JP4655229B2 - 内燃機関の吸気システムの異常診断装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の二系統の吸気通路にそれぞれエアクリーナとエアフローメータとを設けた吸気システムの異常診断装置に関するものである。
車両に搭載される内燃機関においては、例えば、特許文献1(特開2005−337045号公報)に記載されているように、吸気通路のうちのスロットルバルブよりも上流部を二系統に分岐し、各系統の吸気通路にそれぞれエアクリーナとエアフローメータとを設けた吸気システムを採用したものがある。
このような吸気システムでは、各吸気通路のエアクリーナの製造ばらつきや経時変化等によって各吸気通路を流れる吸入空気流量にばらつきが生じるが、特に一方の吸気通路のエアクリーナの塵埃等の付着による目詰まりによって当該吸気通路のエアクリーナの圧力損失(通気抵抗)が大きくなると、低吸入空気流量領域で各吸気通路のエアクリーナの圧力損失の差の影響が大きくなって各吸気通路の吸入空気流量のばらつき度合が大きくなるという問題が発生する。
そこで、上記特許文献1では、各吸気通路のエアフローメータで検出した吸入空気流量の差に基づいて、いずれかのエアクリーナの異常(目詰まり)を検出するようにしている。
特開2005−337045号公報(第1頁、第2図等)
上記特許文献1のように、各吸気通路のエアフローメータで検出した吸入空気流量の差に基づいた異常診断では、吸入空気流量に応じて変化する圧力損失の影響を排除することができないため、異常の誤検出を防止するには、吸入空気流量の差を判定するための異常判定値を大きめに設定したり、異常診断を行う吸入空気流量領域を狭い範囲に限定する必要がある。しかし、異常判定値を大きめに設定すると、異常検出精度が低下するという問題が生じる。また、異常診断を行う吸入空気流量領域を狭い範囲に限定すると、特定の吸入空気流量領域でしか異常を検出できないという問題が生じる。
本発明は、これらの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、二系統の吸気通路を備えた内燃機関において、吸入空気流量のほぼ全領域で異常診断精度を向上させることができる内燃機関の吸気システム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、内燃機関の吸気通路の上流側が二系統に分岐され、各系統の吸気通路にそれぞれ吸入空気中の異物を除去するエアクリーナと吸入空気流量を検出するエアフローメータとを設けた吸気システムにおいて、吸入空気流量検出手段によって各吸気通路のエアフローメータの出力に基づいて該吸気通路の検出吸入空気流量を算出すると共に、吸入空気流量推定手段によって一方の吸気通路のエアフローメータの出力に基づいて他方の吸気通路の圧力損失の影響を考慮して当該他方の吸気通路の推定吸入空気流量を算出するという処理を各吸気通路毎に実行し、異常判定手段によって各吸気通路の検出吸入空気流量と推定吸入空気流量とを比較して吸入空気流量の異常の有無を判定するようにしたものである。
この構成では、一方の吸気通路のエアフローメータの出力(一方の吸気通路の吸入空気流量)に基づいて他方の吸気通路の推定吸入空気流量を算出する際に、吸入空気流量に応じて変化する圧力損失の影響を考慮して推定吸入空気流量を算出することができるため、各吸気通路の検出吸入空気流量と推定吸入空気流量とを比較することで、吸入空気流量に応じて変化する圧力損失の影響を低減することが可能となり、吸入空気流量のほぼ全領域で異常の有無を精度良く判定することができる。
この場合、推定吸入空気流量の算出は、請求項2のように、一方の吸気通路のエアフローメータの出力に基づいて他方の吸気通路のベース推定吸入空気流量を算出し、該ベース推定吸入空気流量を内燃機関の運転状態に応じて補正して他方の吸気通路の推定吸入空気流量を算出するという処理を各吸気通路毎に実行するようにしても良い。このようにすれば、一方の吸気通路のエアフローメータの出力(一方の吸気通路の吸入空気流量)と他方の吸気通路の吸入空気流量との関係が内燃機関の運転状態に応じて変化するのに対応して、他方の吸気通路の推定吸入空気流量を補正することができ、推定吸入空気流量を精度良く算出することができる。
また、請求項3のように、検出吸入空気流量が推定吸入空気流量に基づいて設定された所定範囲を越えた場合に吸入空気流量の異常有りと判定するようにしても良い。つまり、いずれかの吸気通路の検出吸入空気流量が推定吸入空気流量に対して正常範囲を越えて大きく離れている場合には、その吸気通路の吸入空気流量の異常有りと判定することができる。
この場合、請求項4のように、検出吸入空気流量が推定吸入空気流量に基づいて設定された所定判定値よりも小さい場合にエアクリーナの目詰まり又は吸入空気の漏れと判定するようにしても良い。エアクリーナが目詰まりした場合や吸入空気の漏れが発生した場合には、エアフローメータで検出する吸入空気流量が少なくなるため、検出吸入空気流量が推定吸入空気流量に基づいて設定した所定判定値(例えば推定誤差を考慮して設定した判定値)よりも小さい場合には、エアクリーナの目詰まり又は吸入空気の漏れと判定することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を2つの実施例1,2を用いて説明する。
本発明の実施例1を図1乃至図8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の上流部が二系統に分岐されて第1の吸気通路13と第2の吸気通路14が設けられている。各系統の吸気通路13,14の最上流部には、それぞれ吸入空気中の異物(塵や埃等)を除去する第1のエアクリーナ15と第2のエアクリーナ16が設けられ、各エアクリーナ15,16の下流側に、それぞれ吸入空気流量を検出する第1のエアフローメータ(以下「第1のAFM」と表記する)17と第2のエアフローメータ(以下「第2のAFM」と表記する)18が設けられている。
また、吸気管12のうちの各系統の吸気通路13,14の合流部よりも下流側には、モータ19によって開度調節されるスロットルバルブ20と、このスロットルバルブ20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21とが設けられている。
更に、スロットルバルブ20の下流側には、サージタンク22が設けられている。このサージタンク22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23が設けられ、各気筒の吸気マニホールド23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24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25が取り付けられ、各点火プラグ25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(図示せず)や、エンジン11のクランク軸26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、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)に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁24の燃料噴射量や点火プラグ25の点火時期を制御する。
ところで、吸気管12の上流部が二系統に分岐され、各系統の吸気通路13,14に、それぞれエアクリーナ15,16とAFM17,18とを設けた吸気システムでは、図2に示すように、一方の吸気通路のエアクリーナの塵埃等の付着による目詰まりによって当該吸気通路のエアクリーナの圧力損失(通気抵抗)が大きくなると、各吸気通路の吸入空気流量(AFMの出力値)のばらつきが大きくなる。
そこで、ECU28は、後述する図3の吸入空気流量検出及び推定プログラムを実行することで、第1のAFM17の出力電圧VAに応じた第1の吸気通路13の検出吸入空気流量GA(以下「第1の検出吸入空気流量GA」という)を算出すると共に、第2のAFM18の出力電圧VBに応じた第2の吸気通路14の検出吸入空気流量GB(以下「第2の検出吸入空気流量GB」という)を算出した後、第1の検出吸入空気流量GAに基づいて第2の吸気通路14の推定吸入空気流量GBEST(以下「第2の推定吸入空気流量GBEST」という)を算出すると共に、第2の検出吸入空気流量GBに基づいて第1の吸気通路13の推定吸入空気流量GAEST(以下「第1の推定吸入空気流量GAEST」という)を算出する。
更に、後述する図4の異常診断プログラムを実行することで、第1の検出吸入空気流量GAと第1の推定吸入空気流量GAESTとを比較して第1の吸気通路13の吸入空気流量の異常(第1のエアクリーナ15の目詰まり又は第1の吸気通路13の吸入空気の漏れ)の有無を判定すると共に、第2の検出吸入空気流量GBと第2の推定吸入空気流量GBESTとを比較して第2の吸気通路14の吸入空気流量の異常(第2のエアクリーナ16の目詰まり又は第2の吸気通路14の吸入空気の漏れ)の有無を判定する。
以下、ECU28が実行する図3及び図4に示す異常診断用の各プログラムの処理内容を説明する。
[吸入空気流量検出及び推定プログラム]
図3に示す吸入空気流量検出及び推定プログラムは、ECU28の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう吸入空気流量検出手段及び吸入空気流量推定手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ101で、第1のAFM17の出力電圧VAと第2のAFM18の出力電圧VBを読み込む。
この後、ステップ102に進み、第1のAFM17の出力電圧と吸入空気流量との関係を規定したマップ(図示せず)を参照して、現在の第1のAFM17の出力電圧VAに応じた第1の検出吸入空気流量GAを算出した後、ステップ103に進み、第2のAFM18の出力電圧と吸入空気流量との関係を規定したマップ(図示せず)を参照して、現在の第2のAFM18の出力電圧VBに応じた第2の検出吸入空気流量GBを算出する。
この後、ステップ104〜106で、第1の検出吸入空気流量GAに基づいて第2の推定吸入空気流量GBESTを次のようにして算出する。
まず、ステップ104で、図5に示す第2のベース推定吸入空気流量GBESTbaseのテーブルを参照して、第1の検出吸入空気流量GAに応じた第2のベース推定吸入空気流量GBESTbaseを算出する。この第2のベース推定吸入空気流量GBESTbaseのテーブルは、予め試験データや設計データ等に基づいて、吸入空気流量に応じて変化する圧力損失(通気抵抗)の影響等を考慮に入れて作成され、ECU28のROMに記憶されている。
この後、ステップ105に進み、図6に示す流量補正係数Ka のマップを参照して、現在のエンジン回転速度とエンジン負荷とに応じた流量補正係数Ka を算出する。この流量補正係数Ka のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて、エンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて変化する第1の吸気通路13の吸入空気流量と第2の吸気通路14の吸入空気流量との関係や、吸入空気流量に応じて変化する圧力損失の影響等を考慮して作成され、ECU28のROMに記憶されている。
この後、ステップ106に進み、第2のベース推定吸入空気流量GBESTbaseに流量補正係数Ka を乗算することで、第2のベース推定吸入空気流量GBESTbaseを現在のエンジン運転状態に応じて補正して第2の推定吸入空気流量GBESTを求める。
GBEST=GBESTbase×Ka
この後、ステップ107〜109で、第2の検出吸入空気流量GBに基づいて第1の推定吸入空気流量GAESTを次のようにして算出する。
まず、ステップ107で、図7に示す第1のベース推定吸入空気流量GAESTbaseのテーブルを参照して、第2の検出吸入空気流量GBに応じた第1のベース推定吸入空気流量GAESTbaseを算出する。この第1のベース推定吸入空気流量GAESTbaseのテーブルは、予め試験データや設計データ等に基づいて、吸入空気流量に応じて変化する圧力損失の影響等を考慮して作成され、ECU28のROMに記憶されている。
この後、ステップ108に進み、図8に示す流量補正係数Kb のマップを参照して、現在のエンジン回転速度とエンジン負荷とに応じた流量補正係数Kb を算出する。この流量補正係数Kb のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて、エンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて変化する第2の吸気通路14の吸入空気流量と第1の吸気通路13の吸入空気流量との関係や、吸入空気流量に応じて変化する圧力損失の影響等を考慮して作成され、ECU28のROMに記憶されている。
この後、ステップ109に進み、第1のベース推定吸入空気流量GAESTbaseに流量補正係数Kb を乗算することで、第1のベース推定吸入空気流量GAESTbaseを現在のエンジン運転状態に応じて補正して第1の推定吸入空気流量GAESTを求める。
GAEST=GAESTbase×Kb
[異常診断プログラム]
図4に示す異常診断プログラムは、ECU28の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう異常判定手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ201で、第1の検出吸入空気流量GAと第2の検出吸入空気流量GB及び第1の推定吸入空気流量GAESTと第2の推定吸入空気流量GBESTを読み込む。
この後、ステップ202に進み、第1の検出吸入空気流量GAが、第1の推定吸入空気流量GAESTから推定誤差を差し引いた異常判定値(GAEST−推定誤差)よりも小さいか否かを判定する。
その結果、第1の検出吸入空気流量GAが異常判定値(GAEST−推定誤差)よりも小さいと判定された場合には、ステップ203に進み、第1の吸気通路13の吸入空気流量が推定吸入空気流量GAESTに対して正常範囲を越えて少ない異常状態であるため、第1のエアクリーナ15が目詰まりした異常状態又は第1の吸気通路13の吸入空気の漏れが発生した異常状態であると判定した後、異常フラグをONにセットし、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、運転席の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ECU28のバックアップRAM(図示せず)等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶する異常時処理を実行する。
一方、上記ステップ202で、第1の検出吸入空気流量GAが異常判定値(GAEST−推定誤差)以上であると判定された場合には、ステップ204に進み、第2の検出吸入空気流量GBが、第2の推定吸入空気流量GBESTから推定誤差を差し引いた異常判定値(GBEST−推定誤差)よりも小さいか否かを判定する。
その結果、第2の検出吸入空気流量GBが異常判定値(GBEST−推定誤差)よりも小さいと判定された場合には、ステップ205に進み、第2の吸気通路14の吸入空気流量が推定吸入空気流量GBESTに対して正常範囲を越えて少ない異常状態であるため、第2のエアクリーナ16が目詰まりした異常状態又は第2の吸気通路14の吸入空気の漏れが発生した異常状態であると判定した後、異常時処理を実行する。
また、上記ステップ202で第1の検出吸入空気流量GAが異常判定値(GAEST−推定誤差)以上であると判定され、且つ、上記ステップ204で第2の検出吸入空気流量GBが異常判定値(GBEST−推定誤差)以上であると判定された場合には、ステップ206に進み、各吸気通路13,14の吸入空気流量が両方とも正常状態であるため、各エアクリーナ15,16の目詰まり及び各吸気通路13,14の吸入空気の漏れが発生していない正常状態であると判定する。
以上説明した本実施例1では、第1の検出吸入空気流量GAに基づいて第2の推定吸入空気流量GBESTを算出すると共に、第2の検出吸入空気流量GBに基づいて第1の推定吸入空気流量GAESTを算出し、第1の検出吸入空気流量GAと第1の推定吸入空気流量GAESTとを比較して第1の吸気通路13の吸入空気流量の異常の有無を判定すると共に、第2の検出吸入空気流量GBと第2の推定吸入空気流量GBESTとを比較して第2の吸気通路14の吸入空気流量の異常の有無を判定する。
このようにすれば、一方の吸気通路の検出吸入空気流量に基づいて他方の吸気通路の推定吸入空気流量を算出する際に、吸入空気流量に応じて変化する圧力損失の影響を考慮に入れて推定吸入空気流量を算出することができるため、各吸気通路の検出吸入空気流量と推定吸入空気流量とを比較することで、吸入空気流量に応じて変化する圧力損失の影響を低減することが可能となり、吸入空気流量のほぼ全領域で異常の有無を精度良く判定することができ、異常診断精度を向上させることができる。
また、本実施例1では、一方の吸気通路の検出吸入空気流量に基づいて他方の吸気通路のベース推定吸入空気流量を算出し、該ベース推定吸入空気流量をエンジン運転状態に応じた流量補正係数で補正して他方の吸気通路の推定吸入空気流量を算出するようにしたので、一方の吸気通路の吸入空気流量と他方の吸気通路の吸入空気流量との関係がエンジン運転状態に応じて変化するのに対応して、他方の吸気通路の推定吸入空気流量を補正することができ、推定吸入空気流量を精度良く算出することができる。
尚、上記実施例1では、一方の吸気通路の検出吸入空気流量に基づいた他方の吸気通路のベース推定吸入空気流量をエンジン運転状態に応じた流量補正係数で補正して他方の吸気通路の推定吸入空気流量を算出するようにしたが、一方の吸気通路の検出吸入空気流量とエンジン運転状態とに応じて他方の吸気通路の推定吸入空気流量を直接マップ等により算出するようにしても良い。
次に、図9を用いて本発明の実施例2を説明する。
前記実施例1では、一方の吸気通路の検出吸入空気流量に基づいて他方の吸気通路のベース推定吸入空気流量を算出し、該ベース推定吸入空気流量をエンジン運転状態に応じて補正して他方の吸気通路の推定吸入空気流量を算出するようにしたが、本実施例2では、図9に示す吸入空気流量検出及び推定プログラムを実行することで、一方の吸気通路の検出吸入空気流量を、そのまま他方の吸気通路の推定吸入空気流量として採用するようにしている。
本実施例2で実行する図9の吸入空気流量検出及び推定プログラムは、前記実施例1で説明した図3のプログラムのステップ104〜109の処理を、ステップ104a,105aの処理に変更したものであり、これ以外の各ステップの処理は図3と同じである。
図9に示す吸入空気流量検出及び推定プログラムでは、第1のAFM17の出力電圧VAに応じた第1の検出吸入空気流量GAを算出した後、第2のAFM18の出力電圧VBに応じた第2の検出吸入空気流量GBを算出する(ステップ101〜103)。
この後、ステップ104aに進み、第1の検出吸入空気流量GAを、そのまま第2の推定吸入空気流量GBESTとして採用する。
GBEST=GA
この後、ステップ105aに進み、第2の検出吸入空気流量GBを、そのまま第1の推定吸入空気流量GAESTとして採用する。
GAEST=GB
以上説明した本実施例2では、一方の吸気通路の検出吸入空気流量を、そのまま他方の吸気通路の推定吸入空気流量として採用するようにしたので、異常診断の際の演算処理を簡略化することができ、ECU28の演算負荷を軽減することができる。
尚、上記各実施例1,2では、異常診断の際に、各吸気通路の検出吸入空気流量と推定吸入空気流量とを比較する方法として、検出吸入空気流量と、推定吸入空気流量から推定誤差を差し引いた判定値との大小関係を判定するようにしたが、例えば、検出吸入空気流量と推定吸入空気流量の差と、判定値との大小関係を判定するようにしたり、或は、検出吸入空気流量と推定吸入空気流量の比と、判定値との大小関係を判定するようにしても良く、検出吸入空気流量と推定吸入空気流量とを比較する方法は適宜変更しても良い。
また、上記各実施例1,2では、第1の検出吸入空気流量GAが、第1の推定吸入空気流量GAESTから推定誤差を差し引いた異常判定値(GAEST−推定誤差)よりも小さい場合に、第1の吸気通路13の吸入空気流量が少ない異常状態であると判定し、第2の検出吸入空気流量GBが、第2の推定吸入空気流量GBESTから推定誤差を差し引いた異常判定値(GBEST−推定誤差)よりも小さい場合に、第2の吸気通路14の吸入空気流量が少ない異常状態であると判定するようにしたが、第1の検出吸入空気流量GAが、第1の推定吸入空気流量GAESTに推定誤差を加算した異常判定値(GAEST+推定誤差)よりも大きい場合に、第1の吸気通路13の吸入空気流量が多い異常状態(つまり第2の吸気通路14の吸入空気流量が少ない異常状態)であると判定し、第2の検出吸入空気流量GBが、第2の推定吸入空気流量GBESTに推定誤差を加算した異常判定値(GBEST+推定誤差)よりも大きい場合に、第2の吸気通路14の吸入空気流量が多い異常状態(つまり第1の吸気通路13の吸入空気流量が少ない異常状態)であると判定するようにしても良い。
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。 (a)と(b)は第1の吸気通路の吸入空気流量と第2の吸気通路の吸入空気流量との関係を示す特性図である。 実施例1の吸入空気流量検出及び推定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例1の異常診断プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 第2のベース推定吸入空気流量GBESTbaseのテーブルの一例を概念的に示す図である。 流量補正係数Ka のマップの一例を概念的に示す図である。 第1のベース推定吸入空気流量GAESTbaseのテーブルの一例を概念的に示す図である。 流量補正係数Kb のマップの一例を概念的に示す図である。 実施例2の吸入空気流量検出及び推定プログラム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、13…第1の吸気通路、14…第2の吸気通路、15…第1のエアクリーナ、16…第2のエアクリーナ、17…第1のAFM、18…第2のAFM、20…スロットルバルブ、24…燃料噴射弁、25…点火プラグ、28…ECU(吸入空気流量検出手段,吸入空気流量推定手段,異常判定手段)

Claims (4)

  1. 内燃機関の吸気通路の上流側が二系統に分岐され、各系統の吸気通路にそれぞれ吸入空気中の異物を除去するエアクリーナと吸入空気流量を検出するエアフローメータとを設けた吸気システムにおいて、
    各吸気通路のエアフローメータの出力に基づいて該吸気通路の検出吸入空気流量を算出する吸入空気流量検出手段と、
    一方の吸気通路のエアフローメータの出力に基づいて他方の吸気通路の圧力損失の影響を考慮して当該他方の吸気通路の推定吸入空気流量を算出するという処理を各吸気通路毎に行う吸入空気流量推定手段と、
    各吸気通路の検出吸入空気流量と推定吸入空気流量とを比較して吸入空気流量の異常の有無を判定する異常判定手段と
    を備えていることを特徴とする内燃機関の吸気システムの異常診断装置。
  2. 前記吸入空気流量推定手段は、一方の吸気通路のエアフローメータの出力に基づいて他方の吸気通路のベース推定吸入空気流量を算出し、該ベース推定吸入空気流量を内燃機関の運転状態に応じて補正して他方の吸気通路の推定吸入空気流量を算出するという処理を各吸気通路毎に行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気システムの異常診断装置。
  3. 前記異常判定手段は、前記検出吸入空気流量が前記推定吸入空気流量に基づいて設定された所定範囲を越えた場合に吸入空気流量の異常有りと判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の吸気システムの異常診断装置。
  4. 前記異常判定手段は、前記検出吸入空気流量が前記推定吸入空気流量に基づいて設定された所定判定値よりも小さい場合に前記エアクリーナの目詰まり又は吸入空気の漏れと判定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の吸気システムの異常診断装置。
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