JP4668312B2

JP4668312B2 - 排気圧力センサの故障診断装置

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Publication number: JP4668312B2
Application number: JP2008251977A
Authority: JP
Inventors: 良樹黒川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010084543A; EP2169199A1; US20100082298A1; EP2169199B1; ATE539252T1; US8190397B2

Description

本発明は内燃機関の排気圧力を検出する排気圧力センサの故障診断装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の排気還流通路内の圧力を検出する圧力センサの故障検出装置が示されている。この装置によれば、排気還流通路を開閉する排気還流制御弁が閉弁されている状態において、圧力センサにより検出される通路内圧力と大気圧との差が所定値以下であるとき、圧力センサが故障していると判定される。

特開平６−１６７２３６号公報

上記従来の装置では、圧力センサの出力が大気圧近傍の値を示す状態で、圧力センサが凍結（固着）した故障を検出することは可能であるが、圧力センサ出力が大気圧から所定値を超えて高い圧力を示す状態で固着した故障を検出することはできない。したがって、圧力センサが故障しているにもかかわらず、正常であると誤判定する可能性がある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、排気還流通路内の圧力を検出する排気圧力センサが正常である状態を正確に判定することができる故障診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路（４）と吸気通路（２）とを接続する排気還流通路（６）内の排気圧力を検出する排気圧力センサ（２１）の故障診断装置において、大気圧（ＰＡ）を検出する大気圧検出手段（２２）と、前記機関が所定低負荷運転状態にあり、かつ前記排気圧力センサ（２１）により検出される排気圧力（ＰＥ）と大気圧（ＰＡ）との差が第１判定閾値（ＤＰＤＴＨ１）以下であるとき、前記排気圧力センサ（２１）が正常であると仮判定する第１判定手段と、前記機関が所定高負荷運転状態にあり、かつ前記排気圧力センサ（２１）により検出される排気圧力（ＰＥ）と大気圧（ＰＡ）との差が第２判定閾値（ＤＰＤＴＨ２）以上であるとき、前記排気圧力センサ（２１）が正常であると仮判定する第２判定手段と、前記第１及び第２判定手段による仮判定の結果が何れも正常である場合に、前記排気圧力センサ（２１）が正常であると判定する最終判定手段とを備え、前記排気還流通路（６）には排気還流量を制御する排気還流制御弁（７）が設けられており、前記排気還流制御弁（７）の開度（ＬＣＭＤ）に応じて前記第１判定閾値（ＤＰＤＴＨ１）及び第２判定閾値（ＤＰＤＴＨ２）を設定する閾値設定手段をさらに備え、該閾値設定手段は、前記大気圧（ＰＡ）が低下するほど前記第１判定閾値（ＤＰＤＴＨ１）及び第２判定閾値（ＤＰＤＴＨ２）が減少し、かつ前記排気還流制御弁の開度（ＬＣＭＤ）が増加するほど前記第１判定閾値（ＤＰＤＴＨ１）及び第２判定閾値（ＤＰＤＴＨ２）が減少するように、前記第１判定閾値及び第２判定閾値を設定することを特徴とする。
なお上記所定低負荷運転状態は機関停止状態を含むものとする。

請求項１に記載の発明によれば、機関が所定低負荷運転状態にあり、かつ排気圧力センサにより検出される排気圧力と大気圧との差が第１判定閾値以下であるとき、排気圧力センサが正常であると仮判定され、機関が所定高負荷運転状態にあり、かつ排気圧力センサにより検出される排気圧力と大気圧との差が第２判定閾値以上であるとき、排気圧力センサが正常であると仮判定され、２つの仮判定の結果が何れも正常である場合に、排気圧力センサが正常であると判定される。所定低負荷運転状態における仮正常判定により、排気圧力センサの出力が大気圧に対して比較的高い圧力を示す状態で固着していないことが確認されるとともに、所定高負荷運転状態における仮正常判定により、排気圧力センサの出力が大気圧近傍の圧力を示す状態で固着していないことが確認される。したがって、２つ判定結果がともに正常であるときに、最終的な正常判定を行うことにより、排気圧力センサが正常である状態を正確に判定することができる。また排気還流制御弁の開度及び大気圧に応じて第１判定閾値及び第２判定閾値が設定されるので、排気還流量及び／または大気圧が変化しても正確な診断を行うことができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁１６が設けられている。燃料噴射弁１６は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、燃料噴射弁１６の開弁時間及び開弁時期は、ＥＣＵ２０により制御される。

エンジン１は、吸気通路２、排気通路４、排気還流通路６、及び過給機８を備えている。過給機８は、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン１０と、タービン１０により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ９とを備えている。タービン１０は、複数の可変ベーン（図示せず）を備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービン１０のベーン開度は、ＥＣＵ２０により電磁的に制御される。

排気還流通路６は、吸気通路２のコンプレッサ９の下流側と、排気通路４のタービン１０の上流側との間に設けられており、排気還流通路６には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）７が設けられている。ＥＧＲ弁７の弁開度はＥＣＵ２０により制御される。具体的にはエンジン運転状態に応じて弁開度指令値ＬＣＭＤが算出され、ＥＧＲ弁７の駆動信号が、実際の弁開度ＬＡＣＴが開度指令値ＬＣＭＤと一致するように生成される。

排気通路４には、排気を浄化する触媒コンバータ１１及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）１２が設けられている。触媒コンバータ１１は、排気中に含まれる炭化水素及び一酸化炭素の酸化を促進するための酸化触媒を内蔵する。ＤＰＦ１２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素（Ｃ）を主成分とするパティキュレート（粒子状物質）であるスート（ｓｏｏｔ）を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。

排気還流通路６のＥＧＲ弁７の上流側（排気通路側）には排気の圧力ＰＥを検出する排気圧力センサ２１が設けられている。さらに大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ２２、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２３、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２４が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ２０に供給される。エンジン１の回転数ＮＥは、クランク角度位置センサ２３の出力から算出され、エンジンの要求トルクＴＲＱは、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出され、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように設定される。

ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁１６、ＥＧＲ弁７に制御信号を供給する出力回路から構成される。

本実施形態では、ＥＣＵ２０は以下に説明する手法で排気圧力センサ２１の故障診断を行う。図２はこの故障診断手法を説明するためのタイムチャートである。具体的には、エンジン１が所定低負荷運転状態にあるときに、低負荷判定を実行するとともに、エンジン１が所定高負荷運転状態にあるときに、高負荷判定を実行し、２つの判定結果がともに正常であるときに、排気圧力センサ２１は正常であるとの最終判定を行う。

図２（ａ）は、低負荷判定を説明するためのタイムチャートであり、時刻ｔ１に低負荷判定実行条件が成立し、低負荷判定実行フラグＦＬＤＬが「１」に設定されると、時刻ｔ１から第１所定時間ＴＷＴ１（例えば１〜２秒）だけ経過した時刻ｔ２において、排気圧力センサ２１により検出される排気圧力ＰＥと大気圧ＰＡとの差圧ＤＰ（＝｜ＰＡ−ＰＥ｜）が第１判定閾値ＤＰＤＴＨ１より大きいか否かを判別する。その結果、ＤＰ＞ＤＰＤＴＨ１であっるとき、すなわち排気圧力ＰＥが例えば破線Ｌ１で示すように推移し、時刻ｔ２における差圧ＤＰが同図中に示すＤＰＮＧ１であるときは、排気圧力センサ２１が故障している（センサ出力が大気圧から第１判定閾値ＤＰＤＴＨ１を超えて離れた圧力に固定される第１の故障が発生した）と判定する。一方、差圧ＤＰが第１判定閾値ＤＰＤＴＨ１以下であるとき、すなわち排気圧力ＰＥが例えば太い実線Ｌ２で示すように推移し、時刻ｔ２における差圧ＤＰがほぼ「０」であるときは、排気圧力センサ２１は正常であるとの第１仮正常判定を行う。なお、大気圧ＰＡは細い実線Ｌ３で示されている。

図２（ｂ）は、高負荷判定を説明するためのタイムチャートであり、時刻ｔ１１に高負荷判定実行条件が成立し、高負荷判定実行フラグＦＬＤＨが「１」に設定されると、時刻ｔ１１から第２所定時間ＴＷＴ２（例えば１〜２秒）だけ経過した時刻ｔ１２において、排気圧力センサ２１により検出される排気圧力ＰＥと大気圧ＰＡとの差圧ＤＰが第２判定閾値ＤＰＤＴＨ２より小さいか否かを判別する。その結果、ＤＰ＜ＤＰＤＴＨ２であるとき、すなわち排気圧力ＰＥが例えば破線Ｌ１１で示すように推移し、時刻ｔ１２における差圧ＤＰが同図中に示すＤＰＮＧ２であるときは、排気圧力センサ２１が故障している（センサ出力が大気圧近傍の圧力に固定される第２の故障が発生した）と判定する。一方、差圧ＤＰが第２判定閾値ＤＰＤＴＨ１以上であるとき、すなわち排気圧力ＰＥが例えば太い実線Ｌ１２で示すように推移し、時刻ｔ１２における差圧ＤＰが同図中に示すＤＰＯＫ２であるときは、排気圧力センサ２１は正常であるとの第２仮正常判定を行う。

そして第１仮正常判定及び第２仮正常判定がともに行われたときに、排気圧力センサ２１は正常であるとの最終判定が行われる。

本実施形態では、第１判定閾値ＤＰＤＴＨ１及び第２判定閾値ＤＰＤＴＨ２は、予め実験により求められた値に設定される。その際排気圧力センサ２１の特性ばらつき、及びエンジン運転状態によって変化するノイズの影響などが考慮される。

図３は上述した故障診断を行う処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０のＣＰＵで所定時間毎に実行される。
ステップＳ１０では、診断終了フラグＦＤＥＮＤが「１」であるか否かを判別する。診断終了フラグＦＤＥＮＤは、後述するステップＳ１６，Ｓ２４またはＳ３２で「１」に設定されるフラグであり、最初はステップＳ１０の答は否定（ＮＯ）となり、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、エンジン停止フラグＦＥＳＴＰが「１」であるか否かを判別する。エンジン停止フラグＦＥＳＴＰは、イグニッションスイッチがオフされるか、アイドル停止などでエンジンが停止したとき「１」に設定される。エンジン停止フラグＦＥＳＴＰが「１」であるときは直ちにステップＳ１４に進み、ＦＥＳＴＰ＝０であってエンジン作動中はステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、排気還流フラグＦＥＧＲが「１」であるか否かを判別する。排気還流フラグＦＥＧＲは、ＥＧＲ弁７を開弁し、排気還流を実行しているとき「１」に設定される。ステップＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに本処理を終了し、肯定（ＹＥＳ）であるときは低負荷判定実行フラグＦＬＤＬが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ１３）。低負荷判定実行フラグＦＬＤＬは、例えばエンジン１がアイドル運転状態にあるとき「１」に設定される。

ステップＳ１３の答が否定（ＮＯ）であるときは、高負荷判定実行フラグＦＬＤＨが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ２１）。高負荷判定実行フラグＦＬＤＨは、エンジンの要求トルクＴＲＱが所定トルクＴＲＱＴＨより大きく、かつエンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥＴＨより高いときに「１」に設定される。なお、エンジン負荷を示すパラメータとしては、要求トルクＴＲＱに応じて算出される燃料噴射量ＱＩＮＪを用いてもよい。ステップＳ２１の答も否定（ＮＯ）であるときは、低負荷判定及び高負荷判定ともに実行できないので、直ちに本処理を終了する。

ステップＳ１３の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわち低負荷判定実行条件が成立しているときは、ステップＳ１４に進み、該低負荷判定実行条件成立時点またはエンジン停止時点（ステップＳ１１）から第１所定時間ＴＷＴ１が経過したか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）である間は直ちに本処理を終了し、肯定（ＹＥＳ）となるとステップＳ１５に進んで、大気圧ＰＡと排気圧力ＰＥとの差圧ＤＰ（＝｜ＰＡ−ＰＥ｜）が、第１判定閾値ＤＰＤＴＨ１より大きいか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、第１仮正常判定フラグＦＬＤＯＫを「１」に設定し（ステップＳ１７）、ステップＳ３１に進む。

ステップＳ１５の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、センサ出力が大気圧から離れた圧力に固定される第１の故障が発生したと判定し、第１故障フラグＦＬＤＮＧを「１」に設定するとともに、診断終了フラグＦＤＥＮＤを「１」に設定する（ステップＳ１６）。診断終了フラグＦＤＥＮＤが「１」に設定されると、以後はステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）となり、故障診断処理が終了する。

一方ステップＳ２１の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわち高負荷判定実行条件が成立するときは、該条件成立時点から第２所定時間ＴＷＴ２が経過したか否かを判別する（ステップＳ２２）。この答が否定（ＮＯ）である間は直ちに本処理を終了、肯定（ＹＥＳ）となるとステップＳ２３に進んで、差圧ＤＰ（＝｜ＰＡ−ＰＥ｜）が、第２判定閾値ＤＰＤＴＨ２より小さいか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、第２仮正常判定フラグＦＨＤＯＫを「１」に設定し（ステップＳ２５）、ステップＳ３１に進む。

ステップＳ２３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、センサ出力が大気圧近傍の圧力に固定される第２の故障が発生したと判定し、第２故障フラグＦＨＤＮＧを「１」に設定するとともに、診断終了フラグＦＤＥＮＤを「１」に設定する（ステップＳ２４）。

ステップＳ３１では、第１仮正常判定フラグＦＬＤＯＫ及び第２仮正常判定フラグＦＨＤＯＫがともに「１」であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに本処理を終了し、肯定（ＹＥＳ）であるときは、排気圧力センサ２１は正常であるとの最終判定を行い、正常フラグＦＯＫを「１」に設定するとともに診断終了フラグＦＤＥＮＤを「１」に設定する（ステップＳ３２）。

以上のように本実施形態では、エンジン１が所定低負荷運転状態（エンジン１の停止状態を含む）にあり低負荷判定実行条件が成立する場合において、排気圧力センサ２１により検出される排気圧力ＰＥと大気圧ＰＡと差圧ＤＰが第１判定閾値ＤＰＤＴＨ１以下であるとき、排気圧力センサ２１が正常であると仮判定され、第１仮正常判定フラグＦＬＤＯＫが「１」に設定される。さらにエンジン１が所定高負荷運転状態にあり高負荷判定実行条件が成立する場合において、差圧ＤＰが第２判定閾値ＤＰＤＴＨ２以上であるとき、排気圧力センサ２１が正常であると仮判定され、第２仮正常判定フラグＦＨＤＯＫが「１」に設定される。そして、第１仮正常判定フラグＦＬＤＯＫ及び第２仮正常判定フラグＦＨＤＯＫがともに「１」であるときに、排気圧力センサ２１が正常であると判定される。

所定負荷運転状態における仮正常判定により、排気圧力センサ２１の出力が大気圧に対して比較的高い圧力を示す状態で固着していないこと、すなわち第１の故障が発生していないことが確認されるとともに、所定高負荷運転状態における仮正常判定により、排気圧力センサ２１の出力が大気圧近傍の圧力を示す状態で固着していないこと、すなわち第２の故障が発生していないことが確認される。したがって、２つ判定結果がともに正常であるときに、最終的な正常判定を行うことにより、排気圧力センサ２１が正常である状態を正確に判定することができる。

本実施形態では、大気圧センサ２２が大気圧検出手段に相当し、ＥＣＵ２０が第１判定手段、第２判定手段、及び最終判定手段を構成する。具体的には、図３のステップＳ１３〜Ｓ１７が第１判定手段に相当し、ステップＳ２１〜Ｓ２５が第２判定手段に相当し、ステップＳ３１及びＳ３２が最終判定手段に相当する。

［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態における第１判定閾値ＤＰＤＴＨ１及び第２判定閾値ＤＰＤＴＨ２を、ＥＧＲ弁の弁開度指令値ＬＣＭＤ及び大気圧ＰＡに応じて設定するようにしたものである。本実施形態は、以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。

図４は本実施形態における故障診断処理のフローチャートであり、この処理は図３に示す処理にステップＳ１４ａ，Ｓ１４ｂ，Ｓ１４ｃ，Ｓ２２ａ，Ｓ２２ｂ，及びＳ２２ｃを追加したものである。

ステップＳ１４ａでは、弁開度指令値ＬＣＭＤに応じて図５（ａ）に示すＫＥＧＲテーブルを検索し、ＥＧＲ補正係数ＫＥＧＲを算出する。ＫＥＧＲテーブルは、弁開度指令値ＬＣＭＤが減少するほどＥＧＲ補正係数ＫＥＧＲが増加するように設定されている。弁開度指令値ＬＣＭＤが減少するほど、排気圧力センサ２１の検出値が高くなる傾向があることを考慮したものである。図５（ａ）の「ＬＭＡＸ」は、ＥＧＲ弁７の全開開度である。

ステップＳ１４ｂでは、大気圧ＰＡに応じて図５（ｂ）に示すＫＰＡテーブルを検索し、大気圧補正係数ＫＰＡを算出する。ＫＰＡテーブルは、大気圧ＰＡが低下するほど、大気圧補正係数ＫＰＡが減少するように設定されている。大気圧ＰＡが低くなるほど、差圧ＤＰが減少する傾向があることを考慮したものである。

ステップＳ１４ｃでは、ＥＧＲ補正係数ＫＥＧＲ及び大気圧補正係数ＫＰＡを下記式（１）に適用し、第１判定閾値ＤＰＤＴＨ１を算出する。ここで、ＤＰＤＴＨ１Ｂは、ＥＧＲ弁７が全開で大気圧ＰＡが１０１．３ｋＰａ（１気圧）である状態に対応する第１基準閾値である。
ＤＰＤＴＨ１＝ＤＴＤＴＨ１Ｂ×ＫＥＧＲ×ＫＰＡ（１）

ステップＳ２２ａ及び２２ｂでは、ステップＳ１４ａ及び１４ｂと同様にＥＧＲ補正係数ＫＥＧＲ及び大気圧補正係数ＫＰＡを算出する。ステップＳ２２ｃでは、ＥＧＲ補正係数ＫＥＧＲ及び大気圧補正係数ＫＰＡを下記式（２）に適用し、第２判定閾値ＤＰＤＴＨ２を算出する。ここで、ＤＰＤＴＨ２Ｂは、ＥＧＲ弁７が全開で大気圧ＰＡが１０１．３ｋＰａである状態に対応する第２基準閾値である。
ＤＰＤＴＨ２＝ＤＴＤＴＨ２Ｂ×ＫＥＧＲ×ＫＰＡ（２）

図４の処理によれば、第１判定閾値ＤＰＤＴＨ１及び第２判定閾値ＤＰＤＴＨ２がＥＧＲ弁７の弁開度指令値ＬＣＭＤ及び大気圧ＰＡに応じて設定されるので、弁開度指令値ＬＣＭＤ（排気還流量）及び／または大気圧ＰＡが変化しても、正確な診断を行うことができる。

本実施形態では、図４のステップＳ１４ａ〜１４ｃ及びＳ２２ａ〜Ｓ２２ｃが、閾値設定手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、ディーゼル内燃機関の排気還流通路に設けられる排気圧力センサの故障診断装置を示したが、本発明はガソリン内燃機関の排気還流通路に設けられる排気圧力センサの故障診断装置としても適用可能である。

また上述した実施形態では過給機を備えた内燃機関に設けられた排気圧力センサの故障診断に本発明を適用したが、本発明は過給機を備えていない内燃機関に設けられた排気圧力センサの故障診断にも適用可能である。さらに本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの排気還流通路に設けられる排気圧力センサの故障診断にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。排気圧力センサの故障診断手法を説明するためのタイムチャートである。排気圧力センサの故障診断を行う処理のフローチャートである（第１の実施形態）。本発明の第２の実施形態にかかる故障診断処理のフローチャートである。図４の処理で参照されるテーブルを示す図である。

符号の説明

１内燃機関
２吸気通路
５排気通路
６排気還流通路
７排気還流制御弁
２０電子制御ユニット（第１判定手段、第２判定手段、最終判定手段、閾値設定手段）
２１排気圧力センサ
２２大気圧力センサ（大気圧検出手段）

Claims

内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気還流通路内の排気圧力を検出する排気圧力センサの故障診断装置において、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記機関が所定低負荷運転状態にあり、かつ前記排気圧力センサにより検出される排気圧力と大気圧との差が第１判定閾値以下であるとき、前記排気圧力センサが正常であると仮判定する第１判定手段と、
前記機関が所定高負荷運転状態にあり、かつ前記排気圧力センサにより検出される排気圧力と大気圧との差が第２判定閾値以上であるとき、前記排気圧力センサが正常であると仮判定する第２判定手段と、
前記第１及び第２判定手段による仮判定の結果が何れも正常である場合に、前記排気圧力センサが正常であると判定する最終判定手段とを備え、
前記排気還流通路には排気還流量を制御する排気還流制御弁が設けられ、前記排気圧力センサは、前記排気還流通路の前記排気還流制御弁より上流側に配置されており、
前記大気圧及び前記排気還流制御弁の開度に応じて前記第１判定閾値及び第２判定閾値を設定する閾値設定手段をさらに備え、
該閾値設定手段は、前記大気圧が低下するほど前記第１判定閾値及び第２判定閾値が減少し、かつ前記排気還流制御弁の開度が増加するほど前記第１判定閾値及び第２判定閾値が減少するように、前記第１判定閾値及び第２判定閾値を設定することを特徴とする排気圧力センサの故障診断装置。