JP2025123700A - 吸気マニホールド圧力センサの応答性診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の操作に依存しないこと、診断精度を向上させることを共に実現可能な、吸気マニホールドに備えた圧力センサの応答性診断方法を提供する。
【解決手段】火花点火式エンジンの吸気マニホールドに備えた圧力センサの応答性診断方法であって、前記エンジンのアイドル時において吸気脈動により生じる圧力脈動振幅を前記圧力センサによって計測し、計測した圧力センサ信号情報から計測最大値と計測最小値を抽出し、前記圧力センサが正常時に前記エンジンの制御装置内に予め記憶した正常最大値および正常最小値と、前記計測最大値および前記計測最小値とから演算し、前記演算結果が所定の応答性劣化条件を満たす場合には、前記圧力センサの応答性劣化があると判断する。
【選択図】図５

Description

本発明は、火花点火式エンジンの吸気マニホールドに備えた圧力センサの応答性診断方法に関する。

従来、例えば車両などに搭載される火花点火式エンジンにおいて燃費や走行性能の向上を図る手段として、運転者によるアクセル操作により機械的にスロットルを開閉動作させる代わりに電子式制御システムを用いてスロットルを電子的に開閉動作させる電子制御スロットル制御装置が普及しており、例えば特開平５－２４００７３号公報（特許文献１）、特開２００８－０３８８７２号公報（特許文献２）などに記載されている。

そして、前記電子制御スロットル制御装置では、エンジン制御を高精度に行うために電子制御ユニット装置（以下「ＥＣＵ」と言う）によるエンジンの空燃比を制御する目的で、エンジン内に取り入れられる燃料と空気とからなる混合気体の圧力や排気ガスの圧力を測定するために圧力センサが吸気系および排気系に使用されている。

通常、火花点火式エンジンの吸気系には、吸気フィルタ、スロットル、吸気マニホールドが連続して設けられており、前記吸気マニホールドに備えられて吸気圧を電圧の大小による圧力センサ信号情報として出力する圧力センサを利用することで、エンジンの空燃比を制御するものとなっている。

この圧力センサは、使用期間に応じて特性の変化や、応答性の低下などの機能性劣化故障が発生する場合がある。機能性劣化故障により正常な圧力値が検出できなくなり、エンジン制御の精度が低下することで、排出ガスが悪化し、最悪の場合エンストを引き起こす可能性がある。

これに対し、例えば図８のように、ドライバーがアクセルペダルを踏んだ時の加速条件で、クランクポジションセンサ（ＣＰＳ）の信号毎にサンプリングする圧力センサが出力する圧力センサ信号の立ち上がり時間（Δｔｒ）または立下り時間（Δｔｄ）から故障診断を行う方法が知られている。

しかしながら、このような従来の故障診断方法では、アクセルペダルを踏むという運転者の操作が必要なために、運転期間（ドライビング・サイクル）中に診断条件を満たす保証がなく、診断実行率が不安定である点、人間の操作では毎回定まった加速度・定まった車速からの加速などを再現する事が困難であり、診断精度が悪化してしまう要因となる点の２つの問題があった。

特開平５－２４００７３号公報 特開２００８－０３８８７２号公報

本発明は、運転者の操作に依存しないこと、診断精度を向上させることを共に実現可能な、吸気マニホールドに備えた圧力センサの応答性診断方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、火花点火式エンジンの吸気マニホールドに備えた圧力センサの応答性診断方法であって、
前記エンジンのアイドル時において吸気脈動により生じる圧力脈動振幅を前記圧力センサによって計測し、計測した圧力センサ信号情報から計測最大値と計測最小値を抽出し、前記圧力センサが正常時に前記エンジンの制御装置内に予め記憶した正常最大値および正常最小値と、前記計測最大値および前記計測最小値とから演算し、前記演算結果が所定の応答性劣化条件を満たす場合には、前記圧力センサの応答性劣化があると判断する、ことを特徴とする。

上記発明によれば、エンジンのアイドル時に圧力脈動振幅を計測して、その最大値・最小値と、圧力センサ正常時に予め記憶した最大値・最小値とを用いて演算することで、運転者の操作に依存せずに確実に診断が可能であり、過渡状態ではなくアイドル時に診断することで高精度に吸気マニホールドに備えた圧力センサの応答性を診断することができる。

本発明において、前記エンジンのクランク角度が前記圧力センサ信号情報をサンプル＆ホールドしつつアナログ－デジタル変換して、１サイクル中に計測した圧力センサ信号情報から前記計測最大値と前記計測最小値を抽出する場合、計測最大値・計測最低値の情報を容易かつ高精度に取得することができる。

本発明において、前記エンジンの制御装置を介して得た前記エンジンの負荷情報を基にして前記計測最小値を参照することも可能である。

本発明において、前記エンジンの回転数と前記計測最低値を入力値として、前記エンジンの制御装置内に予め記憶した前記エンジンの回転数と前記計測最低値との対応を示すマップデータから補間して補正前基準値を得て、前記参照値を入力値として、前記エンジンの制御装置内に予め記憶した大気圧力と補正前基準値との対応を示すテーブルデータから補間して補正後基準値を得て、前記補正後基準値から前記計測最高値を引いて差分値を得て、所定の判定開始条件を満たした際に、前記差分値が所定の許容値上限から許容値下限の範囲内にあるか否か判定し、判定結果が否定である場合、応答性劣化条件を満たし、前記圧力センサの応答性劣化があると判断する場合、大気圧力の影響を考慮して補正後基準値の導出が行えるため、例えば判定精度の向上が図れる。

本発明において、前記判定において、所定の時間または所定の回数を超えて、判定結果が否定であることが連続して成立した場合、応答性劣化条件を満たし、前記圧力センサの応答性劣化があると判断する場合、例えば判定精度の向上が図れる。

本発明において、前記判定開始条件は、前記エンジンの回転数が所定の回転数閾値以下であり、且つ、前記エンジンの温度が所定の温度閾値以下である場合、例えば判定精度の向上が図れる。

本発明において、前記応答性劣化条件を満たした時点で仮故障判定を行い、その後、前記エンジンのクランク角度，前記エンジンの回転数または前記エンジンの温度を測定する各センサの正常性が確認された段階で、故障確定判定を行い、前記圧力センサの応答性劣化があると判断する場合、例えば誤検出の回避が図れる。

本発明によれば、運転者の操作に依存せず、確実かつ高精度に吸気マニホールドに備えた圧力センサの応答性を診断することができる。

本発明を実施する火花点火式の単気筒エンジンの周辺構成を示す概略図。 エンジン回転数違いの吸気マニホールド内の圧力波形を示すグラフ。 エンジン負荷違いの吸気マニホールド内の圧力波形を示すグラフ。 エンジン回転数が一定であるときにエンジンに負荷がかかった場合の圧力とエンジン負荷の相関を示すグラフ。 本発明であるＭＡＰセンサの応答性診断方法を示すブロック図。 正常ＭＡＰセンサの圧力計測値グラフ。 劣化ＭＡＰセンサの圧力計測値グラフ。 従来のＭＡＰセンサの応答性変化の故障検出方法を示したタイミングチャート。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。

図１は本発明である吸気マニホールドに備えた圧力センサの応答性診断方法を実施する際の、火花点火式の単気筒エンジンの周辺構成を示す図である。

まず、吸気マニホールドに備えた圧力センサ１０（ＭＡＰセンサ）に圧力脈動が現れる原理を、前記図１を用いて説明する。単気筒エンジン１の吸気通路においては、上流のエアクリーナ２を介して供給される吸気の供給量を制御するスロットルバルブ３と、吸気マニホールド４が設けられており、前記吸気マニホールド４には圧力センサ１０（ＭＡＰセンサ）が取り付けられている。前記吸気マニホールド４の下流には吸気バルブ５を経由して前記エンジン１に吸気が供給され、前記エンジン１筒内ではピストン６が往復運動する。

前記吸気バルブ５が開状態になると、前記吸気マニホールド４内の吸気は前記ピストン６で構成される容積式ポンプによって吸引され、かつ、上流の前記スロットルバルブ３が閉じている場合には前記吸気マニホールド４内の圧力は急降下する。

一方、前記吸気バルブ５が閉状態になると前記エンジン１筒内へと吸引される空気流（Ｑａｃ）はなくなるので、前記スロットルバルブ３より流入する空気（Ｑａｔｈ）により前記吸気マニホールド４内の圧力はゆっくりと大気圧まで回復する。

本発明の応答性診断は上記現象に着目したものである。圧力脈動はエンジン回転数やエンジン負荷によって変動し、エンジン回転数が高回転になるほど、前記ピストン６の動きが速くなるため、図２に示すとおり圧力の脈動は小さくなる。また、エンジン負荷が大きいときは、前記スロットルバルブ３が開状態のままとなるため、こちらも図３のように圧力の脈動は小さくなる。

なお、エンジン回転数が一定であるときにエンジンに負荷がかかった場合、その時の圧力とエンジン負荷の相関は図４に示したグラフの様になる。すなわち、計測最低値（ＭＡＰ＿Ｌ）とエンジン負荷は比例関係にあるため、計測最低値（ＭＡＰ＿Ｌ）をエンジン負荷として参照することが可能といえる。

前述のように圧力の脈動が小さな条件では故障診断の正確性に欠けてしまうため、本発明では、低回転かつ低負荷のアイドル付近の条件でＭＡＰセンサの応答性劣化を検出する。

本発明の適用事例を、図５に示す。まず、図５（１）のように、低回転かつ低負荷のアイドル時にＭＡＰセンサより出力される値から、計測最高値（ＭＡＰ＿Ｈ）と計測最低値（ＭＡＰ＿Ｌ）を測定する。

図６および図７に示すとおり、正常時のＭＡＰセンサと劣化したＭＡＰセンサを比較すると、劣化したＭＡＰセンサは計測最高値（ＭＡＰ＿Ｈ）と計測最低値（ＭＡＰ＿Ｌ）の偏差が小さくなる。

これを利用して、図５（２）のように、正常ＭＡＰセンサ値を基準とした補正後基準値（ＭＡＰ＿Ｈｓ）と計測最高値（ＭＡＰ＿Ｈ）の差分値（Ｈ＿ｄｉｆｆ）が、所定の許容上限値（ＭＡＰ＿Ｈ＿ｈｉｇｈ）から許容下限値（ＭＡＰ＿Ｈ＿ｌｏｗ）の範囲内に収まっていれば正常であるといえる。

ここで、補正後基準値（ＭＡＰ＿Ｈｓ）［ｋＰａ］は、エンジン回転数と計測最低値（ＭＡＰ＿Ｌ）よりマップ補間して算出した補正前基準値（ＭＡＰ＿Ｈ０）［ｋＰａ］を用いて、大気圧力［ｋＰａ］と補正後基準値（ＭＡＰ＿Ｈｓ）よりテーブル補間することで、大気圧力の影響を考慮して導出する。

マップ補間は、エンジン回転数［ｒｐｍ］および計測最低値（ＭＡＰ＿Ｌ）［ｋＰａ］を入力値として、予め用意した、エンジン回転数［ｒｐｍ］と計測最低値（ＭＡＰ＿Ｌ）［ｋＰａ］との対応を２軸（二次元）で示したマップデータから、例えば線形補間などの任意の補間方法によって補正前基準値（ＭＡＰ＿Ｈ０）を算出することを指す。

テーブル補間は、補正前基準値（ＭＡＰ＿Ｈ０）を入力値として、予め用意した、大気圧力［ｋＰａ］と補正後基準値（ＭＡＰ＿Ｈｓ）［ｋＰａ］との対応を１軸（一次元）で示したテーブルデータから、例えば線形補間などの任意の補間方法によって算出することを指す。

また、この正常判定は安定した条件で行うのが望ましいため、図５（３）で示すとおり、高回転高負荷時以外、かつエンジン温度が一定以上などの判定条件内で実施する。差分値（Ｈ＿ｄｉｆｆ）が所定の許容上限値（ＭＡＰ＿Ｈ＿ｈｉｇｈ）から許容下限値（ＭＡＰ＿Ｈ＿ｌｏｗ）の範囲内に収まっているか否かの判定を行う。判定結果が肯定の場合、仮正常判定を行い、判定結果が否定の場合、仮故障判定を行う。

図５（４）では、図５（３）の判定条件に用いた他のセンサ（クランク角度センサ，エンジン回転数センサ，エンジン温度センサなど）の正常性を確認し、各センサが正常であれば、最終的に図５（５）でＭＡＰセンサの正常／故障判定を確定する。

以上説明してきたように、本発明によれば、加速条件を使用せずサイクル内の計測最高値（ＭＡＰ＿Ｈ）と計測最低値（ＭＡＰ＿Ｌ）を用いることで、ドライバーの操作によらず安定した応答性診断実行率を得ることができる。さらに、過渡状態の診断ではなく定常状態で応答性の診断が可能となるため、応答性診断の正確性向上にも寄与している。

１ エンジン、２ エアクリーナ、３ スロットルバルブ、４ 吸気マニホールド、５ 吸気バルブ、６ ピストン、１０ 圧力センサ

Claims (7)

1. 火花点火式エンジンの吸気マニホールドに備えた圧力センサの応答性診断方法であって、
   前記エンジンのアイドル時において吸気脈動により生じる圧力脈動振幅を前記圧力センサによって計測し、
   計測した圧力センサ信号情報から計測最高値と計測最低値を抽出し、
   前記圧力センサが正常時に前記エンジンの制御装置内に予め記憶した正常最高値および正常最低値と、前記計測最高値および前記計測最低値とから演算し、
   前記演算結果が所定の応答性劣化条件を満たす場合には、前記圧力センサの応答性劣化があると判断する、
   ことを特徴とする吸気マニホールド圧力センサの応答性診断方法。
2. 前記エンジンのクランク角度が前記圧力センサ信号情報をサンプル＆ホールドしつつアナログ－デジタル変換して、１サイクル中に計測した圧力センサ信号情報から前記計測最高値と前記計測最低値を抽出する、
   ことを特徴とする請求項１記載の吸気マニホールド圧力センサの応答性診断方法。
3. 前記エンジンの制御装置を介して得た前記エンジンの負荷情報を基にして前記計測最低値を参照する、
   ことを特徴とする請求項１記載の吸気マニホールド圧力センサの応答性診断方法。
4. 前記エンジンの回転数と前記計測最低値を入力値として、前記エンジンの制御装置内に予め記憶した前記エンジンの回転数と前記計測最低値との対応を示すマップデータから補間して補正前基準値を得て、
   前記参照値を入力値として、前記エンジンの制御装置内に予め記憶した大気圧力と補正前基準値との対応を示すテーブルデータから補間して補正後基準値を得て、
   前記補正後基準値から前記計測最高値を引いて差分値を得て、
   所定の判定開始条件を満たした際に、前記差分値が所定の許容上限値から許容下限値の範囲内にあるか否か判定し、判定結果が否定である場合、応答性劣化条件を満たし、前記圧力センサの応答性劣化があると判断する、
   ことを特徴とする請求項１記載の吸気マニホールド圧力センサの応答性診断方法。
5. 前記判定において、所定の時間または所定の回数を超えて、判定結果が否定であることが連続して成立した場合、応答性劣化条件を満たし、前記圧力センサの応答性劣化があると判断する、
   ことを特徴とする請求項４記載の吸気マニホールド圧力センサの応答性診断方法。
6. 前記判定開始条件は、前記エンジンの回転数が所定の回転数閾値以下であり、且つ、前記エンジンの温度が所定の温度閾値以下である、
   ことを特徴とする請求項４記載の吸気マニホールド圧力センサの応答性診断方法。
7. 前記応答性劣化条件を満たした時点で仮故障判定を行い、
   その後、前記エンジンのクランク角度，前記エンジンの回転数または前記エンジンの温度を測定する各センサの正常性が確認された段階で、故障確定判定を行い、前記圧力センサの応答性劣化があると判断する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の吸気マニホールド圧力センサの応答性診断方法。