平９−６８１４６号公報（特許文献１）が知られている。
【０００５】
特許文献１においては、回転数と負荷とからなる基本点火時期をマップデータとして記憶し、検出された湿度から点火時期の補正量を演算し、回転数、負荷、温度の少なくとも１つに応じて補正量を反映させる反映率を演算し、基本点火時期、補正量、反映率とから最終的な点火時期を決定ことが記載されている。この方法によれば、検出した湿度から点火時期の補正が可能になる。
【０００６】
そして、特許文献１に記載されているような湿度情報に基づいた点火時期の補正制御は、湿度センサが故障して異常値が出力されると正しい点火時期補正が行えなくなり、ノッキングや失火が発生して内燃機関の破損やエンストにつながるおそれがある。特許文献１には、この湿度センサの異常に対応する技術については何ら開示するところはない。
【０００７】
尚、排気系に湿度センサを設け、この湿度センサの異常を検出する方法として、例えば、特開２００３−１７２１９２号公報（特許文献２）が知られている。
【０００８】
特許文献２においては、内燃機関の排気系のＨＣ吸着材の近傍に設けた湿度センサの故障の有無を検知することを目的としている。そして、内燃機関の運転停止後に湿度センサによる湿度の検出値がほぼ一定となる状態において、その検出値に基づき湿度センサの故障の有無を検知している。故障の有無の検知は、湿度の検出値が、ＨＣ吸着材の近傍の温度状態に応じて設定した所定の上限側閾値及び下限側閾値の間の範囲内に存在するか否かを判断することにより行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−６８１４６号公報
【特許文献２】特開２００３−１７２１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、内燃機関の点火時期のような制御目標値を湿度の大きさによって補正する場合は、内燃機関が駆動されている状態で湿度を測定し、測定された湿度に対応して制御目標値を補正する必要がある。このため、内燃機関が駆動されている状態で湿度センサの故障、或いは異常を検出する必要がある。尚、以下では故障及び異常をまとめて故障と表記する。
【００１１】
これに対して、特許文献２では、内燃機関の停止後の湿度センサ故障を判定するものであり、内燃機関が動作している場合については述べられていない。また、特許文献２の目的は、排ガス中の炭化水素（ＨＣ）を吸着するためのＨＣ吸着材の劣化を正しく評価するものであり、点火時期制御など内燃機関の制御目標値による制御の動作保証のための診断ではない。
【００１２】
本発明の目的は、内燃機関の制御目標値を補正するために使用されている湿度センサの故障を、内燃機関が駆動されている状態で精度よく検出することができる新規な内燃機関用制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の特徴は、吸気管内の相対湿度を測定する吸気湿度測定手段と、吸気温度を測定する吸気温度測定手段を備え、吸気湿度と吸気温度の相関関係に基づき、吸気温度が上昇したときに相対湿度が上昇した場合、或いは吸気温度が低下したときに相対湿度が低下した場合に吸気湿度測定手段が故障していると判定する、ところにある。
【００１４】
本発明の第２の特徴は、吸気管内の相対湿度を測定する吸気湿度測定手段と、吸気温度を測定する吸気温度測定手段を備え、吸気湿度測定手段の出力が所定の上限値、或いは下限値、或いは上下限値に張り付いた時に吸気湿度測定手段が故障していると判定する、ところにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、内燃機関が駆動されている状態で吸気湿度測定手段の故障診断が可能となるため、正常に機能している吸気湿度測定手段の測定値に基づいて正確な制御目標値を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明が適用される内燃機関用制御装置が搭載された内燃機関システムの全体構成を示す構成図である。
【図２】吸入空気量の流速と温度の関係を説明する説明図である。
【図３】温度と相対湿度と絶対湿度の関係を示す湿り空気線図である。
【図４】温度と相対湿度を測定するセンサの取付状態を示す構成図である。
【図５】吸気の温度変化と相対湿度変化の相関関係を示した説明図である。
【図６】本発明になる湿度センサ故障判定手段を示す制御ブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態になる、吸気の温度変化と相対湿度変化から湿度センサの故障判定を行う時の説明図である。
【図８】温度センサと湿度センサの応答性の違いを説明する説明図である。
【図９】温度センサと湿度センサの信号をデジタルフィルタリング処理した温度と相対湿度を示す説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態になる、湿度センサの故障診断の制御フローを示したフローチャート図である。
【図１１】第１の実施形態の変形例になる、温度変化と相対湿度変化から湿度センサの故障判定を行う時の説明図である。
【図１２】第１の実施形態の変形例になる、湿度センサの故障診断の制御フローを示したフローチャート図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態になる、温度変化と相対湿度変化から湿度センサの上側張り付き故障判定を行う時の説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態になる、湿度センサの上側張り付き故障診断の制御フローを示したフローチャート図である。
【図１５】第２の実施形態の変形例になる、温度変化と相対湿度変化から湿度センサの下側張り付き故障判定を行う時の説明図である。
【図１６】第２の実施形態の変形例になる、湿度センサの下側張り付き故障診断の制御フローを示したフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【００１８】
図１は、本発明が適用される内燃機関用制御装置が搭載された内燃機関システムを示したものである。内燃機関システム１０は、例えば４つの気筒を備えた火花点火式の多気筒エンジンであって、シリンダヘッド１１ａ及びシリンダブロック１１ｂからなるシリンダ１１と、このシリンダ１１の各気筒内に摺動自在に嵌挿されたピストン１２とを備え、ピストン１２は、コンロッド１３を介してクランク軸（図示せず）に連結されている。また、ピストン１２の上方には、所定形状の天井部を有する燃焼室１４が画成され、各気筒の燃焼室１４には、点火コイル１５から高電圧化された点火信号が供給される点火プラグ１６が設けられている。
【００１９】
また、燃焼室１４は、エアクリーナ１７、スロットルバルブ１８、コレクター１９、吸気マニホールド２０、吸気ポート２１等を備えた吸気通路２２と連通しており、燃料の燃焼に必要な空気は、この吸気通路２２を通り、吸気通路２２の下流端である吸気ポート２１の端部に配置された吸気カム軸２３により開閉駆動される吸気バルブ２４を介して、各気筒の燃焼室１４に吸入されるようになっている。また、吸気通路２２の吸気マニホールド２０には、吸気ポート２１へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２５が気筒毎に設けられている。
【００２０】
また、吸気通路２２のエアクリーナ１７の下流には、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ２６が配設されている。このエアフローセンサ２６は、吸入空気量（質量流量）が大きくなるに従って、測定対象となる吸入空気流に配置されたホットワイヤ（発熱抵抗体）に流れる電流値が増加し、吸入空気量が小さくなるに従ってホットワイヤに流れる電流値が減少するようにブリッジ回路が構成されている。そして、エアフローセンサ２６のホットワイヤに流れる発熱抵抗電流値は電圧信号として抽出されて、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２７へ送信されるようになっている。
【００２１】
吸気通路２２を介して吸入された空気と燃料噴射弁２５から噴射された燃料との混合気は、吸気バルブ２４を介して燃焼室１４へ吸入され、点火コイル１５に接続された点火プラグ１６よる火花点火によって燃焼される。そして、燃焼室１４での燃焼後の排気ガスは、排気カム軸２８により開閉駆動される排気バルブ２９を介して燃焼室１４から排気され、排気ポートや排気マニホールド、排気管等（不図示）を備えた排気通路３０を通って外部の大気中へ排出されるようになっている。
【００２２】
排気通路３０には、アルミナやセリアなどの担体に白金やパラジウムなどを塗布した排気ガス浄化用の三元触媒３１が配設されており、この三元触媒３１の上流側には、触媒前空燃比に対して線形の出力特性を有するリニア空燃比センサ３２が配設され、三元触媒３１の下流側には、触媒後空燃比がストイキ（理論空燃比）よりもリッチ側かリーン側かを識別するためのスイッチング信号を出力するＯ２センサ３３が配設されている。
【００２３】
また、エンジン１０の各気筒に対して配備された燃料噴射弁２５は、燃料タンク３４と接続されており、燃料タンク３４の内部の燃料は、燃料ポンプ３５や燃圧レギュレータ３６等を備えた燃料供給機構により所定燃圧に調圧されて燃料噴射弁２５に供給されるようになっている。所定燃圧の燃料が供給された燃料噴射弁２５は、ＥＣＵ２７から供給されるエンジン負荷等の運転状態に応じたデューティ（パルス幅：開弁時間に相当する）を有する燃料噴射パルス信号によって開弁駆動され、その開弁時間に応じた量の燃料を吸気ポート２１に向けて噴射するようになっている。
【００２４】
尚、ＥＣＵ２７は種々の制御目標値を演算するものであり、例えば燃料噴射弁２５による燃料噴射制御（空燃比制御）、点火プラグ１６による点火時期制御等を行なうためのマイクロコンピュータを内蔵している。
【００２５】
そして、このＥＣＵ２７は、内燃機関の少なくとも１つ以上の制御目標値を演算する機能を有すると共に、制御目標値の少なくとも１つの制御目標値を相対湿度の大きさによって補正する機能を有する制御機能部を備えている。そして、この制御機能部は、後述するように湿度センサの故障を検出する診断機能を備えている。
【００２６】
吸気通路２０には湿度センサ３７と温度センサ３８が取付けられており、吸気管内を流れる吸入空気の湿度と温度を計測し、計測した湿度信号と温度信号をＥＣＵ２７へ送信する。ここで、湿度センサ３７と温度センサ３８を搭載する位置は、エアフローセンサ２６よりも燃焼室１４側に取り付けてもよく、また、エアフローセンサ２６に湿度や温度を計測する機能を持たせてもよい。本実施例ではエアフローセンサ２６とスロットルバルブ２５の間に湿度センサ３７と温度センサ３８を搭載した例を記載している。
【００２７】
図２は、図１に示した吸気通路２２付近の拡大図である。スロットルバルブ１８を開けると、吸入された空気はエアクリーナ１７を通過して、エアフローセンサ２６、湿度センサ３７、温度センサ３８を通過し、スロットルバルブ１８を通過して燃焼室に供給される。
【００２８】
ここで吸入空気は、エアクリーナ１７を通過するため、エアクリーナ１７内の温度に影響されて通過する空気（以下、吸気と記載する場合もある）の温度が変化する。また、吸入される空気の流速は、スロットルバルブ１８の開度により変化し、エアクリーナ１７内を通過する時間が異なるため、吸入空気の温度変化が異なるようになる。
【００２９】
例えば、スロットルバルブ１８の開度が大きいときは、吸入する空気の流速が速いため、エアクリーナ１７内を通過する時間が短くなり、エアクリーナ１７内の温度による吸入空気の温度上昇は小さくなる。一方、スロットルバルブ１８の開度が小さいときは、吸入する空気の流速が遅いため、エアクリーナ１７内を通過する時間が長くなり、エアクリーナ内の温度による吸入空気の温度上昇は大きくなる。
【００３０】
図２に示すＡは吸入空気の流速が速いときで、エアクリーナ１７を通過する空気の時間ｔＡ、湿度センサ３７付近での空気温度ＴＡとした場合と、図２のＢは吸入空気の流速が遅いときで、エアクリーナを通過する時間ｔＢ、湿度センサ３７付近での空気温度ＴＢとした場合では、エアクリーナ１７の空気の通過時間は、ｔＡ＜ｔＢの関係であり、湿度センサ３７付近での空気温度は、ＴＡ＜ＴＢの関係となる。
【００３１】
つまり、スロットルバルブ１８の開度により、吸入する空気の温度が変化するため、湿度センサ３７や温度センサ３８付近を通過する空気の温度は常に変化する。尚、通過する外部からの空気温度自体によっても空気の温度は変化する。したがって、要は温度センサ３８が燃焼室１４に吸入される空気の温度を検出できれば良いものである。
【００３２】
図３は、温度、絶対湿度及び相対湿度の関係を示した湿り空気線図を示している。この湿り空気線図は良く知られているものである。この湿り空気図においては、温度と相対湿度と絶対湿度についての関係性を示しており、絶対湿度が一定の場合、温度が変化すると相対湿度が変化する関係を示している。つまり外気の絶対湿度が一定である状況では吸入する空気の絶対湿度も一定であるため、図２で説明したスロットルの開度によって変化する吸入する空気の温度変化により、相対湿度が変化することがわかる。
【００３３】
図３で温度が上昇すると相対湿度は低下し、温度が低下すると相対湿度は上昇することがわかる。相対湿度は以下の式によって表すことができる。
ＲＨ ＝α／Ｔ（ここで、ＲＨ：相対湿度（％）、Ｔ：温度（℃）、α：係数）
つまり、吸入空気に含まれる水分量が同じ場合（＝絶対湿度が一定）においては、吸気温度と相対湿度には相関関係があるため、図４に示しているようにスロットルバルブ１８の上流側に配置されている湿度センサ３７と温度センサ３８の出力値の相対的な関係を比較することで、湿度センサ３７の故障を判定することが出来る。
【００３４】
図５は、吸気温度と相対湿度の実測値のデータを示している。この図５では、吸気温度と相対湿度の相関関係はほぼ変わらずに、ＲＨ＝α/Ｔの関係は成立する。ただ、場合によっては空気中の水分量が急激に変動するときは、急激に変動している期間においてＲＨ＝α/Ｔの関係が成り立たないことが生じることがある。
【００３５】
しかしながら、本実施例において取得する吸気温度や相対湿度は、図２で示した吸気通路２０を想定したものであり、外気とほぼ同じ水分量を含んだ空気である。このため外気の空気中の水分量は急激に変動することはないので、湿度センサ３７付近の空気中の水分量は急激に変動することはない。よってＲＨ＝α/Ｔの関係は成立すると考えて差し支えないものである。
【実施例１】
【００３６】
このような考え方から、図６に示しているような湿度センサの故障判定を行う制御ブロックを提案するものである。図６は、湿度センサの故障判定を行う制御ブロックを示している。吸気温度測定手段５０と吸気湿度測定手段５１の情報から、湿度センサ故障判定手段５２が吸気湿度測定手段５１の故障状態を検出するものである。
【００３７】
図６に示す制御ブロックは、マイクロコンピュータで実行される制御機能をブロックで表現した制御機能部の一部である。この制御機能部には、吸気管内に設けられた吸気湿度測定手段と吸気温度測定手段からの情報が入力され、制御機能部は、内燃機関が駆動されている状態で、吸気湿度測定手段からの相対湿度情報と吸気温度測定手段からの吸気温度情報の相関関係に基づき、吸気温度が上昇したときに相対湿度が上昇した場合、或いは吸気温度が低下したときに相対湿度が低下した場合には吸気湿度測定手段が故障していると判定する診断機能が備えられている。
【００３８】
ここで、吸気温度測定手段５０は、例えば温度センサ３８から温度を直接的に測定する手段や、温度センサを使用せずに他の情報から温度を推定する手段等を用いることができる。また、吸気湿度測定手段５１は、故障診断対象の湿度センサ３７を用いることができる。
【００３９】
図７は図６に示す湿度センサ故障判定手段５２の判定方法の一例を示している。図７では、吸気温度変化と相対湿度変化の相対関係から、湿度センサ３７の故障診断を実行する例である。この図では吸気温度と相対湿度が上昇したときの例を示している。
【００４０】
吸気温度と相対湿度を一定の時間間隔（サンプリング時間t）で測定し、(a)、（ｂ）で示すようにｔ時間当たりの温度の変化量ΔＴを算出する。ここで、(ｂ)にある通りΔＴが診断開始閾値を超えた時に診断を実行するものである。この診断開始閾値は温度が上昇方向にある時と、下降方向にある時に設定されるものであり、図７では温度が上昇している時を示している。
【００４１】
同様に、(ｃ)、（ｄ）に示すようにｔ時間当たりの相対湿度の変化量ΔＲＨを測定し、(ｄ)にある通りΔＲＨが故障判定閾値を超えた時に故障が発生したと判断するものである。したがって、ΔＴが所定値（診断開始閾値)以上、かつΔＲＨが所定値（故障判定閾値）以上のとき、(ｅ)に示すように湿度センサＮＧカウンタを「１」だけ増やすようにする。
【００４２】
そして、（ｆ）にあるように湿度センサＮＧカウンタが所定回数(例えば３)以上となったとき、湿度センサの故障判定フラグを「１」にして、湿度センサ３７が故障していると確定診断することができる。尚、湿度センサＮＧカウンタの所定回数は任意であるが、ΔＲＨが所定値以下に変化した時は故障判定フラグは「０」にリセットされるものである。
【００４３】
ここで、湿度センサ３７の故障診断の誤判定を防ぐために、以下の２つの誤判定の防止方法を実行している。
【００４４】
誤判定の防止方法の第1として、診断中に空気中の水分量が変化した場合を考慮して診断を行うようにしている。図３で示したように空気中の水分量（＝絶対湿度）が一定の場合は、温度が上昇したときには相対湿度は低下する。ただ、例えば、空気中の水分量が上昇した場合には、逆に温度が上昇すると相対湿度が上昇することが考えられる。
【００４５】
図５で示したように、温度の変化量ΔＴと相対湿度の変化量ΔＲＨの相関関係は変わらない。ただし、温度の変化量ΔＴが微小または相対湿度の変化量ΔＲＨが微小の場合、空気中の水分量の微小な変化であっても、温度と相対湿度の相関関係が崩れることが考えられる。
【００４６】
この場合に誤診断をする可能性があるため、湿度センサの故障診断は、温度の変化量ΔＴと相対湿度の変化量ΔＲＨが、空気中の水分量が変化しても相関関係が変わらない程度の変化量より大きくなったときに行うようにしている。
【００４７】
誤判定の防止方法の第２として、湿度センサ３７と温度センサ３８の応答特性を考慮して診断を行うようにしている。各センサ３７，３８の応答特性による誤判定については、図８を用いて説明する。
【００４８】
図８は湿度センサ３７と温度センサ３８の応答性の違いを示したものである。温度センサ３８の出力信号は図８の（ａ）に示しているように、検出開始遅れta、一次遅れの時定数τaの特性があり、これにしたがって出力信号が変化する。同様に、湿度センサ３７の出力信号は図８の（ｂ）に示しているように、検出開始遅れtb、一次遅れの時定数τbの特性があり、これにしたがって出力信号が変化する。
【００４９】
このように、湿度センサ３７と温度センサ３８では検出開始遅れ(＝無駄時間)や一次遅れの時定数が異なっている。つまり、このセンサの出力特性を考慮しないと、センサ値が変化するタイミングに「ずれ」が生じ、相関関係の診断を行ったときに誤判定する可能性がある。
【００５０】
この「ずれ」に基づく誤判定を防ぐためには、図９で示すように、吸気温度と相対湿度の検出値にデジタルフィルタリング処理を行うことが有効である。その例として図９では、検出された吸気温度と相対湿度に対して、サンプリング時間ｔ内に５０回の移動平均によるデジタルフィルタリング処理を実行している。更に誤判定を防ぐためには、図７で示したサンプリング時間tを十分長く取っても良いものである。以上のような手法によって、相関関係の診断を行うための吸気温度と相対湿度の検出値を得ることができる。
【００５１】
図１０は、図７で示した湿度センサ３７の故障診断を実行する制御フローを示したフローチャート図であり、図７と共に説明する
まずステップＳ１００では、温度センサ３８から所定サンプリング時間毎に吸気温度値を取得し、同様に湿度センサ３７から所定サンプリング時間毎に相対湿度値を取得し、取得した温度値と相対湿度値に対して図９に示したデジタルフィルタリング処理を実行する。これが完了するとステップＳ１０１に移行する。尚、このデジタルフィルタリング処理は別の処理ルーチンで求めておいても良く、以下のステップＳ１０１で読み取るようにしても良いものである。
【００５２】
ステップＳ１０１では、図７の（ａ)、（ｄ）に示すように、ステップＳ１００でフィルタリングした吸気温度値と相対湿度値を一定の時間間隔のサンプリング時間ｔで取得する。この時間間隔は、例えば図９に示しているように５０回の移動平均する時間に対応して決められている。吸気温度と相対湿度を一定の時間間隔で取得するとステップＳ１０２に移行する。
【００５３】
ステップＳ１０２では、図７の（ｂ)に示すように、ステップＳ１０１で取得した吸気温度値が前回取得した吸気温度値と比較して、その変化量（今回取得した温度値―前回取得した温度値）が増加側で診断開始閾値である所定値以上かどうかを判定する。所定値以上のときは診断条件が成立したとして次のステップＳ１０３へ移行し、所定値以上でないときは診断条件が成立していないとして、故障診断を実施しないでエンドに抜けてこの処理を終了する。
【００５４】
ステップＳ１０３では、図７の（ｄ)に示すように、ステップＳ１０１で取得した相対湿度値が、前回取得した相対湿度値と比較して、その変化量（今回で取得した相対湿度値―前回で取得した相対湿度値）が増加側で故障判定閾値である所定値以上か判定する。所定値以上のときは故障が発生していると見做してしてステップＳ１０４へ移行し、所定値以上でないときは、故障が発生していないとしてエンドに抜けてこの処理を終了する。
【００５５】
このように、ステップＳ１０２で吸気温度の変化量が所定値以上に上昇していると判断された状態で、ステップＳ１０３で相対湿度の変化量が所定値以上に上昇していると判断されると、吸気温度と湿度の相関が一致しないので、湿度センサに故障が発生していると見做すことができる。つまり、吸気温度が上昇すると本来では相対湿度は低下するが、吸気温度が上昇しているのに相対湿度が上昇していると判断されると湿度センサに故障が発生していると見做すことができる。ただ、１回の故障検出では故障検出の信憑性に課題があるので、このステップＳ１０３が完了するとステップＳ１０４に移行する。
【００５６】
ステップＳ１０４では、図７の（ｅ)に示すように、故障の検出毎に湿度センサＮＧカウンタを「１」だけ増やしていき、故障検出の回数を増やして故障発生の確度を高めるようにしている。このステップＳ１０４が完了するとステップＳ１０５に移行する。
【００５７】
ステップＳ１０５では、図７の（ｅ)に示すように、湿度センサＮＧカウンタの値が湿度センサ３７のＮＧ判定閾値を超えたときは、湿度センサ３７に故障が発生していると確定診断してステップ１０６に移行する。一方、湿度センサＮＧカウンタの値がＮＧ判定閾値を超えないときは、湿度センサＮＧカウンタのカウントを継続するために、再びステップＳ１００に戻るものである。
【００５８】
ステップＳ１０６では、図７の（ｆ)に示すように、ステップＳ１０５で湿度センサ３７の故障が確定したので、最終的に湿度センサ３７の故障判定フラグを「１」として湿度センサ３７の故障判定処理を終了してエンドに抜ける。
【００５９】
このようにして、吸気の相対帯湿度と吸気の温度の相関関係から温度が上昇した場合に相対湿度が上昇すると、湿度センサの故障として判断することができるようになる。
【００６０】
次に、図１１は図６に示す湿度センサ故障判定手段５２の判定方法の変形例を示している。図１１では、吸気温度変化と相対湿度変化の相対関係から、湿度センサ３７の故障診断を実行する例である。この図では吸気温度と相対湿度が下降したときの例を示している。
【００６１】
吸気温度と相対湿度を一定の時間間隔（サンプリング時間t）で測定し、(a)、（ｂ）で示すようにｔ時間当たりの吸気温度の変化量ΔＴを算出する。ここで、(ｂ)にある通りΔＴが診断開始閾値を超えた時（下回った時）に診断を実行するものである。この診断開始閾値は吸気温度が下降方向にある時に設定されるものである。
【００６２】
同様に、(ｃ)、（ｄ）に示すようにｔ時間当たりの相対湿度の変化量ΔＲＨを測定し、(ｄ)にある通りΔＲＨが故障判定閾値を超えた時（下回った時）に故障が発生したと判断するものである。したがって、ΔＴが所定値（診断開始閾値)以以上、かつΔＲＨが所定値（故障判定閾値）以上に下回った場合に、(ｅ)に示すように湿度センサＮＧカウンタを「１」だけ増やすようにする。
【００６３】
そして、（ｆ）にあるように湿度センサＮＧカウンタが所定回数(例えば３)以上となったとき、湿度センサの故障判定フラグを「１」にして、湿度センサが故障していると確定診断することができる。尚、湿度センサＮＧカウンタが所定回数は任意であるが、ΔＲＨが所定値以下に変化した時は故障判定フラグは「０」にリセットされるものである。
【００６４】
図１２は、図１１で示した湿度センサ３７の故障診断を実行する制御フローを示したフローチャート図であり、図１１と共に説明する。
【００６５】
まずステップＳ１２０では、温度センサ３８から所定サンプリング時間毎に吸気温度値を取得し、同様に湿度センサ３７から所定サンプリング時間毎に相対湿度値を取得し、取得した吸気温度値と相対湿度値に対して図９に示したデジタルフィルタリング処理を実行する。これが完了するとステップＳ１２１に移行する。
【００６６】
ステップＳ１２１では、図１１の（ａ)、（ｄ）に示すように、ステップＳ１２０でフィルタリングした吸気温度値と相対湿度値を一定の時間間隔のサンプリング時間ｔで取得する。この時間間隔は、例えば図９に示しているように５０回の移動平均する時間に対応して決められている。吸気温度と相対湿度を一定の時間間隔で取得するとステップＳ１２２に移行する。
【００６７】
ステップＳ１２２では、図１１の（ｂ)に示すように、ステップＳ１２１で取得した吸気温度値が前回取得した吸気温度値と比較して、その変化量（今回取得した温度値―前回取得した温度値）が減少側で診断開始閾値である所定値以上かどうかを判定する。所定値以上のときは診断条件が成立したとして次のステップＳ１２３へ移行し、所定値以上でないときは診断条件が成立していないとして、故障診断を実施しないでエンドに抜けてこの処理を終了する。
【００６８】
ステップＳ１２３では、図１１の（ｄ)に示すように、ステップＳ１２１で取得した相対湿度値が、前回取得した相対湿度値と比較して、その変化量（今回で取得した相対湿度値―前回で取得した相対湿度値）が減少側で故障判定閾値である所定値以上に下回ったか判定する。所定値以上に下回ると故障が発生していると見做してしてステップＳ１２４へ移行し、所定値以上に下回っていないときは、故障が発生していないとしてエンドに抜けてこの処理を終了する。
【００６９】
このように、ステップＳ１２２で吸気温度の変化量が所定値以上に減少していると判断された状態で、ステップＳ１２３で相対湿度の変化量が所定値以上に減少されていると判断されると、吸気温度と湿度の相関が一致しないので、湿度センサに故障が発生していると見做すことができる。つまり、吸気温度が低下すると本来では相対湿度は上昇するが、吸気温度が低下しているのに相対湿度が低下していると判断されると湿度センサに故障が発生していると見做すことができる。また、図１０と同様に１回の故障検出では故障検出の信憑性に課題があるので、このステップＳ１２３が完了するとステップＳ１２４に移行する。
【００７０】
ステップＳ１２４では、図１１の（ｅ)に示すように、故障の検出毎に湿度センサＮＧカウンタを「１」だけ増やしていき、故障検出の回数を増やして故障発生の確度を高めるようにしている。このステップＳ１２４が完了するとステップＳ１２５に移行する。
【００７１】
ステップＳ１２５では、図１１の（ｅ)に示すように、湿度センサＮＧカウンタの値が湿度センサ３７のＮＧ判定閾値を超えたときは、湿度センサ３７に故障が発生していると確定診断してステップ１２６に移行する。一方、湿度センサＮＧカウンタの値がＮＧ判定閾値を超えないときは、湿度センサＮＧカウンタのカウントを継続するために、再びステップＳ１２０に戻るものである。
【００７２】
ステップＳ１２６では、図１１の（ｆ)に示すように、ステップＳ１２５で湿度センサ３７の故障が確定したので、最終的に湿度センサ３７の故障判定フラグを「１」として湿度センサ３７の故障判定処理を終了してエンドに抜ける。
【００７３】
このようにして、吸気の相対帯湿度と吸気温度の相関関係から温度が低下した場合に相対湿度が低下すると、湿度センサの故障として判断することができるようになる。
【実施例２】
【００７４】
次に、図６に示している湿度センサの故障判定を行う制御ブロックの他の実施形態について説明する。図６に示す制御ブロックは、マイクロコンピュータで実行される制御機能をブロックで表現した制御機能部の一部である。この制御機能部には、吸気管内に設けられた吸気湿度測定手段と吸気温度測定手段からの情報が入力され、制御機能部は、内燃機関が駆動されている状態で、吸気湿度測定手段からの相対湿度情報が所定の上限値、或いは所定の下限値、或いは所定の上下限値に張り付いた場合に吸気湿度測定手段が故障していると判定する診断機能を備えている。
【００７５】
そして、図１３には本発明の他の実施形態である図６に示す湿度センサ故障判定手段５２の判定方法の例を示している。図１３では、湿度センサ３７の出力値が上限値に張り付いたことを検出して湿度センサの故障を検出する例である。特に、この例は湿度センサの回路オープン故障を判断するのに適している。
【００７６】
図１３において、吸気温度と相対湿度を一定の時間間隔（サンプリング時間t）で測定し、(a)、（ｂ）で示すようにｔ時間当たりの吸気温度の変化量ΔＴを算出する。ここで、(ｂ)にある通りΔＴが診断開始閾値を上側に超えた時に診断を実行するものである。この診断開始閾値は吸気温度が上昇方向にある時に設定されるものである。
【００７７】
同様に、(ｃ)に示すようにｔ時間当たりの相対湿度を測定し、相対湿度が上限値ＲＨmaxから変化しないことを検出する。そして、ΔＴが所定値（診断開始閾値)以上、かつ相対湿度が上限値ＲＨmaxから変化しないと、(ｄ)に示すように湿度センサＮＧカウンタを「１」だけ増やすようにする。
【００７８】
そして、(ｄ)、（ｅ）にあるように湿度センサＮＧカウンタが所定回数(例えば３)以上となったとき、湿度センサの故障判定フラグを「１」にして、湿度センサが故障していると確定診断することができる。尚、湿度センサＮＧカウンタが所定回数は任意であるが、相対湿度が上限値ＲＨmaxから変化すると故障判定フラグは「０」にリセットされるものである。
【００７９】
図１４は、図１３で示した湿度センサ３７の故障診断を実行する制御フローを示したフローチャート図であり、図１３と共に説明する
まずステップＳ１４０では、温度センサ３８から所定サンプリング時間毎に吸気温度値を取得し、同様に湿度センサ３７から所定サンプリング時間毎に相対湿度値を取得し、取得した吸気温度値と相対湿度値に対して図９に示したデジタルフィルタリング処理を実行する。これが完了するとステップＳ１４１に移行する。
【００８０】
ステップＳ１４１では、図１３の（ａ)、（ｄ）に示すように、ステップＳ１４０でフィルタリングした吸気温度値と相対湿度値を一定の時間間隔のサンプリング時間ｔで取得する。この時間間隔は、例えば図９に示しているように５０回の移動平均する時間に対応して決められている。吸気温度と相対湿度を一定の時間間隔で取得するとステップＳ１４２に移行する。
【００８１】
ステップＳ１４２では、図１３の（ｂ)に示すように、ステップＳ１４１で取得した吸気温度値が前回取得した吸気温度値と比較して、その変化量（今回取得した温度値―前回取得した温度値）が増加側で診断開始閾値である所定値以上かどうかを判定する。所定値以上のときは診断条件が成立したとして次のステップＳ１４３へ移行し、所定値以上でないときは診断条件が成立していないとして、故障診断を実施しないでエンドに抜けてこの処理を終了する。
【００８２】
ステップＳ１４３では、図１３の（ｃ）に示すように、ステップＳ１４１で取得した相対湿度値が、上限値ＲＨmaxから変化するか或いはしないかを判断する。上限値ＲＨmaxから変化しないときは故障が発生していると見做してしてステップＳ１４４へ移行し、変化しているときは、故障が発生していないとしてエンドに抜けてこの処理を終了する。
【００８３】
このように、ステップＳ１４２で吸気温度の変化量が所定値以上に上昇していると判断された状態で、ステップＳ１４３で上限値ＲＨmaxから変化しないと判断されると、湿度センサに故障が発生していると見做すことができる。ただ、１回の故障検出では故障検出の信憑性に課題があるので、このステップＳ１４３が完了するとステップＳ１４４に移行する。
【００８４】
ステップＳ１４４では、図１３の（ｄ)に示すように、上限値ＲＨmaxの検出毎に湿度センサＮＧカウンタを「１」だけ増やしていき、故障検出の回数を増やして故障発生の確度を高めるようにしている。このステップＳ１４４が完了するとステップＳ１４５に移行する。
【００８５】
ステップＳ１４５では、図１３の（ｄ)に示すように、湿度センサＮＧカウンタの値が湿度センサ３７のＮＧ判定閾値を超えたときは、湿度センサ３７に故障が発生していると確定診断してステップ１４６に移行する。一方、湿度センサＮＧカウンタの値がＮＧ判定閾値を超えないときは、湿度センサＮＧカウンタのカウントを継続するために、再びステップＳ１４０に戻るものである。
【００８６】
ステップＳ１４６では、図１３の（ｅ)に示すように、ステップＳ１０５で湿度センサ３７の故障が確定したので、最終的に湿度センサ３７の故障判定フラグを「１」として湿度センサ３７の故障判定処理を終了してエンドに抜ける。
【００８７】
このようにして、相対帯湿度が上限値ＲＨmaに張り付くと湿度センサの故障として判断することができるようになる。
【００８８】
次に、図１５は図６に示す湿度センサ故障判定手段５２の判定方法の変形例を示している。図１５では、湿度センサの出力値が下限値に張り付いたことを検出して湿度センサの故障を検出する例である。特に、この例は湿度センサの回路ショート故障を判断するのに適している。
【００８９】
図１５において、吸気温度と相対湿度を一定の時間間隔（サンプリング時間t）で測定し、(a)、（ｂ）で示すようにｔ時間当たりの吸気温度の変化量ΔＴを算出する。ここで、(ｂ)にある通りΔＴが診断開始閾値を下側に超えた時に診断を実行するものである。この診断開始閾値は吸気温度が下降方向にある時に設定されるものである。
【００９０】
同様に、(ｃ)に示すようにｔ時間当たりの相対湿度を測定し、相対湿度が上限値ＲＨminから変化しないことを検出する。そして、ΔＴが所定値（診断開始閾値)以上、かつ相対湿度が上限値ＲＨminから変化しないと、(ｄ)に示すように湿度センサＮＧカウンタを「１」だけ増やすようにする。
【００９１】
そして、（ｄ）、（ｅ）にあるように湿度センサＮＧカウンタが所定回数(例えば３)以上となったとき、湿度センサの故障判定フラグを「１」にして、湿度センサが故障していると確定診断することができる。尚、湿度センサＮＧカウンタが所定回数は任意であるが、相対湿度が上限値ＲＨminから変化すると故障判定フラグは「０」にリセットされるものである。
【００９２】
図１６は、図１５で示した湿度センサ３７の故障診断を実行する制御フローを示したフローチャート図であり、図１５と共に説明する
まずステップＳ１６０では、温度センサ３８から所定サンプリング時間毎に吸気温度値を取得し、同様に湿度センサ３７から所定サンプリング時間毎に相対湿度値を取得し、取得した吸気温度値と相対湿度値に対して図９に示したデジタルフィルタリング処理を実行する。これが完了するとステップＳ１６１に移行する。
【００９３】
ステップＳ１６１では、図１３の（ａ)、（ｄ）に示すように、ステップＳ１６０でフィルタリングした吸気温度値と相対湿度値を一定の時間間隔のサンプリング時間ｔで取得する。この時間間隔は、例えば図９に示しているように５０回の移動平均する時間に対応して決められている。吸気温度と相対湿度を一定の時間間隔で取得するとステップＳ１６２に移行する。
【００９４】
ステップＳ１６２では、図１５の（ｂ)に示すように、ステップＳ１６１で取得した吸気温度値が前回取得した吸気温度値と比較して、その変化量（今回取得した温度値―前回取得した温度値）が減少側で診断開始閾値である所定値以上に下回ったかどうかを判定する。所定値以上に下回ったときは診断条件が成立したとして次のステップＳ１６３へ移行し、所定値以上でないときは診断条件が成立していないとして、故障診断を実施しないでエンドに抜けてこの処理を終了する。
【００９５】
ステップＳ１６３では、図１５の（ｃ）に示すように、ステップＳ１６１で取得した相対湿度値が、下限値ＲＨminから変化するか或いはしないかを判断する。下限値ＲＨminから変化しないときは故障が発生していると見做してしてステップＳ１６４へ移行し、変化しているときは、故障が発生していないとしてエンドに抜けてこの処理を終了する。
【００９６】
このように、ステップＳ１６２で吸気温度の変化量が所定値以上に下まわっていると判断された状態で、ステップＳ１６３で下限値ＲＨminから変化しないと判断されると、湿度センサに故障が発生していると見做すことができる。ただ、１回の故障検出では故障検出の信憑性に課題があるので、このステップＳ１６３が完了するとステップＳ１６４に移行する。
【００９７】
ステップＳ１６４では、図１５の（ｄ)に示すように、下限値ＲＨminの検出毎に湿度センサＮＧカウンタを「１」だけ増やしていき、故障検出の回数を増やして故障発生の確度を高めるようにしている。このステップＳ１６４が完了するとステップＳ１６５に移行する。
【００９８】
ステップＳ１６５では、図１５の（ｄ)に示すように、湿度センサＮＧカウンタの値が湿度センサ３７のＮＧ判定閾値を超えたときは、湿度センサ３７に故障が発生していると確定診断してステップ１６６に移行する。一方、湿度センサＮＧカウンタの値がＮＧ判定閾値を超えないときは、湿度センサＮＧカウンタのカウントを継続するために、再びステップＳ１６０に戻るものである。
【００９９】
ステップＳ１６６では、図１５の（ｅ)に示すように、ステップＳ１６５で湿度センサ３７の故障が確定したので、最終的に湿度センサ３７の故障判定フラグを「１」として湿度センサ３７の故障判定処理を終了してエンドに抜ける。
【０１００】
このようにして、相対帯湿度が下限値ＲＨminに張り付くと湿度センサの故障として判断することができるようになる。
【０１０１】
ここで、実施例２では上限値ＲＨmaxと下限値ＲＨminのいずれかを用いて湿度センサ３７の故障を検出したが、上限値ＲＨmaxと下限値ＲＨminの両方を用いて湿度センサ３７の故障を検出するようにしても良いものである。
【０１０２】
以上述べた通り本発明によれば、吸気管内の相対湿度を測定する吸気湿度測定手段と、吸気温度を測定する吸気温度測定手段を備え、吸気湿度と吸気温度の相関関係に基づき、吸気温度が上昇したときに相対湿度が上昇した場合、或いは、吸気温度が低下したときに相対湿度が低下した場合に湿度センサが故障していると判定するようにしている。
【０１０３】
これによれば、内燃機関が駆動されている状態で湿度センサの故障診断が可能となるため、正常に機能している湿度センサの測定値に基づいて正確な制御目標値を求めることができる。
【０１０４】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０…内燃機関システム、１１…シリンダ、１１ａ…シリンダヘッド、１１ｂ…シリンダブロック、１２…ピストン、１３…コンロッド、１４…燃焼室、１５…点火コイル、１６…点かプラグ、１７…エアクリーナ、１８…スロットルバルブ、１９…コレクター、２０…吸気マニホールド、２１…吸気ポート、２２…吸気通路、２３…吸気カム軸、２４…吸気バルブ、２５…燃料噴射弁、２６…エアフローセンサ、２７…ＥＣＵ、２８…排気カム軸、２９…排気バルブ、３０…排気通路、３１…三元触媒、３２…リニア空燃比センサ、３３…Ｏ２センサ、３７…湿度センサ、３８…温度センサ。
【図１】
2017020406.tif 000003
【図２】
2017020406.tif 000004
【図３】
2017020406.tif 000005
【図４】
2017020406.tif 000006
【図５】
2017020406.tif 000007
【図６】
2017020406.tif 000008
【図７】
2017020406.tif 000009
【図８】
2017020406.tif 000010
【図９】
2017020406.tif 000011
【図１０】
2017020406.tif 000012
【図１１】
2017020406.tif 000013
【図１２】
2017020406.tif 000014
【図１３】
2017020406.tif 000015
【図１４】
2017020406.tif 000016
【図１５】
2017020406.tif 000017
【図１６】
2017020406.tif 000018