JP2006242067A - 吸気系センサの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スロットルバルブのデポジットの影響で正常な吸気系センサ（吸入空気量センサ、吸気管圧力センサ）を異常と誤診断してしまうことを未然に防止する。
【解決手段】 エアフローメータ１４で検出した吸入空気量（第１吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するマスフロー方式のシステムにおいて、まず、吸気管圧力センサ１９の出力から演算した吸入空気量（第２吸入空気量）と、空燃比センサ２４で検出した空燃比から演算した吸入空気量（第３吸入空気量）とを比較して吸気管圧力センサ１９の異常の有無を判定し、該吸気管圧力センサ１９が正常と判定された時に第１吸入空気量と第２吸入空気量とを比較してエアフローメータ１４の異常の有無を判定する。また、空燃比センサ２４で検出した空燃比が所定範囲外となる状態が所定時間継続した時に第１吸入空気量と第２吸入空気量とを比較してエアフローメータ１４の異常の有無を判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気系センサ（吸入空気量センサ、吸気管圧力センサ）の異常の有無を診断する吸気系センサの異常診断装置に関する発明である。

従来の吸気系センサの異常診断技術としては、例えば、特許文献１（米国特許第５３８４７０７号公報）に記載されているように、スロットル開度センサの出力（スロットル開度）と内燃機関の回転速度とに基づいて算出した吸入空気量（以下「スロットルベース吸入空気量」という）と、吸入空気量センサ（エアフローメータ）で検出した吸入空気量と、空燃比センサで検出した排出ガスの空燃比と燃料噴射量とに基づいて演算した吸入空気量とを比較して吸入空気量センサの異常診断を行うようにしたものがある。
米国特許第５３８４７０７号公報（第５頁、第２図等）

ところで、内燃機関の吸気管内に配置されたスロットルバルブには、吸入空気中の塵等が付着することがあり、この付着物（デポジット）が多くなると、スロットル開度が同じでも、スロットルバルブを通過する空気量が減少して、スロットルベース吸入空気量の演算誤差が大きくなるという欠点がある。

このため、上記特許文献１のように、スロットルベース吸入空気量を用いて吸入空気量センサの異常診断を行うシステムでは、スロットルバルブのデポジット量が増加したときに、スロットルベース吸入空気量の演算誤差によって正常な吸入空気量センサを異常と誤診断してしまう可能性がある。

また、吸気管圧力センサで検出した吸気管圧力に基づいて吸入空気量を演算して燃料噴射量を決定するシステムに対して、上記特許文献１の異常診断技術を適用すると、吸気管圧力センサの出力から演算した吸入空気量と、上記スロットルベース吸入空気量と、空燃比と燃料噴射量とに基づいて演算した吸入空気量とを比較して吸気管圧力センサの異常診断を行うことが考えられるが、この場合も、スロットルバルブのデポジット量が増加したときに、スロットルベース吸入空気量の演算誤差によって正常な吸気管圧力センサを異常と誤診断してしまう可能性がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、スロットルバルブのデポジットの影響で正常な吸気系センサ（吸入空気量センサ、吸気管圧力センサ）を異常と誤診断してしまうことを未然に防止することができる吸気系センサの異常診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサと、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサとを備えたシステムに適用され、前記吸入空気量センサで検出した吸入空気量（以下これを「第１吸入空気量」という）と、前記吸気管圧力センサで検出した吸気管圧力に基づいて演算した吸入空気量（以下これを「第２吸入空気量」という）と、前記空燃比センサで検出した空燃比と燃料噴射量とに基づいて演算した吸入空気量（以下これを「第３吸入空気量」という）とを比較して前記吸入空気量センサ及び／又は前記吸気管圧力センサの異常の有無を判定するようにしたものである。このようにすれば、スロットル開度センサの出力から演算するスロットルベース吸入空気量を用いることなく、吸入空気量センサ及び／又は吸気管圧力センサの異常診断を行うことができるため、スロットルバルブのデポジットの影響で正常な吸入空気量センサ及び／又は吸気管圧力センサを異常と誤診断してしまうことを未然に防止することができ、異常診断の信頼性を向上することができる。

ところで、吸入空気量センサで検出した吸入空気量（第１吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステムでは、吸入空気量センサが異常になると、燃料噴射量が異常な値となって、排出ガスの空燃比が空燃比センサの検出精度を確保できる理論空燃比付近の範囲（図４参照）から外れて、空燃比センサの検出誤差が大きくなるため、空燃比センサの出力から演算する吸入空気量（第３吸入空気量）の演算誤差が大きくなり、異常を誤判定する可能性がある。

この対策として、請求項２のように、吸入空気量センサで検出した吸入空気量（第１吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステムに本発明を適用する場合は、吸気管圧力センサの出力から演算した吸入空気量（第２吸入空気量）と、空燃比センサで検出した空燃比と燃料噴射量とに基づいて演算した吸入空気量（第３吸入空気量）とを比較して吸気管圧力センサの異常の有無を判定し、その結果、該吸気管圧力センサが正常と判定されたときに、前記第１吸入空気量と前記第２吸入空気量とを比較して前記吸入空気量センサの異常の有無を判定するようにすると良い。このようにすれば、吸入空気量センサで検出した吸入空気量（第１吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステムで、吸気管圧力センサが正常に動作することを確認した上で、吸入空気量センサの異常診断を行うことができるので、吸入空気量センサが異常になった場合に、その吸入空気量センサの異常を正確に検出することができる。

更に、このシステムでは、請求項３のように、空燃比センサで検出した空燃比が所定範囲外となる状態が所定時間継続したときに、前記第１吸入空気量と前記第２吸入空気量とを比較して前記吸入空気量センサの異常の有無を判定するようにしても良い。要するに、吸入空気量センサで検出した吸入空気量（第１吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステムで、空燃比センサで検出した空燃比が所定範囲外となる状態（空燃比センサの出力から演算する第３吸入空気量の演算精度を確保できない状態）が所定時間継続したときに、吸入空気量センサが異常になっている可能性があると判断して、第３吸入空気量を用いずに、第１吸入空気量と第２吸入空気量とを比較して吸入空気量センサの異常の有無を判定するものである。このようにすれば、吸入空気量センサで検出した吸入空気量（第１吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステムで、吸入空気量センサが異常になって第３吸入空気量の演算精度を確保できない場合でも、第１吸入空気量と第２吸入空気量とから吸入空気量センサの異常を検出することができる。

一方、吸気管圧力センサの出力から演算した吸入空気量（第２吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステムでは、吸気管圧力センサが異常になると、燃料噴射量が異常な値となって、排出ガスの空燃比が空燃比センサの検出精度を確保できる理論空燃比付近の範囲（図４参照）から外れて、空燃比センサの検出誤差が大きくなるため、空燃比センサの出力から演算する吸入空気量（第３吸入空気量）の演算誤差が大きくなり、異常を誤判定する可能性がある。

この対策として、請求項４のように、吸気管圧力センサの出力から演算した吸入空気量（第２吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステムに本発明を適用する場合は、吸入空気量センサで検出した吸入空気量（第１吸入空気量）と、空燃比センサで検出した空燃比と燃料噴射量とに基づいて演算した吸入空気量（第３吸入空気量）とを比較して吸入空気量センサの異常の有無を判定し、その結果、該吸入空気量センサが正常と判定されたときに、前記第１吸入空気量と前記第２吸入空気量とを比較して前記吸気管圧力センサの異常の有無を判定するようにすると良い。このようにすれば、吸気管圧力センサの出力から演算した吸入空気量（第２吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステムで、吸入空気量センサが正常に動作することを確認した上で、吸気管圧力センサの異常診断を行うことができるので、吸気管圧力センサが異常になった場合に、その吸気管圧力センサの異常を正確に検出することができる。

更に、このシステムでは、請求項５のように、空燃比センサで検出した空燃比が所定範囲外となる状態が所定時間継続したときに、前記第１吸入空気量と前記第２吸入空気量とを比較して前記吸気管圧力センサの異常の有無を判定するようにしても良い。要するに、吸気管圧力センサの出力から演算した吸入空気量（第２吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステムで、空燃比センサで検出した空燃比が所定範囲外となる状態（空燃比センサの出力から演算する第３吸入空気量の演算精度を確保できない状態）が所定時間継続したときに、吸気管圧力センサが異常になっている可能性があると判断して、第３吸入空気量を用いずに、第１吸入空気量と第２吸入空気量とを比較して吸気管圧力センサの異常の有無を判定するものである。このようにすれば、吸気管圧力センサの出力から演算した吸入空気量（第２吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステムで、吸気管圧力センサが異常になって第３吸入空気量の演算精度を確保できない場合でも、第１吸入空気量と第２吸入空気量とから吸気管圧力センサの異常を検出することができる。

また、内燃機関の運転状態が過渡状態のときには、吸入空気量の検出・演算精度が低下するため、センサの異常診断を誤診断する可能性がある。

この対策として、本発明は、請求項６のように、内燃機関の運転状態が定常状態のときに、吸入空気量センサ及び／又は吸気管圧力センサの異常の有無を判定する処理を実行するようにすると良い。このようにすれば、吸入空気量の検出・演算精度を確保できない過渡運転時には、異常診断を禁止できるので、誤診断を未然に防止できる。

また、吸入空気量が少ない領域では、吸入空気量の検出誤差・演算誤差の影響が大きくなることを考慮して、請求項７のように、前記第１吸入空気量と前記第３吸入空気量、もしくは前記第２吸入空気量と前記第３吸入空気量が所定値以下のときに、吸入空気量センサ及び／又は吸気管圧力センサの異常の有無を判定する処理を禁止するようにすると良い。このようにすれば、吸入空気量の検出精度・演算精度を確保できない低流量領域では、異常診断を禁止できるので、誤診断を未然に防止できる。

また、排出ガスの空燃比が空燃比センサの検出精度を確保できる理論空燃比付近の範囲（図４参照）から外れると、空燃比センサの検出誤差が大きくなることを考慮して、請求項８のように、空燃比センサで検出した空燃比が所定範囲内のときに吸入空気量センサ及び／又は吸気管圧力センサの異常の有無を判定する処理を実行するようにすると良い。このようにすれば、空燃比センサの検出精度を確保できない空燃比領域では、異常診断を禁止できるので、誤診断を未然に防止できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明をエアフローメータ１４（吸入空気量センサ）で検出した吸入空気量（第１吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステム（以下「マスフロー方式のシステム」という）に適用した実施例１を図１乃至図７に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４（吸入空気量センサ）が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２４が設けられ、この空燃比センサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２７が取り付けられている。このクランク角センサ２７の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２８に入力される。このＥＣＵ２８は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された図２の燃料噴射量算出ルーチンを実行することで、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量（第１吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するマスフロー方式の燃料噴射制御を実行する。図２の燃料噴射量算出ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行され、まず、ステップ１０１で、エアフローメータ１４の出力を読み込んでエアフローメータ１４を通過する空気量［ｇ／ｓ］を検出し、次のステップ１０２で、この空気量［ｇ／ｓ］を現在のエンジン回転速度［ｒｅｖ／ｓ］で割り算して吸入空気量［ｇ／ｒｅｖ］を求める。この後、ステップ１０３に進み、この吸入空気量［ｇ／ｒｅｖ］に基づいて燃料噴射量を算出する。

また、ＥＣＵ２８は、後述する図３の吸気系センサ異常診断ルーチンを実行することで、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量（以下これを「第１吸入空気量」という）と、吸気管圧力センサ１９で検出した吸気管圧力に基づいて演算した吸入空気量（以下これを「第２吸入空気量」という）と、空燃比センサ２４で検出した空燃比と燃料噴射量とに基づいて演算した吸入空気量（以下これを「第３吸入空気量」という）とを比較してエアフローメータ１４と吸気管圧力センサ１９の異常診断を実行する。

本実施例１のようなマスフロー方式のシステムでは、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量（第１吸入空気量MafLoad ）に基づいて燃料噴射量を決定するため、エアフローメータ１４が異常になると、燃料噴射量が異常な値となって、排出ガスの空燃比λが空燃比センサ２４の検出精度を確保できる理論空燃比付近の範囲（図４参照）から外れて、空燃比センサ２４の検出誤差が大きくなる（理論空燃比から離れるほど空燃比センサ２４の特性ばらつきが大きくなる）。このため、空燃比センサ２４の出力から演算する吸入空気量（第３吸入空気量EstLoad ）の演算誤差が大きくなり、異常を誤判定する可能性がある。

この対策として、本実施例１では、まず、吸気管圧力センサ１９の出力から演算した吸入空気量（第２吸入空気量MapLoad ）と、空燃比センサ２４で検出した空燃比λと燃料噴射量とに基づいて演算した吸入空気量（第３吸入空気量EstLoad ）とを比較して吸気管圧力センサ１９の異常の有無を判定し、その結果、該吸気管圧力センサ１９が正常と判定されたときに、前記第１吸入空気量MafLoad と前記第２吸入空気量MapLoad とを比較してエアフローメータ１４の異常の有無を判定するようにしている。このようにすれば、マスフロー方式のシステムで、吸気管圧力センサ１９が正常に動作することを確認した上で、エアフローメータ１４の異常診断を行うことができるので、エアフローメータ１４が異常になった場合に、そのエアフローメータ１４の異常を正確に検出することができる。

更に、本実施例１では、空燃比センサ２４で検出した空燃比λが所定範囲外となる状態が所定時間継続したときに、前記第１吸入空気量MafLoad と前記第２吸入空気量MapLoad とを比較してエアフローメータ１４の異常の有無を判定するようにしている。要するに、マスフロー方式のシステムで、空燃比センサ２４で検出した空燃比λが所定範囲外となる状態（空燃比センサ２４の出力から演算する第３吸入空気量EstLoad の演算精度を確保できない状態）が所定時間継続したときに、エアフローメータ１４が異常になっている可能性があると判断して、第３吸入空気量EstLoad を用いずに、第１吸入空気量MafLoad と第２吸入空気量MapLoad とを比較してエアフローメータ１４の異常の有無を判定するものである。このようにすれば、マスフロー方式のシステムで、エアフローメータ１４が異常になって第３吸入空気量EstLoad の演算精度を確保できない場合でも、第１吸入空気量MafLoad と第２吸入空気量MapLoad とからエアフローメータ１４の異常を検出することができる。

以上説明した本実施例１のエアフローメータ１４と吸気管圧力センサ１９の異常診断は、ＥＣＵ２８によって図３の吸気系センサ異常診断ルーチンに従って実行される。この図３の吸気系センサ異常診断ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段として機能する。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１１１で、異常診断実行条件が成立しているか否かを、次の４つの条件(1) 〜(4) を全て満たしているか否かによって判定する。

(1) エンジン暖機が完了していること
(2) エンジン運転状態が定常状態であること
(3) エンジン回転速度が所定範囲内（例えば目標アイドル回転速度から所定値までの範囲内）であること
(4) 車速が所定値以下であること

これら４つの条件(1) 〜(4) は、吸入空気量MafLoad 、MapLoad 、EstLoad の演算精度を確保するために必要な条件である。従って、これら４つの条件(1) 〜(4) のうち、１つでも満たさない条件があれば、吸入空気量MafLoad 、MapLoad 、EstLoad の演算精度を確保できないため、異常診断実行条件が不成立となり、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対して、上記４つの条件(1) 〜(4) が全て満たされていれば、異常診断実行条件が成立していると判断して、ステップ１１２に進み、空燃比センサ２４で検出した空燃比λと燃料噴射量とに基づいて演算した第３吸入空気量EstLoad が所定範囲内（Ｃ１＜EstLoad ＜Ｃ２）であるか否かを判定する。その結果、第３吸入空気量EstLoad が所定範囲外（EstLoad ≦Ｃ１又はEstLoad ≧Ｃ２）であると判定されれば、第３吸入空気量EstLoad の演算精度が悪いと判断して、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、第３吸入空気量EstLoad が所定範囲内（Ｃ１＜EstLoad ＜Ｃ２）であると判定されれば、第３吸入空気量EstLoad の演算精度が確保されていると判断して、ステップ１１３に進み、空燃比センサ２４で検出した空燃比λがその検出精度を確保できる理論空燃比付近の所定範囲内（Ｃ３＜λ＜Ｃ４）であるか否かを判定する。その結果、空燃比λが理論空燃比付近の所定範囲内（Ｃ３＜λ＜Ｃ４）であると判定されれば、ステップ１１４に進み、吸気管圧力センサ１９の出力から演算した第２吸入空気量MapLoad と、空燃比センサ２４で検出した空燃比λから演算した第３吸入空気量EstLoad とがほぼ一致するか否かを、両者の比MapLoad ／EstLoad が１．０付近の所定範囲内（Ｃ５＜MapLoad ／EstLoad ＜Ｃ６）であるか否かによって判定する。

その結果、第２吸入空気量MapLoad と第３吸入空気量EstLoad との比MapLoad ／EstLoad が所定範囲外（MapLoad ／EstLoad ≦Ｃ５又はMapLoad ／EstLoad ≧Ｃ６）であると判定されれば、第２吸入空気量MapLoad が異常な値であると判断して、ステップ１２１に進み、吸気管圧力センサ１９が異常であると判定する。一方、第２吸入空気量MapLoad と第３吸入空気量EstLoad との比MapLoad ／EstLoad が所定範囲内（Ｃ５＜MapLoad ／EstLoad ＜Ｃ６）であると判定されれば、第２吸入空気量MapLoad が第３吸入空気量EstLoad とがほぼ一致すると判断して、ステップ１２１に進み、吸気管圧力センサ１９が正常であると判定する。

このようにして、吸気管圧力センサ１９が正常であることを確認した上で、ステップ１１８に進み、吸気管圧力センサ１９の出力から演算した第２吸入空気量MapLoad と、エアフローメータ１４で検出した第１吸入空気量MafLoad とがほぼ一致するか否かを、両者の比MapLoad ／MafLoad が１．０付近の所定範囲内（Ｃ７＜MapLoad ／MafLoad ＜Ｃ８）であるか否かによって判定する。その結果、第２吸入空気量MapLoad と第１吸入空気量MafLoad との比MapLoad ／MafLoad が所定範囲外（MapLoad ／MafLoad ≦Ｃ７又はMapLoad ／MafLoad ≧Ｃ８）であると判定されれば、第１吸入空気量MafLoad が異常な値であると判断して、ステップ１２０に進み、エアフローメータ１４が異常であると判定する。一方、第２吸入空気量MapLoad と第１吸入空気量MafLoad との比MapLoad ／MafLoad が所定範囲内（Ｃ７＜MapLoad ／MafLoad ＜Ｃ８）であると判定されれば、第１吸入空気量MafLoad が、予め上記ステップ１１４、１１５で正常と確認された第２吸入空気量MapLoad とほぼ一致すると判断して、ステップ１１９に進み、エアフローメータ１４が正常であると判定する。

一方、上述したステップ１１３で、空燃比センサ２４で検出した空燃比λが所定範囲外（λ≦Ｃ３又はλ≧Ｃ４）であると判定されれば、ステップ１１６に進み、空燃比λが所定範囲外となっている状態の継続時間を計測するタイムカウンタCounter をカウントアップし、次のステップ１１７で、このタイムカウンタCounter の値（空燃比λが所定範囲外となっている状態の継続時間）が所定値Ｃ９を越えたか否かを判定し、所定値Ｃ９を越えていなければ、そのまま本ルーチンを終了する。

その後、タイムカウンタCounter の値（空燃比λが所定範囲外となっている状態の継続時間）が所定値Ｃ９を越えた時点で、エアフローメータ１４が異常になっている可能性があると判断して、ステップ１１８に進み、第２吸入空気量MapLoad と第１吸入空気量MafLoad との比MapLoad ／MafLoad が所定範囲内（Ｃ７＜MapLoad ／MafLoad ＜Ｃ８）であるか否かを判定し、この比MapLoad ／MafLoad が所定範囲内であると判定されれば、ステップ１１９に進み、エアフローメータ１４が正常であると判定し、この比MapLoad ／MafLoad が所定範囲外であると判定されれば、ステップ１２０に進み、エアフローメータ１４が異常と判定する。

図５は、スロットルバルブ１６にデポジットが付着して吸入空気量が低下したときの各吸入空気量MafLoad ，MapLoad ，EstLoad の挙動を示している。前述した特許文献１では、スロットル開度センサ１７の出力（スロットル開度）とエンジン回転速度とに基づいて演算した吸入空気量（以下「スロットルベース吸入空気量」という）を用いてエアフローメータ１４の異常診断を行うようにしていたが、このスロットルベース吸入空気量は、スロットルバルブ１６にデポジットが付着しても、付着前と同じ値となるため、スロットルバルブ１６にデポジットが付着した後は、スロットルベース吸入空気量が実際の吸入空気量よりも大きくなる。このため、前記特許文献１のように、スロットルベース吸入空気量を用いてエアフローメータ１４の異常診断を行うシステムでは、スロットルバルブ１６のデポジット量が増加したときに、スロットルベース吸入空気量の演算誤差によって正常なエアフローメータ１４を異常と誤診断してしまう可能性がある。

これに対して、本実施例１では、エアフローメータ１４で検出した第１吸入空気量MafLoad と、吸気管圧力センサ１９の出力から演算した第２吸入空気量MapLoad と、空燃比センサ２４で検出した空燃比から演算した第３吸入空気量EstLoad とを比較してエアフローメータ１４と吸気管圧力センサ１９の異常診断を実行するようにしている。

例えば、エアフローメータ１４が異常になると、図６に示すように、吸気管圧力センサ１９の出力から演算した第２吸入空気量MapLoad と、空燃比センサ２４で検出した空燃比から演算した第３吸入空気量EstLoad とがほぼ一致し、エアフローメータ１４で検出した第１吸入空気量MafLoad のみが異なる値となる。これにより、エアフローメータ１４の異常が検出される。尚、マスフロー方式のシステムでは、エアフローメータ１４が異常になると、燃料噴射量が異常な値となって、排出ガスの空燃比が理論空燃比からずれる。

また、吸気管圧力センサ１９が異常になると、図７に示すように、エアフローメータ１４で検出した第１吸入空気量MafLoad と、空燃比センサ２４で検出した空燃比から演算した第３吸入空気量EstLoad とがほぼ一致し、吸気管圧力センサ１９の出力から演算した第２吸入空気量MapLoad のみが異なる値となる。これにより、吸気管圧力センサ１９の異常が検出される。尚、マスフロー方式のシステムでは、吸気管圧力センサ１９が異常になっても、定常状態では、エアフローメータ１４で検出した第１吸入空気量MafLoad に基づいて燃料噴射量が決定されるため、排出ガスの空燃比が理論空燃比付近に制御される。

以上の説明から明らかなように、本実施例１では、マスフロー方式のシステムにおいて、スロットル開度センサ１７の出力から演算するスロットルベース吸入空気量を用いることなく、エアフローメータ１４と吸気管圧力センサ１９の異常診断を行うことができるため、スロットルバルブ１６のデポジットの影響でエアフローメータ１４と吸気管圧力センサ１９の異常診断を誤診断してしまうことを未然に防止することができ、異常診断の信頼性を向上することができる。

次に、本発明を吸気管圧力センサ１９の出力から演算した吸入空気量（第２吸入空気量）に基づいて燃料噴射量を決定するシステム（以下「スピードデンシティ方式のシステム」という）に適用した実施例２を図８乃至図９に基づいて説明する。本実施例２のエンジン制御システムも、上記実施例１（図１）と同じく、エアフローメータ１４と吸気管圧力センサ１９の両方を搭載している。

スピードデンシティ方式では、図８の燃料噴射量算出ルーチンを実行することで、吸気管圧力センサ１９の出力から演算した第２吸入空気量MapLoad に基づいて燃料噴射量を決定する。図８の燃料噴射量算出ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行され、まず、ステップ２０１で、吸気管圧力センサ１９の出力を読み込んで吸気管圧力［Ｐａ］を検出し、次のステップ２０２で、この吸気管圧力［Ｐａ］に基づいて吸入空気量［ｇ／ｒｅｖ］を算出する。この後、ステップ２０３に進み、この吸入空気量［ｇ／ｒｅｖ］に基づいて燃料噴射量を算出する。

本実施例２のようなスピードデンシティ方式のシステムでは、吸気管圧力センサ１９の出力から演算した吸入空気量（第２吸入空気量MapLoad ）に基づいて燃料噴射量を決定するため、吸気管圧力センサ１９が異常になると、燃料噴射量が異常な値となって、排出ガスの空燃比が空燃比センサ２４の検出精度を確保できる理論空燃比付近の範囲（図４参照）から外れて、空燃比センサ２４の検出誤差が大きくなる。このため、空燃比センサ２４の出力から演算する吸入空気量（第３吸入空気量EstLoad ）の演算誤差が大きくなり、異常を誤判定する可能性がある。

この対策として、本実施例２では、まず、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量（第１吸入空気量MafLoad ）と、空燃比センサ２４で検出した空燃比と燃料噴射量とに基づいて演算した吸入空気量（第３吸入空気量EstLoad ）とを比較してエアフローメータ１４の異常の有無を判定し、その結果、該エアフローメータ１４が正常と判定されたときに、前記第１吸入空気量MafLoad と前記第２吸入空気量MapLoad とを比較して吸気管圧力センサ１９の異常の有無を判定するようにしている。このようにすれば、スピードデンシティ方式のシステムで、エアフローメータ１４が正常に動作することを確認した上で、吸気管圧力センサ１９の異常診断を行うことができるので、吸気管圧力センサ１９が異常になった場合に、その吸気管圧力センサ１９の異常を正確に検出することができる。

更に、本実施例２では、空燃比センサ２４で検出した空燃比λが所定範囲外となる状態が所定時間継続したときに、前記第１吸入空気量MafLoad と前記第２吸入空気量MapLoad とを比較して吸気管圧力センサ１９の異常の有無を判定するようにしている。要するに、スピードデンシティ方式のシステムで、空燃比センサ２４で検出した空燃比が所定範囲外となる状態（空燃比センサ２４の出力から演算する第３吸入空気量EstLoad の演算精度を確保できない状態）が所定時間継続したときに、吸気管圧力センサ１９が異常になっている可能性があると判断して、第３吸入空気量EstLoad を用いずに、第１吸入空気量MafLoad と第２吸入空気量MapLoad とを比較して吸気管圧力センサ１９の異常の有無を判定するものである。このようにすれば、スピードデンシティ方式のシステムで、吸気管圧力センサ１９が異常になって第３吸入空気量EstLoad の演算精度を確保できない場合でも、第１吸入空気量MafLoad と第２吸入空気量MapLoad とから吸気管圧力センサ１９の異常を検出することができる。

以上説明した本実施例２のエアフローメータ１４と吸気管圧力センサ１９の異常診断は、ＥＣＵ２８によって図９の吸気系センサ異常診断ルーチンに従って実行される。この図９の吸気系センサ異常診断ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段として機能する。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２１１で、異常診断実行条件が成立しているか否かを、次の４つの条件(1) 〜(4) を全て満たしているか否かによって判定する。

(1) エンジン暖機が完了していること
(2) エンジン運転状態が定常状態であること
(3) エンジン回転速度が所定範囲内（例えば目標アイドル回転速度から所定値までの範囲内）であること
(4) 車速が所定値以下であること

これら４つの条件(1) 〜(4) は、吸入空気量MafLoad 、MapLoad 、EstLoad の演算精度を確保するために必要な条件である。従って、これら４つの条件(1) 〜(4) のうち、１つでも満たさない条件があれば、吸入空気量MafLoad 、MapLoad 、EstLoad の演算精度を確保できないため、異常診断実行条件が不成立となり、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対して、上記４つの条件(1) 〜(4) が全て満たされていれば、異常診断実行条件が成立していると判断して、ステップ２１２に進み、空燃比センサ２４で検出した空燃比λと燃料噴射量とに基づいて演算した第３吸入空気量EstLoad が所定範囲内（Ｃ１＜EstLoad ＜Ｃ２）であるか否かを判定する。その結果、第３吸入空気量EstLoad が所定範囲外（EstLoad ≦Ｃ１又はEstLoad ≧Ｃ２）であると判定されれば、第３吸入空気量EstLoad の演算精度が悪いと判断して、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、第３吸入空気量EstLoad が所定範囲内（Ｃ１＜EstLoad ＜Ｃ２）であると判定されれば、第３吸入空気量EstLoad の演算精度が確保されていると判断して、ステップ２１３に進み、空燃比センサ２４で検出した空燃比λがその検出精度を確保できる理論空燃比付近の所定範囲内（Ｃ３＜λ＜Ｃ４）であるか否かを判定する。その結果、空燃比λが理論空燃比付近の所定範囲内（Ｃ３＜λ＜Ｃ４）であると判定されれば、ステップ２１４に進み、エアフローメータ１４で検出した第１吸入空気量MafLoad と、空燃比センサ２４で検出した空燃比λから演算した第３吸入空気量EstLoad とがほぼ一致するか否かを、両者の比MafLoad ／EstLoad が１．０付近の所定範囲内（Ｃ５＜MafLoad ／EstLoad ＜Ｃ６）であるか否かによって判定する。

その結果、第１吸入空気量MafLoad と第３吸入空気量EstLoad との比MafLoad ／EstLoad が所定範囲外（MafLoad ／EstLoad ≦Ｃ５又はMafLoad ／EstLoad ≧Ｃ６）であると判定されれば、第１吸入空気量MafLoad が異常な値であると判断して、ステップ２２１に進み、エアフローメータ１４が異常であると判定する。一方、第１吸入空気量MafLoad と第３吸入空気量EstLoad との比MafLoad ／EstLoad が所定範囲内（Ｃ５＜MafLoad ／EstLoad ＜Ｃ６）であると判定されれば、第１吸入空気量MafLoad が第３吸入空気量EstLoad とがほぼ一致すると判断して、ステップ２２１に進み、エアフローメータ１４が正常であると判定する。

このようにして、エアフローメータ１４が正常であることを確認した上で、ステップ２１８に進み、エアフローメータ１４で検出した第１吸入空気量MafLoad と、吸気管圧力センサ１９の出力から演算した第２吸入空気量MapLoad とがほぼ一致するか否かを、両者の比MafLoad ／MapLoad が１．０付近の所定範囲内（Ｃ７＜MafLoad ／MapLoad ＜Ｃ８）であるか否かによって判定する。その結果、第１吸入空気量MafLoad と第２吸入空気量MapLoad との比MafLoad ／MapLoad が所定範囲外（MafLoad ／MapLoad ≦Ｃ７又はMafLoad ／MapLoad ≧Ｃ８）であると判定されれば、第２吸入空気量MapLoad が異常な値であると判断して、ステップ２２０に進み、吸気管圧力センサ１９が異常であると判定する。一方、第１吸入空気量MafLoad と第２吸入空気量MapLoad との比MafLoad ／MapLoad が所定範囲内（Ｃ７＜MafLoad ／MapLoad ＜Ｃ８）であると判定されれば、第２吸入空気量MapLoad が、予め上記ステップ２１４、２１５で正常と確認された第１吸入空気量MafLoad とほぼ一致すると判断して、ステップ２１９に進み、吸気管圧力センサ１９が正常であると判定する。

一方、上述したステップ２１３で、空燃比センサ２４で検出した空燃比λが所定範囲外（λ≦Ｃ３又はλ≧Ｃ４）であると判定されれば、ステップ２１６に進み、空燃比λが所定範囲外となっている状態の継続時間を計測するタイムカウンタCounter をカウントアップし、次のステップ２１７で、このタイムカウンタCounter の値（空燃比λが所定範囲外となっている状態の継続時間）が所定値Ｃ９を越えたか否かを判定し、所定値Ｃ９を越えていなければ、そのまま本ルーチンを終了する。

その後、タイムカウンタCounter の値（空燃比λが所定範囲外となっている状態の継続時間）が所定値Ｃ９を越えた時点で、吸気管圧力センサ１９が異常になっている可能性があると判断して、ステップ２１８に進み、第１吸入空気量MafLoad と第２吸入空気量MapLoad との比MafLoad ／MapLoad が所定範囲内（Ｃ７＜MafLoad ／MapLoad ＜Ｃ８）であるか否かを判定し、この比MafLoad ／MapLoad が所定範囲内であると判定されれば、ステップ２１９に進み、吸気管圧力センサ１９が正常であると判定し、この比MafLoad ／MapLoad が所定範囲外であると判定されれば、ステップ２２０に進み、吸気管圧力センサ１９が異常と判定する。

以上説明した本実施例２では、スピードデンシティ方式のシステムにおいて、スロットル開度センサ１７の出力から演算するスロットルベース吸入空気量を用いることなく、エアフローメータ１４と吸気管圧力センサ１９の異常診断を行うことができるため、スロットルバルブ１６のデポジットの影響でエアフローメータ１４と吸気管圧力センサ１９の異常診断を誤診断してしまうことを未然に防止することができ、異常診断の信頼性を向上することができる。

本発明は、上記各実施例１，２に限定されず、各吸入空気量MafLoad ，MapLoad ，EstLoad の比較方法を適宜変更しても良い等、種々変更して実施できる。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 実施例１の燃料噴射量算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の吸気系センサ異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 空燃比センサの検出特性のばらつきを説明する図である。 スロットルバルブにデポジットが付着して吸入空気量が低下したときの各吸入空気量MafLoad ，MapLoad ，EstLoad の挙動を示すタイムチャートである。 エアフローメータが異常になったときの各吸入空気量MafLoad ，MapLoad ，EstLoad とエアフローメータ異常判定フラグと空燃比の挙動を示すタイムチャートである。 吸気管圧力センサが異常になったときの各吸入空気量MafLoad ，MapLoad ，EstLoad とエアフローメータ異常判定フラグと空燃比の挙動を示すタイムチャートである。 実施例２の燃料噴射量算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の吸気系センサ異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ（吸入空気量センサ）、１６…スロットルバルブ、１７…スロットル開度センサ、１９…吸気管圧力センサ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２８…ＥＣＵ（異常診断手段）

Claims (8)

1. 内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサと、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサとを備えたシステムに適用され、 前記吸入空気量センサで検出した吸入空気量（以下これを「第１吸入空気量」という）と、前記吸気管圧力センサで検出した吸気管圧力に基づいて演算した吸入空気量（以下これを「第２吸入空気量」という）と、前記空燃比センサで検出した空燃比と燃料噴射量とに基づいて演算した吸入空気量（以下これを「第３吸入空気量」という）とを比較して前記吸入空気量センサ及び／又は前記吸気管圧力センサの異常の有無を判定する異常診断手段を備えていることを特徴とする吸気系センサの異常診断装置。
2. 前記第１吸入空気量に基づいて燃料噴射量を決定するシステムに適用され、
   前記異常診断手段は、前記第２吸入空気量と前記第３吸入空気量とを比較して前記吸気管圧力センサの異常の有無を判定し、その結果、該吸気管圧力センサが正常と判定されたときに、前記第１吸入空気量と前記第２吸入空気量とを比較して前記吸入空気量センサの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の吸気系センサの異常診断装置。
3. 前記第１吸入空気量に基づいて燃料噴射量を決定するシステムに適用され、
   前記異常診断手段は、前記空燃比センサで検出した空燃比が所定範囲外となる状態が所定時間継続したときに、前記第１吸入空気量と前記第２吸入空気量とを比較して前記吸入空気量センサの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の吸気系センサの異常診断装置。
4. 前記第２吸入空気量に基づいて燃料噴射量を決定するシステムに適用され、
   前記異常診断手段は、前記第１吸入空気量と前記第３吸入空気量とを比較して前記吸入空気量センサの異常の有無を判定し、その結果、該吸入空気量センサが正常と判定されたときに、前記第１吸入空気量と前記第２吸入空気量とを比較して前記吸気管圧力センサの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の吸気系センサの異常診断装置。
5. 前記第２吸入空気量に基づいて燃料噴射量を決定するシステムに適用され、
   前記異常診断手段は、前記空燃比センサで検出した空燃比が所定範囲外となる状態が所定時間継続したときに、前記第１吸入空気量と前記第２吸入空気量とを比較して前記吸気管圧力センサの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１又は４に記載の吸気系センサの異常診断装置。
6. 前記異常診断手段は、内燃機関の運転状態が定常状態のときに前記吸入空気量センサ及び／又は前記吸気管圧力センサの異常の有無を判定する処理を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の吸気系センサの異常診断装置。
7. 前記異常診断手段は、前記第１吸入空気量と前記第３吸入空気量、もしくは前記第２吸入空気量と前記第３吸入空気量が所定値以下のときに前記吸入空気量センサ及び／又は前記吸気管圧力センサの異常の有無を判定する処理を禁止することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の吸気系センサの異常診断装置。
8. 前記異常診断手段は、前記空燃比センサで検出した空燃比が所定範囲内のときに前記吸入空気量センサ及び／又は前記吸気管圧力センサの異常の有無を判定する処理を実行することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の吸気系センサの異常診断装置。

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