JP2005256784A - 排気ガス還流装置の故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 正確にＥＧＲ装置の故障を診断する。
【解決手段】 エンジンＥＣＵは、ＥＧＲ装置の故障モニタ条件が成立すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、ＶＶＴ制御システムにおいて最遅角側に固定するステップ（Ｓ１１０）と、ＥＧＲ装置を導入するステップ（Ｓ１３０）と、ＥＧＲ装置の導入後予め定められた時間が経過すると（Ｓ１４０にてＹＥＳ）、吸気管内圧力の実測値ＰＭＯＮを計測するステップ（Ｓ１５０）と、ＥＧＲ装置の作動をカットするステップ（Ｓ１６０）と、ＥＧＲ装置の作動のカットから予め定められた時間が経過すると（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、吸気管内圧力の実測値ＰＭＯＦＦを計測するステップ（Ｓ１８０）と、ＥＧＲ装置の作動時における吸気管内圧力の実測値ＰＭＯＮからＥＧＲ装置の非作動時における吸気管内圧力の実測値ＰＭＯＦＦを減算した値が予め定められた判定値よりも大きいとＥＧＲ装置は正常であると判定するステップ（Ｓ２００）とを含むプログラムを実行する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの一部を再度内燃機関の吸気管へ還流させる排気ガス還流装置に関し、特に排気ガス還流装置の故障を診断する故障診断装置に関する。

従来、内燃機関の排気ガスの一部を再度内燃機関の吸気管へ還流させる排気ガス還流装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置と記載する）は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ ）を低減させるとともに燃費を向上させるものとして、自動車用内燃機関等で広く利用されている。ところで、ＥＧＲバルブの作動不良やＥＧＲパイプの不良によりＥＧＲ装置に故障が生じた場合には、ＮＯｘが著しく増加しやすくなる。しかし、ＥＧＲ装置の故障は運転性能自体に影響が少ないために運転者が異常に気付きにくい。このため、ＮＯｘを多量に排出し、大気を汚染するおそれがある。

この対策として、このようなＥＧＲ装置の故障を検出する技術として、たとえば、特許文献１（特開平５−１６２４号公報）や特許文献２（特開平７−４３２０号公報）に開示される技術がある。

特許文献１（特開平５−１６２４号公報）は、ＥＧＲ装置のＯＮ／ＯＦＦでＥＧＲ装置の異常を検出する際に、その故障検出精度を高める排気ガス還流制御装置の故障診断装置を開示する。この排気ガス還流制御装置の故障診断装置は、内燃機関の排気ガスを吸気管へ還流させる還流管と、該還流管を流れる排気ガスの流量を制御する還流弁と、該還流弁の通路面積を制御する還流弁通路面積制御手段と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、還流弁通路面積制御手段により還流弁の通路面積が広い第１の状態であるときの運転状態検出手段より検出された第１の検出値を記憶する手段と、還流弁通路面積制御手段により還流弁の通路面積が狭いまたは零の第２の状態であるときの運転状態検出手段より検出された第２の検出値を記憶する手段と、少なくとも第１と第２の検出値に基づいて故障判定を行なう判定手段を備え、判定手段は、運転状態検出手段より検出した検出値が還流管内損失の大きい高負荷域と還流管を流れる排気ガスの流量の少ない低負荷域を除く所定領域内で故障判定を行なうようにしたことを特徴とする。

この排気ガス還流制御装置の故障診断装置によると、ＥＧＲ装置のＯＮ／ＯＦＦでＥＧＲ装置の異常を検出する際に、その故障判定領域を負荷に応じて限定することにより、ＥＧＲ装置のＯＮ領域でかつＥＧＲ装置のＯＮ／ＯＦＦのインテークマニホールド圧力差などの検出値の大きい領域で故障を検出できる。また、ＥＧＲ装置流量が所定値以下のときのみ故障を検出するため、ＥＧＲ装置のＯＮ／ＯＦＦ時のトルク変動を減少させることができる。

特許文献２（特開平７−４３２０号公報）は、排気ガス還流装置の異常判定を正確に行なうことができる排気ガス還流制御装置を開示する。この排気ガス還流制御装置は、内燃機関の排気ガスを吸気管へ還流させる還流管と、還流管を開閉する開閉手段と、吸気管内を流れる空気の状態を検出する吸気状態検出手段と、開閉手段を第１の開度とこの第１の開度より閉じ側の第２の開度とに変化させる第１の制御手段と、開閉手段を第１の制御手段により変化させたときに、吸気管内を流れる空気の状態の変化量を検出する第１の変化量検出手段と、第１の変化量検出手段の検出結果が所定値未満であるかを判定する第１の判定手段と、この第１の判定手段より第１の変化量検出手段により検出された変化量が所定値未満であると判定されたときには、第１の制御手段により変化させた開度差より大きな開度差で、開閉手段の開度を変化させる第２の制御手段と、開閉手段を第２の制御手段により変化させたときに、吸気管内を流れる空気の状態の変化量を検出する第２の変化量検出手段と、第２の変化量検出手段の検出結果が所定値未満であれば異常と判定する第２の判定手段とを備える。

この排気ガス還流制御装置によると、ＥＧＲ装置が正常に作動しているときには、ほとんどの場合、第１の判定手段により正常であることが検出できる。しかしながら、ＥＧＲ装置異常検出時に行なわれているＥＧＲ率が小さく、正常であるにもかかわらず、第１の判定手段で正常でないと判定されたときには、ＥＧＲ率を大きくしてから、もう一度、第２の判定手段により異常検出を行なうので、少なくともこのときに、正常であると判定される。これにより、ＥＧＲ装置が正常であるにもかかわらず、異常と判定されることを防ぐことができる。また、ＥＧＲ装置が異常であったときは当然のことながら、第２の判定手段で、異常であると確実に検出できる。さらに、本発明では、第１の判定手段で正常であると判定されなかったときにのみ、ＥＧＲ率をあげて再判定するので、むやみにＥＧＲ率を変更することにより生じる排気ガスの悪化を最小限に抑えることができる。
特開平５−１６２４号公報 特開平７−４３２０号公報

特許文献１に開示された排気ガス還流制御装置の故障診断装置および特許文献２に開示された排気ガス還流制御装置のいずれにおいても、ＥＧＲ装置が正常に作動していると、排気ガスがインテークマニホールドに還流されるので、ＥＧＲ装置のＯＮ／ＯＦＦに対して、インテークマニホールド側における圧力変化や流量変化を検知して、その変化量に基づいてＥＧＲ装置の異常診断を行なうものである。

しかしながら、ＥＧＲ装置が正常に動作していても、インテークマニホールドにおける吸入空気量が変化してしまうと、そもそも検知したインテークマニホールド側における圧力変化や流量変化が、ＥＧＲ装置によるものであるのか、吸入空気量の変化によるものであるのかを判定できない。その結果、ＥＧＲ装置の故障診断を正確に行なうことができなくなる。たとえば、吸排気バルブを可変に制御する可変バルブタイミング機構で、吸気バルブの開閉タイミングが制御されている場合には、インテークマニホールドにおける圧力や流量が変化してしまう。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、正確に排気ガス還流装置の故障を診断することができる故障診断装置を提供することである。

第１の発明に係る故障診断装置は、内燃機関に設けられ、排気ガスの一部を還流弁を介して再度内燃機関の吸気管に還流させる排気ガス還流装置の故障を診断する。この故障診断装置は、内燃機関の吸気管内を流れる空気の状態を検知するための検知手段と、内燃機関の燃焼室内に取り込まれる吸気流量を変化させる吸気流量可変機構による制御を中止するための制御手段と、吸気流量が変化する制御が中止された状態で検知手段により検知された空気の状態に基づいて、排気ガス還流装置の故障を診断するための診断手段とを含む。

第１の発明によると、吸気流量可変機構により吸気流量が変化する制御が中止された状態で、排気ガスの一部を還流弁を介して再度内燃機関の吸気管に還流させる排気ガス還流装置の故障を診断する。すなわち、排気ガス還流装置以外の要因によるインテークマニホールドにおける吸気流量の変化が発生しないようにして、排気ガス還流装置を作動させたときと作動させないときとのインテークマニホールド側における圧力変化や流量変化に基づいて、排気ガス還流装置の故障を正確に判定することができるようになる。その結果、正確に排気ガス還流装置の故障を診断することができる故障診断装置を提供することができる。

第２の発明に係る故障診断装置においては、第１の発明の構成に加えて、吸気流量可変機構は、可変動弁機構である。

第２の発明によると、吸排気バルブの開閉タイミングやバルブリフト量が、内燃機関の出力性能向上や燃費向上を目的として制御されると、インテークマニホールドにおける吸気流量が変化してしまう。これでは、排気ガス還流装置が故障していて十分に排気ガスを還流させていない状態であっても、可変動弁機構により吸入流量が増加するように制御されていると、排気ガス還流装置が故障であることを検知できない。そのため、吸排気バルブの開閉タイミングやバルブリフト量を変えないようにして、排気ガス還流装置の故障を診断する。これにより、正確に排気ガス還流装置の故障を診断できる。

第３の発明に係る故障診断装置においては、第２の発明の構成に加えて、可変動弁機構は、クランク角に対し弁作動のタイミングが変更可能な機構である。

第３の発明によると、吸排気バルブの開閉タイミングが、内燃機関の出力性能向上や燃費向上を目的として制御されると、インテークマニホールドにおける吸気流量が変化してしまう。これでは、排気ガス還流装置が故障していて十分に排気ガスを還流させていない状態であっても、可変動弁機構により吸入流量が増加するように制御されていると、排気ガス還流装置が故障であることを検知できない。そのため、吸排気バルブの開閉タイミングを変えないようにして、排気ガス還流装置の故障を診断する。これにより、正確に排気ガス還流装置の故障を診断できる。

第４の発明に係る故障診断装置においては、第２の発明の構成に加えて、可変動弁機構は、弁リフト量が変更可能な機構である。

第４の発明によると、吸排気バルブのバルブリフト量が、内燃機関の出力性能向上や燃費向上を目的として制御されると、インテークマニホールドにおける吸気流量が変化してしまう。これでは、排気ガス還流装置が故障していて十分に排気ガスを還流させていない状態であっても、可変動弁機構により吸入流量が増加するように制御されていると、排気ガス還流装置が故障であることを検知できない。そのため、吸排気バルブのバルブリフト量を変えないようにして、排気ガス還流装置の故障を診断する。これにより、正確に排気ガス還流装置の故障を診断できる。

第５の発明に係る故障診断装置においては、第１の発明の構成に加えて、吸気流量可変機構は、吸気流量を制御するスロットルバルブである。

第５の発明によると、スロットルバルブの開度を変えないようにして、排気ガス還流装置の故障を診断する。これにより、正確に排気ガス還流装置の故障を診断できる。

第６の発明に係る故障診断装置においては、第１の発明の構成に加えて、吸気流量可変機構は、吸気流量を制御するアイドルスピードコントロールバルブである。

第６の発明によると、アイドルスピードコントロールバルブの開度を変えないようにして、排気ガス還流装置の故障を診断する。これにより、正確に排気ガス還流装置の故障を診断できる。

第７の発明に係る故障診断装置においては、第１の発明の構成に加えて、吸気流量可変機構は、燃料蒸発ガスを吸気管に導入するコントロールバルブである。

第７の発明によると、チャコールキャニスタ-に溜められた燃料蒸発ガスは、インテークポートに吸引して燃焼させる制御が行なわれるが、このような制御を行なうと吸気流量が変化してしまう。そのため、燃料蒸発ガスを吸気管に導入するコントロールバルブの開度を変えないようにして、排気ガス還流装置の故障を診断する。これにより、正確に排気ガス還流装置の故障を診断できる。

第８の発明に係る故障診断装置は、内燃機関に設けられ、排気ガスの一部を還流弁を介して再度内燃機関の吸気管に還流させる排気ガス還流装置の故障を診断する。この故障診断装置は、内燃機関の吸気管内を流れる空気の状態を検知するための検知手段と、内燃機関の燃焼室への燃料噴射を制御する燃料噴射制御機構による制御を中止するための制御手段と、燃料噴射制御機構による制御が中止された状態で検知手段により検知された空気の状態に基づいて、排気ガス還流装置の故障を診断するための診断手段とを含む。

第８の発明によると、燃料噴射制御機構によりインジェクタへの通電時間を変えて、最適な燃焼状態になるように内燃機関が制御される。このような場合、各種センサにより検知された内燃機関の状態に基づいて燃料噴射量が制御され、その燃料噴射量に適合した吸気流量になるように制御されることがある。これでは、排気ガス還流装置以外の要因によるインテークマニホールドにおける吸気流量の変化が発生して、排気ガス還流装置を作動させたときと作動させないときとのインテークマニホールド側における圧力変化や流量変化に基づいて、排気ガス還流装置の故障を正確に判定することができない。そのため、燃料噴射制御機構による制御が中止された状態で排気ガス還流装置の故障を診断するようにする。その結果、正確に排気ガス還流装置の故障を診断することができる故障診断装置を提供することができる。

第９の発明に係る故障診断装置は、内燃機関に設けられ、排気ガスの一部を還流弁を介して再度内燃機関の吸気管に還流させる排気ガス還流装置の故障を診断する。この故障診断装置は、内燃機関の吸気管内を流れる空気の状態を検知するための検知手段と、内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御機構による制御を中止するための制御手段と、点火時期制御機構による制御が中止された状態で検知手段により検知された空気の状態に基づいて、排気ガス還流装置の故障を診断するための診断手段とを含む。

第９の発明によると、点火時期制御機構によりイグナイタへの点火時期を変えて、最適な燃焼状態になるように内燃機関が制御される。このような場合、各種センサにより検知された内燃機関の状態に基づいて点火時期が制御され、その点火時期に適合した吸気流量になるように制御されることがある。これでは、排気ガス還流装置以外の要因によるインテークマニホールドにおける吸気流量の変化が発生して、排気ガス還流装置を作動させたときと作動させないときとのインテークマニホールド側における圧力変化や流量変化に基づいて、排気ガス還流装置の故障を正確に判定することができない。そのため、点火時期制御機構による制御が中止された状態で排気ガス還流装置の故障を診断するようにする。その結果、正確に排気ガス還流装置の故障を診断することができる故障診断装置を提供することができる。

第１０の発明に係る故障診断装置においては、第１〜９のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、吸気管内の圧力または吸気管内の空気の流量を検知するための手段を含む。

第１０の発明によると、排気ガス還流装置以外の要因によるインテークマニホールドにおける吸気流量の変化が発生しないようにして、排気ガス還流装置を作動させたときと作動させないときとのインテークマニホールド側における圧力変化または流量変化を検知する。これに基づいて、排気ガス還流装置の故障を正確に判定することができるようになる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置を実現するエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）を含む車両のエンジンシステムについて説明する。

図１に示すように、このエンジンシステムにおいては、エアクリーナ２００を介した空気が、エンジンの燃焼室に導入される。その際、吸入空気量がエアフローメータ２０２により検知されて、エンジンＥＣＵ１０００に吸入空気量を表わす信号が入力される。また、スロットルバルブ３００の開度により、吸入空気量が変化する。このスロットルバルブ３００の開度は、エンジンＥＣＵ１０００からの信号に基づいて作動したスロットルモータ３０４により変化される。スロットルバルブ３００の開度は、スロットルポジションセンサ３０２により検知されて、エンジンＥＣＵ１０００にスロットルバルブ３００の開度を表わす信号が入力される。

燃料は、フューエルタンク４００に貯蔵され、フューエルポンプ４０２により高圧フューエルポンプ８００を介して高圧フューエルインジェクタ８０４から燃焼室に噴射される。インテークマニホールドから導入された空気と、フューエルタンク４００から高圧フューエルインジェクタ８０４を介して燃焼室に噴射された燃料との混合気が、エンジンＥＣＵ１０００から制御信号が入力されるイグナイタ一体式イグニッションコイル８０８を用いて着火されて燃焼する。

混合気が燃焼した後の排気ガスは、イグゾーストマニホールドを通り、三元触媒コンバータ９００および三元触媒コンバータ９０２を通って、大気に排出される。

このエンジンシステムは、図１に示すように、三元触媒コンバータ９００の下流側からＥＧＲパイプ５００を通ってＥＧＲバルブ５０２によりその流量が制御されるＥＧＲ装置を有する。このＥＧＲ装置は、排気ガス再循環装置とも呼ばれ、エンジンから排出される排気ガスの一部を吸気系へ再循環させ、新しい混合気と混ぜて燃焼温度を下げることにより、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制したり、ポンピングロスを抑制して燃費向上を図るものである。

図２に、図１のＥＧＲ装置の部分を拡大した図を、図３にＥＧＲ装置のＥＧＲバルブ５０２の部分を拡大した図を示す。

図２および図３に示すように、ＥＧＲガスは、三元触媒コンバータ９００を通過した後の排気ガスがＥＧＲパイプ５００を通ってＥＧＲバルブ５０２まで導入される。ＥＧＲバルブ５０２は、エンジンＥＣＵ１０００によりデューティ制御が実行されている。エンジンＥＣＵ１０００は、エンジン回転数、アクセルポジションセンサ１０２からの信号などの各種の信号に基づいて、ＥＧＲバルブ５０２の開度を制御する。

また、図３に示すように、ＥＧＲバルブ５０２は、エンジンＥＣＵ１０００からの制御信号により動作するステッピングモータ５０２Ａと、ステッピングモータ５０２Ａによりリニアにバルブ開度が制御されるポペットバルブ５０２Ｃと、リターンスプリング５０２Ｂとを含む。燃焼室に還流されるＥＧＲガスは高温のため、ＥＧＲバルブ５０２の性能や耐久性に悪影響を及ぼすため、エンジンの冷却水により冷却するための冷却水通路５０２Ｄが設けられている。

このようなＥＧＲ装置においては、ＥＧＲパイプ５００に詰りが発生したり、ポペットバルブ５０２Ｃが固着することなどにより、ＥＧＲ装置が故障する場合がある。本実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置は、エンジンＥＣＵ１０００で実行されるプログラムにより、このＥＧＲ装置の故障を正確に検知するものである。

このエンジンシステムには、このようなＥＧＲ装置の他に、以下に示すシステムが導入されている。

このエンジンシステムには、燃料噴射制御システムが導入され、エアフローメータ２０２およびバキュームセンサ３０６によって吸入空気量を検出し、燃料噴射量が制御される。エンジンＥＣＵ１０００は、各センサからの信号により、最適な燃焼状態となるように、エンジン回転数およびエンジン負荷に応じた燃料噴射量および燃料噴射時期の制御を行なう。

また、このエンジンシステムにおいては、エンジン回転数と吸入空気量（バキュームセンサ３０６およびエアフローメータ２０２により検出）により燃料噴射量が決定される。また、始動後の空燃比は、酸素センサ７１０，７１２からの信号によりフィードバック制御される。すなわち、燃料噴射制御は、エンジンの状態に応じて演算した基本噴射時間に、各センサの信号に補正を加え、燃料噴射時期制御および噴射量制御が実行される。

また、このエンジンシステムには、点火時期制御システムが導入されている。エンジンＥＣＵ１００は、各センサからの信号により最適な点火時期を算出し、イグナイタ一体式イグニッションコイル８０８に点火信号を出力する。点火時期は、初期セット点火時期または基本進角度および補正進角度により決定される。また、このエンジンシステムには、ノックセンサ７０４によりノッキングが検知されると、ノッキングが発生しなくなるまで一定角度ずつ点火時期を遅角させて、ノッキングが発生しなくなると一定角度ずつ進角させるノックコントロールシステムが導入されている。

エンジンの点火時期の算出は、エンジン回転数信号、カムポジションセンサからの信号、吸気流量の信号、スロットルバルブ開度信号、エンジン冷却水用信号などに基づいて、エンジンＥＣＵ１０００が運転状態に応じて算出して、イグナイタ一体型イグニッションコイル８０８へ点火信号を出力する。すなわち、点火時期制御は、エンジンの状態に応じて演算した基本点火時期に、各センサの信号による補正を加え、適正な点火時期を算出する。

また、このエンジンシステムには、スロットル制御システムが導入されている。このスロットル制御システムは、エンジンの状態に応じて演算したスロットルバルブ３００の開度に、各センサの信号による補正を加えて、適正な開度になるように制御される。すなわち、エンジンの燃焼状態に応じた適切なスロットルバルブ３００の開度になるように、エンジンＥＣＵ１０００がスロットルバルブ３００の開度をスロットルモータ３０４を用いて制御する。

また、このエンジンシステムは、アイドル回転数制御システムが導入されている。このアイドル回転数制御システムは、エンジン冷却水温に応じたファーストアイドル回転数、エンジン暖気後のアイドル回転数を制御する。アイドル回転数制御は、エアフローメータ２０２およびバキュームセンサ３０６からの信号に基づいて吸入空気量を算出し、エンジンＥＣＵ１０００が最適なスロットルバルブ３００の開度およびインジェクタ開弁時間を算出し、アイドル回転数を目標回転数に近づける。

また、図１には記載していないが、スロットルモータによるアイドル回転数制御の他に、アイドルスピードコントロールバルブによる制御方法もある。このアイドルスピードコントロールバルブは、スロットルバルブのバイパス通路に流れる空気量を調整して、アイドル回転数を制御する。

また、このエンジンシステムには、キャニスタパージ制御システムが導入されている。このキャニスタパージ制御システムは、フューエルタンク４００から発生する燃料蒸発ガスをインテークポートに吸引して燃焼させる。キャニスタパージ量は、エンジンＥＣＵ１０００が、キャニスタパージ用ＶＳＶ（Vacuum Switching Valve）４０６の開閉を制御することにより、運転状態に応じて制御される。このとき、エンジンＥＣＵ１０００は、キャニスタパージ用ＶＳＶ４０６にデューティ信号を出力して、キャニスタパージ用ＶＳＶ４０６の開度が制御される。

また、このエンジンシステムには、気流制御バルブシステムが導入されている。この気流制御バルブシステムは、エンジンの冷却水温およびエンジンの状態に応じて、２つある独立インテークポートの１つを閉じることで燃焼室内の気流を最適に制御し、燃焼の安定化および性能向上を図る。気流制御バルブ６００は、独立吸気ポートの片側に設けられており、エンジンＥＣＵ１０００からの信号により開閉制御される。一方のポートを閉じることにより、もう片方のポートを通過する吸気の流速が速くなり、燃焼室内の横方向の乱流を強化する。これにより、低水温時には燃料の霧化が促進され、燃焼の安定化が図れる。また、低回転高負荷域においても体積効率および燃焼効率が向上し、高性能化を図ることができる。エンジンＥＣＵ１０００は、エンジン回転数、エンジン冷却水温、負荷信号などに基づいて、気流制御バルブ６００の開度を決定し、気流制御バルブ用ＶＳＶ６０２を介してアクチュエータのダイヤフラム室にかかる負圧を切換えることにより、気流制御バルブ６００を開閉する。

図４に、このエンジンシステムを制御するエンジンＥＣＵ１０００、各種センサおよび各種アクチュエータを含む制御ブロック図を示す。

エンジンＥＣＵ１０００には、各種センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータ１０１０と、ＥＦＩ（Electronic Fuel Injection）＿ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２０と、ＥＣＴ（Electronically Controlled Automatic Transmission）＿ＣＰＵ１０３０と、これらのＣＰＵに電力を供給する定電圧電源１０４０と、ボデー多重通信２０００と通信するための通信ＩＣ（Integrated Circuit）１０５０とを含む。

次に、エンジンＥＣＵ１０００に各種信号を入力するセンサについて説明する。

アクセルポジションセンサ１０２は、アクセルペダルに配置され、アクセルペダル踏込み量を検知する。アクセルペダル踏込み量に対して直線的に出力電圧が得られるリニアタイプのアクセルポジションセンサなどが用いられる。

エアフローメータ２０２は、吸気温センサ内蔵のホットワイヤ式エアフローメータなどであって、吸入空気量を計測する。エンジンＥＣＵ１０００は、予め記憶されたエアフローメータ２０２の出力電圧と流量との関係から、エンジンへの吸入空気量を算出する。

スロットルポジションセンサ３０２は、たとえばスロットルボディに配置され、スロットバルブ３００の開度を検出する。たとえば、ホール素子を用いた電子式のポジションセンサが採用されることにより正確な制御と恒久的な信頼性を確保することができる。

バキュームセンサ３０６は、吸気管内の圧力を検出する圧力センサである。燃圧センサ７００は、各気筒における燃焼室内における燃焼時の圧力を検知する。

クランクポジションセンサ７０２は、クランク角度を検出するセンサであって、検出精度の高い電磁ピックアップ式センサなどが用いられる。クランクシャフトが回転することにより、クランクシャフトに取付けられたクランクシャフトタイミングロータ突起部とクランクポジションセンサのエアギャップが変化するためクランクポジションセンサのコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。この発生電圧は、タイミングロータ突起部がクランクポジションセンサに近づくときと離れるときとでは逆向きになるため、交流電圧として現われ、これにより、クランク位置およびクランク角速度を検出することができる。

水温センサ７０６は、エンジン冷却水の水温を検出する。カムポジションセンサ７０８は、シリンダヘッド後端に取付けられており、インテークカラムシャフトに固定された、カムシャフトタイミングロータの突起をカムポジションセンサ７０８が検知することにより、気筒判別および実カムシャフト角度を検出することができる。カムポジションセンサ７０８も、前述のクランクポジションセンサ７０２と同様、検出精度の高い電磁ピックアップ式センサが用いられる。

ノックセンサ７０４は、エンジンにおけるノッキングの状態を検出する。酸素センサ７１０は、上流側の触媒コンバータのエンジン側における排気ガスの酸素濃度を検出し、酸素センサ７１２は、上流側の触媒コンバータ７１０と下流側の三元触媒コンバータ９０２との間における排気ガスの酸素濃度を検知する。

次に、エンジンＥＣＵ１０００から制御信号が出力されるアクチュエータについて説明する。

ＥＧＲ用ステッピングモータ５０２は、ＥＧＲ装置のＥＧＲバルブ５０２の開度を調整するモータであって、エンジンＥＣＵ１０００から制御信号が出力される。気流制御バルブ用ＶＳＶ６０２には、エンジンの運転状態に応じて気流制御バルブ６００を開閉するバルブであって、エンジンＥＣＵ１０００から出力された制御信号に基づいてこの気流制御バルブ用ＶＳＶ６０２を介してアクチュエータのダイヤフラム室にかかる負圧を切換えることにより気流制御バルブ６００が開閉する。

キャニスタパージＶＳＶ４０６は、キャニスタパージ量を増減させるために、エンジンＥＣＵ１０００からの制御信号によりその開度が制御される。

ＶＶＴ（Variable Valve Timing）用ＯＣＶ（Oil Control Valve）８０２は、最適なバルブタイミングにインテークカムシャフトの位相を制御するためのオイルコントロールバルブである。ＶＶＴ用ＯＣＶ８０２からの油圧をＶＶＴコントローラの進角室および遅角室に作用させることにより、ベーン部を回転させ、インテークカムシャフトの位相を連続的に可変させる。このＶＶＴ用オイルコントロールバルブ８０２は、エンジンＥＣＵ１０００からのデューティ信号によりスプール弁の位置が制御されることにより、ＶＶＴコントローラの進角室および遅角室へのオイル供給を調整することができる。

高圧フューエルポンプ８００は、燃料を加圧するためのポンプであって、シリンダヘッドカバーに取付けられる。インテークカムシャフトに設けられたカムによって駆動される。エンジンＥＣＵ１０００が運転状態に応じた高圧燃料圧力になるように可変制御する。電磁弁の制御により必要な燃料のみを吐出するシステムである。これにより、駆動トルクの低減および低騒音化を実現している。

この高圧フューエルポンプ８００は、フューエルタンク４００からの低圧燃料の吸入通路を開閉する電磁弁、カムシャフトによって駆動される燃料を加圧するポンププランジャ、フューエルデリバリパイプへの通路を機械的に開閉するチェックバルブで構成される。ポンププランジャが上下することより燃料を吸入し加圧する。高圧フューエルインジェクタ８０４は、高圧スリットノズルフューエルインジェクタであって、スリットノズルの作用により高微粒化され扇状に大きく広がりつつ燃焼室に噴射される。

なお、高圧フューエルインジェクタ８０４を高速および精細に動作させるため、ＥＤＵ（Electronic Driver Unit）８０６が設けられる。ＥＤＵ８０６は、エンジンＥＣＵ１０００からの噴射要求信号を高電圧かつ高電流のインジェクタ信号に変換し、高圧フューエルインジェクタ８０４を制御する。

なお、上述した説明において、ＥＧＲ装置におけるＥＣＲバルブ５０２は、ステッピングモータ５０２Ａによりポペットバルブ５０２Ｃが駆動されるものとして説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、ステッピングモータ５０２Ａのような電気式アクチュエータではなく、ソレノイドバルブとダイヤフラムを有する空気アクチュエータとにより構成される空気制御式のＥＧＲバルブであってもよい。

図５を参照して、本実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置を実現するエンジンＥＣＵ１０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ１０００は、モニタ条件が成立したか否かを判断する。このとき、エンジンＥＣＵ１０００は、たとえば、車速、エンジン回転数、吸入空気量、スロットル開度などに基づいて、モニタ条件が成立しているか否かを判断する。さらに詳しくは、たとえば、車両が停止中ではモニタ条件は不成立となる。モニタ条件が成立していると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ２２０へ移される。

Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＶＶＴ制御を最遅角に固定する。これにより、ＶＶＴが最遅角（＝バルブオーバーラップ量が最小）となり、吸気管内圧力が最低となり、ＥＧＲ装置が非作動の状態から作動の状態に変化したときの吸気管内圧力が最も大きく変化するようになる。

Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＶＶＴを最遅角に固定してから予め定められた時間が経過したか否かを判断する。ＶＶＴを最遅角に固定してから予め定められた時間が経過すると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１２０へ戻され、ＶＶＴ制御において最遅角に固定してから予め定められた時間が経過するまで待つ。

Ｓ１３０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲバルブ５２０に対して制御信号（開弁信号）を出力して、ＥＧＲの作動を開始（ＥＧＲ導入）させる。

Ｓ１４０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲを導入してから予め定められた時間が経過したか否かを判断する。ＥＧＲを導入してから予め定められた時間が経過すると（Ｓ１４０にてＹＥＳ）、処理はＳ１５０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１４０にてＮＯ）、処理はＳ１４０へ戻され、ＥＧＲを導入してから予め定められた時間が経過するまで待つ。

Ｓ１５０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、バキュームセンサ３０６からの信号に基づいて、吸気管内圧力ＰＭＯＮ（実測値）を計測する。このとき、計測される吸気管内圧力ＰＭＯＮ（実測値）は絶対圧力（真空＝０ｋＰａ、標準大気圧＝１０１．３ｋＰａ）であり正の値である。

Ｓ１６０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲバルブ５２０に対して制御信号（閉弁信号）を出力して、ＥＧＲの作動を停止（ＥＧＲカット）させる。

Ｓ１７０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲをカットしてから予め定められた時間が経過したか否かを判断する。ＥＧＲをカットしてから予め定められた時間が経過すると（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、処理はＳ１８０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１７０にてＮＯ）、処理はＳ１７０へ戻され、ＥＧＲをカットしてから予め定められた時間が経過するまで待つ。

Ｓ１８０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、バキュームセンサ３０６から入力される信号に基づいて、吸気管内圧力ＰＭＯＦＦ（実測値）を計測する。

Ｓ１９０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、（ＰＭＯＮ−ＰＭＯＦＦ）が予め定められた判定値よりも大きいか否かを判断する。（ＰＭＯＮ−ＰＭＯＦＦ）が予め定められた判定値よりも大きいと（Ｓ１９０にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１９０にてＮＯ）、処理はＳ２１０へ移される。これは、ＥＧＲ装置が正常に作動していると排気ガスがインテークマニホールドに還流されるので、ＥＧＲ装置が作動時における吸気管内圧力の実測値ＰＭＯＮの方が、ＥＧＲ装置が非作動時における吸気管内圧力の実測値ＰＭＯＦＦに予め定められた判定値を加算した値よりも大きくなるときにＥＧＲ装置が正常であると判定される。

Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ１０００は、正常判定（正常時処理）を実行する。このとき、たとえば、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲ異常警告灯（ＥＧＲ異常警告を含むエンジン異常警告灯であってもよい）が点灯していれば消灯させたりする。Ｓ２１０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、異常判定（異常時処理）を実行する。このとき、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲ異常警告灯を点灯させたり、故障識別コード（ダイアグコード）をメモリに記憶したりする。

Ｓ２２０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＶＶＴ最遅角固定を解除する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置の動作を説明する。なお、以下の動作の説明においては、ＥＧＲ故障診断装置がエンジンＥＣＵ１０００で実行されるプログラムにより実現されるものとして説明する。

車両のエンジンが運転中にモニタ条件が成立すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、ＶＶＴ制御において最遅角にバルブの開閉タイミングが固定される（Ｓ１１０）。予め定められた時間が経過すると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、ＥＧＲが導入される（Ｓ１３０）。このとき、ＥＧＲバルブ５２０が開状態となり、排気ガスがＥＧＲパイプ５００を通って吸気系に供給される。

ＥＧＲの導入から予め定められた時間が経過すると（Ｓ１４０にてＹＥＳ）、バキュームセンサ３０６により吸気管内圧力の実測値ＰＭＯＮが計測される。吸気管内圧力の実測値ＰＭＯＮの計測後ＥＧＲがカットされ（Ｓ１６０）、予め定められた時間が経過すると（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、再度バキュームセンサ３０６により吸気管内圧力の実測値ＰＭＯＦＦが計測される。

すなわち、実測値ＰＭＯＮは、ＥＧＲ装置が作動している場合の吸気管内圧力を示し、実測値ＰＭＯＦＦはＥＧＲ装置が非作動状態における吸気管内圧力を示す。（ＰＭＯＮ−ＰＭＯＦＦ）が判定値よりも大きい場合には（Ｓ１９０にてＹＥＳ）、ＥＧＲ装置が正常に動作しており、排気系から吸気系に排気ガスが供給されることにより吸気管内圧力が上昇したことを示す。これは正常な状態であると判定される（Ｓ２００）。

一方、（ＰＭＯＮ−ＰＭＯＦＦ）が判定値以下であると（Ｓ１９０にてＮＯ）、ＥＧＲ装置が正常に作動していないと判定される（Ｓ２１０）。このとき、たとえば、ＥＧＲバルブ５２０のポペット弁５０２Ｃが固着していたり、ＥＧＲパイプ５００が詰まっている状態などが想定される。

以上のようにして、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵは、その内部に記憶されたプログラムを実行することにより、ＥＧＲ故障診断機能を発現する。このＥＧＲ故障診断機能においては、吸排気弁のタイミングが変更可能なシステムを搭載したエンジンにおいて、その吸排気弁の作動のタイミング制御を中止して、ＥＧＲ装置の故障診断を実行するようにした。その結果、ＥＧＲ装置以外の要因による吸気系における吸入空気量の変化や、吸入空気の圧力の変化が発生しないようにして、ＥＧＲ装置を作動させた場合とＥＧＲ装置を作動させない場合とにおける圧力変化、流量変化に基づいて、ＥＧＲ装置の故障を正確に判定することができる。

なお、図５に示したフローチャートにおいては、ＥＧＲ装置の故障判定において、吸気管内の圧力を用いたが、スロットルバルブ３００の開度が一定であることを前提として、エアフローメータ２０２により検知された吸気管内の吸入空気量の変化に基づいてＥＧＲ装置の故障診断を行なうようにしてもよい。このとき、スロットルバルブ３００の開度が固定であることが前提であるため、ＥＧＲ装置が正常に動作していると、ＥＧＲ装置が作動している場合の方がＥＧＲが非作動状態の場合よりも吸気管内の圧力が上昇するため、吸入空気量が下がる。したがって、ＥＧＲ装置が作動時においてエアフローメータ２０２により検知された吸入空気量が、ＥＧＲ装置が非作動時においてエアフローメータ２０２により検知された吸入空気量よりも判定値を超えて小さければＥＧＲ装置は正常であると判定される。

また、本実施の形態の説明においては、吸排気バルブのタイミングを可変にする制御を一時的に中止してＥＧＲ装置の故障診断することについて説明したが、本発明はこれに限定されない。

たとえば、吸排気バルブのリフト量が変化するような制御システムを有する場合には、その弁のリフト量が変化しないようにしてＥＧＲ装置の故障診断をするようにしてもよい。

また、スロットルバルブ３００の開度をスロットルモータ３０４への制御信号を一定にすることによりスロットルバルブ３００の開度を一定にした状態で、ＥＧＲ装置の故障診断をするようにしてもよい。

さらに、アイドルスピードコントロールバルブの開度を一定にして、すなわち、エンジンＥＣＵ１０００からアイドルスピードコントロールバルブへのデューティ信号を変更させることなく、ＥＧＲ装置の故障診断をするようにしてもよい。

さらに、キャニスタパージ用ＶＳＶ４０６を動作させないようにして、ＥＧＲ装置の故障診断を行なうようにしてもよい。

さらに、燃料噴射制御システムによりインジェクタへの通電時間を変化させないようにして、ＥＧＲ装置の故障診断を行なうようにしてもよい。また、点火時期制御システムによるイグナイタへの点火タイミング信号を変化させないようにして、ＥＧＲ装置の故障診断を行なうようにしてもよい。

さらに、気流制御バルブシステムの動作を固定するようにして、ＥＧＲ装置の故障診断を行なうようにしてもよい。

いずれの場合においても、これら制御はエンジンの燃焼室において燃焼に影響を与える要因であるため、これらを固定すること、すなわちこれらの制御を中止するにより、ＥＧＲ装置以外の要因による吸気系における吸入空気量の変化（圧力、流量）が発生しないようにして、ＥＧＲ装置を作動させたときとＥＧＲ装置を作動させないときとにおける吸気系の空気の変化（圧力変化、流量変化）に基づいて、ＥＧＲ装置の故障を正確に判定することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置が適用される車両のエンジンシステム図である。 図１のＥＧＲ装置の拡大図である。 図２のＥＧＲバルブの拡大図である。 本発明の実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置が適用される車両の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置を実現するエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ アクセルペダル、１０２ アクセルポジションセンサ、２００ エアクリーナ、２０２ エアフローメータ、３００ スロットルバルブ、３０２ スロットルポジションセンサ、３０４ スロットルモータ、３０６ バキュームセンサ、４００ フューエルタンク、４０２ フューエルポンプ、４０４ チャコールキャニスタ、４０６ キャニスタバージ用ＶＳＶ、５００ ＥＧＲパイプ、５０２ ＥＧＲバルブ、５０２Ａ ステッピングモータ、５０２Ｂ リターンスプリング、５０２Ｃ ポペットバルブ、５０２Ｄ 冷却水通路、６００ 気流制御バルブ、６０２ 気流制御バルブ用ＶＳＶ、７００ 燃圧センサ、７０２ クランクポジションセンサ、７０４ ノックセンサ、７０６ エンジン水温センサ、７０８ カムポジションセンサ、７１０，７１２ 酸素センサ、８００ 高圧フューエルポンプ、８０２ ＶＶＴ用ＯＣＶ、８０４ 高圧フューエルインジェクタ、８０６ ＥＤＵ、８０８ イグナイタ一体式イグニッションコイル、９００，９０２ 三元触媒コンバータ、１０００ エンジンＥＣＵ、１０１０ Ａ／Ｄコンバータ、１０２０ ＥＦＩ＿ＥＣＵ、１０３０ ＥＣＴ＿ＣＰＵ、１０４０ 定電圧電源、１０５０ 通信ＩＣ、２０００ ボデー多重通信。

Claims (10)

1. 内燃機関に設けられ、排気ガスの一部を還流弁を介して再度前記内燃機関の吸気管に還流させる排気ガス還流装置の故障診断装置であって、
   前記内燃機関の吸気管内を流れる空気の状態を検知するための検知手段と、
   前記内燃機関の燃焼室内に取り込まれる吸気流量を変化させる吸気流量可変機構による制御を中止するための制御手段と、
   前記吸気流量が変化する制御が中止された状態で前記検知手段により検知された空気の状態に基づいて、前記排気ガス還流装置の故障を診断するための診断手段とを含む、故障診断装置。
2. 前記吸気流量可変機構は、可変動弁機構である、請求項１に記載の故障診断装置。
3. 前記可変動弁機構は、クランク角に対し弁作動のタイミングが変更可能な機構である、請求項２に記載の故障診断装置。
4. 前記可変動弁機構は、弁リフト量が変更可能な機構である、請求項２に記載の故障診断装置。
5. 前記吸気流量可変機構は、吸気流量を制御するスロットルバルブである、請求項１に記載の故障診断装置。
6. 前記吸気流量可変機構は、吸気流量を制御するアイドルスピードコントロールバルブである、請求項１に記載の故障診断装置。
7. 前記吸気流量可変機構は、燃料蒸発ガスを前記吸気管に導入するコントロールバルブである、請求項１に記載の故障診断装置。
8. 内燃機関に設けられ、排気ガスの一部を還流弁を介して再度前記内燃機関の吸気管に還流させる排気ガス還流装置の故障診断装置であって、
   前記内燃機関の吸気管内を流れる空気の状態を検知するための検知手段と、
   前記内燃機関の燃焼室への燃料噴射を制御する燃料噴射制御機構による制御を中止するための制御手段と、
   前記燃料噴射制御機構による制御が中止された状態で前記検知手段により検知された空気の状態に基づいて、前記排気ガス還流装置の故障を診断するための診断手段とを含む、故障診断装置。
9. 内燃機関に設けられ、排気ガスの一部を還流弁を介して再度前記内燃機関の吸気管に還流させる排気ガス還流装置の故障診断装置であって、
   前記内燃機関の吸気管内を流れる空気の状態を検知するための検知手段と、
   前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御機構による制御を中止するための制御手段と、
   前記点火時期制御機構による制御が中止された状態で前記検知手段により検知された空気の状態に基づいて、前記排気ガス還流装置の故障を診断するための診断手段とを含む、故障診断装置。
10. 前記検知手段は、前記吸気管内の圧力または前記吸気管内の空気の流量を検知するための手段を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の故障診断装置。

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