JP4345853B2 - 吸気系センサの異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気管圧力又は吸入空気量を検出する吸気系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ものである。

近年、低燃費、低排気エミッション、高出力の特長を兼ね備えた筒内噴射式エンジン（いわゆる直噴エンジン）の需要が急増している。この筒内噴射式エンジンは、エンジン運転状態に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換え、成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して混合気を成層燃焼（リーン燃焼）させ、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して混合気を均質燃焼（ストイキ又はリッチ燃焼）させるようにしている。

一般に、筒内噴射式エンジンでは、均質燃焼モード運転中に吸気管圧力センサの出力に基づいて空燃比制御やＥＧＲ制御（排出ガス還流制御）等を行うようにしているため、これらの制御の信頼性を確保するためには、吸気管圧力センサの異常診断を行う必要がある。

そこで、例えば特許文献１（特許第２５１８３１７号公報）に示すように、所定期間毎に吸気管圧力センサで検出した吸気管圧力（検出値）とスロットル開度等に基づいて算出した吸気管圧力（推定値）とを比較して吸気管圧力センサの異常の有無を診断するようにしたものがある。
特許第２５１８３１７号公報（第２頁等）

ところで、筒内噴射式エンジンでは、リーン燃焼させる成層燃焼モード運転中は、スロットル開度がほぼ全開に維持されて吸気管圧力がほぼ一定（大気圧付近）に維持されるため、この成層燃焼モード運転中に吸気管圧力センサの異常診断を実行しても、吸気管圧力が大気圧付近の状態でしか異常診断を行うことができず、吸気管圧力の変化に対する吸気管圧力センサの応答性・追従性等を評価することができないため、吸気管圧力センサの異常の有無を精度良く診断することができない。

一方、ストイキ又はリッチ燃焼させる均質燃焼モード運転中は、アクセル開度等に応じてスロットル開度が変化して吸気管圧力が変化するため、この均質燃焼モード運転中に吸気管圧力センサの異常診断を実行すれば、上記の問題を解決できるものと思われる。

この観点から、均質燃焼モード運転中のみに吸気管圧力センサの異常診断を実行することが考えられるが、このようにすると、車両の運転方法、走行パターン等によっては、成層燃焼モード運転の継続時間が長くなったり、成層燃焼モード運転の頻度が多くなったりして、均質燃焼モード運転中に実行される吸気管圧力センサの異常診断の回数が少なくなってしまい、吸気管圧力センサの異常診断の実行頻度を適度に確保できない可能性がある。このため、吸気管圧力センサの異常が発生しても、それを早期に検出することができない可能性がある。このような問題は、吸入空気量を検出するエアフローメータの異常診断に関しても同様に起こり得る。

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、従ってその目的は、吸気系センサ（吸気管圧力センサ、エアフローメータ等）の異常診断の実行頻度を確保することができ、吸気系センサの異常を早期に検出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、本発明の請求項１の吸気系センサの異常診断装置は、燃焼モード切換要求に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを燃焼モード切換制御手段により切り換え、内燃機関の吸気管圧力又は吸入空気量を検出する吸気系センサの異常の有無をセンサ異常診断手段により診断するシステムにおいて、センサ異常診断手段は、前記燃焼モードの切換時に少なくとも前記吸気系センサの出力を用いて前記吸気系センサの異常診断を実行し、前記吸気系センサの異常の有無を診断する際に排出ガスセンサで検出した空燃比と推定した空燃比のうちの少なくとも一方を用いて前記燃焼モードの切り換えを確認するようにしたものである。

成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換えるときは、スロットル開度が切り換えられて吸気管圧力や吸入空気量が変化するため、吸気系センサの出力に基づいて該吸気系センサの応答性・追従性等を評価することができ、吸気系センサの異常の有無を精度良く診断することができる。従って、燃焼モード切換中に吸気系センサの異常診断を実行するようにすれば、その分、異常診断の実行回数を多くすることができるので、均質燃焼モード運転の頻度が少なくなって均質燃焼モード運転中に実行される異常診断の回数が少なくなる条件下でも、異常診断の実行頻度を確保することができ、吸気系センサの異常発生時にその異常を早期に検出することができる。

ところで、吸気系センサの異常診断時に、何等かの原因で、燃焼モードの切り換えが正常に行われなかった場合には、吸気管圧力や吸入空気量の挙動が正常時とは異なる挙動を示すため、吸気系センサが正常であるにも拘らず吸気系センサの異常有りと誤診断してしまう可能性がある。

この対策として、吸気系センサの異常の有無を診断する際に空燃比に基づいて燃焼モードの切り換えが正常に行われたかどうかを確認する。吸気系センサの異常診断時に、燃焼モードの切り換えが正常に行われたかどうかを、空燃比が切り換え先の燃焼モードに対応した空燃比になったか否によって判定すれば良い。これにより、燃焼モードの切り換えが正常に行われなかったと判定された場合には、吸気系センサの異常有りと診断せずに済み、誤診断を未然に防止することができる。

この場合、燃焼モードの切り換えを確認するのに用いる空燃比は、排出ガスセンサで検出した空燃比と推定した空燃比のうちの少なくとも一方を用いる。検出空燃比と推定空燃比のいずれを用いても、燃焼モードの切り換えが正常に行われたかどうかを精度良く判定することができる。

＜実施形態（１）＞
以下、本発明の実施形態（１）を図１乃至図１１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。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン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（吸気系センサ）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、ＤＣモータ等のモータ１５によって駆動されるスロットルバルブ１６が設けられ、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１７によって検出される。

また、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、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９（吸気系センサ）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に、筒内の気流強度（スワール流強度やタンブル流強度）を制御する気流制御弁３１が設けられている。

エンジン１１の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。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。また、エンジン１１の吸気バルブ３７と排気バルブ３８には、それぞれバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構３９，４０が設けられている。

エンジン１１のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノックセンサ３２と、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３とが取り付けられている。また、クランク軸（図示せず）の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ２４が取り付けられている。このクランク角センサ２４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。

一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスを浄化する上流側触媒２６と下流側触媒２７が設けられ、上流側触媒２６の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２８（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。本実施形態では、上流側触媒２６としてストイキ付近で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒が設けられ、下流側触媒２７としてＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が設けられている。このＮＯｘ触媒２７は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排出ガスの空燃比がストイキ比付近又はリッチになったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する特性を持っている。

また、排気管２５のうちの上流側触媒２６の下流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側のサージタンク１８との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管３３が接続され、このＥＧＲ配管３３の途中に排出ガス還流量（ＥＧＲ量）を制御するＥＧＲ弁３４が設けられている。また、アクセルペダル３５の踏込量（アクセル開度）がアクセルセンサ３６によって検出される。

また、サージタンク１８には、負圧導入配管４１を介してブレーキブースタ４２が接続され、このブレーキブースタ４２の負圧室（図示せず）には、該負圧室内の圧力（負圧）を検出するブレーキ負圧センサ４３が設けられている。尚、負圧導入配管４１は、スロットルバルブ１６とサージタンク１８との間の吸気管１２に接続するようにしても良い。

前述した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）３０に入力される。このＥＣＵ３０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）に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ２２の点火時期等を制御する。

このＥＣＵ３０は、後述する図２乃至図７に示す各ルーチンを実行することで、燃焼モード切換制御手段として機能し、エンジン運転状態（要求トルクやエンジン回転速度等）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える。成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ２２の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼（リーン燃焼）させることで、燃費を向上させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼（ストイキ又はリッチ燃焼）させることで、エンジン出力を高める。

その際、ＥＣＵ３０は、成層燃焼モード運転中にＮＯｘパージ要求が発生したときに一時的に均質燃焼モードに切り換えてＮＯｘ触媒２７の吸蔵ＮＯｘを還元浄化するＮＯｘパージ制御を実行し、成層燃焼モード運転中にブレーキ負圧要求が発生したときに一時的に均質燃焼モードに切り換えて吸気管１２内の負圧を大きくしてブレーキブースタ４２に導入する負圧を確保するブレーキ負圧制御を実行する。

また、ＥＣＵ３０は、図８及び図９に示す吸気管圧力センサの異常診断ルーチンを実行することで、センサ異常診断手段として機能し、（１）エンジン運転状態に応じて燃焼モードを切り換えるとき、（２）ＮＯｘパージ制御により燃焼モードを切り換えるとき、（３）ブレーキ負圧制御により燃焼モードを切り換えるときに、吸気管圧力センサ１９の出力変化に基づいて吸気管圧力センサ１９の異常の有無を診断する。

以下、ＥＣＵ３０が実行する図２乃至図９に示す各ルーチンの処理内容を説明する。

［エンジン制御メインルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行される。本メインルーチンが起動されると、まずステップ１００で、アクセル開度とエンジン回転速度等に基づいて要求トルクを算出する。この後、ステップ２００に進み、図３の燃焼モード決定ルーチンを実行して燃焼モードを決定した後、ステップ３００に進み、図４の燃焼モード切換制御ルーチンを実行して、燃焼モード切換要求があれば、燃焼モード切換制御を実行し、次のステップ４００〜６００で、図５の空気系制御ルーチン、図６の燃料系制御ルーチン、図７の点火系制御ルーチンを実行して、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを後述するタイミングで切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えて燃焼モードを切り換える。

［燃焼モード決定ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ２００で、図３の燃焼モード決定ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、要求燃焼モード判定マップを検索して現在のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と要求トルク）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれか一方を要求燃焼モードとして選択する。この要求燃焼モード判定マップは、低回転、低トルク領域では、燃費節減を優先して成層燃焼モードが選択され、一方、高回転、高トルク領域では、エンジン出力を優先して均質燃焼モードが選択されるように設定されている。
但し、エンジン運転状態に応じて選択した要求燃焼モードが成層燃焼モードの場合でも、ＮＯｘパージ要求が発生したとき又はブレーキ負圧要求が発生したときには、要求燃焼モードを一時的に均質燃焼モードに切り換える。

この後、ステップ２０２に進み、要求燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば、ステップ２０３に進み、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０４に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０４を飛び越して、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに維持する。

前記ステップ２０２で、要求燃焼モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合には、ステップ２０７に進み、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０８に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０９に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０８を飛び越して、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを成層燃焼モードに維持する。

［燃焼モード切換制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ３００で、図４の燃焼モード切換制御ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、燃焼モード切換中フラグがＯＮであるか否かによって燃焼モード切換中であるか否かを判定し、燃焼モード切換中でなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、燃焼モード切換中であれば、ステップ３０２に進み、要求燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが成層燃焼モードでなければ（つまり要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば）、ステップ３０３に進み、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリッチであるか否かで、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリーンである（実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域に入っていない）と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

その後、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりもリッチになって実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ３０４に進み、燃料系制御モードを均質燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを吸気行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦして本ルーチンを終了する。これにより、実燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わる。

また、燃焼モード切換中で、且つ要求燃焼モードが成層燃焼モードであると判定された場合（ステップ３０１、３０２で共に「Ｙｅｓ」と判定された場合）は、ステップ３０６に進み、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリーンであるか否かで、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリッチである（実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域に入っていない）と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

その後、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリーンになって実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ３０８に進み、燃料系制御モードを成層燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを圧縮行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦして本ルーチンを終了する。これにより、実燃焼モードが成層燃焼モードに切り換わる。

［空気系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ４００で、図５の空気系制御ルーチンが起動されると、まずステップ４０１で、空気系制御モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ４０２に進み、空気系の制御パラメータ（スロットル開度等）の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。

一方、上記ステップ４０１で、空気系制御モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ４０３に進み、空気系の制御パラメータの目標値として、それぞれ成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。

［燃料系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ５００で、図６の燃料系制御ルーチンが起動されると、まずステップ５０１で、燃料系制御モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ５０２に進み、燃料系の制御パラメータ（燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料圧力等）の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。

また、上記ステップ５０１で、燃料系制御モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ５０３に進み、燃料系の制御パラメータの目標値として、それぞれ成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。

［点火系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ６００で、図７の点火系制御ルーチンが起動されると、まずステップ６０１で、点火系制御モード（＝燃料系制御モード）が均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ６０２に進み、点火系の制御パラメータ（点火時期）の目標値として、均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。

また、上記ステップ６０１で、点火系制御モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ６０３に進み、点火系の制御パラメータの目標値として、成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。

［吸気管圧力センサの異常診断ルーチン］
図８及び図９の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ７０１〜７０３で、車両の自己診断機能の診断結果に基づいて、スロットル制御系、ＥＧＲ制御系、バルブタイミング制御系が全て正常であるか否かを判定する。その結果、スロットル制御系、ＥＧＲ制御系、バルブタイミング制御系のうちのいずれか１つでも異常である判定された場合には、吸気管圧力センサ１９の異常診断を行える状況ではないと判断して、ステップ７０４以降の吸気管圧力センサ１９の異常診断に関する処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ７０１〜７０３で、スロットル制御系、ＥＧＲ制御系、バルブタイミング制御系が全て正常であると判定された場合には、ステップ７０４以降の吸気管圧力センサ１９の異常診断に関する処理を次のようにして行う。

まず、ステップ７０４で、燃焼モード切換中であるか否かを燃焼モード切換中フラグがＯＮであるか否かによって判定し、燃焼モード切換中であると判定されれば、ステップ７０５に進み、異常診断中であるか否かを異常診断中フラグがＯＮであるか否かによって判定する。

燃焼モード切換中と判定された後の初回（つまり燃焼モード切換開始時）は、異常診断中フラグがＯＦＦされているため、ステップ７０５で異常診断中でないと判定されて、ステップ７０６に進み、燃焼モード切換開始時の吸気管圧力センサ１９の出力値ＭＡＰ０を読み込んだ後、ステップ７０７に進み、異常診断中フラグをＯＮして、本ルーチンを終了する。

異常診断中フラグをＯＮした後は、上記ステップ７０５で異常診断中と判定されるため、上記ステップ７０６、７０７の処理を行わずに、本ルーチンを終了する。

その後、燃料モードの切り換えが終了して、上記ステップ７０４で、燃焼モード切換中でないと判定されたときに、図９のステップ７０８に進み、異常診断中であるか否かを判定する。

燃焼モード切換中でないと判定されてからの初回（つまり燃焼モード切換終了時）は、異常診断中フラグがＯＮされているため、ステップ７０８で異常診断中と判定されて、ステップ７０９に進み、燃焼モード切換終了時の吸気管圧力センサ１９の出力値ＭＡＰ１を読み込んだ後、ステップ７１０に進み、異常診断中フラグをＯＦＦする。

この後、ステップ７１１に進み、燃焼モード切換中に生じる吸気管圧力センサ１９の出力変化の情報として、吸気管圧力センサ１９の燃焼モード切換開始時の出力値ＭＡＰ０と燃焼モード切換終了時の出力値ＭＡＰ１との差（燃焼モード切換前後の出力変化量）の絶対値ΔＭＡＰを算出する。

ΔＭＡＰ＝｜ＭＡＰ０−ＭＡＰ１｜
この後、燃焼モード切換前後の吸気管圧力センサ１９の出力変化量ΔＭＡＰが異常判定値Ｋよりも小さいか否かを判定する。燃焼モード切換中の吸気管圧力センサ１９の出力の挙動はエンジン運転状態に応じて変化するため、異常判定値Ｋはエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と要求トルク）に応じてマップ又は数式等により設定される。

その結果、吸気管圧力センサ１９の出力変化変化量ΔＭＡＰが異常判定値Ｋよりも小さいと判定された場合には、ステップ７１３に進み、吸気管圧力センサ１９の異常（故障等）有りと判定して異常フラグをＯＮし、運転席のインストルメントパネルに設けられた警告ランプ（図示せず）を点灯したり、或はインストルメントパネルの警告表示部（図示せず）に警告表示して運転者に警告すると共に、その異常情報（異常コード等）をＥＣＵ３０のバックアップＲＡＭ（図示せず）に記憶して、本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ７１２で、吸気管圧力センサ１９の出力変化量ΔＭＡＰが異常判定値Ｋ以上であると判定された場合には、ステップ７１４に進み、吸気管圧力センサ１９の異常無し（正常）と判定して異常診断中フラグをＯＦＦし、本ルーチンを終了する。

異常診断中フラグをＯＦＦした後は、上記ステップ７０８で異常診断中でないと判定されるため、ステップ７０９〜７１４の処理を行わずに、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施形態（１）の実行例を図１０及び図１１のタイムチャートを用いて説明する。エンジン運転状態、ＮＯｘパージ要求、ブレーキ負圧要求のいずれかに応じて要求燃焼モードが切り換わって燃焼モード切換中フラグがＯＮされたときに、燃焼モード切換開始時の吸気管圧力センサ１９の出力値ＭＡＰ０を読み込む。その後、実燃焼モードが切り換わって燃焼モード切換中フラグがＯＦＦされたときに、燃焼モード切換終了時の吸気管圧力センサ１９の出力値ＭＡＰ１を読み込み、燃焼モード切換開始時のセンサ出力値ＭＡＰ０と燃焼モード切換終了時のセンサ出力値ＭＡＰ１とを用いて、燃焼モード切換前後の吸気管圧力センサ１９の出力変化量ΔＭＡＰ＝｜ＭＡＰ０−ＭＡＰ１｜を求める。

そして、この吸気管圧力センサ１９の出力変化量ΔＭＡＰを異常判定値Ｋと比較し、図１０に示すように、出力変化量ΔＭＡＰが異常判定値Ｋ以上の場合には、吸気管圧力センサ１９の異常無し（正常）と判定する。一方、図１１に示すように、吸気管圧力センサ１９の出力変化量ΔＭＡＰが異常判定値Ｋよりも小さい場合には、吸気管圧力センサ１９の異常（故障等）有りと判定する。

成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換えるときは、スロットル開度が切り換えられて吸気管圧力が変化するため、燃焼モード切換中の吸気管圧力センサ１９の出力変化を監視すれば、吸気管圧力センサ１９の応答性・追従性等を精度良く評価することができ、吸気管圧力センサ１９の異常の有無を精度良く診断することができる。この点に着目して本実施形態（１）では、燃焼モード切換時に吸気管圧力センサ１９の異常診断を実行するようにしたので、エンジン運転状態に応じた燃焼モードの切り換えのみならず、ＮＯｘパージ制御による燃焼モードの切り換えやブレーキ負圧制御による燃焼モードの切り換えを利用して吸気管圧力センサ１９の異常診断を実行することができる。これにより、成層燃焼モード運転の時間が長くなって均質燃焼モード運転の頻度が少なくなる条件下でも、吸気管圧力センサ１９の異常診断の実行頻度を確保することができ、吸気管圧力センサ１９の異常発生時にその異常を早期に検出することができる。
尚、燃焼モード切換時に吸気管圧力センサ１９の異常診断を実行するのに加えて、均質燃焼モード運転中に所定の診断実行条件が成立する毎に吸気管圧力センサ１９の異常診断を実行するようにしても良い。

＜実施形態（２）＞
ところで、吸気管圧力センサ１９の異常診断時に、何等かの原因で、燃焼モードの切れ換えが正常に行われなかった場合には、吸気管圧力センサ１９が正常であるにも拘らず吸気管圧力センサ１９の異常有りと誤診断してしまう可能性がある。

この対策として、図１２乃至図１４に示す本発明の実施形態（２）では、燃焼モード切換前後の吸気管圧力センサ１９の出力変化量に基づいて吸気管圧力センサ１９の異常の有無を診断する際に、空燃比Ａ／Ｆに基づいて燃焼モードの切り換えが正常に行われたかどうかを確認し、もし、燃焼モードの切り換えが正常に行われていないと判断される場合は、吸気管圧力センサ１９の異常有りと診断しないようにしている。

本実施形態（２）では、前記実施形態（１）で説明した図８及び図９の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンのうち図９の処理を図１２の処理に置き換えたルーチンを実行する。図１２のルーチンは、前記実施形態（１）で説明した図９のルーチンのステップ７１２の後に、ステップ７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃの処理を追加したものであり、それ以外の各ステップの処理は図９と同じである。
図１２のルーチンでは、ステップ７１２で、吸気管圧力センサ１９の出力変化量ΔＭＡＰが異常判定値Ｋよりも小さいと判定された場合（吸気管圧力センサ１９の異常が疑われる場合）に、ステップ７１２ａに進み、要求燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定する。その結果、要求燃焼モードが成層燃焼モードであると判定された場合、つまり、均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられた場合には、ステップ７１２ｂに進み、排出ガスセンサ２８で検出した空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼モード判定値Ａ１よりもリーンであるか否かを判定する。尚、空燃比Ａ／Ｆは、吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて算出した推定空燃比を用いるようにしても良い。

その結果、空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼モード判定値Ａ１よりもリーンであると判定された場合には、燃焼モードの切り換えが正常に行われたと判断して、ステップ７１３に進み、上記ステップ７１２による異常診断結果をそのまま最終的な診断結果とし、吸気管圧力センサ１９の異常（故障等）有りと診断して異常フラグをＯＮする。

これに対して、空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼モード判定値Ａ１よりもリーンになっていないと判定された場合には、燃焼モードの切り換えが正常に行われていないため、吸気管圧力センサ１９の異常診断を行える状況ではないと判断して、ステップ７１４に進み、上記ステップ７１２による異常診断結果を無効にして、最終的に、吸気管圧力センサ１９の異常無しと判定して異常フラグをＯＦＦする。

一方、上記ステップ７１２ａで、要求燃焼モードが成層燃焼モードでない（均質燃焼モードである）と判定された場合、つまり、成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられた場合には、ステップ７１２ｃに進み、空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼モード判定値Ａ０よりもリッチであるか否かを判定する。

その結果、空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼モード判定値Ａ０よりもリッチであると判定された場合には、燃焼モードの切り換えが正常に行われたと判断して、ステップ７１３に進み、最終的に、吸気管圧力センサ１９の異常（故障等）有りと判定して異常フラグをＯＮする。

これに対して、空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼モード判定値Ａ０よりもリッチになっていないと判定された場合には、空気系の燃焼モード切換が正常に行われていないため、吸気管圧力センサ１９の異常診断を行える状況ではないと判断して、ステップ７１４に進み、吸気管圧力センサ１９の異常無しと判定して異常フラグをＯＦＦする。

以上説明した本実施形態（２）によれば、図１３及び図１４に示すように、成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときに空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼モード判定値Ａ０よりもリッチであれば（又は均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときに空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼モード判定値Ａ１よりもリーンであれば）、燃焼モードの切り換えが正常に行われたと判断して、吸気管圧力センサ１９の出力変化量ΔＭＡＰが異常判定値Ｋ以上の場合に吸気管圧力センサ１９の異常無しと判定し（図１３参照）、吸気管圧力センサ１９の出力変化量ΔＭＡＰが異常判定値Ｋよりも小さい場合に吸気管圧力センサ１９の異常有りと判定する（図１４参照）。

一方、成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときに空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼モード判定値Ａ０よりもリーンであれば（又は均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときに空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼モード判定値Ａ１よりもリッチであれば）、燃焼モードの切り換えが正常に行われていないと判断して、吸気管圧力センサ１９の出力変化量ΔＭＡＰが異常判定値Ｋよりも小さい場合でも吸気管圧力センサ１９の異常無しと判定する。これにより、燃焼モードの切り換えが正常に行われなかった場合に、吸気管圧力センサ１９が正常であるにも拘らず吸気管圧力センサ１９の異常有り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。

尚、上記各実施形態（１）、（２）では、燃焼モード切換中に生じる吸気管圧力センサ１９の出力変化の情報として、吸気管圧力センサ１９の燃焼モード切換前後の出力変化量ΔＭＡＰを算出するようにしたが、出力変化量ΔＭＡＰの代わりに、燃焼モード切換中の吸気管圧力センサ１９の出力変化率（出力変化速度）を算出し、この吸気管圧力センサ１９の出力変化率を異常判定値と比較して吸気管圧力センサ１９の異常の有無を診断するようにしても良い。

この他、吸気管圧力センサ１９の出力変化に関連する他の情報や吸気管圧力センサ１９の出力に関連する様々な情報を用いて吸気管圧力センサ１９の異常の有無を診断するようにしても良い。

＜実施形態（３）＞
次に、本発明の実施形態（３）を図１５乃至図１７を用いて説明する。前述したブレーキ負圧制御を実行するシステムでは、ブレーキ負圧制御（成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切り換え）によって吸気管１２内の負圧が大きくなり、その負圧がブレーキブースタ４２に導入されるため、吸気管圧力センサ１９が正常であれば、ブレーキ負圧制御の実行中に吸気管圧力センサ１９の出力とブレーキ負圧センサ４３の出力は、ほぼ同じ挙動を示すはずである。

この点に着目して、本実施形態（３）では、後述する図１５の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンを実行することで、ブレーキ負圧制御の実行中に吸気管圧力センサ１９の出力とブレーキ負圧センサ４３の出力とを比較して吸気管圧力センサ１９の異常の有無を診断するようにしている。

図１５の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ８０１〜８０３で、車両の自己診断機能の診断結果に基づいて、スロットル制御系、ＥＧＲ制御系、バルブタイミング制御系が全て正常であるか否かを判定する。その結果、スロットル制御系、ＥＧＲ制御系、バルブタイミング制御系のうちのいずれか１つでも異常である判定された場合には、吸気管圧力センサ１９の異常診断を行える状況ではないと判断して、ステップ８０４以降の吸気管圧力センサ１９の異常診断に関する処理を実行することなく、ステップ８１２に進み、後述する異常カウンタをクリアして、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ８０１〜８０３で、スロットル制御系、ＥＧＲ制御系、バルブタイミング制御系が全て正常であると判定された場合には、ステップ８０４以降の吸気管圧力センサ１９の異常診断に関する処理を次のようにして行う。

まず、ステップ８０４で、ブレーキ負圧制御中であるか否かを判定し、ブレーキ負圧制御中でないと判定されれば、ステップ８１２に進み、異常カウンタをクリアして、本ルーチンを終了する。

その後、上記ステップ８０４で、ブレーキ負圧制御中であると判定されたときに、ステップ８０５に進み、吸気管圧力センサ１９の出力値ＭＡＰを読み込むと共に、ブレーキ負圧センサ４３の出力値ＢＲＰを読み込んだ後、ステップ８０６に進み、吸気管圧力センサ１９の出力値ＭＡＰとブレーキ負圧センサ４３の出力値ＢＲＰとの差圧（ＭＡＰ−ＢＲＰ）が所定値ＤＰよりも大きいか否かを判定する。

その結果、差圧（ＭＡＰ−ＢＲＰ）が所定値ＤＰよりも大きければ、ステップ８０７に進み、異常カウンタをカウントアップする。一方、差圧（ＭＡＰ−ＢＲＰ）が所定値ＤＰ以下であれば、ステップ８０８に進み、異常カウンタをカウントダウンする。

この後、ステップ８０９に進み、異常カウンタのカウント値が異常判定値ＫＴよりも大きいか否かを判定する。その結果、異常カウンタのカウント値が異常判定値ＫＴよりも大きいと判定された場合には、ステップ８１０に進み、吸気管圧力センサ１９の異常（故障等）有りと判定して異常フラグをＯＮし、運転席のインストルメントパネルに設けられた警告ランプ（図示せず）を点灯したり、或はインストルメントパネルの警告表示部（図示せず）に警告表示して運転者に警告すると共に、その異常情報（異常コード等）をＥＣＵ３０のバックアップＲＡＭ（図示せず）に記憶して、本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ８０９で、異常カウンタのカウント値が異常判定値ＫＴ以下であると判定された場合には、まだ吸気管圧力センサ１９の異常有りとは判定せず、ステップ８１１に進み、吸気管圧力センサ１９の異常無し（正常）と判定して異常フラグをＯＦＦ状態に維持し、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施形態（３）によれば、図１６及び図１７に示すように、ブレーキ負圧制御中に所定周期で吸気管圧力センサ１９の出力値ＭＡＰとブレーキ負圧センサ４３の出力値ＢＲＰとの差圧（ＭＡＰ−ＢＲＰ）を算出し、この差圧（ＭＡＰ−ＢＲＰ）が所定値ＤＰよりも大きければ、異常カウンタをカウントアップし、差圧（ＭＡＰ−ＢＲＰ）が所定値ＤＰ以下であれば、異常カウンタをカウントダウンする。

そして、図１６に示すように、異常カウンタのカウント値が異常判定値ＫＴを越えなかった場合には、吸気管圧力センサ１９の異常無し（正常）と判定する。一方、図１７に示すように、異常カウンタのカウント値が異常判定値ＫＴを越えた場合には、吸気管圧力センサ１９の異常（故障等）有りと判定する。

以上説明した本実施形態（３）のようにしても、吸気管圧力センサ１９の異常の有無を精度良く診断することができると共に、異常診断の実行回数を多くすることができて、異常診断の実行頻度を確保することができ、吸気管圧力センサ１９の異常を早期に検出することができる。

＜実施形態（４）＞
図１８に示す本発明の実施形態（４）では、ブレーキ負圧制御中に吸気管圧力センサ１９の出力とブレーキ負圧センサ４３の出力とを比較して吸気管圧力センサ１９の異常の有無を診断する際に、空燃比Ａ／Ｆに基づいて燃焼モードの切り換えが正常に行われたかどうかを確認し、もし、燃焼モードの切り換えが正常に行われていないと判断される場合は、吸気管圧力センサ１９の異常有りと診断しないようにしている。

本実施形態（４）で実行する図１８の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンは、上記実施形態（３）で説明した図１５のルーチンのステップ８０６の後に、ステップ８０６ａの処理を追加したものであり、それ以外の各ステップの処理は図１５と同じである。

図１８のルーチンでは、ステップ８０６で、吸気管圧力センサ１９の出力値ＭＡＰとブレーキ負圧センサ４３の出力値ＢＲＰとの差圧（ＭＡＰ−ＢＲＰ）が所定値ＤＰよりも大きいと判定された場合に、ステップ８０６ａに進み、排出ガスセンサ２８で検出した空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼モード判定値Ａ０よりもリッチであるか否かを判定する。尚、空燃比Ａ／Ｆは、吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて算出した推定空燃比を用いるようにしても良い。

その結果、空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼モード判定値Ａ０よりもリッチであると判定された場合には、燃焼モードの切り換えが正常に行われたと判断して、ステップ８０７に進み、異常カウンタをカウントアップする。

これに対して、空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼モード判定値Ａ０よりもリッチになっていないと判定された場合には、燃焼モードの切り換えが正常に行われていないため、吸気管圧力センサ１９の異常診断を行える状況ではないと判断して、ステップ８０８に進み、異常カウンタをカウントダウンする。これにより、異常カウンタのカウント値が異常判定値ＫＴを越えないようにする。

以上説明した本実施形態（４）では、ブレーキ負圧制御時に燃焼モードの切り換えが正常に行われなかった場合に、吸気管圧力センサ１９の異常有りと診断しないようにしたので、吸気管圧力センサ１９が正常であるにも拘らず吸気管圧力センサ１９の異常有り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。
尚、上記各実施形態（１）〜（４）では、本発明を吸気管圧力センサ１９の異常診断に適用したが、本発明をエアフローメータ１４の異常診断に適用しても良い。

その他、本発明は、筒内噴射式のエンジンのみに限定されず、リーンバーンエンジン（燃焼モード切換可能な吸気ポート噴射エンジン）にも同様に適用して実施することができる。

本発明の実施形態（１）におけるエンジン制御システム全体の概略構成図 エンジン制御メインルーチンの処理の流れを示すフローチャート 燃焼モード決定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート 燃焼モード切換制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート 空気系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート 燃料系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート 点火系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート 実施形態（１）の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その１） 実施形態（１）の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その２） 実施形態（１）の吸気管圧力センサ正常時の実行例を示すタイムチャート 実施形態（１）の吸気管圧力センサ異常時の実行例を示すタイムチャート 実施形態（２）の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンの主要部の処理の流れを示すフローチャート 実施形態（２）の吸気管圧力センサ正常時の実行例を示すタイムチャート 実施形態（２）の吸気管圧力センサ異常時の実行例を示すタイムチャート 実施形態（３）の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャート 実施形態（３）の吸気管圧力センサ正常時の実行例を示すタイムチャート 実施形態（３）の吸気管圧力センサ異常時の実行例を示すタイムチャート 実施形態（４）の吸気管圧力センサの異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャート

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（吸気系センサ）、１６…スロットルバルブ、１９…吸気管圧力センサ（吸気系センサ）、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２５…排気管、２６…上流側触媒（三元触媒）、２７…ＮＯｘ触媒、３０…ＥＣＵ（センサ異常診断手段，燃焼モード切換制御手段）。

Claims (1)

1. 燃焼モード切換要求に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える燃焼モード切換制御手段と、内燃機関の吸気管圧力又は吸入空気量を検出する吸気系センサの異常の有無を診断するセンサ異常診断手段とを備えた吸気系センサの異常診断装置において、
   前記センサ異常診断手段は、前記燃焼モードの切換時に少なくとも前記吸気系センサの出力を用いて前記吸気系センサの異常診断を実行し、前記吸気系センサの異常の有無を診断する際に排出ガスセンサで検出した空燃比と推定した空燃比のうちの少なくとも一方を用いて前記燃焼モードの切り換えを確認することを特徴とする吸気系センサの異常診断装置。

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