专利名称：空气流量计的故障诊断装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空气流量计的故障诊断装置，其在内燃机的整个运行区域中进行空气流量计的故障诊断。
背景技术：
在由于进入空气量传感器发生故障而进入空气量包含误差时，会进行不恰当的燃料喷射，其结果，导致向大气中排出有害物质。例如，在专利文献I中，公开了一种故障诊断装置，其在进入空气流量推定单元和由空气流量传感器测量出的实际进入空气流量之间的差的绝对值，大于规定值GO时，诊断为空气流量传感器发生故障，该规定值GO是通常该绝对值不会取的值或大于根据发动机 旋转速度及发动机负载设定的值。但是，节气门开度为低开度时或内燃机的旋转速度为低转速时(低进入空气量时)，由于进气脉动等的影响，即使是没有故障的空气流量计，实际进入空气量相对于推定进入空气量，也有可能向多的侧或少的侧有较大的偏差。S卩，如专利文献I中所公开的空气流量计的故障诊断装置中，由于没有考虑进入空气量少时的空气流量计的检测值的波动，因此，存在下述问题，即，为了提高故障诊断的精度，如果将所述规定值GO设定得较小，则在进入空气量少的运行区域中，容易引起误判断，因此为了防止误判断，在进入空气量少的运行区域中，不得不停止空气流量计的故障诊断。专利文献I :日本特开2006-329138号公报
发明内容
本发明是一种空气流量计的故障诊断装置，其在推定进入空气量相对于通过空气流量计得到的实际进入空气量的偏差量，大于与内燃机的旋转速度对应而确定的故障判断基准值的情况下，判断为所述空气流量计故障，在所述推定进入空气量相对于所述实际进入空气量的偏差值，小于或等于所述故障判断基准值的情况下，在所述内燃机的旋转速度大于或等于规定的内燃机旋转速度时，判断为所述空气流量计正常，在小于所述规定的内燃机旋转速度时，维持判断结果。根据本发明，与内燃机旋转速度对应，切换为正常诊断，或维持现状的诊断结果，因此可以提闻故障诊断的精度。
图I是示意地表示使用了本发明的内燃机的系统结构的说明图。图2是表示本发明涉及的空气流量计的故障判断的概要的说明图。图3是表示空气流量计的故障诊断方法的框图。图4是表示故障诊断方法的控制流程的流程图。
具体实施例方式下面，根据附图，详细说明本发明的一个实施方式。图I是示意地表示使用了本发明的内燃机的系统结构的说明图。从向大气开放的进气导入口 3进入的空气，经由进气通路4导入至内燃机I的燃烧室2中。在进气通路4中，从上游侧依次安装有空气滤清器5、节气门阀6、集气管7。而且，分别经由位于集气管7的下游侧的各气缸的进气口 8，向燃烧室2导入空气。在空气滤清器5中设置有检测大气压的大气压传感器9。在空气滤清器5和节气 门阀6之间，设置空气流量计11，该空气流量计11是内置进气温度传感器10的热线或热膜式等的热式流量计。在集气管7中设置有检测集气管7内的进气压(集气管压)的进气压传感器12。在各气缸的进气口 8中，以分别向各气缸喷射供给燃料的方式，设置有燃料喷射阀13，并且，在其下游端设置有进气阀14。另外，在与燃烧室2连接的排气口 15的上游端设置有排气阀16。在这里，驱动进气阀14的进气阀侧的动阀机构，为可以变更进气阀14的气门定时的可变动阀机构(未图示)，通过变更进气阀14的开闭时机(延迟/提前)，可以控制进气阀14和排气阀16的气门重叠量。作为该可变动阀机构，可以是使进气阀14的提升中心角的相位延迟/提前的相位可变机构、变更进气阀14的气门提升量和动作角的提升动作角可变机构、或上述相位可变机构和所述提升动作角可变机构的组合。驱动排气阀16的排气阀侧的动阀机构，是通常的使用了直动式凸轮(提升/动作角及提升中心角的相位固定)的动阀机构(未图示)。此外，排气阀侧的动阀机构也可以与进气阀侧相同地，采用可变动阀机构。由大气压传感器9、进气温度传感器10、空气流量计11及进气压传感器12检测出的检测信号，输入至E⑶(发动机控制单元)17。ECU 17内置微型计算机，进行内燃机I的各种控制，根据来自各种传感器的信号进行处理。作为上述各种传感器，除了上述大气压传感器9、进气温度传感器10、空气流量计11及进气压传感器12之外，还输入来自可以检测曲轴角度和内燃机旋转速度的曲轴转角传感器18、检测节气门阀6的开度的节气门传感器19、检测车辆速度的车速传感器20等的信号。而且，在ECU 17中，根据上述检测信号，对燃料喷射阀13的喷射量或喷射定时、火花塞(未图示)的点火定时、可变动阀机构(未图示)的气门提升特性、节气门阀6的开度等进行控制。此外，通过该ECU 17，可以实现不使用空气流量计11的检测值而推定空气量的运算、以及空气流量计11的故障诊断。在空气流量计11的故障诊断中，在由E⑶17推定的推定进入空气量相对于由空气流量计11检测出的检测值即实际进入空气量的偏差值，大于对应于内燃机旋转速度而预先设定的故障判断基准值的情况下，判断为空气流量计11发生故障。在本实施方式中，作为上述偏差值，使用由实际进入空气量除以推定进入空气量而得到的偏差率，如图2所示，在该偏差率处于作为故障判断基准值的上下限的故障诊断标准(图2中的特性线A及B)之间的区域之外时，判断为空气流量计11故障。图2中的特性线A是作为上限侧的故障判断基准值的上限侧故障诊断标准，图2中的特性线B是作为下限侧的故障判断基准值的下限侧故障诊断标准。作为故障判断基准值的上下限的故障诊断标准，例如，是相对于作为正常的空气流量计而所述偏差率可以取得的值的上下限值(参照图2中的特性线a、b)，考虑进气系统部件的部件波动的容限后的值。在进入空气量少的状况下，由于进气脉动等的影响，即使在空气流量计11没有故障的情况下，由空气流量计11检测出的进入空气量(实际进入空气量)相对于由ECU 17运算出的推定进入空气量，也有可能偏差较大，因此，设定为内燃机旋转速度越小，上限侧故障诊断标准越大，下限侧故障诊断标准越小。在本实施方式中，在上述偏差率大于上限侧故障诊断标准的情况下，或上述偏差率小于下限侧故障诊断标准的情况下，判断为空气流量计11故障。在判断为空气流量计11故障的情况下，使在从驾驶位可以看到的位置、例如驾驶位的仪表盘等上设置的报警灯点 亮，使驾驶者知道空气流量计11存在异常。而且，在本实施方式中，在所述偏差率处于小于或等于上限侧故障诊断标准而大于或等于下限侧故障诊断标准的范围内，并且内燃机旋转速度大于或等于预先设定的规定旋转速度(例如3000rpm)的情况下，判断为空气流量计11正常。如果进入空气量变多，则不容易受到进气脉动等的影响，因此，只要空气流量计11没有故障，就不会发生由空气流量计11检测出的进入空气量(实际进入空气量)，相对于由E⑶17运算出的推定进入空气量偏差较大的情况。即，在内燃机旋转速度高于规定旋转速度的情况下，可以高精度地诊断出空气流量计为正常，因此，即使从发动机启动至当前为止存在诊断为故障的历史，也认为故障的诊断为错误，而将诊断结果切换为正常。由此，可以提高故障诊断的精度，防止由于误诊断，在并不一定是故障的情况下，更换空气流量计11。另一方面，在内燃机旋转速度低于规定旋转速度的情况下，空气流量计的诊断并不一定是高精度地进行，因此，维持当前的诊断结果。例如，从发动机启动至当前为止，存在诊断为故障的历史的情况下，维持是故障的诊断结果，存在诊断为正常的历史的情况下，维持是正常的诊断结果。在从发动机启动至当前为止，偏差率持续在小于或等于上限侧故障诊断标准而大于或等于下限侧故障诊断标准的范围内，并且内燃机旋转速度持续处于小于预先设定的规定旋转速度(例如3000rpm)的情况下，持续维持不存在诊断结果的状态。如上所述，与内燃机旋转速度对应，切换为正常诊断，或维持现状的诊断结果，因此，可以提高故障诊断的精度，可以防止例如由于误诊断，在并不一定是故障的情况下，更换空气流量计11。此外，对于空气流量计11是否正常，没有必要一定要直接向驾驶者通知，因此，例如也可以设置为，在空气流量计11为正常的情况下不亮灯而使驾驶者知道。但是，判断为空气流量计11发生故障，在维修工厂等处对判断为故障的空气流量计11实施更换的操作员，通过将E⑶17和规定的服务工具进行连接，将内燃机I的内燃机旋转速度以大于或等于预先设定的规定旋转速度进行运行，从而可以确认空气流量计11是否正常。而且，在本实施方式中，在图2中的上下限的故障诊断标准的更外侧，设定有上下限的失效保护诊断标准，在上述偏差率大于上限侧失效保护诊断标准(图2中的特性线C)的情况下、或上述偏差率小于下限侧失效保护诊断标准(图2中的特性线D)的情况下，从普通控制转换至失效保护控制，该普通控制为根据由空气流量计11检测出的进入空气量，计算出燃料喷射阀13的喷射量或喷射时机、由点火塞(未图不)的点火时机等的控制值，根据计算出的值对内燃机I进行控制，该失效保护控制为使用根据内燃机的旋转速度和节气门开度运算出的进入空气量，计算出与普通控制相同的控制值，根据计算出的值对内燃机I进行控制。在本实施方式中，上限侧失效保护诊断标准为偏差率150%，下限侧失效保护诊断标准为偏差率50%。S卩，本实施方式中的失效保护控制设定为，在由空气流量计11检测出的实际进入空气量、与由ECU 17推定出的推定进入空气量的偏差大于或等于50%的情况下实施。但是，在急加速中或内燃机I不产生扭矩的状态(例如，使用发动机制动器的状态或以惯性行驶的状态)时等，由空气流量计11检测的进入空气量(实际进入空气量)，相对于 由ECU 17运算的推定进入空气量，有可能偏差较大的状况下(后述的诊断许可条件不成立时)，不实施空气流量计11的故障诊断。图3是表示空气流量计11的故障诊断方法的框图。在S I中，根据内燃机旋转速度，计算上限侧故障诊断标准(THhigh)。在S2中，根据内燃机旋转速度，计算下限侧故障诊断标准(THlow)。上限侧故障诊断标准(THhigh)及下限侧故障诊断标准(THlow)，分别通过对预先实验生成的表格(未图示)进行检索而计算。在S3中，利用内燃机旋转速度、进气阀14和排气阀16的气门重叠量，根据预先实验生成的表格(未图示)，计算燃烧效率系数(ITAFV)。此外，气门重叠量可以利用设置在可变动阀机构处的传感器(未图示)，通过对内燃机阀(进气阀14或排气阀16)的气门定时进行检测而进行计算。在S4中，利用内燃机旋转速度和节气门开口面积，根据预先实验生成的表格(未图示)，计算基础推定进入空气量(Qesb)。节气门开口面积可以利用节气门传感器19的检测信号计算。在S5中，在S3中计算出的燃烧效率系数(ITAFV)与在S4中计算出的基础推定进入空气量(Qesb)相乘,计算推定进入空气量(Qest)。此外,推定进入空气量(Qest)可以利用进气压进行推定，可以使用根据由进气压传感器12检测出的进气压推定出的推定进入空气量(Qest)。在S6中，空气流量计11的检测值即实际进入空气量，除以在S5中计算出的推定进入空气量(Qest)，计算推定进入空气量相对于实际进入空气量的偏差值、即偏差率(AFMDG)。在S7中，利用内燃机旋转速度，根据预先实验生成的表格(未图示)，计算可诊断下限节气门开口面积。在S8中，计算诊断许可条件。所谓诊断许可条件，是指判断车辆的运行状态是否是可实施空气流量计11的故障诊断的状态的条件，成立时实施空气流量计11的故障诊断。在本实施方式中，在节气门开口面积大于或等于可诊断下限节气门开口面积，而且，节气门开口面积的变化量小于或等于预先设定的规定值的情况下，判断为诊断许可条件成立。
S卩，在节气门开口面积小于可诊断下限节气门开口面积的情况下，判断为内燃机I为不产生扭矩的状态，判断诊断许可条件不成立。另外，在节气门开口面积的变化量大于预先设定的规定值的情况下，判断为车辆正在急加速中，判断诊断许可条件不成立。在S9中，在诊断许可条件成立，S6中计算出的偏差率(AFMDG)的值大于在S I中计算出的上限侧故障诊断标准(THhigh )的情况下，或在S6中计算出的偏差率(AFMDG)的值小于在S2中计算出的下限侧故障诊断标准(THlow)的情况下，判断为空气流量计11故障。另外，在诊断许可条件成立时，偏差率(AFMDG)的值小于或等于上限侧故障诊断标准(THhigh)，且大于或等于下限侧故障诊断标准(THlow)，并且内燃机I的旋转速度大于或等于规定旋转速度的情况下，判断为空气流量计11正常。图4是表示空气流量计11的故障诊断方法的控制流程的流程图。在S21中，判断车辆是否正在急加速中，如果不是在急加速中，则进入S22，如果正 在急加速中，则无需实施故障诊断，结束这次的程序。在S22中，判断节气门阀6的开口面积是否大于或等于规定值，在节气门阀6的开口面积大于或等于规定值的情况下，进入S23，在节气门阀6的开口面积不是大于或等于规定值的情况下，结束这次的程序。此外，上述S21、S22分别判断诊断许可条件中的一个是否成立。在S23中，根据内燃机I的旋转速度，计算上限侧故障诊断标准(THhigh)和下限侧故障诊断标准(THl ow )。在S24中，判断偏差率(AFMDG)是否处于在S23中计算出的上下限的故障诊断标准的范围内，即，判断是否是THlow ( AFMDG ( THhigh，如果THlow ( AFMDG ( THhigh，则进入S28，如果不是，则进入S25。在S25中，判断空气流量计11故障，进入S26。此外，如果在S25中判断为空气流量计11故障，则点亮报警灯。在S26中，判断偏差率(AFMDG)是否处于失效保护诊断标准的范围内，即，偏差率(AFMDG)是否大于上述上限侧失效保护诊断标准、或偏差率(AFMDG)是否小于上述下限侧失效保护诊断标准。如果偏差率(AFMDG)不处于失效保护诊断标准的范围内，则进入S27，如果偏差率(AFMDG)处于失效保护诊断标准的范围内，则结束这次的程序。在S27中，从根据由空气流量计11检测出的进入空气量的普通控制，转换至根据从内燃机I的旋转速度和节气门开度运算出的进入空气量的失效保护控制。在S28中，判断内燃机I的旋转速度是否大于或等于规定旋转速度(例如3000rpm)，在内燃机I的旋转速度大于等于规定旋转速度的情况下，进入S29，判断空气流量计11为正常，在内燃机I的旋转速度小于规定旋转速度(例如3000rpm)情况下，保持当前的诊断结果，因此直接结束这次的程序。此外，未经过S27而结束图4的控制程序的情况下的内燃机I的控制为普通控制。即，进气量控制仅在从S26进入S27的情况下，转换至失效保护控制。如上述说明，在本实施方式中，即使在进入空气量较少的内燃机I的旋转速度低的区域，通过缩小将空气流量计11判断为故障的区域，可以将空气流量计11为正常但存在偏差的区域，从判断空气流量计11为故障的区域中去除。即，在进入空气量少的区域中，即使是正常的空气流量计11，由空气流量计11检测的进入空气量(实际进入空气量)，相对于由ECU 17运算的推定进入空气量，偏差也有可能较大，在该区域中，将空气流量计11判断为故障的区域(在图2中，比上限侧故障判断标准更上方的区域和比下限侧故障判断标准更下方的区域)设定为相对较窄，因此，在避免误诊断的基础上，可以在内燃机旋转速度全部区域，即，内燃机I的全部运行区域中，实施空气流量计11的故障诊断，可以进一步事先防止由空气流量计11的故障导致的排气性能的恶化。而且，在将空气流量计11判断为故障时，通过点亮报警灯，从而乘客可以知道空气流量计11存在异常，因此，可以使驾驶者进行迅速的车辆检修，可以防止在排气性能恶化的状态下继续运行，而导致大气污染。另外，在由空气流量计11检测的进入空气量(实际进入空气量)，相对于由E⑶17运算的推定进入空气量偏差非常大的情况下，即，偏差值超过上下限侧的失效保护诊断标准的情况下，从根据由空气流量计11检测出的进入空气量的普通控制，转换至根据内燃机 I的旋转速度和节气门开度运算出的进入空气量的失效保护控制，因此，可以防止在排气性能显著恶化的状态下继续运行。而且，即使空气流量计11正常，如果在空气流量计11之外的进气系统部件中出现某些不良情况，则有可能出现上述偏差率从基准值(100%)偏差较大的情况。例如，在进气通路中空气泄漏的情况、或空气滤清器5堵塞的情况下，即使空气流量计11的检测值正确，由空气流量计11检测出的进入空气量和推定的进入空气量的偏差值也会较大。但是，如本实施方式所示，对于偏差率(偏差值)，如果设定判断空气流量计11正常的区域(偏差率在特性线A和特性线B之间的区域内，并且内燃机旋转速度大于或等于规定旋转速度的区域)，则在判断空气流量计11故障，将该空气流量计11更换为没有不良问题的新的空气流量计11时，在将内燃机旋转速度设定在大于或等于规定旋转速度，而上述偏差率不处于特性线A和特性线B之间的区域内的情况下，可以判断更换的新的空气流量计11之外的进气系统部件存在不良情况。此外，在本实施方式中，作为由ECU 17推定出的推定进入空气量相对于由空气流量计11检测出的检测值即实际进入空气量的偏差值，使用实际进入空气量除以推定进入空气量而得到的偏差率，但该偏差值并不限定于上述偏差率，也可以将实际进入空气量和推定进入空气量的差、或推定进入空气量相对于实际进入空气量的偏差程度等作为偏差值使用，进行空气流量计11的故障诊断。另外，在本实施方式中，判断空气流量计11为正常时的内燃机旋转速度的阈值与实际设备对应而适当地设定。而且，在本实施方式中，将不是急加速过程中、内燃机I没有产生扭矩的状态，作为判断是否是可实施空气流量计11的故障诊断的状态的诊断许可条件，但也可以在该诊断许可条件的基础上，将启动后经过了大于或等于10秒后(空气流量计11已活性化)、进气温度大于或等于负10度、大气压大于或等于50kPa、燃油切断时之外等，加至诊断许可条件中，仅在上述诊断许可条件全部成立的情况下，实施空气流量计11的故障诊断。
权利要求
1.一种空气流量计的故障诊断装置，其具有检测内燃机的旋转速度的单元、检测进入空气量的空气流量计、及推定进入空气量的单元，在通过所述进入空气量推定单元计算出的推定进入空气量相对于通过空气流量计得到的实际进入空气量的偏差量，大于与所述内燃机的旋转速度对应而确定的故障判断基准值的情况下，将所述空气流量计判断为故障， 在所述推定进入空气量相对于所述实际进入空气量的偏差值，小于或等于所述故障判断基准值的情况下， 在所述内燃机的旋转速度大于或等于规定的内燃机旋转速度时，判断为所述空气流量计正常，在所述内燃机的旋转速度小于所述规定的内燃机旋转速度时，维持判断结果。
2.根据权利要求I所述的空气流量计的故障诊断装置， 在所述实际进入空气量与推定进入空气量的偏差值，大于失效保护判断基准值的情况下，利用根据所述内燃机的旋转速度和节气门开度运算出的进入空气量对所述内燃机进行控制，在所述实际进入空气量与推定进入空气量的偏差值，小于或等于所述失效保护判断基准值的情况下，利用所述实际进入空气量对所述内燃机进行控制，所述失效保护判断基准值设定为大于所述故障判断基准值的值。
全文摘要
在推定进入空气量相对于通过空气流量计(11)得到的实际进入空气量的偏差值即偏差率，大于与内燃机(1)的旋转速度对应而确定的故障判断基准值的情况下，判断为空气流量计(11)故障。即，在推定进入空气量相对于实际进入空气量的偏差值，小于或等于故障判断基准值的情况下，在内燃机(1)的旋转速度大于或等于规定的内燃机旋转速度时，判断为空气流量计(11)正常，在小于所述规定的内燃机旋转速度时，维持判断结果。由此，与内燃机旋转速度对应地切换为正常诊断或维持现状的诊断结果，因此，可以提高故障诊断的精度。
文档编号F02D45/00GK102884301SQ20118001917
公开日2013年1月16日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月20日
发明者关根聪史 申请人:日产自动车株式会社