空氣流量計的故障診斷裝置的製作方法
2024-02-05 11:15:15
專利名稱：空氣流量計的故障診斷裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種空氣流量計的故障診斷裝置，其在內燃機的整個運行區域中進行空氣流量計的故障診斷。
背景技術：
在由於進入空氣量傳感器發生故障而進入空氣量包含誤差時，會進行不恰當的燃料噴射，其結果，導致向大氣中排出有害物質。例如，在專利文獻I中，公開了一種故障診斷裝置，其在進入空氣流量推定單元和由空氣流量傳感器測量出的實際進入空氣流量之間的差的絕對值，大於規定值GO時，診斷 為空氣流量傳感器發生故障，該規定值GO是通常該絕對值不會取的值或大於根據發動機旋轉速度及發動機負載設定的值。但是，節氣門開度為低開度時或內燃機的旋轉速度為低轉速時(低進入空氣量時)，由於進氣脈動等的影響，即使是沒有故障的空氣流量計，實際進入空氣量相對於推定進入空氣量，也有可能向多的側或少的側有較大的偏差。S卩，如專利文獻I中所公開的空氣流量計的故障診斷裝置中，由於沒有考慮進入空氣量少時的空氣流量計的檢測值的波動，因此，存在下述問題，即，為了提高故障診斷的精度，如果將所述規定值GO設定得較小，則在進入空氣量少的運行區域中，容易引起誤判斷，因此為了防止誤判斷，在進入空氣量少的運行區域中，不得不停止空氣流量計的故障診斷。專利文獻I :日本特開2006-329138號公報
發明內容
因此，本發明的目的在於，提供一種空氣流量計的故障診斷裝置，其對於空氣流量計的故障診斷，即使在進入空氣量少時，也可以進行空氣流量計的故障判斷。本發明是一種空氣流量計的故障診斷裝置，其在推定進入空氣量相對於通過空氣流量計得到的實際進入空氣量的偏差量，大於與內燃機的旋轉速度對應而確定的故障判斷基準值的情況下，判斷為所述空氣流量計故障，其特徵在於，內燃機的旋轉速度越低，判斷空氣流量計為故障的故障判斷基準值越大，將判斷該空氣流量計為故障的區域設定得越窄。根據本發明，在即使是正常的空氣流量計，檢測值的波動也較大的進入空氣量少的區域中，判斷空氣流量計為故障的區域設定為相對較窄，因此，在避免誤診斷的基礎上，可以在內燃機旋轉速度全部區域，即，內燃機的全部運行區域中，實施空氣流量計的故障診斷，可以進一步事先防止由空氣流量計的故障導致的排氣性能的惡化。
圖I是示意地表示使用了本發明的內燃機的系統結構的說明圖。
圖2是表示本發明涉及的空氣流量計的故障判斷的概要的說明圖。圖3是表示空氣流量計的故障診斷方法的框圖。圖4是表示故障診斷方法的控制流程的流程圖。
具體實施例方式下面，根 據附圖，詳細說明本發明的一個實施方式。圖I是示意地表示使用了本發明的內燃機的系統結構的說明圖。從向大氣開放的進氣導入口 3進入的空氣，經由進氣通路4導入至內燃機I的燃燒室2中。在進氣通路4中，從上遊側依次安裝有空氣濾清器5、節氣門閥6、集氣管7。而且，分別經由位於集氣管7的下遊側的各氣缸的進氣口 8，向燃燒室2導入空氣。在空氣濾清器5中設置有檢測大氣壓的大氣壓傳感器9。在空氣濾清器5和節氣門閥6之間，設置空氣流量計11，該空氣流量計11是內置進氣溫度傳感器10的熱線或熱膜式等的熱式流量計。在集氣管7中設置有檢測集氣管7內的進氣壓(集氣管壓)的進氣壓傳感器12。在各氣缸的進氣口 8中，以分別向各氣缸噴射供給燃料的方式，設置有燃料噴射閥13，並且，在其下遊端設置有進氣閥14。另外，在與燃燒室2連接的排氣口 15的上遊端設置有排氣閥16。在這裡，驅動進氣閥14的進氣閥側的動閥機構，為可以變更進氣閥14的氣門定時的可變動閥機構(未圖示)，通過變更進氣閥14的開閉時機(延遲/提前)，可以控制進氣閥14和排氣閥16的氣門重疊量。作為該可變動閥機構，可以是使進氣閥14的提升中心角的相位延遲/提前的相位可變機構、變更進氣閥14的氣門提升量和動作角的提升動作角可變機構、或上述相位可變機構和所述提升動作角可變機構的組合。驅動排氣閥16的排氣閥側的動閥機構，是通常的使用了直動式凸輪(提升/動作角及提升中心角的相位固定)的動閥機構(未圖示)。此外，排氣閥側的動閥機構也可以與進氣閥側相同地，採用可變動閥機構。由大氣壓傳感器9、進氣溫度傳感器10、空氣流量計11及進氣壓傳感器12檢測出的檢測信號，輸入至E⑶(發動機控制單元)17。ECU 17內置微型計算機，進行內燃機I的各種控制，根據來自各種傳感器的信號進行處理。作為上述各種傳感器，除了上述大氣壓傳感器9、進氣溫度傳感器10、空氣流量計11及進氣壓傳感器12之外，還輸入來自可以檢測曲軸角度和內燃機旋轉速度的曲軸轉角傳感器18、檢測節氣門閥6的開度的節氣門傳感器19、檢測車輛速度的車速傳感器20等的信號。而且，在ECU 17中，根據上述檢測信號，對燃料噴射閥13的噴射量或噴射定時、火花塞(未圖示)的點火定時、可變動閥機構(未圖示)的氣門提升特性、節氣門閥6的開度等進行控制。此外，通過該ECU 17，可以實現不使用空氣流量計11的檢測值而推定空氣量的運算、以及空氣流量計11的故障診斷。在空氣流量計11的故障診斷中，在由E⑶17推定的推定進入空氣量相對於由空氣流量計11檢測出的檢測值即實際進入空氣量的偏差值，大於對應於內燃機旋轉速度而預先設定的故障判斷基準值的情況下，判斷為空氣流量計11發生故障。在本實施方式中，作為上述偏差值，使用由實際進入空氣量除以推定進入空氣量而得到的偏差率，如圖2所示，在該偏差率處於作為故障判斷基準值的上下限的故障診斷標準(圖2中的特性線A及B)之間的區域之外時，判斷為空氣流量計11故障。圖2中的特性線A是作為上限側的故障判斷基準值的上限側故障診斷標準，圖2中的特性線B是作為下限側的故障判斷基準值的下限側故障診斷標準。作為故障判斷基準值的上下限的故障診斷標準，例如，是相對於作為正常的空氣流量計而所述偏差率可以取得的值的上下限值(參照圖2中的特性線a、b)，考慮進氣系統部件的部件波動的容限後的值。在進入空氣量少的狀況下，由於進氣脈動等的影響，即使在空氣流量計11沒有故障的情況下，由空氣流量計11檢測出的進入空氣量(實際進入空氣量)相對於由ECU 17運算出的推定進入空氣量，也有可能偏差較大，因此，設定為內燃機旋轉速度越小，上限側故障診斷標準越大，下限側故障診斷標準越小。 在本實施方式中，在上述偏差率大於上限側故障診斷標準的情況下，或上述偏差率小於下限側故障診斷標準的情況下，判斷為空氣流量計11故障。在判斷為空氣流量計11故障的情況下，使在從駕駛位可以看到的位置、例如駕駛位的儀錶盤等上設置的報警燈點亮，使駕駛者知道空氣流量計11存在異常。而且，在本實施方式中，在所述偏差率處於小於或等於上限側故障診斷標準而大於或等於下限側故障診斷標準的範圍內，並且內燃機旋轉速度大於或等於預先設定的規定旋轉速度(例如3000rpm)的情況下，判斷為空氣流量計11正常。如果進入空氣量變多，則不容易受到進氣脈動等的影響，因此，只要空氣流量計11沒有故障，就不會發生由空氣流量計11檢測出的進入空氣量(實際進入空氣量)，相對於由E⑶17運算出的推定進入空氣量偏差較大的情況。即，在內燃機旋轉速度高於規定旋轉速度的情況下，可以高精度地診斷出空氣流量計為正常，因此，即使從發動機啟動至當前為止存在診斷為故障的歷史，也認為故障的診斷為錯誤，而將診斷結果切換為正常。由此，可以提高故障診斷的精度，防止由於誤診斷，在並不一定是故障的情況下，更換空氣流量計11。另一方面，在內燃機旋轉速度低於規定旋轉速度的情況下，空氣流量計的診斷並不一定是高精度地進行，因此，維持當前的診斷結果。例如，從發動機啟動至當前為止，存在診斷為故障的歷史的情況下，維持是故障的診斷結果，存在診斷為正常的歷史的情況下，維持是正常的診斷結果。在從發動機啟動至當前為止，偏差率持續在小於或等於上限側故障診斷標準而大於或等於下限側故障診斷標準的範圍內，並且內燃機旋轉速度持續處於小於預先設定的規定旋轉速度(例如3000rpm)的情況下，持續維持不存在診斷結果的狀態。如上所述，與內燃機旋轉速度對應，切換為正常診斷，或維持現狀的診斷結果，因此，可以提高故障診斷的精度，可以防止例如由於誤診斷，在並不一定是故障的情況下，更換空氣流量計11。此外，對於空氣流量計11是否正常，沒有必要一定要直接向駕駛者通知，因此，例如也可以設置為，在空氣流量計11為正常的情況下不亮燈而使駕駛者知道。但是，判斷為空氣流量計11發生故障，在維修工廠等處對判斷為故障的空氣流量計11實施更換的操作員，通過將E⑶17和規定的服務工具進行連接，將內燃機I的內燃機旋轉速度以大於或等於預先設定的規定旋轉速度進行運行，從而可以確認空氣流量計11是否正常。而且，在本實施方式中，在圖2中的上下限的故障診斷標準的更外側，設定有上下限的失效保護診斷標準，在上述偏差率大於上限側失效保護診斷標準(圖2中的特性線C)的情況下、或上述偏差率小於下限側失效保護診斷標準(圖2中的特性線D)的情況下，從普通控制轉換至失效保護控制，該普通控制為根據由空氣流量計11檢測出的進入空氣量，計算出燃料噴射閥13的噴射量或噴射時機、由點火塞(未圖不)的點火時機等的控制值，根據計算出的值對內燃機I進行控制，該失效保護控制為使用根據內燃機的旋轉速度和節氣門開度運算出的進入空氣量，計算出與普通控制相同的控制值，根據計算出的值對內燃機I進行控制。在本實施方式中，上限側失效保護診斷標準為偏差率150%，下限側失效保護診斷標準為偏差率50%。 S卩，本實施方式中的失效保護控制設定為，在由空氣流量計11檢測出的實際進入空氣量、與由ECU 17推定出的推定進入空氣量的偏差大於或等於50%的情況下實施。但是，在急加速中或內燃機I不產生扭矩的狀態(例如，使用發動機制動器的狀態或以慣性行駛的狀態)時等，由空氣流量計11檢測的進入空氣量(實際進入空氣量)，相對於由ECU 17運算的推定進入空氣量，有可能偏差較大的狀況下(後述的診斷許可條件不成立時)，不實施空氣流量計11的故障診斷。圖3是表示空氣流量計11的故障診斷方法的框圖。在SI中，根據內燃機旋轉速度，計算上限側故障診斷標準(THhigh)。在S2中，根據內燃機旋轉速度，計算下限側故障診斷標準(THlow)。上限側故障診斷標準(THhigh)及下限側故障診斷標準(THlow)，分別通過對預先實驗生成的表格(未圖示)進行檢索而計算。在S3中，利用內燃機旋轉速度、進氣閥14和排氣閥16的氣門重疊量，根據預先實驗生成的表格(未圖示)，計算燃燒效率係數(ITAFV)。此外，氣門重疊量可以利用設置在可變動閥機構處的傳感器(未圖示)，通過對內燃機閥(進氣閥14或排氣閥16)的氣門定時進行檢測而進行計算。在S4中，利用內燃機旋轉速度和節氣門開口面積，根據預先實驗生成的表格(未圖示)，計算基礎推定進入空氣量(Qesb)。節氣門開口面積可以利用節氣門傳感器19的檢測信號計算。在S5中，在S3中計算出的燃燒效率係數(ITAFV)與在S4中計算出的基礎推定進入空氣量(Qesb)相乘,計算推定進入空氣量(Qest)。此外,推定進入空氣量(Qest)可以利用進氣壓進行推定，可以使用根據由進氣壓傳感器12檢測出的進氣壓推定出的推定進入空氣量(Qest)。在S6中，空氣流量計11的檢測值即實際進入空氣量，除以在S5中計算出的推定進入空氣量(Qest)，計算推定進入空氣量相對於實際進入空氣量的偏差值、即偏差率(AFMDG)。在S7中，利用內燃機旋轉速度，根據預先實驗生成的表格(未圖示)，計算可診斷下限節氣門開口面積。在S8中，計算診斷許可條件。所謂診斷許可條件，是指判斷車輛的運行狀態是否是可實施空氣流量計11的故障診斷的狀態的條件，成立時實施空氣流量計11的故障診斷。
在本實施方式中，在節氣門開口面積大於或等於可診斷下限節氣門開口面積，而且，節氣門開口面積的變化量小於或等於預先設定的規定值的情況下，判斷為診斷許可條件成立。S卩，在節氣門開口面積小於可診斷下限節氣門開口面積的情況下，判斷為內燃機I為不產生扭矩的狀態，判斷診斷許可條件不成立。另外，在節氣門開口面積的變化量大於預先設定的規定值的情況下，判斷為車輛正在急加速中，判斷診斷許可條件不成立。在S9中，在診斷許可條件成立，S6中計算出的偏差率(AFMDG)的值大於在S I中計算出的上限側故障診斷標準(THhigh )的情況下，或在S6中計算出的偏差率(AFMDG)的值小於在S2中計算出的下限側故障診斷標準(THlow)的情況下，判斷為空氣流量計11故障。另外，在診斷許可條件成立時，偏差率(AFMDG)的值小於或等於上限側故障診斷標準(THhigh)，且大於或等於下限側故障診斷標準(THlow)，並且內燃機I的旋轉速度大於或等於規定旋轉速度的情況下，判斷為空氣流量計11正常。 圖4是表示空氣流量計11的故障診斷方法的控制流程的流程圖。在S21中，判斷車輛是否正在急加速中，如果不是在急加速中，則進入S22，如果正在急加速中，則無需實施故障診斷，結束這次的程序。在S22中，判斷節氣門閥6的開口面積是否大於或等於規定值，在節氣門閥6的開口面積大於或等於規定值的情況下，進入S23，在節氣門閥6的開口面積不是大於或等於規定值的情況下，結束這次的程序。此外，上述S21、S22分別判斷診斷許可條件中的一個是否成立。在S23中，根據內燃機I的旋轉速度，計算上限側故障診斷標準(THhigh)和下限側故障診斷標準(THl ow )。在S24中，判斷偏差率(AFMDG)是否處於在S23中計算出的上下限的故障診斷標準的範圍內，即，判斷是否是THlow ( AFMDG ( THhigh,如果THlow ( AFMDG ( THhigh,則進入S28，如果不是，則進入S25。在S25中，判斷空氣流量計11故障，進入S26。此外，如果在S25中判斷為空氣流量計11故障，則點亮報警燈。在S26中，判斷偏差率(AFMDG)是否處於失效保護診斷標準的範圍內，即，偏差率(AFMDG)是否大於上述上限側失效保護診斷標準、或偏差率(AFMDG)是否小於上述下限側失效保護診斷標準。如果偏差率(AFMDG)不處於失效保護診斷標準的範圍內，則進入S27，如果偏差率(AFMDG)處於失效保護診斷標準的範圍內，則結束這次的程序。在S27中，從根據由空氣流量計11檢測出的進入空氣量的普通控制，轉換至根據從內燃機I的旋轉速度和節氣門開度運算出的進入空氣量的失效保護控制。在S28中，判斷內燃機I的旋轉速度是否大於或等於規定旋轉速度(例如3000rpm)，在內燃機I的旋轉速度大於等於規定旋轉速度的情況下，進入S29，判斷空氣流量計11為正常，在內燃機I的旋轉速度小於規定旋轉速度(例如3000rpm)情況下，保持當前的診斷結果，因此直接結束這次的程序。此外，未經過S27而結束圖4的控制程序的情況下的內燃機I的控制為普通控制。即，進氣量控制僅在從S26進入S27的情況下，轉換至失效保護控制。
如上述說明，在本實施方式中，即使在進入空氣量較少的內燃機I的旋轉速度低的區域，通過縮小將空氣流量計11判斷為故障的區域，可以將空氣流量計11為正常但存在偏差的區域，從判斷空氣流量計11為故障的區域中去除。即，在進入空氣量少的區域中，即使是正常的空氣流量計11，由空氣流量計11檢測的進入空氣量(實際進入空氣量)，相對於由ECU 17運算的推定進入空氣量，偏差也有可能較大，在該區域中，將空氣流量計11判斷為故障的區域(在圖2中，比上限側故障判斷標準更上方的區域和比下限側故障判斷標準更下方的區域)設定為相對較窄，因此，在避免誤診斷的基礎上，可以在內燃機旋轉速度全部區域，即，內燃機I的全部運行區域中，實施空氣流量計11的故障診斷，可以進一步事先防止由空氣流量計11的故障導致的排氣性能的惡化。而且，在將空氣流量計11判斷為故障時，通過點亮報警燈，從而乘客可以知道空氣流量計11存在異常，因此，可以使駕駛者進行迅速的車輛檢修，可以防止在排氣性能惡化的狀態下繼續運行，而導致大氣汙染。 另外，在由空氣流量計11檢測的進入空氣量(實際進入空氣量)，相對於由E⑶17運算的推定進入空氣量偏差非常大的情況下，即，偏差值超過上下限側的失效保護診斷標準的情況下，從根據由空氣流量計11檢測出的進入空氣量的普通控制，轉換至根據內燃機I的旋轉速度和節氣門開度運算出的進入空氣量的失效保護控制，因此，可以防止在排氣性能顯著惡化的狀態下繼續運行。而且，即使空氣流量計11正常，如果在空氣流量計11之外的進氣系統部件中出現某些不良情況，則有可能出現上述偏差率從基準值(100%)偏差較大的情況。例如，在進氣通路中空氣洩漏的情況、或空氣濾清器5堵塞的情況下，即使空氣流量計11的檢測值正確，由空氣流量計11檢測出的進入空氣量和推定的進入空氣量的偏差值也會較大。但是，如本實施方式所示，對於偏差率(偏差值)，如果設定判斷空氣流量計11正常的區域(偏差率在特性線A和特性線B之間的區域內，並且內燃機旋轉速度大於或等於規定旋轉速度的區域)，則在判斷空氣流量計11故障，將該空氣流量計11更換為沒有不良問題的新的空氣流量計11時，在將內燃機旋轉速度設定在大於或等於規定旋轉速度，而上述偏差率不處於特性線A和特性線B之間的區域內的情況下，可以判斷更換的新的空氣流量計11之外的進氣系統部件存在不良情況。此外，在本實施方式中，作為由ECU 17推定出的推定進入空氣量相對於由空氣流量計11檢測出的檢測值即實際進入空氣量的偏差值，使用實際進入空氣量除以推定進入空氣量而得到的偏差率，但該偏差值並不限定於上述偏差率，也可以將實際進入空氣量和推定進入空氣量的差、或推定進入空氣量相對於實際進入空氣量的偏差程度等作為偏差值使用，進行空氣流量計11的故障診斷。另外，在本實施方式中，判斷空氣流量計11為正常時的內燃機旋轉速度的閾值與實際設備對應而適當地設定。而且，在本實施方式中，將不是急加速過程中、內燃機I沒有產生扭矩的狀態，作為判斷是否是可實施空氣流量計11的故障診斷的狀態的診斷許可條件，但也可以在該診斷許可條件的基礎上，將啟動後經過了大於或等於10秒後(空氣流量計11已活性化)、進氣溫度大於或等於負10度、大氣壓大於或等於50kPa、燃油切斷時之外等，加至診斷許可條件中，僅在上述診斷許可條件全部成立的情況下，實施空氣流量計11的故障診斷。
權利要求
1.一種空氣流量計的故障診斷裝置，其具有檢測內燃機的旋轉速度的單元、檢測進入空氣量的空氣流量計、及推定進入空氣量的單元，在通過所述進入空氣量推定單元計算出的推定進入空氣量相對於通過空氣流量計得到的實際進入空氣量的偏差量，大於與所述內燃機的旋轉速度對應而確定的故障判斷基準值的情況下，將所述空氣流量計判斷為故障， 所述內燃機的旋轉速度越低，將所述空氣流量計判斷為故障的故障判斷基準值越大，將該空氣流量計判斷為故障的區域設定得越窄。
2.根據權利要求I所述的空氣流量計的故障診斷裝置， 在所述推定進入空氣量相對於所述實際進入空氣量的偏差值，小於或等於所述故障判斷基準值的情況下， 在所述內燃機的旋轉速度大於或等於規定的內燃機旋轉速度時，判斷為所述空氣流量計正常，在所述內燃機的旋轉速度小於所述規定的內燃機旋轉速度時，維持判斷結果。
3.根據權利要求I或2所述的空氣流量計的故障診斷裝置， 在所述實際進入空氣量與推定進入空氣量的偏差值，大於失效保護判斷基準值的情況下，利用根據所述內燃機的旋轉速度和節氣門開度運算出的進入空氣量對所述內燃機進行控制，在所述實際進入空氣量與推定進入空氣量的偏差值，小於或等於所述失效保護判斷基準值的情況下，利用所述實際進入空氣量，對所述內燃機進行控制，該失效保護判斷基準值設定為大於所述故障判斷基準值的值。
全文摘要
在推定進入空氣量相對於通過空氣流量計(11)得到的實際進入空氣量的偏差值即偏差率，大於與內燃機(1)的旋轉速度對應而確定的故障判斷基準值的情況下，判斷為空氣流量計(11)故障。即，內燃機的旋轉速度越低，作為故障判斷基準值的上線側診斷標準越大、下限側診斷標準越小，將判斷該空氣流量計為故障的區域設定得越窄。由此，可以在內燃機旋轉速度全部區域、即在內燃機(1)的全部運行區域中，實施空氣流量計(11)的故障診斷，可以進一步事先防止由空氣流量計(11)的故障導致的排氣性能的惡化。
文檔編號F02D41/22GK102844554SQ20118001914
公開日2012年12月26日 申請日期2011年4月19日 優先權日2010年4月20日
發明者關根聰史 申請人:日產自動車株式會社