JP4104848B2 - 内燃機関の吸気系故障診断装置およびフェールセーフ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットルバルブ下流の吸気圧力の検出値に基づいて燃料噴射量を制御する内燃機関において、スロットルバルブ下流の空気漏れ有無の故障診断を行う技術および該故障時に行うフェールセーフ制御の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、機関のスロットルバルブ吸気圧力と機関回転速度とから燃料噴射量を求めるＤジェトロ方式と呼ばれる電子制御燃料噴射装置が知られている（特開昭５８−２０６６２４号公報等参照）。
また、前記Ｄジェトロ方式において、スロットルバルブ下流の吸気系で蒸発燃料やブローバイガスの導入管、プレッシャレギュレータやブレーキ倍力装置への負圧供給管などのシール機能低下により空気漏れを生じると、吸気圧力の検出値が増大するため、該吸気圧力を基本として設定される燃料噴射量が増量され、機関回転速度が予期せぬ上昇を生じてしまう。因みに、スロットルバルブ上流の吸入空気流量を検出して燃料噴射量を設定するＬジェトロ方式と呼ばれる電子制御燃料噴射装置の場合、同様の空気漏れを生じた場合、該漏れ分は検出されないので、実際の吸入空気流量の増量に対して燃料噴射量が増量されず空燃比リーンとはなるが、機関出力自体に大きな変化はないため許容される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、Ｄジェトロ方式により推定される第１の吸入空気量と、スロットルバルブ開度と機関回転速度の検出値に基づく第２の吸入空気量との比較によって空気漏れを診断するようにしたものがある（特開平２−３０５３４８号公報）。しかし、従来は空気漏れによって燃料噴射量が増大することによる実際の運転状態への影響を考慮することなく診断を行っているため、該診断結果に応じて必要以上にフェールセーフが行われて運転性能を損ねたり、逆にこのような過剰なフェールセーフを抑えるように空気漏れ判定のしきい値を大きくしすぎることにより、必要なフェールセーフへの移行が遅れてしまうことがあった。
【０００４】
また、空気漏れ発生時のフェールセーフ制御も良好に行われていなかった。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、空気漏れの故障診断および該空気漏れ発生時のフェールセーフ制御を適切に行うようにした内燃機関の吸気系故障診断およびフェールセーフ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
スロットルバルブ下流の吸気圧力と機関回転速度の検出値に基づき推定される第１の吸入空気量に応じて燃料噴射量を制御する内燃機関であって、
前記第１の吸入空気量が、スロットルバルブ開度と機関回転速度の検出値に基づき推定した第２の吸入空気量よりしきい値以上大きいときに、スロットルバルブ下流の吸気系における空気漏れが有ると診断する一方、
前記しきい値を、漏れ空気量に対する車両加速度が一定となるように車速が大きいほど大きい値に設定し、またはこの値を負荷が大きいほど大きくなるように補正した値に設定することを特徴とする。
【０００６】
請求項１に係る発明によると、
スロットルバルブ下流の吸気系に空気漏れを生じると、該漏れ部分からの空気が導入されて吸入空気量が増大する。これに伴い、スロットルバルブ下流の吸気圧力（絶対圧）が増大するので、該吸気圧力を基本として算出される第１の吸入空気量も前記増量分を検出して増大する。
【０００７】
一方、スロットルバルブ開度の検出値では前記空気漏れによる吸入空気量の増量を検出できず、したがって、該スロットルバルブ開度と機関回転速度とに基づいて算出される第２の吸入空気量は前記増量分を含んでいない。
したがって、前記空気漏れ発生時には前記第１の吸入空気量は第２の吸入空気量より大きくなると予測できるので、両者を比較することで空気漏れの有無を診断可能である。
【０００８】
しかし、同一の漏れ空気量に対する車両加速度は車速に応じて異なるので、該車速に基づいて、空気漏れ診断の判定用のしきい値を、漏れ空気量に対する車両加速度が一定となるように車速が大きいほど大きい値に設定することで、同等の異常感で故障と診断することができる。
また、同一車速走行時でもドライバーが加速を要求して負荷が大きくなっているときは、加速を予測しているので空気漏れによる加速を生じてもあまり異常とは感じないので、しきい値を大きくしてもよいと考えられる。そこで、車速と負荷とに基づいてしきい値を設定することで、ドライバーの要求に、より見合った診断を行うことができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、
前記空気漏れの診断を、前記第１の吸入空気量または第２の吸入空気量の検出に用いるセンサの故障時、機関回転速度が所定値未満の低速時、クランキング時のいずれかの条件が成立しているときは、禁止することを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、
第１の吸入空気量及び第２の吸入空気量を検出するためのセンサが故障しているときは、正常に吸入空気量を検出できず、両者の比較による診断を正しく行えないので診断を禁止する。
【００１０】
また、エンストに至る低速時はエンストしてしまうので空気漏れの診断が必要なく、クランキング時はニュートラル状態で行われるため機関回転速度が上昇しても問題がならず、やはり診断の必要がないので、診断を禁止する。
また、請求項３に係る発明は、
前記吸気系故障診断装置によって、前記空気漏れが有ると診断されたときに、第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御と、フューエルカット制御との少なくとも一方を実行すること特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明によると、
第１の吸入空気量と第２の吸入空気量との比較によって空気漏れが有ると診断されたときに、第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御を行うと、第２の吸入空気量は前記空気漏れ分を含んでいないので、空気漏れ分相当の燃料噴射量の増量を防止でき、出力増大によって機関回転速度が過大となることを防止できる。
【００１２】
また、同じく空気漏れが有ると診断されたときに、フューエルカット制御を行うことにより、機関出力を低減でき機関回転速度が過大となることを防止できる。
また、請求項４に係る発明は、
前記空気漏れが有ると診断されたときに、第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御とフューエルカット制御とを併用する場合は、フューエルカット制御への移行を、第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御より後に行うこと特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明によると、
前記第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御を行った後、さらに空気漏れ故障が継続する場合は、前記第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御によるリーン燃焼で排気浄化触媒に損傷を与えることが懸念されるので、フューエルカット制御へ移行して該排気浄化触媒への損傷を未然に防止する。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、
前記フューエルカット制御は、運転条件によりフューエルカット気筒数を変更する機能を持つことを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、
空気漏れによる機関出力の増大が特に大きいときはフューエルカット気筒数を多くし、最大で全気筒フューエルカットまで行う必要があるが、機関出力の増大がそれほど大きくないときは、フューエルカット気筒数を少なくして必要最小限の出力を確保してエンストを防止したい要求がある。そこで、運転条件によりフューエルカット気筒数を変更することにより、前記要求を満たすことができる。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、
前記フューエルカット気筒数を変更する運転条件の判定を、アクセル開度、機関回転速度、アイドル運転の検出によって行うことを特徴とする。
請求項６に係る発明によると、
例えば、アイドル時は機関回転速度に基づいてフューエルカット気筒数を変更し、非アイドル時は機関回転速度とアクセル開度に基づいてフューエルカット気筒数を変更するなどすれば、前記要求をきめ細かく満たすことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は実施の形態における内燃機関のシステム構成図である。
この図１において、車両に搭載される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２，吸気通路３，モータで開閉駆動される電子制御式スロットルバルブ４を介して空気が吸入される。
【００１８】
各気筒の燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁５が設けられており、該燃料噴射弁５から噴射される燃料と前記吸入される空気とによって燃焼室内に混合気が形成される。
燃料噴射弁５は、コントロールユニット２０から出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射する。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓６回りに集中的に層状の混合気を形成する。燃焼室内に形成される混合気は、点火栓６により着火燃焼する。
【００１９】
但し、内燃機関１を上記の直接噴射式ガソリン機関に限定するものではなく、吸気ポートに燃料を噴射する構成の機関であってもよい。
機関１からの排気は排気通路７より排出され、該排気通路７には排気浄化用の触媒８が介装されている。
また、燃料タンク９にて発生した蒸発燃料を燃焼処理する蒸発燃料処理装置が設けられている。
【００２０】
キャニスタ１０は、密閉容器内に活性炭などの吸着剤１１を充填したもので、燃料タンク９から延設される蒸発燃料導入管１２が接続されている。従って、燃料タンク９にて発生した蒸発燃料は、前記蒸発燃料導入管１２を通って、キャニスタ１０に導かれ吸着捕集される。
また、キャニスタ１０には、新気導入口１３が形成されると共に、パージ配管１４が導出され、前記パージ配管１４には、コントロールユニット２０からの制御信号によって開閉が制御されるパージ制御弁１５が介装される。
【００２１】
上記構成において、パージ制御弁１５が開制御されると、機関１の吸入負圧がキャニスタ１０に作用する結果、新気導入口１３から導入される空気によってキャニスタ１０の吸着剤１１に吸着されていた蒸発燃料がパージされ、パージエアがパージ配管１４を通って吸気通路３のスロットルバルブ４下流に吸入され、その後、機関１の燃焼室内で燃焼処理される。
【００２２】
コントロールユニット２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイコンを備え、各種センサからの入力信号を受け、これらに基づいて演算処理して、燃料噴射弁５，点火栓６，パージ制御弁１５などの作動を制御する。
前記各種センサとして、機関１のクランク角を検出するクランク角センサ２１、カム軸から気筒判別信号を取り出すが設けられており、前記クランク角センサ２１からの信号に基づき機関の回転速度ＮＲＰＭが算出される。
【００２３】
この他、スロットルバルブ４下流の吸気コレクタ部１７で、吸気圧力を検出する吸気圧センサ２３、吸気温度を検出する吸気温センサ３１、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＰＯを検出するアクセルセンサ２４、スロットルバルブ４の開度ＴＰＯを検出するスロットルセンサ２５、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気中の酸素濃度に応じて燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２８などが設けられている。前記スロットルセンサ２５には、所定のスロットルバルブ開度以下でＯＮとなってアイドル状態を検出するアイドルスイッチが付属されている。
【００２４】
前記コントロールユニット２０は、前記吸気圧センサ２３で検出される吸入負圧ＰＢＥ（吸気管圧力）とクランク角センサ２１からの信号に基づき算出される機関回転速度Ｎｅを基本的なパラメータとして推定される吸入空気量（以下第１吸入空気量という）に見合った燃料噴射量を演算し、該燃料噴射量に応じて燃料噴射弁５を制御する。いわゆるＤジェトロ方式である。
【００２５】
また、スロットルバルブ下流の吸気系における空気漏れの有無を、前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と、前記スロットルバルブの開度ＴＰＯと機関回転速度Ｎｅを基本的なパラメータとして推定した第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０と、の比較によって診断する。
ここで、本発明では、上記空気漏れの診断を以下のようにして高精度に実行する。
【００２６】
以下、前記空気漏れの診断と該診断結果に応じたフェールセーフ制御を、フローチャートにしたがって説明する。
メインフローを示す図２において、ステップ１では、該空気漏れの診断条件が成立しているか否かを判別する。具体的には、イグニッションスイッチがＯＮ、スタータスイッチがＯＦＦ、第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０及び第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０を検出するためのセンサ類が故障していないこと、機関回転速度Ｎｅが所定値以上であること等を全て満たしたときに、診断条件が成立していると判断する。
【００２７】
すなわち、イグニッションスイッチがＯＮされている機関運転状態であることは当然として、第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０及び第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０を検出するためのセンサ類（吸気圧センサやスロットルセンサ）が故障していないことは、正常な吸入空気量検出値での比較でなければ正しい診断を行えないからである。
【００２８】
また、スタータスイッチがＯＦＦつまり非クランキング時であるのは、クランキング時はニュートラル状態で行うので機関回転速度が上昇しても問題がなく、機関回転速度Ｎｅが所定値以上であるのは、所定値未満の低速時はエンストに至るときであり機関回転速度が上昇することはないので、いずれも診断が必要ないからである。
【００２９】
ステップ１で空気漏れの診断条件が成立していると判断したときは、ステップ２へ進み、診断条件不成立時はこのフローを終了する。
ステップ２では、Ｄジェトロ方式により第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０を算出する。
ステップ３では、スロットルバルブ開度および機関回転速度を基本として第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０を算出する。
【００３０】
ステップ４では、前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０とを比較してスロットルバルブ下流の吸気系の空気漏れの有無を診断し、空気漏れが有ると診断されたときは、ステップ５へ進み後述するようなフェールセーフ制御を行う。
本発明にかかる診断方式およびフェールセーフ制御の詳細は後述する。
【００３１】
次に、前記ステップ２におけるＤジェトロ方式による第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０の算出を、図３のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ１１では、吸気圧センサ２３により検出される吸気圧力ＰＢＥと、クランク角センサ２１からの信号に基づき検出される機関回転速度Ｎｅと、機関運転停止状態等に吸気圧センサ２３で検出される大気圧ＡＬＴ（コスト高につくが勿論大気圧センサを備えて検出してもよく、運転中に変化する大気圧の検出も可能となる）と、吸気温センサ３１により検出される吸気温度ＴＡＦを読み込む。
【００３２】
ステップ１２では、吸気圧力ＰＢＥと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、内部ＥＧＲ分に対応する吸入効率補正値ＫＮをマップからの検索等によって算出する。ステップ１３では、同じく吸気圧力ＰＢＥと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、排圧ＰＥＸをマップからの検索等によって算出する。
前記排圧ＰＥＸは大気圧に対する差圧として設定されるので、ステップ１４では、該排圧ＰＥＸに大気圧ＡＬＴを加算し、合計した絶対圧としての排圧（ＰＥＸ＋ＡＬＴ）を、前記吸入効率補正値ＫＮに乗じることで、内部ＥＧＲ分圧力ＰＩＥＧＲを算出する。
【００３３】
ステップ１５では、吸気温センサ３１により検出される吸気温度ＴＡＦに基づいて吸気温補正係数ＫＴＡＨＯＳ０を算出する。該吸気温補正係数ＫＴＡＨＯＳ０の詳細な算出の説明は省略するが、各マップのデータ値や係数等を、吸気温が基準温度（例えば２５°Ｃ）のときのシリンダ内吸気温に適合させて設定しているので、実際の吸気温でのシリンダ内吸気温の変化による新気吸入割合を運転領域毎に補正する係数として算出されるものである。
【００３４】
そして、ステップ１６で、次式のように、前記吸気圧力ＰＢＥから前記内部ＥＧＲ分圧力ＰＩＥＧＲを減算し、この減算した新気圧力分に前記吸気温補正係数ＫＴＡＨＯＳ０を乗じることによって、Ｄジェトロ方式による第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０を推定演算する。
ＡＶＴＰＲ０＝（ＰＢＥ−ＰＩＥＧＲ）×ＫＴＡＨＯＳ０
次に、前記ステップ３におけるスロットルバルブの開度ＴＰＯと機関回転速度Ｎｅを基本的なパラメータとする第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０の算出を、図４，図５のフローチャートにしたがって説明する。
【００３５】
ステップ２１では、スロットルセンサ２５によって検出されたスロットルバルブ開度ＴＰＯと、前記吸気圧力ＰＢＥ、機関回転速度Ｎｅ、大気圧ＡＬＴ、吸気温度ＴＡＦを読み込む。ただし、スロットルセンサ２５の故障等によってスロットル開度を走行に必要最小限の出力を確保できるデフォルト開度に制御しているときは、該デフォルト開度をスロットルバルブ開度ＴＰＯとして読み込む。
【００３６】
ステップ２２では、前記スロットルバルブ開度ＴＰＯから、後述するスロットルバルブの詰まりに対するオフセット学習により得られた学習値ＴＰＯＦＱＡＤを減算して補正してＴＰＯＤＱＬとする。
ステップ２３では、前記補正されたスロットルバルブ開度ＴＰＯＤＱＬを図示のマップからの検索等によりスロットル開口面積ＡＡＤＪに変換する。
【００３７】
ステップ２４では、前記スロットル開口面積ＡＡＤＪを、機関回転速度Ｎｅと排気量ＶＯＬ＃とで除算して得られる状態量ＡＡＮＶＤＪを算出する。
ステップ２５では、前記状態量ＡＡＮＶＤＪを図示マップからの検索等により体積流量比ＱＨ０ＤＪに変換する。
ステップ２６以降では、前記第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０相当値である体積流量比ＱＨ０ＤＪに、Ｄ−ジェトロ方式の第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と位相合わせするための位相遅れ補正を行う。すなわち、Ｄ−ジェトロ方式で算出される第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０は、過渡時のマニホールド部内の圧力変化に遅れがあるのに対し、スロットルバルブ開度を基本として算出される第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０は、過渡時の遅れが無いため、位相合わせのために、以下のように位相遅れ補正を行う。
【００３８】
ステップ２６では、前記体積流量比ＱＨ０ＤＪを、該体積流量比を位相遅れ補正した値（最新値）ＱＣＹＬＤＪと比較する。
そして、ＱＨ０ＤＪ≧ＱＣＹＬＤＪのときは、ステップ２７へ進んで、該体積流量比ＱＨ０ＤＪと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、加速時用の加重平均重み係数ＦＬＡＤＸをマップから検索し、ＱＨ０ＤＪ＜ＱＣＹＬＤＪのときは、ステップ２８へ進んで、同じくＱＨ０ＤＪとＮｅとに基づいて、減速時用の加重平均重み係数ＦＬＡＤＸをマップから検索する。
【００３９】
そして、ステップ２９で、体積流量比ＱＨ０ＤＪに対して次式のように前記加重平均重み係数ＦＬＡＤＸを用いた加重平均演算により位相遅れ補正を行い、補正値ＱＣＹＬＤＪを算出する。
ＱＣＹＬＤＪ＝（１−ＦＬＡＤＸ）・ＱＣＹＬＤＪｚ＋ＦＬＡＤＸ
ＱＣＹＬＤＪｚはＱＣＹＬＤＪの前回算出値
ステップ３０では、前記補正値ＱＣＹＬＤＪに、後述するように第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と比較するためゲイン（＝１００％／ＴＰＧＡＩＮ）を乗じて調整し、さらにステップ３１で大気圧補正係数（＝大気圧検出値ＡＬＴ／基準大気圧ＢＡＳＥＡＬＴ＃）を乗じて大気圧補正を行い、ステップ３２で吸気温度補正係数[＝基準吸気温度ＢＡＳＥＴＡＦ＃／（吸気温度検出値ＴＡＦ＋２７３）]を乗じて吸気温度補正を行い、質量流量に換算して第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０とする。
【００４０】
次に、前記スロットルバルブの詰まりに対するオフセット学習を、図６のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ４１では、該オフセット学習を実行する条件が成立しているかを判定する。
具体的には、以下の各条件が全て成立した状態が所定時間ＤＬＴＯＱＬＦ♯以上継続したときに学習を実行する。
【００４１】
該学習実行条件を以下に示す（自明や本質的でない条件は省略）。
ａ．吸気圧センサ、スロットルセンサ、水温センサが故障診断でいずれも故障と診断されていない。
ｂ．スロットルバルブの全閉位置学習が終了していること。
ｃ．水温、負荷（基本燃料噴射量Ｔｐで代表）、機関回転速度、スロットルバルブ開度の各変化量が所定以下の定常状態であること。
【００４２】
ｄ．アイドル回転速度制御を実行中であること。
ステップ４１で前記詰まりに対する学習条件が成立と判定されたときは、
ステップ４２以降へ進んで、該学習を実行する。
該学習は、前記第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０を前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と比較して行う。すなわち、スロットルバルブの詰まりが増大すると、開口面積が減少することにより、実際の吸入空気量は減少する。しかし、スロットルバルブ開度の検出値ＴＰＯでは詰まりによる開口面積の減少を検出できないので、該検出値ＴＰＯに基づく第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０は、詰まりによる減少分を検出できていない。
【００４３】
一方、スロットルバルブ下流の吸気圧力ＰＢＥは、スロットルバルブの詰まりが増大すると吸気圧力ＰＢＥの低下（負圧の増大）として検出されるので、該吸気圧力ＰＢＥを基本とするＤジェトロ方式により検出される第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０は、詰まりによる実際の吸入空気量の減少を検出できている。
そこで、前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０とを比較しつつ、前記詰まりに対する学習を行う
ステップ４２〜４４で順次、前記第２の吸入空気量における位相補正前の体積流量比ＱＨ０ＤＪに前記ゲイン（＝１００％／ＴＰＧＡＩＮ）、大気圧補正係数（＝大気圧検出値ＡＬＴ／基準大気圧ＢＡＳＥＡＬＴ＃）吸気温度補正係数[＝基準吸気温度ＢＡＳＥＴＡＦ＃／（吸気温度検出値ＴＡＦ＋２７３）]を乗じて質量流量に換算した学習用吸入空気量ＧＫＴＰＱＨ０を算出する。
【００４４】
ステップ４５では、前記学習用吸入空気量ＧＫＴＰＱＨ０と前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０との偏差｜ＧＫＴＰＱＨ０−ＡＶＴＰＲ０｜を、しきい値ＤＴＰＴＯＧ＃と比較し、｜ＧＫＴＰＱＨ０−ＡＶＴＰＲ０｜≦ＤＴＰＴＯＧ＃と判定されたときは、基本学習値ＴＰＱＬＦを現在値ＴＰＱＬＦ（-1）に維持し、学習更新は行わない。
【００４５】
ステップ４６で、｜ＧＫＴＰＱＨ０−ＡＶＴＰＲ０｜＞ＤＴＰＴＯＧ＃と判定されたときは、ステップ３９へ進み、次式により学習更新を行う。
ＴＰＱＬＦ＝ＴＰＱＬＦ（-1）＋ＧＴＯＱＬＦ＃・（ＧＫＴＰＱＨ０−ＡＶＴＰＲ０）
ステップ４７では、前記基本学習値ＴＰＱＬＦを下限値ＴＯＱＦＭＮ＃以上で上限値ＴＯＰＦＭＸ＃以下に規制する。
【００４６】
ステップ４０では、次式のように前記基本学習値ＴＰＱＬＦにゲインＫＴＰＯＦＡＤ＃を乗じ、かつ、この値を下限値０以上で上限値ＴＰＦＱＭＸ＃以下に規制する。
ＴＰＯＦＱＡＤ＝ＴＰＱＬＦ×ＫＴＰＯＦＡＤ＃
ただし、０≦ＴＰＯＦＱＡＤ≦ＴＰＦＱＭＸ＃
ここで、下限値を０以上とすることで、第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０に対し、スロットルバルブの詰まりによる減少方向のみ学習値を更新するようにしており、これにより、空気漏れ発生時の誤学習を防止して空気漏れを検出できなくなることを防止できる。
【００４７】
また、学習に用いる第２の吸入空気量として、前記位相補正前の値を用いることにより、過渡補正による影響で正しく学習できなくなることを防止できる。
次に、前記ステップ４における空気漏れ診断を、図７のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ５１では、車速ＶＳＰを読み込む。
【００４８】
ステップ５２では、第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０との偏差ＤＬＤＡＴＰ（＝ＡＶＴＰＲ０−ＴＰＱＨ０）を算出する。
ステップ５３では、診断用のしきい値ＵＡＦＳＴＰを設定する。
ステップ５４では、前記偏差ＤＬＤＡＴＰと前記しきい値ＵＡＦＳＴＰとを比較し、ＤＬＤＡＴＰ＞ＵＡＦＳＴＰのときは、ステップ５５で空気漏れが有ると診断し、診断フラグ＃ＵＡＦＳＤＪを１にセットし、ＤＬＤＡＴＰ≦ＵＡＦＳＴＰのときは、ステップ５６で空気漏れが無く正常であると診断し、診断フラグ＃ＵＡＦＳＤＪを０にリセットする。
【００４９】
ここで、前記ステップ５３でのしきい値ＵＡＦＳＴＰを、以下のように算出する。
図８は、各走行状態における漏れ空気量ΔＱと、車両加速度ΔＧとの関係を示す。図示のように車速が増大するほど、同一の漏れ空気量ΔＱに対する車両加速度ΔＧが小さくなる。つまり、低車速時（低負荷時）ほど全空気量Ｑに対する漏れ空気量ΔＱの割合が大きくなるため、加速度ΔＧが大きくなる。したがって、基本的には、低車速時はしきい値ＵＡＦＳＴＰを小さく、高車速時はしきい値ＵＡＦＳＴＰを大きくすることで、感覚的（加速感）に略同一レベルで故障と診断することができる。ただし、発進時（アイドル自走時）は、元々ドライバーに加速要求の意志があるので、特に、しきい値ＵＡＦＳＴＰを大きくする方が要求に見合っている。
【００５０】
図９〜図１２は、上記の考え方に合わせて発進時と、所定車速以上の走行時とで２段階に診断用の車両加速度（図示発進時ＵＡおよび走行時ＵＡ）を設定し、各走行時の正常時の負荷（吸入空気量）ＴＰと設定加速度に達するときの（ＵＡとなる）負荷ＴＰとを示す。
前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０が空気漏れを含めた吸入空気量を検出するのに対し、第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０は空気漏れを含まない正常時と同一の吸入空気量を検出するので、前記設定加速度に達するときの負荷ＵＡＴＰから正常時の負荷ＮＴＰを減算した値を、前記しきい値ＵＡＦＳＴＰとすることで運転条件毎に適切な空気漏れ診断を行うことができる。
【００５１】
また、上記は、車速のみでしきい値ＵＡＦＳＴＰを設定したが、車速と負荷（第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０、アクセル開度ＡＰＯ等）との組み合わせでしきい値ＵＡＦＳＴＰを設定することもできる。すなわち、車速毎に定常時の基準負荷に対して実際の負荷が大きいときは加速要求があるので、前記空気漏れが有るとの診断がされにくくなるように、しきい値ＵＡＦＳＴＰを大きく設定する。例えば、車速と負荷とのマップでしきい値ＵＡＦＳＴＰを設定したり、車速のみで算出したしきい値ＵＡＦＳＴＰ０に補正係数Ｋ（例えば簡易的にＫ＝ＡＰＯ／ＡＰＯＢ：ＡＰＯＢ＝基準負荷相当のアクセル開度）を乗じて設定する。このようにすれば、ドライバーの要求に、より見合った診断を行える。
【００５２】
次に、前記空気漏れの診断結果に基づく前記ステップ５のフェールセーフ制御について、図１３のフローチャートにしたがって、説明する。
ステップ６１では、機関回転速度Ｎｅと、負荷の代表値であるアクセル開度ＡＰＯと、アイドルスイッチのＯＮ,ＯＦＦ信号とを読み込む。
ステップ６２では、前記診断フラグ＃ＵＡＦＳＤＪ＝１の状態（ＤＬＤＡＴＰ＞ＵＡＦＳＴＰ）が、第１の設定時間ＴＭＵＡＦＳ＃以上継続したかを判定する。ここで、第１の設定時間ＴＭＵＡＦＳ＃は後述する第１のフェールセーフ制御を速やかに実行するように短い時間（数百ｍｓ程度）に設定してある。
【００５３】
そして、ＤＬＤＡＴＰ＞ＵＡＦＳＴＰの状態が第１の設定時間ＴＭＵＡＦＳ＃以上継続したときは、ステップ６３へ進んで第１のフェールセーフ制御を行う。前記第１のフェールセーフ制御は、燃料噴射量の制御を第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０に基づいて行う処理である。該第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０は、既述したように空気漏れ分を含まない値として算出されるので、燃料噴射量が該空気漏れ分によって増量されることがなく、機関出力が過大となって機関回転速度Ｎｅが過度に上昇（加速）することを防止できる。すなわち、結果的に、スロットルバルブ上流の吸入空気流量（空気漏れ分を含まない）を検出して燃料噴射量を制御するいわゆるＬジェトロ方式と同様の制御となる。
【００５４】
ステップ６４では、再度偏差ＤＬＤＡＴＰとしきい値ＵＡＦＳＴＰとを比較し、ＤＬＤＡＴＰ≦ＵＡＦＳＴＰとなったかを判定する。
ステップ６４でＤＬＤＡＴＰ≦ＵＡＦＳＴＰとなったと判定されたときは、ステップ６５へ進んで、この状態が設定時間ＴＭＵＡＯＫ＃以上継続したかを判定し、継続したときはステップ６６へ進んで正常に復帰したと診断し、前記診断フラグ＃ＵＡＦＳＤＪを０にクリアする。
【００５５】
一方、ステップ６４での再度の判定で、ＤＬＤＡＴＰ＞ＵＡＦＳＴＰに維持されていると判定されたときは、ステップ６７へ進んでこの状態が第２の設定時間ＴＭＵＡＤＪ＃以上継続したかを判定する。すなわち、前記第１のフェールセーフ制御を行うと、燃料噴射量の増量を防止して出力増大は防止できるが、実際の吸入空気量は空気漏れによって増大しているので、リーン燃焼することになり、リーン失火等でアフターファイアの発生による排気浄化触媒の損傷が懸念される。そこで、前記第２の設定時間ＴＭＵＡＤＪ＃は、前記リーン燃焼の継続に伴うアフターファイアの発生を未然に防止できるように、前記第１の設定時間ＴＭＵＡＦＳ＃に比較して十分大きい値（秒単位の値）に設定されている。
【００５６】
ステップ６７で、ＤＬＤＡＴＰ＞ＵＡＦＳＴＰの状態が第２の設定時間ＴＭＵＡＤＪ＃以上継続したと判定されたときは、ステップ６８以降へ進んで第２のフェールセーフ制御としてフューエルカット制御を実行する。なお、診断フラグ＃ＵＡＦＳＤＪを０にリセットして、フューエルカットしない気筒については、第１の吸入空気量を用いて燃料噴射量を制御する。
【００５７】
ステップ６８では、アイドルスイッチがＯＮであるアイドル状態かを判定し、アイドル状態と判定されたときは、ステップ６９へ進んで機関回転速度Ｎｅに応じてフューエルカット気筒数を以下のように制御する。
機関回転速度Ｎｅが最低設定速度ＮＤＪＣＵＴ１＃未満の低速時は、実質的に問題無いのでフューエルカット気筒数＝０としてフューエルカットを禁止し、ＮＤＪＣＵＴ１＃以上では、速度域が増大する毎にフューエルカット気筒数を増やしていき、上限設定速度を超えると全気筒フューエルカットを行うようにする。
【００５８】
ステップ６８で非アイドル状態と判定されたときは、ステップ７０へ進んで機関回転速度Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとに基づいてフューエルカット気筒数を制御する。具体的には、機関回転速度Ｎｅに対してはアイドル時と同様、高速域になるほどフューエルカット気筒数を増やしていき、最高設定速度以上では無条件で全気筒フューエルカットを行い、一方、アクセル開度ＡＰＯに対してはアクセル開度が大きいときは同一速度域でもフューエルカット気筒数を減少するように制御する。
【００５９】
このように、フューエルカット制御中、燃焼気筒では第１の吸入空気量に基づく燃料噴射量制御を行って設定空燃比で燃焼させてリーン燃焼を回避しつつ、出力を抑制することで安定したフェールセーフ制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施形態における空気漏れ診断のメインルーチンを示すフローチャート。
【図３】実施形態における第１の吸入空気量を算出するルーチンを示すフローチャート。
【図４】実施形態における第２の吸入空気量を算出するルーチンの前段を示すフローチャート。
【図５】実施形態における第２の吸入空気量を算出するルーチンの後段を示すフローチャート。
【図６】実施形態におけるスロットルバルブの詰まりに対する第２の吸入空気量の学習ルーチンを示すフローチャート。
【図７】上記空気漏れ診断の詳細なサブルーチンを示すフローチャート。
【図８】各走行状態における漏れ空気量と、車両加速度との関係を示す図。
【図９】アイドル自走時の正常状態での負荷量と、空気漏れにより故障診断されるときの負荷量とを示す図。
【図１０】２０Ｋｍ／ｈ走行時の正常状態での負荷量と、空気漏れにより故障診断されるときの負荷量とを示す図。
【図１１】４０Ｋｍ／ｈ走行時の正常状態での負荷量と、空気漏れにより故障診断されるときの負荷量とを示す図。
【図１２】６０Ｋｍ／ｈ走行時の正常状態での負荷量と、空気漏れにより故障診断されるときの負荷量とを示す図。
【図１３】実施形態におけるフェールセーフ制御のサブルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関
４…スロットルバルブ
５…燃料噴射弁
２０…コントロールユニット
２１…クランク角センサ
２３…吸気圧センサ
２５…スロットルセンサ
３１…吸気温センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットルバルブ下流の吸気圧力の検出値に基づいて燃料噴射量を制御する内燃機関において、スロットルバルブ下流の空気漏れ有無の故障診断を行う技術および該故障時に行うフェールセーフ制御の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、機関のスロットルバルブ吸気圧力と機関回転速度とから燃料噴射量を求めるＤジェトロ方式と呼ばれる電子制御燃料噴射装置が知られている（特開昭５８−２０６６２４号公報等参照）。
また、前記Ｄジェトロ方式において、スロットルバルブ下流の吸気系で蒸発燃料やブローバイガスの導入管、プレッシャレギュレータやブレーキ倍力装置への負圧供給管などのシール機能低下により空気漏れを生じると、吸気圧力の検出値が増大するため、該吸気圧力を基本として設定される燃料噴射量が増量され、機関回転速度が予期せぬ上昇を生じてしまう。因みに、スロットルバルブ上流の吸入空気流量を検出して燃料噴射量を設定するＬジェトロ方式と呼ばれる電子制御燃料噴射装置の場合、同様の空気漏れを生じた場合、該漏れ分は検出されないので、実際の吸入空気流量の増量に対して燃料噴射量が増量されず空燃比リーンとはなるが、機関出力自体に大きな変化はないため許容される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、Ｄジェトロ方式により推定される第１の吸入空気量と、スロットルバルブ開度と機関回転速度の検出値に基づく第２の吸入空気量との比較によって空気漏れを診断するようにしたものがある（特開平２−３０５３４８号公報）。しかし、従来は空気漏れによって燃料噴射量が増大することによる実際の運転状態への影響を考慮することなく診断を行っているため、該診断結果に応じて必要以上にフェールセーフが行われて運転性能を損ねたり、逆にこのような過剰なフェールセーフを抑えるように空気漏れ判定のしきい値を大きくしすぎることにより、必要なフェールセーフへの移行が遅れてしまうことがあった。
【０００４】
また、空気漏れ発生時のフェールセーフ制御も良好に行われていなかった。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、空気漏れの故障診断および該空気漏れ発生時のフェールセーフ制御を適切に行うようにした内燃機関の吸気系故障診断およびフェールセーフ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
スロットルバルブ下流の吸気圧力と機関回転速度の検出値に基づき推定される第１の吸入空気量に応じて燃料噴射量を制御する内燃機関であって、
前記第１の吸入空気量が、スロットルバルブ開度と機関回転速度の検出値に基づき推定した第２の吸入空気量よりしきい値以上大きいときに、スロットルバルブ下流の吸気系における空気漏れが有ると診断する一方、
前記しきい値を、漏れ空気量に対する車両加速度が一定となるように車速が大きいほど大きい値に設定し、またはこの値を負荷が大きいほど大きくなるように補正した値に設定することを特徴とする。
【０００６】
請求項１に係る発明によると、
スロットルバルブ下流の吸気系に空気漏れを生じると、該漏れ部分からの空気が導入されて吸入空気量が増大する。これに伴い、スロットルバルブ下流の吸気圧力（絶対圧）が増大するので、該吸気圧力を基本として算出される第１の吸入空気量も前記増量分を検出して増大する。
【０００７】
一方、スロットルバルブ開度の検出値では前記空気漏れによる吸入空気量の増量を検出できず、したがって、該スロットルバルブ開度と機関回転速度とに基づいて算出される第２の吸入空気量は前記増量分を含んでいない。
したがって、前記空気漏れ発生時には前記第１の吸入空気量は第２の吸入空気量より大きくなると予測できるので、両者を比較することで空気漏れの有無を診断可能である。
【０００８】
しかし、同一の漏れ空気量に対する車両加速度は車速に応じて異なるので、該車速に基づいて、空気漏れ診断の判定用のしきい値を、漏れ空気量に対する車両加速度が一定となるように車速が大きいほど大きい値に設定することで、同等の異常感で故障と診断することができる。
また、同一車速走行時でもドライバーが加速を要求して負荷が大きくなっているときは、加速を予測しているので空気漏れによる加速を生じてもあまり異常とは感じないので、しきい値を大きくしてもよいと考えられる。そこで、車速と負荷とに基づいてしきい値を設定することで、ドライバーの要求に、より見合った診断を行うことができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、
前記空気漏れの診断を、前記第１の吸入空気量または第２の吸入空気量の検出に用いるセンサの故障時、機関回転速度が所定値未満の低速時、クランキング時のいずれかの条件が成立しているときは、禁止することを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、
第１の吸入空気量及び第２の吸入空気量を検出するためのセンサが故障しているときは、正常に吸入空気量を検出できず、両者の比較による診断を正しく行えないので診断を禁止する。
【００１０】
また、エンストに至る低速時はエンストしてしまうので空気漏れの診断が必要なく、クランキング時はニュートラル状態で行われるため機関回転速度が上昇しても問題がならず、やはり診断の必要がないので、診断を禁止する。
また、請求項３に係る発明は、
前記吸気系故障診断装置によって、前記空気漏れが有ると診断されたときに、第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御と、フューエルカット制御との少なくとも一方を実行すること特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明によると、
第１の吸入空気量と第２の吸入空気量との比較によって空気漏れが有ると診断されたときに、第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御を行うと、第２の吸入空気量は前記空気漏れ分を含んでいないので、空気漏れ分相当の燃料噴射量の増量を防止でき、出力増大によって機関回転速度が過大となることを防止できる。
【００１２】
また、同じく空気漏れが有ると診断されたときに、フューエルカット制御を行うことにより、機関出力を低減でき機関回転速度が過大となることを防止できる。
また、請求項４に係る発明は、
前記空気漏れが有ると診断されたときに、第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御とフューエルカット制御とを併用する場合は、フューエルカット制御への移行を、第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御より後に行うこと特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明によると、
前記第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御を行った後、さらに空気漏れ故障が継続する場合は、前記第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御によるリーン燃焼で排気浄化触媒に損傷を与えることが懸念されるので、フューエルカット制御へ移行して該排気浄化触媒への損傷を未然に防止する。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、
前記フューエルカット制御は、運転条件によりフューエルカット気筒数を変更する機能を持つことを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、
空気漏れによる機関出力の増大が特に大きいときはフューエルカット気筒数を多くし、最大で全気筒フューエルカットまで行う必要があるが、機関出力の増大がそれほど大きくないときは、フューエルカット気筒数を少なくして必要最小限の出力を確保してエンストを防止したい要求がある。そこで、運転条件によりフューエルカット気筒数を変更することにより、前記要求を満たすことができる。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、
前記フューエルカット気筒数を変更する運転条件の判定を、アクセル開度、機関回転速度、アイドル運転の検出によって行うことを特徴とする。
請求項６に係る発明によると、
例えば、アイドル時は機関回転速度に基づいてフューエルカット気筒数を変更し、非アイドル時は機関回転速度とアクセル開度に基づいてフューエルカット気筒数を変更するなどすれば、前記要求をきめ細かく満たすことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は実施の形態における内燃機関のシステム構成図である。
この図１において、車両に搭載される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２，吸気通路３，モータで開閉駆動される電子制御式スロットルバルブ４を介して空気が吸入される。
【００１８】
各気筒の燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁５が設けられており、該燃料噴射弁５から噴射される燃料と前記吸入される空気とによって燃焼室内に混合気が形成される。
燃料噴射弁５は、コントロールユニット２０から出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射する。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓６回りに集中的に層状の混合気を形成する。燃焼室内に形成される混合気は、点火栓６により着火燃焼する。
【００１９】
但し、内燃機関１を上記の直接噴射式ガソリン機関に限定するものではなく、吸気ポートに燃料を噴射する構成の機関であってもよい。
機関１からの排気は排気通路７より排出され、該排気通路７には排気浄化用の触媒８が介装されている。
また、燃料タンク９にて発生した蒸発燃料を燃焼処理する蒸発燃料処理装置が設けられている。
【００２０】
キャニスタ１０は、密閉容器内に活性炭などの吸着剤１１を充填したもので、燃料タンク９から延設される蒸発燃料導入管１２が接続されている。従って、燃料タンク９にて発生した蒸発燃料は、前記蒸発燃料導入管１２を通って、キャニスタ１０に導かれ吸着捕集される。
また、キャニスタ１０には、新気導入口１３が形成されると共に、パージ配管１４が導出され、前記パージ配管１４には、コントロールユニット２０からの制御信号によって開閉が制御されるパージ制御弁１５が介装される。
【００２１】
上記構成において、パージ制御弁１５が開制御されると、機関１の吸入負圧がキャニスタ１０に作用する結果、新気導入口１３から導入される空気によってキャニスタ１０の吸着剤１１に吸着されていた蒸発燃料がパージされ、パージエアがパージ配管１４を通って吸気通路３のスロットルバルブ４下流に吸入され、その後、機関１の燃焼室内で燃焼処理される。
【００２２】
コントロールユニット２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイコンを備え、各種センサからの入力信号を受け、これらに基づいて演算処理して、燃料噴射弁５，点火栓６，パージ制御弁１５などの作動を制御する。
前記各種センサとして、機関１のクランク角を検出するクランク角センサ２１、カム軸から気筒判別信号を取り出すが設けられており、前記クランク角センサ２１からの信号に基づき機関の回転速度ＮＲＰＭが算出される。
【００２３】
この他、スロットルバルブ４下流の吸気コレクタ部１７で、吸気圧力を検出する吸気圧センサ２３、吸気温度を検出する吸気温センサ３１、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＰＯを検出するアクセルセンサ２４、スロットルバルブ４の開度ＴＰＯを検出するスロットルセンサ２５、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気中の酸素濃度に応じて燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２８などが設けられている。前記スロットルセンサ２５には、所定のスロットルバルブ開度以下でＯＮとなってアイドル状態を検出するアイドルスイッチが付属されている。
【００２４】
前記コントロールユニット２０は、前記吸気圧センサ２３で検出される吸入負圧ＰＢＥ（吸気管圧力）とクランク角センサ２１からの信号に基づき算出される機関回転速度Ｎｅを基本的なパラメータとして推定される吸入空気量（以下第１吸入空気量という）に見合った燃料噴射量を演算し、該燃料噴射量に応じて燃料噴射弁５を制御する。いわゆるＤジェトロ方式である。
【００２５】
また、スロットルバルブ下流の吸気系における空気漏れの有無を、前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と、前記スロットルバルブの開度ＴＰＯと機関回転速度Ｎｅを基本的なパラメータとして推定した第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０と、の比較によって診断する。
ここで、本発明では、上記空気漏れの診断を以下のようにして高精度に実行する。
【００２６】
以下、前記空気漏れの診断と該診断結果に応じたフェールセーフ制御を、フローチャートにしたがって説明する。
メインフローを示す図２において、ステップ１では、該空気漏れの診断条件が成立しているか否かを判別する。具体的には、イグニッションスイッチがＯＮ、スタータスイッチがＯＦＦ、第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０及び第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０を検出するためのセンサ類が故障していないこと、機関回転速度Ｎｅが所定値以上であること等を全て満たしたときに、診断条件が成立していると判断する。
【００２７】
すなわち、イグニッションスイッチがＯＮされている機関運転状態であることは当然として、第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０及び第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０を検出するためのセンサ類（吸気圧センサやスロットルセンサ）が故障していないことは、正常な吸入空気量検出値での比較でなければ正しい診断を行えないからである。
【００２８】
また、スタータスイッチがＯＦＦつまり非クランキング時であるのは、クランキング時はニュートラル状態で行うので機関回転速度が上昇しても問題がなく、機関回転速度Ｎｅが所定値以上であるのは、所定値未満の低速時はエンストに至るときであり機関回転速度が上昇することはないので、いずれも診断が必要ないからである。
【００２９】
ステップ１で空気漏れの診断条件が成立していると判断したときは、ステップ２へ進み、診断条件不成立時はこのフローを終了する。
ステップ２では、Ｄジェトロ方式により第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０を算出する。
ステップ３では、スロットルバルブ開度および機関回転速度を基本として第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０を算出する。
【００３０】
ステップ４では、前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０とを比較してスロットルバルブ下流の吸気系の空気漏れの有無を診断し、空気漏れが有ると診断されたときは、ステップ５へ進み後述するようなフェールセーフ制御を行う。
本発明にかかる診断方式およびフェールセーフ制御の詳細は後述する。
【００３１】
次に、前記ステップ２におけるＤジェトロ方式による第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０の算出を、図３のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ１１では、吸気圧センサ２３により検出される吸気圧力ＰＢＥと、クランク角センサ２１からの信号に基づき検出される機関回転速度Ｎｅと、機関運転停止状態等に吸気圧センサ２３で検出される大気圧ＡＬＴ（コスト高につくが勿論大気圧センサを備えて検出してもよく、運転中に変化する大気圧の検出も可能となる）と、吸気温センサ３１により検出される吸気温度ＴＡＦを読み込む。
【００３２】
ステップ１２では、吸気圧力ＰＢＥと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、内部ＥＧＲ分に対応する吸入効率補正値ＫＮをマップからの検索等によって算出する。ステップ１３では、同じく吸気圧力ＰＢＥと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、排圧ＰＥＸをマップからの検索等によって算出する。
前記排圧ＰＥＸは大気圧に対する差圧として設定されるので、ステップ１４では、該排圧ＰＥＸに大気圧ＡＬＴを加算し、合計した絶対圧としての排圧（ＰＥＸ＋ＡＬＴ）を、前記吸入効率補正値ＫＮに乗じることで、内部ＥＧＲ分圧力ＰＩＥＧＲを算出する。
【００３３】
ステップ１５では、吸気温センサ３１により検出される吸気温度ＴＡＦに基づいて吸気温補正係数ＫＴＡＨＯＳ０を算出する。該吸気温補正係数ＫＴＡＨＯＳ０の詳細な算出の説明は省略するが、各マップのデータ値や係数等を、吸気温が基準温度（例えば２５°Ｃ）のときのシリンダ内吸気温に適合させて設定しているので、実際の吸気温でのシリンダ内吸気温の変化による新気吸入割合を運転領域毎に補正する係数として算出されるものである。
【００３４】
そして、ステップ１６で、次式のように、前記吸気圧力ＰＢＥから前記内部ＥＧＲ分圧力ＰＩＥＧＲを減算し、この減算した新気圧力分に前記吸気温補正係数ＫＴＡＨＯＳ０を乗じることによって、Ｄジェトロ方式による第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０を推定演算する。
ＡＶＴＰＲ０＝（ＰＢＥ−ＰＩＥＧＲ）×ＫＴＡＨＯＳ０
次に、前記ステップ３におけるスロットルバルブの開度ＴＰＯと機関回転速度Ｎｅを基本的なパラメータとする第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０の算出を、図４，図５のフローチャートにしたがって説明する。
【００３５】
ステップ２１では、スロットルセンサ２５によって検出されたスロットルバルブ開度ＴＰＯと、前記吸気圧力ＰＢＥ、機関回転速度Ｎｅ、大気圧ＡＬＴ、吸気温度ＴＡＦを読み込む。ただし、スロットルセンサ２５の故障等によってスロットル開度を走行に必要最小限の出力を確保できるデフォルト開度に制御しているときは、該デフォルト開度をスロットルバルブ開度ＴＰＯとして読み込む。
【００３６】
ステップ２２では、前記スロットルバルブ開度ＴＰＯから、後述するスロットルバルブの詰まりに対するオフセット学習により得られた学習値ＴＰＯＦＱＡＤを減算して補正してＴＰＯＤＱＬとする。
ステップ２３では、前記補正されたスロットルバルブ開度ＴＰＯＤＱＬを図示のマップからの検索等によりスロットル開口面積ＡＡＤＪに変換する。
【００３７】
ステップ２４では、前記スロットル開口面積ＡＡＤＪを、機関回転速度Ｎｅと排気量ＶＯＬ＃とで除算して得られる状態量ＡＡＮＶＤＪを算出する。
ステップ２５では、前記状態量ＡＡＮＶＤＪを図示マップからの検索等により体積流量比ＱＨ０ＤＪに変換する。
ステップ２６以降では、前記第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０相当値である体積流量比ＱＨ０ＤＪに、Ｄ−ジェトロ方式の第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と位相合わせするための位相遅れ補正を行う。すなわち、Ｄ−ジェトロ方式で算出される第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０は、過渡時のマニホールド部内の圧力変化に遅れがあるのに対し、スロットルバルブ開度を基本として算出される第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０は、過渡時の遅れが無いため、位相合わせのために、以下のように位相遅れ補正を行う。
【００３８】
ステップ２６では、前記体積流量比ＱＨ０ＤＪを、該体積流量比を位相遅れ補正した値（最新値）ＱＣＹＬＤＪと比較する。
そして、ＱＨ０ＤＪ≧ＱＣＹＬＤＪのときは、ステップ２７へ進んで、該体積流量比ＱＨ０ＤＪと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、加速時用の加重平均重み係数ＦＬＡＤＸをマップから検索し、ＱＨ０ＤＪ＜ＱＣＹＬＤＪのときは、ステップ２８へ進んで、同じくＱＨ０ＤＪとＮｅとに基づいて、減速時用の加重平均重み係数ＦＬＡＤＸをマップから検索する。
【００３９】
そして、ステップ２９で、体積流量比ＱＨ０ＤＪに対して次式のように前記加重平均重み係数ＦＬＡＤＸを用いた加重平均演算により位相遅れ補正を行い、補正値ＱＣＹＬＤＪを算出する。
ＱＣＹＬＤＪ＝（１−ＦＬＡＤＸ）・ＱＣＹＬＤＪｚ＋ＦＬＡＤＸ
ＱＣＹＬＤＪｚはＱＣＹＬＤＪの前回算出値
ステップ３０では、前記補正値ＱＣＹＬＤＪに、後述するように第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と比較するためゲイン（＝１００％／ＴＰＧＡＩＮ）を乗じて調整し、さらにステップ３１で大気圧補正係数（＝大気圧検出値ＡＬＴ／基準大気圧ＢＡＳＥＡＬＴ＃）を乗じて大気圧補正を行い、ステップ３２で吸気温度補正係数[＝基準吸気温度ＢＡＳＥＴＡＦ＃／（吸気温度検出値ＴＡＦ＋２７３）]を乗じて吸気温度補正を行い、質量流量に換算して第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０とする。
【００４０】
次に、前記スロットルバルブの詰まりに対するオフセット学習を、図６のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ４１では、該オフセット学習を実行する条件が成立しているかを判定する。
具体的には、以下の各条件が全て成立した状態が所定時間ＤＬＴＯＱＬＦ♯以上継続したときに学習を実行する。
【００４１】
該学習実行条件を以下に示す（自明や本質的でない条件は省略）。
ａ．吸気圧センサ、スロットルセンサ、水温センサが故障診断でいずれも故障と診断されていない。
ｂ．スロットルバルブの全閉位置学習が終了していること。
ｃ．水温、負荷（基本燃料噴射量Ｔｐで代表）、機関回転速度、スロットルバルブ開度の各変化量が所定以下の定常状態であること。
【００４２】
ｄ．アイドル回転速度制御を実行中であること。
ステップ４１で前記詰まりに対する学習条件が成立と判定されたときは、
ステップ４２以降へ進んで、該学習を実行する。
該学習は、前記第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０を前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と比較して行う。すなわち、スロットルバルブの詰まりが増大すると、開口面積が減少することにより、実際の吸入空気量は減少する。しかし、スロットルバルブ開度の検出値ＴＰＯでは詰まりによる開口面積の減少を検出できないので、該検出値ＴＰＯに基づく第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０は、詰まりによる減少分を検出できていない。
【００４３】
一方、スロットルバルブ下流の吸気圧力ＰＢＥは、スロットルバルブの詰まりが増大すると吸気圧力ＰＢＥの低下（負圧の増大）として検出されるので、該吸気圧力ＰＢＥを基本とするＤジェトロ方式により検出される第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０は、詰まりによる実際の吸入空気量の減少を検出できている。
そこで、前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０とを比較しつつ、前記詰まりに対する学習を行う
ステップ４２〜４４で順次、前記第２の吸入空気量における位相補正前の体積流量比ＱＨ０ＤＪに前記ゲイン（＝１００％／ＴＰＧＡＩＮ）、大気圧補正係数（＝大気圧検出値ＡＬＴ／基準大気圧ＢＡＳＥＡＬＴ＃）吸気温度補正係数[＝基準吸気温度ＢＡＳＥＴＡＦ＃／（吸気温度検出値ＴＡＦ＋２７３）]を乗じて質量流量に換算した学習用吸入空気量ＧＫＴＰＱＨ０を算出する。
【００４４】
ステップ４５では、前記学習用吸入空気量ＧＫＴＰＱＨ０と前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０との偏差｜ＧＫＴＰＱＨ０−ＡＶＴＰＲ０｜を、しきい値ＤＴＰＴＯＧ＃と比較し、｜ＧＫＴＰＱＨ０−ＡＶＴＰＲ０｜≦ＤＴＰＴＯＧ＃と判定されたときは、基本学習値ＴＰＱＬＦを現在値ＴＰＱＬＦ（-1）に維持し、学習更新は行わない。
【００４５】
ステップ４６で、｜ＧＫＴＰＱＨ０−ＡＶＴＰＲ０｜＞ＤＴＰＴＯＧ＃と判定されたときは、ステップ３９へ進み、次式により学習更新を行う。
ＴＰＱＬＦ＝ＴＰＱＬＦ（-1）＋ＧＴＯＱＬＦ＃・（ＧＫＴＰＱＨ０−ＡＶＴＰＲ０）
ステップ４７では、前記基本学習値ＴＰＱＬＦを下限値ＴＯＱＦＭＮ＃以上で上限値ＴＯＰＦＭＸ＃以下に規制する。
【００４６】
ステップ４０では、次式のように前記基本学習値ＴＰＱＬＦにゲインＫＴＰＯＦＡＤ＃を乗じ、かつ、この値を下限値０以上で上限値ＴＰＦＱＭＸ＃以下に規制する。
ＴＰＯＦＱＡＤ＝ＴＰＱＬＦ×ＫＴＰＯＦＡＤ＃
ただし、０≦ＴＰＯＦＱＡＤ≦ＴＰＦＱＭＸ＃
ここで、下限値を０以上とすることで、第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０に対し、スロットルバルブの詰まりによる減少方向のみ学習値を更新するようにしており、これにより、空気漏れ発生時の誤学習を防止して空気漏れを検出できなくなることを防止できる。
【００４７】
また、学習に用いる第２の吸入空気量として、前記位相補正前の値を用いることにより、過渡補正による影響で正しく学習できなくなることを防止できる。
次に、前記ステップ４における空気漏れ診断を、図７のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ５１では、車速ＶＳＰを読み込む。
【００４８】
ステップ５２では、第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０と第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０との偏差ＤＬＤＡＴＰ（＝ＡＶＴＰＲ０−ＴＰＱＨ０）を算出する。
ステップ５３では、診断用のしきい値ＵＡＦＳＴＰを設定する。
ステップ５４では、前記偏差ＤＬＤＡＴＰと前記しきい値ＵＡＦＳＴＰとを比較し、ＤＬＤＡＴＰ＞ＵＡＦＳＴＰのときは、ステップ５５で空気漏れが有ると診断し、診断フラグ＃ＵＡＦＳＤＪを１にセットし、ＤＬＤＡＴＰ≦ＵＡＦＳＴＰのときは、ステップ５６で空気漏れが無く正常であると診断し、診断フラグ＃ＵＡＦＳＤＪを０にリセットする。
【００４９】
ここで、前記ステップ５３でのしきい値ＵＡＦＳＴＰを、以下のように算出する。
図８は、各走行状態における漏れ空気量ΔＱと、車両加速度ΔＧとの関係を示す。図示のように車速が増大するほど、同一の漏れ空気量ΔＱに対する車両加速度ΔＧが小さくなる。つまり、低車速時（低負荷時）ほど全空気量Ｑに対する漏れ空気量ΔＱの割合が大きくなるため、加速度ΔＧが大きくなる。したがって、基本的には、低車速時はしきい値ＵＡＦＳＴＰを小さく、高車速時はしきい値ＵＡＦＳＴＰを大きくすることで、感覚的（加速感）に略同一レベルで故障と診断することができる。ただし、発進時（アイドル自走時）は、元々ドライバーに加速要求の意志があるので、特に、しきい値ＵＡＦＳＴＰを大きくする方が要求に見合っている。
【００５０】
図９〜図１２は、上記の考え方に合わせて発進時と、所定車速以上の走行時とで２段階に診断用の車両加速度（図示発進時ＵＡおよび走行時ＵＡ）を設定し、各走行時の正常時の負荷（吸入空気量）ＴＰと設定加速度に達するときの（ＵＡとなる）負荷ＴＰとを示す。
前記第１の吸入空気量ＡＶＴＰＲ０が空気漏れを含めた吸入空気量を検出するのに対し、第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０は空気漏れを含まない正常時と同一の吸入空気量を検出するので、前記設定加速度に達するときの負荷ＵＡＴＰから正常時の負荷ＮＴＰを減算した値を、前記しきい値ＵＡＦＳＴＰとすることで運転条件毎に適切な空気漏れ診断を行うことができる。
【００５１】
また、上記は、車速のみでしきい値ＵＡＦＳＴＰを設定したが、車速と負荷（第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０、アクセル開度ＡＰＯ等）との組み合わせでしきい値ＵＡＦＳＴＰを設定することもできる。すなわち、車速毎に定常時の基準負荷に対して実際の負荷が大きいときは加速要求があるので、前記空気漏れが有るとの診断がされにくくなるように、しきい値ＵＡＦＳＴＰを大きく設定する。例えば、車速と負荷とのマップでしきい値ＵＡＦＳＴＰを設定したり、車速のみで算出したしきい値ＵＡＦＳＴＰ０に補正係数Ｋ（例えば簡易的にＫ＝ＡＰＯ／ＡＰＯＢ：ＡＰＯＢ＝基準負荷相当のアクセル開度）を乗じて設定する。このようにすれば、ドライバーの要求に、より見合った診断を行える。
【００５２】
次に、前記空気漏れの診断結果に基づく前記ステップ５のフェールセーフ制御について、図１３のフローチャートにしたがって、説明する。
ステップ６１では、機関回転速度Ｎｅと、負荷の代表値であるアクセル開度ＡＰＯと、アイドルスイッチのＯＮ,ＯＦＦ信号とを読み込む。
ステップ６２では、前記診断フラグ＃ＵＡＦＳＤＪ＝１の状態（ＤＬＤＡＴＰ＞ＵＡＦＳＴＰ）が、第１の設定時間ＴＭＵＡＦＳ＃以上継続したかを判定する。ここで、第１の設定時間ＴＭＵＡＦＳ＃は後述する第１のフェールセーフ制御を速やかに実行するように短い時間（数百ｍｓ程度）に設定してある。
【００５３】
そして、ＤＬＤＡＴＰ＞ＵＡＦＳＴＰの状態が第１の設定時間ＴＭＵＡＦＳ＃以上継続したときは、ステップ６３へ進んで第１のフェールセーフ制御を行う。前記第１のフェールセーフ制御は、燃料噴射量の制御を第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０に基づいて行う処理である。該第２の吸入空気量ＴＰＱＨ０は、既述したように空気漏れ分を含まない値として算出されるので、燃料噴射量が該空気漏れ分によって増量されることがなく、機関出力が過大となって機関回転速度Ｎｅが過度に上昇（加速）することを防止できる。すなわち、結果的に、スロットルバルブ上流の吸入空気流量（空気漏れ分を含まない）を検出して燃料噴射量を制御するいわゆるＬジェトロ方式と同様の制御となる。
【００５４】
ステップ６４では、再度偏差ＤＬＤＡＴＰとしきい値ＵＡＦＳＴＰとを比較し、ＤＬＤＡＴＰ≦ＵＡＦＳＴＰとなったかを判定する。
ステップ６４でＤＬＤＡＴＰ≦ＵＡＦＳＴＰとなったと判定されたときは、ステップ６５へ進んで、この状態が設定時間ＴＭＵＡＯＫ＃以上継続したかを判定し、継続したときはステップ６６へ進んで正常に復帰したと診断し、前記診断フラグ＃ＵＡＦＳＤＪを０にクリアする。
【００５５】
一方、ステップ６４での再度の判定で、ＤＬＤＡＴＰ＞ＵＡＦＳＴＰに維持されていると判定されたときは、ステップ６７へ進んでこの状態が第２の設定時間ＴＭＵＡＤＪ＃以上継続したかを判定する。すなわち、前記第１のフェールセーフ制御を行うと、燃料噴射量の増量を防止して出力増大は防止できるが、実際の吸入空気量は空気漏れによって増大しているので、リーン燃焼することになり、リーン失火等でアフターファイアの発生による排気浄化触媒の損傷が懸念される。そこで、前記第２の設定時間ＴＭＵＡＤＪ＃は、前記リーン燃焼の継続に伴うアフターファイアの発生を未然に防止できるように、前記第１の設定時間ＴＭＵＡＦＳ＃に比較して十分大きい値（秒単位の値）に設定されている。
【００５６】
ステップ６７で、ＤＬＤＡＴＰ＞ＵＡＦＳＴＰの状態が第２の設定時間ＴＭＵＡＤＪ＃以上継続したと判定されたときは、ステップ６８以降へ進んで第２のフェールセーフ制御としてフューエルカット制御を実行する。なお、診断フラグ＃ＵＡＦＳＤＪを０にリセットして、フューエルカットしない気筒については、第１の吸入空気量を用いて燃料噴射量を制御する。
【００５７】
ステップ６８では、アイドルスイッチがＯＮであるアイドル状態かを判定し、アイドル状態と判定されたときは、ステップ６９へ進んで機関回転速度Ｎｅに応じてフューエルカット気筒数を以下のように制御する。
機関回転速度Ｎｅが最低設定速度ＮＤＪＣＵＴ１＃未満の低速時は、実質的に問題無いのでフューエルカット気筒数＝０としてフューエルカットを禁止し、ＮＤＪＣＵＴ１＃以上では、速度域が増大する毎にフューエルカット気筒数を増やしていき、上限設定速度を超えると全気筒フューエルカットを行うようにする。
【００５８】
ステップ６８で非アイドル状態と判定されたときは、ステップ７０へ進んで機関回転速度Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとに基づいてフューエルカット気筒数を制御する。具体的には、機関回転速度Ｎｅに対してはアイドル時と同様、高速域になるほどフューエルカット気筒数を増やしていき、最高設定速度以上では無条件で全気筒フューエルカットを行い、一方、アクセル開度ＡＰＯに対してはアクセル開度が大きいときは同一速度域でもフューエルカット気筒数を減少するように制御する。
【００５９】
このように、フューエルカット制御中、燃焼気筒では第１の吸入空気量に基づく燃料噴射量制御を行って設定空燃比で燃焼させてリーン燃焼を回避しつつ、出力を抑制することで安定したフェールセーフ制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施形態における空気漏れ診断のメインルーチンを示すフローチャート。
【図３】実施形態における第１の吸入空気量を算出するルーチンを示すフローチャート。
【図４】実施形態における第２の吸入空気量を算出するルーチンの前段を示すフローチャート。
【図５】実施形態における第２の吸入空気量を算出するルーチンの後段を示すフローチャート。
【図６】実施形態におけるスロットルバルブの詰まりに対する第２の吸入空気量の学習ルーチンを示すフローチャート。
【図７】上記空気漏れ診断の詳細なサブルーチンを示すフローチャート。
【図８】各走行状態における漏れ空気量と、車両加速度との関係を示す図。
【図９】アイドル自走時の正常状態での負荷量と、空気漏れにより故障診断されるときの負荷量とを示す図。
【図１０】２０Ｋｍ／ｈ走行時の正常状態での負荷量と、空気漏れにより故障診断されるときの負荷量とを示す図。
【図１１】４０Ｋｍ／ｈ走行時の正常状態での負荷量と、空気漏れにより故障診断されるときの負荷量とを示す図。
【図１２】６０Ｋｍ／ｈ走行時の正常状態での負荷量と、空気漏れにより故障診断されるときの負荷量とを示す図。
【図１３】実施形態におけるフェールセーフ制御のサブルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関
４…スロットルバルブ
５…燃料噴射弁
２０…コントロールユニット
２１…クランク角センサ
２３…吸気圧センサ
２５…スロットルセンサ
３１…吸気温センサ
Claims (6)
- スロットルバルブ下流の吸気圧力と機関回転速度の検出値に基づき推定される第１の吸入空気量に応じて燃料噴射量を制御する内燃機関であって、
前記第１の吸入空気量が、スロットルバルブ開度と機関回転速度の検出値に基づき推定した第２の吸入空気量よりしきい値以上大きいときに、スロットルバルブ下流の吸気系における空気漏れが有ると診断する一方、
前記しきい値を、漏れ空気量に対する車両加速度が一定となるように車速が大きいほど大きい値に設定し、またはこの値を負荷が大きいほど大きくなるように補正した値に設定することを特徴とする内燃機関の吸気系故障診断装置。 - 前記空気漏れの診断を、前記第１の吸入空気量または第２の吸入空気量の検出に用いるセンサの故障時、機関回転速度が所定値未満の低速時、クランキング時のいずれかの条件が成立しているときは、禁止することを特徴とする請求項１の内燃機関の吸気系故障診断装置。
- 請求項１または請求項２に記載の吸気系故障診断装置によって、前記空気漏れが有ると診断されたときに、第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御と、フューエルカット制御との少なくとも一方を実行すること特徴とする内燃機関のフェールセーフ装置。
- 前記空気漏れが有ると診断されたときに、第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御とフューエルカット制御とを併用する場合は、フューエルカット制御への移行を、第２の吸入空気量に基づく燃料噴射量の制御より後に行うこと特徴とする請求項３に記載の内燃機関のフェールセーフ装置。
- 前記フューエルカット制御は、運転条件によりフューエルカット気筒数を変更する機能を持つことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関のフェールセーフ装置。
- 前記フューエルカット気筒数を変更する運転条件の判定を、アクセル開度、機関回転速度、アイドル運転の検出によって行うことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関のフェールセーフ装置。
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