JP6422899B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関を制御する内燃機関用制御装置に係り、特に内燃機関に吸入される新気ガスの湿度を測定して内燃機関の制御量を補正する内燃機関用制御装置に関するものである。

近年、自動車等の車両の燃費や排気の規制が強化されつつあり、この規制は今後も益々強くなる傾向にある。特に燃費については、近年のガソリン価格の高騰、地球温暖化への影響、エネルギー資源枯渇問題などにより、極めて関心が高くなっている。このような状況下において、車両の燃費向上を目的とした様々な技術開発が行なわれており、例えば、圧縮比の向上、外部ＥＧＲの大量導入、ストイキ燃焼領域の拡大等が行われている。

そして、これらの技術においては燃焼の適正化が重要であり、燃焼室内の混合気の高精度な管理と共に、点火時期を適切に制御する必要がある。内燃機関の燃焼においては、最も燃費が良くなる点火時期（以下、ＭＢＴ点火時期）が存在し、そのＭＢＴ点火時期に少しでも近づけるように制御している。例えば、外部ＥＧＲによって排気ガスを燃焼室内に導入すると、燃焼速度が低下して出力が低下するため点火時期を進角側に補正制御する必要があり、外部ＥＧＲの排気ガス量に応じて点火時期を補正している。

更に、最近では燃費向上のため、点火時期の高精度化の要求がより一層高くなっており、吸入空気の湿度に応じて点火時期を補正する方法も検討されている。湿度は外部ＥＧＲによる排気ガスと同様、燃焼を阻害する要因となるため、湿度が高い場合は点火時期を進角側に補正し、逆に湿度が低い場合は点火時期を遅角側に補正するようにしている。

このように湿度に応じて点火時期を補正する方法として、例えば、特開平９−６８１４６号公報（特許文献１）が知られている。特許文献１においては、回転数と負荷とからなる基本点火時期をマップデータとして記憶し、検出された湿度から点火時期の補正量を演算し、回転数、負荷、温度の少なくとも１つに応じて補正量を反映させる反映率を演算し、基本点火時期、補正量、反映率とから最終的な点火時期を決定することが記載されている。この方法によれば、検出した湿度から点火時期の補正が可能になる。

そして、特許文献１に記載されているような湿度情報に基づいた点火時期の補正制御は、湿度センサが故障して異常値が出力されると正しい点火時期補正が行えなくなり、燃焼室内の混合気の燃焼が不安定となって、甚だしい時は失火が発生して、内燃機関から排出される排気有害成分の増加や、燃料消費量の増加を招く恐れがある。尚、特許文献１には、この湿度センサの異常に対応する技術については何ら示唆するところは見当たらないものである。

一方、排気系に湿度センサを設け、この湿度センサの異常を検出する方法として、例えば、特開２００３−１７２１９２号公報（特許文献２）が知られている。特許文献２においては、内燃機関の排気系のＨＣ吸着材の近傍に設けた湿度センサの故障の有無を検知することを目的としている。そして、内燃機関の運転停止後に湿度センサによる湿度の検出値がほぼ一定となる状態において、その検出値に基づき湿度センサの故障の有無を検知している。故障の有無の検知は、湿度の検出値が、ＨＣ吸着材の近傍の温度状態に応じて設定した所定の上限側閾値及び下限側閾値の間の範囲内に存在するか否かを判断することにより行うものである。

ただ、特許文献２では、内燃機関の停止後の湿度センサ故障を判定するものであり、内燃機関が動作している場合については述べられていない。また、特許文献２の目的は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）を吸着するためのＨＣ吸着材の劣化を正しく評価するものであり、点火時期制御等の内燃機関の制御量を制御する制御装置の動作保証のための診断ではない。

特開平９−６８１４６号公報 特開２００３−１７２１９２号公報

ところで、内燃機関の制御量（制御目標値）を湿度の大きさによって補正する制御として、上述した点火時期制御の他に外部ＥＧＲ制御がある。この外部ＥＧＲ制御においては、吸入空気の湿度を測定する湿度センサを吸気管の入口側に配置し、吸入空気と外部ＥＧＲによる排気ガス（外部ガス）が混合された混合ガス（以下、新気ガスと表記する）の湿度を測定する湿度センサをコレクタ側に設置している。これらの複数の湿度センサの湿度情報から外部ＥＧＲ率を推定して外部ＥＧＲ制御の精度を向上するようにしている。尚、この外部ＥＧＲ率は上述したように点火時期を補正する補正量にも反映されている。

そして、内燃機関が駆動されている状態で湿度を測定し、測定された湿度に対応して外部ＥＧＲ率のような目標値を求めているため、内燃機関の動作中に複数の湿度センサの異常や故障（以下、まとめて故障と表記する）を検出することが必要となる。

このため、吸気管の入口に設けた吸入空気中の湿度を測定する湿度センサと、外部ＥＧＲによる排気ガスのような吸入空気以外の外部ガスと吸入空気の混合された新気ガスの湿度を測定する湿度センサの異常や故障を検出する具体的な湿度センサの故障診断技術の開発が要請されている。尚、吸入空気に混合される外部ガスには、外部ＥＧＲによる排気ガスの他に、キャニスタからのパージガスが知られており、新気ガスは、吸入空気以外の外部ガスが混合されて燃焼室に供給されるガスを意味している。

本発明の目的は、吸入空気の湿度を測定する湿度センサと、新規ガスの湿度を測定する湿度センサの故障を、内燃機関が駆動されている状態で精度よく検出することができる新規な内燃機関用制御装置を提供することにある。

本発明の特徴は、吸入空気が流れる管路に設けた湿度センサの湿度情報と、新気ガスが流れる管路に設けた湿度センサにおける外部ガスが遮断された時の湿度情報とを比較し、両湿度情報に所定以上の差分が生じると、どちらか一方の湿度センサに故障が発生していると判定する、ところにある。

本発明によれば、吸入空気の湿度を測定する湿度センサと、新気ガスの湿度を測定する湿度センサの故障を、内燃機関が駆動されている状態で精度よく検出することができるようになる。

本発明が適用される内燃機関用制御装置が搭載された内燃機関システムの全体構成を示す構成図である。 本発明の湿度センサ故障判定手段を示す制御ブロック図である。 湿度センサ故障判定を許可する条件を説明する説明図である。 湿度センサ故障判定許可中に湿度センサの故障判定を行う処理を説明する説明図である。 湿度センサの故障判定を実行する制御フローを示したフローチャート図である。

本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

図１は、本発明が適用される内燃機関用制御装置が搭載された内燃機関システムを示したものである。

内燃機関１０は、例えば４つの気筒を備えた火花点火式の多気筒内燃機関であって、シリンダヘッド１１ａ及びシリンダブロック１１ｂからなるシリンダ１１と、このシリンダ１１の各気筒内に摺動自在に嵌挿されたピストン１２と、を備え、ピストン１２は、コンロッド１３を介してクランク軸（図示せず）に連結されている。

また、ピストン１２の上方には、所定形状の天井部を有する燃焼室１４が形成され、各気筒の燃焼室１４には、点火コイル１５から高電圧化された点火信号が供給される点火プラグ１６が臨設されている。

また、燃焼室１４は、エアクリーナ１７、スロットルバルブ１８、コレクタ１９、吸気マニホールド２０、吸気ポート２１等を備えた吸気管２２と連通しており、燃料の燃焼に必要な空気はこの吸気管２２を通り、吸気管２２の下流端である吸気ポート２１の端部に配在された吸気カム軸２３により開閉駆動される吸気バルブ２４を介して、各気筒の燃焼室１４に吸入されるようになっている。また、吸気管２２の吸気マニホールド２０には、吸気ポート２１へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２５が気筒毎に臨設されている。

また、吸気管２２のエアクリーナ１７の下流には、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ２６が配設されている。このエアフローセンサ２６は、吸入空気量（質量流量）が大きくなるにしたがって、測定対象となる吸入空気流に配置されたホットワイヤ（発熱抵抗体）に流れる電流値が増加し、吸入空気量が小さくなるにしたがってホットワイヤに流れる電流値が減少するようにブリッジ回路が構成されている。そして、エアフローセンサ２６のホットワイヤに流れる発熱抵抗電流値は電圧信号として検出されて、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２７へ送信されるようになっている。

吸気管２２を介して吸入された空気と燃料噴射弁２５から噴射された燃料との混合気は、吸気バルブ２４を介して燃焼室１４へ吸入され、点火コイル１５に接続された点火プラグ１６による火花点火によって燃焼される。そして、燃焼室１４での燃焼後の排気ガスは、排気カム軸２８により開閉駆動される排気バルブ２９を介して燃焼室１４から排気され、排気ポートや排気マニホールド、排気管等（不図示）を備えた排気通路３０を通って外部の大気中へ排出されるようになっている。

排気通路３０には、アルミナやセリアなどの担体に白金やパラジウムなどを塗布した排気ガス浄化用の三元触媒３１が配設されており、この三元触媒３１の上流側には、空燃比検出器の一態様として、触媒前空燃比に対して線形の出力特性を有する空燃比センサ３２が配設され、三元触媒３１の下流側には、触媒後空燃比がストイキ（理論空燃比）よりもリッチ側かリーン側かを識別するためのスイッチング信号を出力するＯ２センサ３３が配設されている。

更に、排気通路３０の三元触媒３１の上流から、吸気管２２のコレクタ１９の上流に排気ガスを還流させるためのＥＧＲ配管３４を備えている。また、ＥＧＲ配管３４を通る排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３５、ＥＧＲ流量を制御するためのＥＧＲバルブ３６がＥＧＲ配管３４の各々の適宜位置に取りつけられている。

また、図示していないが内燃機関を巡る冷却水の温度を計測する温度センサが備えられている。本実施形態では三元触媒３１の上流にＥＧＲ配管３４が接続されているが、三元触媒３１の下流にＥＧＲ配管３４を接続することも可能である。

また、内燃機関１０の各気筒に対して配備された燃料噴射弁２５は、燃料配管（図示せず）を介して燃料タンク３７と接続されており、燃料タンク３７の内部の燃料は、燃料ポンプ３８や燃圧レギュレータ３９等を備えた燃料供給機構により所定燃圧に調圧されて燃料噴射弁２５に供給されるようになっている。

また、燃料タンク３７内の燃料蒸気は、キャニスタ配管４０を介してチャコールキャニスタ４１内の活性炭４２に吸着され、新気導入配管４３から導入される空気と共にパージ導入配管４４と吸気管２２との接続部に流入する。パージ導入配管４４にはパージ流量を調整するパージコントロールバルブ４５が設けられており、吸気管２２内の負圧によってパージ流量が調整されるようになっている。

所定燃圧の燃料が供給された燃料噴射弁２５は、ＥＣＵ２７から供給される機関負荷等の運転状態に応じたデューティ（パルス幅：開弁時間に相当する）を有する燃料噴射パルス信号によって開弁駆動され、その開弁時間に応じた量の燃料を吸気ポート２１に向けて噴射するようになっている。

尚、ＥＣＵ２７は、内燃機関１０の種々の制御、例えば燃料噴射弁２５による燃料噴射制御（空燃比制御）、点火プラグ１６による点火時期制御、外部ＥＧＲ制御、パージガス制御等を行なうためのマイクロコンピュータを内蔵している。

吸入空気とは異なる外部ガス（本実施形態では、外部ＥＧＲによる排気ガス、キャニスタからのパージガスである）が流入する外部ガス導入口よりも上流側（望ましくは吸気管２２内の圧力が大気と略等しくなるスロットルバルブ２１８よりも上流側）の吸気管２２に、第１の湿度センサ４６が設けられている。第１の湿度センサ４６は吸入空気だけの湿度を測定する湿度センサである。

一方、吸入空気とは異なる外部ガスが吸気管２２に流入する外部ガス導入口よりも下流側に、第２の湿度センサ４７が取り付けられている。本実施形態ではコレクタ１９に第２の湿度センサ４７が配置されており、この第２の湿度センサ４７は、吸入空気と吸入空気とは異なる外部ガスの混合ガスである新気ガスの湿度を測定するセンサである。

それぞれの湿度センサ４６、４７は吸気管内を流れる吸入空気や新規ガスの湿度を計測し、計測した湿度情報信号はＥＣＵ２７へ送信されている。ここで、第１の湿度センサ４６、及び第２の湿度センサ４７は相対湿度、又は絶対湿度が検出可能なセンサであり、湿度を検出するチップ内には図示しない温度センサや圧力センサが内蔵され、湿度と共に温度情報、圧力情報もＥＣＵ２７へ送信されている。

また、第１の湿度センサ４６は、エアフローセンサ２６に湿度を計測する機能を内蔵させて使用しても良いものである。本実施形態の第１の湿度センサ４６は、エアフローセンサ２６とスロットルバルブ１８との間に搭載した例を示している。

エアフローセンサ２６、第１の湿度センサ４６、第２の湿度センサ４７、空燃比センサ３２、Ｏ２センサ３３等の各種センサから得られる出力信号は、ＥＣＵ２７に送られる（ここでは、信号線は図示していない）。また、アクセル開度センサ４８から得られる信号もＥＣＵ２７に送られる。アクセル開度センサ４８は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ２７は、アクセル開度センサ４８の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ４８は、内燃機関への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。

また、ＥＣＵ２７は、クランク角度センサの出力信号に基づいて、内燃機関の回転速度を演算する。ＥＣＵ２７は、上記各種センサの出力から得られる内燃機関の運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、外部ＥＧＲ量、パージ量等の内燃機関の主要な制御量を最適に演算する。

図２は、本実施形態になる湿度センサの故障判定を行う制御ブロックを示しており、第１の湿度センサ４６の出力信号から絶対湿度を求める絶対湿度測定手段５０の湿度情報と、第２の湿度センサ４７の出力信号から絶対湿度を求める絶対湿度測定手段５１の湿度情報から、湿度センサ故障判定手段５２が第１の湿度センサ４６、或いは第２の湿度センサ４７の故障状態を検出するものである。

図２に示す制御ブロックは、マイクロコンピュータで実行される湿度センサ故障判定機能をブロックで表現した故障判定機能部である。

湿度センサ故障判定手段５２には、第１の湿度センサ４６に接続された絶対湿度測定手段５０からの湿度情報と、第２の湿度センサに接続された絶対湿度測定手段５１からの湿度情報が入力されている。更に、湿度センサ故障判定手段５２には、ＥＧＲ制御動作判定部５３からのＥＧＲ制御状態情報、パージ制御動作判定部５４からのパージ制御状態情報、ＥＧＲバルブ故障判定部５５からＥＧＲバルブの故障状態情報、パージバルブ故障判定部５６からパージバルブの故障状態情報が入力されている。

これらのＥＧＲ制御動作判定部５３からのＥＧＲ制御状態情報、パージ制御動作判定部５４からのパージ制御状態情報、ＥＧＲバルブ故障判定部５５からＥＧＲバルブの故障状態情報、パージバルブ故障判定部５６からパージバルブの故障状態情報を入力する理由は後述する。

湿度センサ故障判定手段５２は、内燃機関が駆動されている状態で、スロットルバルブ１８の上流側の吸気管２２に配置した第１の湿度センサ４６及び絶対湿度測定手段５０から求めた絶対湿度情報と、コレクタ１９に配置した第２の湿度センサ４７及び絶対湿度測定手段５１から求めた絶対湿度情報とを比較する比較機能を備えている。更に、これらの絶対湿度情報に所定値以上の差分があったときに、第１の湿度センサ４６、或いは第２の湿度センサ４７のどちらか一方の湿度センサが故障していると判定する故障判定機能を備えている。

ここで、本実施形態における湿度情報について説明する。湿度には相対湿度と絶対湿度があり、相対湿度は温度に依存する傾向が高い。そして、第１の湿度センサ４６が設置されているエアフローセンサ２６付近の環境温度と、第２の湿度センサ４７が設置されているコレクタ１９の内部の環境温度は異なるため、相対湿度での比較を行うことは故障判断を行う上で好ましくない。

したがって、湿度情報の比較は、温度に依存しない絶対湿度で行うことが望ましく、本実施形態でも絶対湿度の比較を行うようにしている。湿度センサには、相対湿度を検出する相対湿度センサと絶対湿度を検出する絶対湿度センサがある。このため、湿度センサに相対湿度を検出する相対湿度センサを用いた場合では、相対湿度を絶対湿度に変換してから湿度比較を行うことが必要である。

尚、相対湿度センサから取得した相対湿度から変換した絶対湿度と、絶対湿度センサから取得した絶対湿度を比較する場合、湿度センサの出力精度が異なることや演算による誤差が考えられるため、その誤差を補正して比較することが重要である。本実施形態では、第1の湿度センサ４６には相対湿度センサを用い、第２の湿度センサ４７には絶対湿度センサを用いている。このため、第1の湿度センサ４６の湿度情報は相対湿度であるため、絶対湿度に変換してから湿度情報を求めるようにしている。

次に、湿度センサの故障判定条件について説明する。第１の湿度センサ４６と第２の湿度センサ４７の湿度情報を比較して故障判定を実行するために、第１の湿度センサ４６と第２の湿度センサ４７の検出環境が同じ、或いは同等である必要がある。つまり、第１の湿度センサ４６が検出する吸入空気の絶対湿度と、第２の湿度センサ４７が検出する新気ガスの絶対湿度が同等でないと、第１の湿度センサ４６と第２の湿度センサ４７の湿度情報を比較して故障判定することができないからである。

したがって、第１の湿度センサ４６と第２の湿度センサ４７の検出環境を同じ、或いは同等にするため、湿度センサ故障判定手段５２には、ＥＧＲ制御動作判定部５３からのＥＧＲ制御状態情報、パージ制御動作判定部５４からのパージ制御状態情報、ＥＧＲバルブ故障判定部５５からのＥＧＲバルブの故障状態情報、パージバルブ故障判定部５６からのパージバルブの故障状態情報が入力されている。

図１に示している通り、吸気管２２から流入した吸入空気は第１の湿度センサ４６を通過してコレクタ１９内に流入し、第２の湿度センサ４７を通過して燃焼室１４に供給される。この場合、第１の湿度センサ４６は吸入空気ＩＡに含まれる水分に基づく絶対湿度を検出することになる。

一方、外部ＥＧＲ制御の実行により排気ガスＥＧをコレクタ１９の上流の吸気管２２に再吸入させたときには、コレクタ１９を流れる新気ガスＣＧは、「ＣＧ＝ＩＡ＋ＥＧ」となる。そして、新気ガスＣＧは吸入空気ＩＡに含まれる水分以外に、排気ガスＥＧに含まれる水分が追加されることになる。

このように、第１の湿度センサ４６を通過した吸入空気の水分量と、第２の湿度センサ４７を通過した新気ガスの水分量が異なるため、第１の湿度センサ４６で検出した絶対湿度と、第２の湿度センサ４７で検出した絶対湿度は異なることになる。

したがって、外部ＥＧＲ制御を実行している状態では、第１の湿度センサ４６と、第２の湿度センサ４７の湿度情報（出力値）の比較はできないため、外部ＥＧＲ制御が動作しているときは湿度センサの故障判定は実行しないようにすることが重要である。このようにＥＧＲ制御を実行している状態を判断するために、ＥＧＲ制御動作判定部５３からのＥＧＲ制御状態情報が利用されている。

同様に、パージ制御の実行によりパージガスＰＧをコレクタ１９の上流の吸気管２２に再吸入させたときには、コレクタ１９を流れる新気ガスＣＧは、「ＣＧ＝ＩＡ＋ＰＧ」となる。そして、新気ガスＣＧは吸入空気ＩＡに含まれる水分以外に、パージガスＰＧに含まれる水分が追加されることになる。

このように、第１の湿度センサ４６を通過した吸入空気の水分量と、第２の湿度センサ４７を通過した新気ガスの水分量が異なるため、第１の湿度センサ４６で検出した絶対湿度と、第２の湿度センサ４７で検出した絶対湿度は異なることになる。

したがって、パージ制御を実行している状態では、第１の湿度センサ４６と、第２の湿度センサ４７の湿度情報（出力値）の比較はできないため、パージ制御が動作しているときは湿度センサの故障判定は実行しないようにすることが重要である。このようにパージ制御を実行している状態を判断するために、パージ制御動作判定部５４からのパージ制御状態情報が利用されている。もちろん、ＥＧＲ制御とパージ制御が共に組み込まれた内燃機関システムであっても同様のものである。

また、図１で示すようにＥＧＲ制御の動作を停止して、ＥＧＲバルブ３６を「開状態」から「閉状態」にしても、ＥＧＲバルブ３６と吸入管２２の間のＥＧＲ配管３４に排気ガスが残留しているため、排気ガスの流入は直ちに停止されない。このため、残留している排気ガスはコレクタ１９に流入して吸入空気と混合されるので、第１の湿度センサ４６で検出される絶対湿度と、第２の湿度センサ４７で検出される絶対湿度は異なるようになる。

したがって、ＥＧＲ制御を停止して所定時間を経過するまでは、第１の湿度センサ４６と、第２の湿度センサ４７の湿度情報（出力値）の比較はできないため、この所定時間を経過するまでは湿度センサの故障判定は実行しないようにすることが重要である。このようにＥＧＲ制御を停止してから所定時間が経過している状態を判断するために、ＥＧＲ制御動作判定部５３からのＥＧＲ制御状態情報が利用されている。この場合は、ＥＧＲ制御の停止時刻を起点にしてタイマで所定時間を計測し、所定時間が経過すると、湿度センサの故障判定を実行するようにすれば良いものである。

同様にパージ制御を停止して所定時間を経過するまでは湿度センサの故障判定は実行しないようにすることが重要である。このようにパージ制御を停止してから所定時間が経過している状態を判断するために、パージ制御動作判定部５４からのパージ制御状態情報が利用されている。この場合は、パージ制御の停止時刻を起点にしてタイマで所定時間を計測し、所定時間が経過すると、湿度センサの故障判定を実行するようにすれば良いものである。

更に、図１で示すように、ＥＧＲバルブ３６が故障した場合、例えば、外部ＥＧＲ制御上ではＥＧＲバルブ３６を「閉状態」と制御しているが、ＥＧＲバルブ３６の故障により実際には「閉状態」になっていない状態がある。このため、外部ＥＧＲ制御としては排気ガスの還流を停止している状態だが、実際には吸気管２２に水分を含んだ排気ガスが流れ込むようになる。

このため、第１の湿度センサ４６を通過する吸入空気の水分量と、第２の湿度センサ４７を通過する新気ガスの水分量が異なるため、ＥＧＲバルブ３６が故障しているときは、湿度センサの故障判定を実行しないようにすることが重要である。このようにＥＧＲバルブが故障している状態を判断するために、ＥＧＲバルブ故障判定部５５からのＥＧＲバルブの故障状態情報が利用されている。

同様に、パージバルブが故障しているときは湿度センサの故障判定は実行しないようにすることが重要である。このようにパージバルブが故障している状態を判断するために、パージバルブ故障判定部５６からのパージバルブの故障状態情報が利用されている。

次に、湿度センサの故障判定の実行を許可する条件を説明する。図３はＥＧＲ制御が動作している状態から停止したときの湿度センサの故障判定の実行を許可する状態を示したものである。

（ａ）は、ＥＧＲバルブの故障判定状態を示しており、ＥＧＲ故障判定部５５からのＥＧＲ故障状態情報である。この状態において、ＥＧＲバルブ３６は正常に動作していることを示している。尚、故障判定部５５は、故障フラグ、或いは正常フラグを生成して、ＥＧＲバルブの故障状態を表すことができる。

（ｂ）は、ＥＧＲ制御状態を示しており、ＥＧＲ制御動作判定部５３からのＥＧＲ制御状態情報である。この状態において、時刻ｔ０〜時刻ｔ１までＥＧＲ制御が実行され、時刻ｔ１以降はＥＧＲ制御が停止されていることを示している。同様に、ＥＧＲ制御動作判定部５３は、制御実行フラグ、或いは制御停止フラグを生成して、ＥＧＲバルブの制御状態を表すことができる。

（ｃ）は、第１の湿度センサ４６と、第２の湿度センサ４７の絶対湿度情報（出力値）を示している。時刻ｔ０〜時刻ｔ１までＥＧＲ制御が実行されているので、第１の湿度センサ４６は吸入空気の絶対湿度を測定し、第２の湿度センサ４７は吸入空気とＥＧＲ制御による排気ガスの混合ガスである新気ガスの絶対湿度を測定している。新気ガスの方が排気ガス流入分だけ水分量が多いので、第２の湿度センサ４７の方が絶対湿度情報が大きくなっている。

また、時刻ｔ１でＥＧＲ制御が停止されるが、ＥＧＲ配管３４に残留している排気ガスがコレクタ１９に流入するため、第２の湿度センサ４７の絶対湿度情報は、外部ＥＧＲ制御の停止に直ちに応答せず、所定の傾斜を有して徐々に小さくなっていき、最終的に第１の湿度センサ４６と同じ絶対湿度情報を出力するようになる。

（ｄ）は、湿度センサ４６、４７の故障判定の実行を許可するかどうかの判定結果を示している。時刻ｔ０〜時刻ｔ１までＥＧＲ制御が実行されているので、湿度センサ４６、４７の故障判定の実行を許可しない。更に、時刻ｔ１でＥＧＲ制御が停止されるが、ＥＧＲ配管３４に残留している排気ガスがコレクタ１９に流入する。このため、第２の湿度センサ４７の絶対湿度情報が所定の傾斜を有して徐々に小さくなっていき、最終的に第１の湿度センサ４６と同じ絶対湿度情報を出力するようになるまでの間は湿度センサ４６、４７の故障判定の実行を許可しない。

したがって、本実施形態では、第２の湿度センサ４７の絶対湿度情報が最終的に第１の湿度センサ４６と同じ絶対湿度情報を出力するようになるまでの時間よりも長い所定時間Ｔａを経過した後に、湿度センサ４６、４７の故障判定の実行を許可するようにしている。

このようにして、湿度センサの故障判定の実行を許可する条件を判定するものである。この故障判定の実行を許可する条件が成立すると、実際の故障判定が実行されるものである。

次に、湿度センサの故障判定の具体的な処理動作について説明する。図４は、図３に示す条件に基づいて湿度センサの故障判定が許可されている時に、湿度センサの故障判定を実行する処理を示している。

（ａ）は、図３に示すように、湿度センサ４６、４７の故障判定の実行を許可するかどうかの判定結果を示している。時刻ｔ２で故障判定が不許可状態から許可状態に遷移している。したがって、時刻ｔ２以降は湿度センサ４６、４７の故障判定の処理が実行可能となる。

（ｂ）は、湿度センサ４６、４７の湿度情報の変化を示している。時刻ｔ２以降で或る時刻に第２の湿度センサ４７に故障が発生し、第１の湿度センサ４６の湿度情報と第２の湿度センサ４７の湿度情報の出力値が異なっていることを示している。この場合、故障の進行によって第２の湿度情報は徐々に大きくなる傾向を示している。

（ｃ）は、第１の湿度センサ４６と、第２の湿度センサ４７の湿度情報の差分の変化を示している。第１の湿度センサ４６と、第２の湿度センサ４７が正常な場合は、差分はほとんど発生しないが、例えば、第２の湿度センサ４７に故障が発生するとその差分は大きくなる。そして差分が時刻ｔ３で所定値ａを超えると故障が発生したと仮判断され、この時刻ｔ３以降が湿度センサ４６、４７の故障判定領域となる。

（ｄ）は、故障の判定状態を示している。第２の湿度センサ４７に故障が発生するとその差分は大きくなり、差分が時刻ｔ３で所定値ａを超えると故障が発生したと仮判断されるが、本実施形態では、所定時間Ｔｂ以上に亘って差分が所定値ａを超えて継続していると、第１の湿度センサ４６、或いは第２の湿度センサ４７に故障が発生したと判定している。

つまり、時刻ｔ３で所定値a以上の差分が生じているが、この差分の発生が真に第２の湿度センサ４７の故障によるものか確定できない恐れがある。例えば、第１の湿度センサ４６、或いは第２の湿度センサ４７の出力誤差やノイズの侵入により、短い時間だけ差分が大きくなる事象が発生するからである。したがって、短い時間での差分を用いて故障判定を行うと誤判定する恐れが高まる。

そこで、本実施形態では所定時間Ｔｂを経過しても、継続して差分が所定値ａを超えていた場合に、第１の湿度センサ４６、或いは第２の湿度センサ４７の故障として確定するようにしている。これによって、誤判定を行う恐れを軽減でき、正確な湿度センサの故障判定が実行できるようになる。

尚、上記した説明では、第２の湿度センサ４７の故障についてであるが、第１の湿度センサ４６に故障が生じた時にも同様の故障判定を行うことができる。

次に、図３及び図５に示す故障判定処理の具体的な制御フローについて、図５に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。

≪ステップＳ１０≫
ステップＳ１０では、ＥＧＲ制御動作判定部５３、及びＥＧＲ故障判定部５６によって、外部ＥＧＲ制御の制御状態を検出し、またＥＧＲ３６バルブの故障状態を検出する。制御状態の判断は制御実行フラグ、制御停止フラグ等を参照して求めることができ、故障判定は故障フラグ、正常フラグ等を参照して求めることができる。

≪ステップＳ１１≫
ステップＳ１１では、ステップＳ１０で求めた制御実行フラグ、制御停止フラグ、故障フラグ、正常フラグ等からＥＧＲバルブ３６が正常に動作されているかどうかを判断する。外部ＥＧＲ制御が停止され、かつＥＧＲバルブ３６が故障していないと判断されるとステップＳ１２に移行する。この状態は図３の時刻ｔ１の動作に該当する処理である。一方、外部ＥＧＲ制御が動作している、或いはＥＧＲバルブ３６が故障していると判断されるとエンドに抜けてこの処理を終了する。

≪ステップＳ１２≫
ステップＳ１２では、ＥＧＲ制御が停止してから所定時間Ｔａを経過したかどうかを判定する。所定時間Ｔａを経過したと判断されるとステップＳ１３に移行し、所定時間Ｔａを経過していないと判断されるとエンドに抜けてこの処理を終了する。この状態は図３の時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間の動作に該当する処理である。ここで、所定時間Ｔａは上述した通り、ＥＧＲ配管３４に残留している排気ガスがコレクタ１９を通って第２の湿度センサ４７を通過する時間より長い時間である。

≪ステップＳ１３≫
ステップＳ１３では、第１の湿度センサ４６と、第２の湿度センサ４７から絶対湿度情報を取得する。このとき、第１の湿度センサ４６、または第２の湿度センサ４７が相対湿度を取得する相対湿度センサの場合は、相対湿度から絶対湿度へ変換することが必要である。

≪ステップＳ１４≫
ステップＳ１４では、第１の湿度センサ４６の絶対湿度情報と、第２の湿度センサの絶対湿度情報を比較し、その差分を演算する。両湿度センサが故障を発生していない場合は、同一の吸入空気の湿度を測定するので、湿度情報の差分はほとんど発生しないものである。一方、どちらかの湿度センサに故障を発生していると、湿度情報の差分は大きくなる。湿度情報の差分が求まると、ステップＳ１５に移行する。

≪ステップＳ１５≫
ステップＳ１５では、ステップＳ１４で求めた絶対湿度情報の差分が所定値a以上で、しかもその状態の継続時間が所定値時間Ｔｂを超えて経過したかどうかを判断している。このステップＳ１５で、絶対湿度情報の差分が所定値a以上で、しかもその状態の継続時間が所定値時間Ｔｂを超えていると判断されると、ステップＳ１６に移行する。この状態は図４の時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間の動作に該当する処理である。一方、絶対湿度情報の差分が所定値a以上でない、或いは継続時間が所定値時間Ｔｂを超えていないと判断されると、エンドに抜けてこの処理を終了する。

≪ステップＳ１６≫
ステップＳ１６では、第１の湿度センサ４６と、第２の湿度センサ４７のいずれかが故障していると確定の判定を行い、エンドに抜けてこの処理を終了する。このようにして、２つの湿度センサの故障判定を簡単に実行することが可能となる。

以上述べた通り、本発明によれば、吸入空気が流れる管路に設けた湿度センサの湿度情報と、新気ガスが流れる管路に設けた湿度センサにおける外部ガスが遮断された時の湿度情報とを比較し、両湿度情報に所定の差分が生じると、どちらか一方の湿度センサに故障が発生していると判定する、構成とした。

これによれば、吸入空気の湿度を測定する湿度センサと、新気ガスの湿度を測定する湿度センサの故障を、内燃機関が駆動されている状態で精度よく検出することができるようになる。

尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である

１０…内燃機関、１１…シリンダ、１１ａ…シリンダヘッド、１１ｂ…シリンダブロック、１２…ピストン、１３…コンロッド、１４…燃焼室、１５…点火コイル、１６…点火プラグ、１７…エアクリーナ、１８…スロットルバルブ、１９…コレクタ、２０…吸気マニホールド、２１…吸気ポート、２２…吸気管、２３…吸気カム軸、２４…吸気バルブ、２５…燃料噴射弁、２６…エアフローセンサ、２７…ＥＣＵ、２８…排気カム軸、２９…排気バルブ、３０…排気通路、３１…三元触媒、３２…空燃比センサ、３３…Ｏ２センサ、３４…ＥＧＲ配管、３５…ＥＧＲクーラ、３６…ＥＧＲバルブ、３７…燃料タンク、３８…燃料ポンプ、３９…燃圧レギュレータ、４０…キャニスタ配管、４１…チャコールキャニスタ、４２…活性炭、４３…新気導入配管、４４…パージ導入配管、４５…パージコントロールバルブ、４６…第１の湿度センサ、４７…第２の湿度センサ、４８…アクセル開度センサ、５０…第１の湿度センサの絶対湿度測定手段、５１…第２の湿度センサの絶対湿度測定手段、５２…湿度センサ故障判定手段、５３…ＥＧＲ制御動作判定部、５４…パージ制御動作判定部、５５…ＥＧＲバルブ故障判定部、５６…パージバルブ故障判定部。

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室に吸入空気を供給する吸気管と、前記吸気管に前記吸入空気と異なる外部ガスを供給する外部ガス導入口と、前記外部ガス導入口の上流に前記吸気管に配置され前記吸入空気の湿度を検出する第１の湿度センサと、前記外部ガス導入口の下流の前記吸気管に配置され前記吸入空気と前記外部ガスの混合された新気ガスの湿度を検出する第２の湿度センサと、前記第１の湿度センサ及び前記第２の湿度センサの湿度情報に基づいて前記内燃機関の動作状態を制御する制御量を補正する制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、前記第１の湿度センサの湿度情報と、前記外部ガス導入口からの前記外部ガスが遮断された時の前記第２の湿度センサの湿度情報とを比較する比較手段と、前記第１の湿度センサの湿度情報と前記第２の湿度センサの湿度情報に所定以上の差分が生じると、前記第１の湿度センサ、或いは前記第２の湿度センサのどちらか一方に故障が発生していると故障判定する故障判定手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記第１の湿度センサから求まる湿度情報と、前記第２の湿度センサから求まる湿度情報は、絶対湿度情報であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記故障判定手段は、前記外部ガスの供給を制御するバルブの制御が停止された所定時間後に故障判定を実行する機能を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記故障判定手段は、前記第１の湿度センサの湿度情報と前記第２の湿度センサの湿度情報に所定以上の差分が生じ、かつこの状態が所定時間に亘って継続すると、前記第１の湿度センサ、或いは前記第２の湿度センサのどちらか一方に故障が発生していると故障判定する機能を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記外部ガス導入口から前記吸気管に供給される外部ガスは、外部ＥＧＲ制御による排気ガス、或いはキャニスタパージ制御によるパージガスの少なくともどちらか一方であることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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