JP2008121519A - 排気絞り弁及びウェイストゲート弁の異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路に排気絞り弁とウェイストゲート弁とが設けられた内燃機関においても、これらの弁の異常を判定することのできる異常判定装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１０の排気通路１４には、ＰＭを捕集するＤＰＦ２４と排気絞り弁１８とが順に設けられるとともに、排気絞り弁１８をバイパスするウェイストゲート２０に設けられるウェイストゲート弁２１が設けられている。内燃機関１０の電子制御装置４０は、排気絞り弁１８の開閉動作を制御する開閉制御手段と、開閉制御手段による排気絞り弁１８の開閉制御中にＤＰＦ２４の上流側の圧力センサ３３によって検出される排気圧力が、あらかじめ設定した上限値や下限値を超えると、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１が開固着または閉固着していると判定する開固着判定手段及び閉固着判定手段を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられる排気絞り弁及びウェイストゲート弁の異常を判定する異常判定装置に関する。

従来、自動車用ディーゼルエンジン等の内燃機関には、その排気通路にＰＭ（粒子状物質）を捕集するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が設けられているものがある。このＤＰＦに捕集されたＰＭの堆積量が増加すると、これに伴って排気通路の圧力が上昇するため、燃費の悪化などを招くといった問題が生じる。そのため、このような内燃機関においては、排気通路におけるＤＰＦの下流に排気絞り弁を設け、この排気絞り弁の開度を絞ることによって排気抵抗を増大させている。これにより、燃料噴射量を増加させてＤＰＦの温度上昇を促進して、ＤＰＦに捕集されているＰＭの燃焼、すなわちＤＰＦの再生を行うようにしている。

ところで、このような排気絞り弁は、排気中に含まれる未燃燃料等の成分の付着により固着して動作不能になることがある。そこで、例えば特許文献１に示されるように、このような排気絞り弁の異常を判定する装置が検討されている。

特許文献１には、ＥＧＲ通路及び該ＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲ弁を有した内燃機関において、排気絞り弁の異常を判定する異常判定装置が記載されている。内燃機関においてＥＧＲガス流量を一定にする制御を行うと、排気絞り弁が開閉指令により正常な開閉動作を行っている状態では、この開閉動作に伴って排気圧が変化するためにＥＧＲ弁の開度が変化する。そこで、この異常判定装置は、例えば、排気絞り弁の開閉指令を出したにもかかわらずＥＧＲ弁の開度が変化しない場合に、排気絞り弁が正常に開閉動作を行っていないものと判定し、排気絞り弁の異常を判定するようにしている。
特開２００１−２０７９１７号公報

ところで、内燃機関には、その排気通路における排気絞り弁の上流側の圧力を調整するために、この排気絞り弁の上流側と下流側とに接続されて排気絞り弁をバイパスするウェイストゲートと該ウェイストゲートに設けられるウェイストゲート弁とを備えたものがある。このように排気通路にウェイストゲート弁が設けられている場合、このウェイストゲート弁によって排気絞り弁の上流側の圧力が調整されるために、特許文献１のようにＥＧＲ弁の開度によって排気絞り弁の異常を判定することができない。また、ウェイストゲート弁が異常である場合は、排気絞り弁の異常を判定することが更に困難になる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に排気絞り弁とウェイストゲート弁とが設けられた内燃機関においても、これらの弁の異常を判定することのできる異常判定装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に配置されて前記内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路における前記フィルタよりも下流側に配置されて前記排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側と下流側とを接続して前記排気絞り弁をバイパスするウェイストゲートに設けられて前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の圧力を調整するウェイストゲート弁とを備えた内燃機関において、前記排気絞り弁及び前記ウェイストゲート弁の異常を判定する異常判定装置であって、前記排気絞り弁の開閉動作を制御する開閉制御手段と、前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の排気圧力を検出する圧力検出手段と、前記開閉制御手段による前記排気絞り弁の閉弁制御中に前記圧力検出手段によって検出される前記排気圧力の検出値が予め設定された前記排気絞り弁の閉弁中における前記排気圧力の下限値よりも低いときは、前記排気絞り弁及び前記ウェイストゲート弁の少なくとも何れかが開固着していると判定する開固着判定手段とを備えていることを要旨としている。

排気絞り弁が閉弁し且つウェイストゲート弁が排気圧力を正常に調整している際の排気圧力の下限値は予め実験や計算などにより設定することができる。そして、排気絞り弁及びウェイストゲート弁が正常であれば、前記開閉制御手段によって前記排気絞り弁が閉弁制御されると、圧力検出手段によって検出される排気圧力がこの下限値以上となる。これに対して、排気絞り弁が開固着していれば、開閉制御手段によって排気絞り弁が閉弁制御されても排気絞り弁が閉弁状態とならないために排気圧力がこの下限値よりも低くなり、またウェイストゲート弁が開固着していれば、たとえ開閉制御手段の閉弁制御により排気絞り弁が閉弁状態となってもウェイストゲート弁による排気圧力の調整がなされないために、排気圧力がこの下限値よりも低くなる。すなわち、排気絞り弁やウェイストゲート弁が開固着していれば、圧力検出手段によって検出される排気圧力がこの下限値よりも低くなる。そこで、上記構成によれば、開閉制御手段による前記排気絞り弁の閉弁制御中に圧力検出手段によって検出される排気圧力がこの下限値よりも低いときは、排気絞り弁及びウェイストゲート弁の少なくとも何れかが開固着していると判定する開固着判定手段を備えるため、排気通路に排気絞り弁とウェイストゲート弁とが設けられた内燃機関においてもこれらの弁の異常を判定することができる。

請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気通路に配置されて前記内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路における前記フィルタよりも下流側に配置されて前記排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側と下流側とを接続して前記排気絞り弁をバイパスするウェイストゲートに設けられて前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の圧力を調整するウェイストゲート弁とを備えた内燃機関において、前記排気絞り弁及び前記ウェイストゲート弁の異常を判定する異常判定装置であって、前記排気絞り弁の開閉動作を制御する開閉制御手段と、前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の排気圧力を検出する圧力検出手段と、前記開閉制御手段による前記排気絞り弁の閉弁制御中に前記圧力検出手段によって検出される前記排気圧力の検出値が予め設定された前記排気絞り弁の閉弁中における前記排気圧力の上限値よりも高いときは、前記ウェイストゲート弁が閉固着していると判定するウェイストゲート弁の閉固着判定手段とを備えていることを要旨としている。

排気絞り弁が閉弁し且つウェイストゲート弁が排気圧力を正常に調整している際の排気圧力の上限値は予め実験や計算などにより設定することができる。そして、前記開閉制御手段によって前記排気絞り弁が閉弁制御されて排気絞り弁が閉弁状態となると、ウェイストゲート弁が正常に動作して排気絞り弁の上流側の圧力を調整していれば、圧力検出手段によって検出される排気圧力がこの上限値以下となる。一方、ウェイストゲート弁が閉固着しているために正常に動作していないと、この排気圧力は上記上限値よりも高くなる。そこで、上記構成によれば、開閉制御手段によって前記排気絞り弁が閉弁制御中に圧力検出手段によって検出される排気圧力が、この上限値よりも高いときは、ウェイストゲート弁が閉固着していると判定するウェイストゲート弁の閉固着判定手段を備えているため、内燃機関の排気通路に設けられたウェイストゲート弁の異常を判定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記開閉制御手段による前記排気絞り弁の閉弁制御中に前記圧力検出手段によって検出される前記排気圧力の検出値が予め設定された前記排気絞り弁の閉弁中における前記排気圧力の上限値よりも高いときは、前記ウェイストゲート弁が閉固着していると判定するウェイストゲート弁の閉固着判定手段を備えていることを要旨としている。

同構成によれば、開固着判定手段によって排気絞り弁及びウェイストゲート弁の少なくとも何れかが開固着していることを判定することができるとともに、ウェイストゲート弁の閉固着判定手段によってウェイストゲート弁が閉固着していることを判定することができる。これにより、ウェイストゲート弁及び排気絞り弁の異常をより確実に判定することができる。

請求項４に記載の発明は、内燃機関の排気通路に配置されて前記内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路における前記フィルタよりも下流側に配置されて前記排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側と下流側とを接続して前記排気絞り弁をバイパスするウェイストゲートに設けられて前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の圧力を調整するウェイストゲート弁とを備えた内燃機関において、前記排気絞り弁及び前記ウェイストゲート弁の異常を判定する異常判定装置であって、前記排気絞り弁の開閉動作を制御する開閉制御手段と、前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の排気圧力を検出する圧力検出手段と、前記開閉制御手段による前記排気絞り弁の開弁制御中に前記圧力検出手段によって検出される前記排気圧力の検出値が予め設定された前記排気絞り弁の開弁中における前記排気圧力の上限値よりも高いときは、前記排気絞り弁が閉固着していると判定する排気絞り弁の閉固着判定手段とを備えていることを要旨としている。

排気絞り弁が開弁し且つウェイストゲート弁が排気圧力を正常に調整している際の排気圧力の上限値は予め実験や計算などにより設定することができる。そして、排気絞り弁が正常であれば、前記開閉制御手段によって前記排気絞り弁が開弁制御されると、圧力検出手段によって検出される排気圧力がこの上限値以下となる。これに対して、排気絞り弁が閉固着していれば、開閉制御手段によって排気絞り弁が開弁制御されても排気絞り弁が閉弁状態であるために、排気圧力がこの上限値よりも高くなる。そこで、上記構成によれば、開閉制御手段による前記排気絞り弁が開弁制御中に圧力検出手段によって検出される排気圧力がこの上限値よりも高いときは、排気絞り弁が閉固着していると判定する排気絞り弁の閉固着判定手段を備えるため、内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁の異常を判定することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記開閉制御手段による前記排気絞り弁の開弁制御中に前記圧力検出手段によって検出される前記排気圧力の検出値が予め設定された前記排気絞り弁の開弁中における前記排気圧力の上限値よりも高いときは、前記排気絞り弁が閉固着していると判定する排気絞り弁の閉固着判定手段を備えていることを要旨としている。

特に、請求項１，３，５の構成を全て備える場合には、排気絞り弁及びウェイストゲート弁の少なくとも何れかが開固着していることの判定、ウェイストゲート弁が閉固着していることの判定に加えて、排気絞り弁が閉固着していることを判定することができるため、開閉制御手段による排気絞り弁の開閉弁制御を通じてウェイストゲート弁及び排気絞り弁の異常を緻密に判定することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記下限値及び上限値は、前記内燃機関の吸入空気量の増大及び排気温度の上昇の少なくとも何れかに伴って上昇するように設定されていることを要旨としている。

内燃機関においては、吸入空気量が増大すれば排気圧力が上昇し、排気温度が上昇すれば排気圧力が上昇する。そこで、上記構成を採用することにより、排気圧力の下限値及び上限値をより正確に設定することができるため、排気絞り弁及びウェイストゲート弁の異常をより確実に判定することができる。

以下、図１〜６を参照して、本発明に係る異常判定装置を具体化した実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る異常判定装置を搭載した車載内燃機関の構成図である。内燃機関１０は、各気筒１１に形成される燃焼室１２と、燃焼室１２に吸入空気を送り込む吸気通路１３と、燃焼室１２での燃焼により生じた排気が排出される排気通路１４とを備えている。

吸気通路１３には、その通路面積を可変とする吸気絞り弁１５が設けられ、吸気絞り弁１５はアクチュエータ１７によって駆動される。そして、吸気絞り弁１５の開度が制御されることにより燃焼室１２に吸入される空気量が調整される。吸気通路１３に吸入された空気は、燃焼室１２に設けられた燃料噴射弁１６より噴射された燃料と混合して混合気となり、燃焼室１２で燃焼する。また、吸気通路１３には、燃焼室１２に吸入される空気量を検出するためのエアフローメータ３１が設けられている。

排気通路１４には、排気中に含まれる有害なＨＣ及びＣＯを酸化して浄化するＣＣＯ（酸化触媒コンバータ）２３とＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２４とが順に配置され、燃焼室１２での燃焼により生じた排気が送り込まれる。ＤＰＦ２４は、多孔質材料によって形成されており、これにより排気中のＰＭを捕集するようにしている。そして、ＣＣＯ２３の酸化触媒によって触発される反応により、ＤＰＦ２４に捕集されたＰＭが燃焼（酸化）して除去される。

また、排気通路１４におけるＣＣＯ２３の上流側には、ＣＣＯ２３及びＤＰＦ２４に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ３２が設けられ、ＣＣＯ２３とＤＰＦ２４との間には圧力検出手段である圧力センサ３３が設けられている。この圧力センサ３３は、検出値としてゲージ圧、すなわち大気圧を「０」としたときの圧力を検出するように構成されている。

排気通路１４におけるＤＰＦ２４の下流側には、排気絞り弁１８が設けられている。排気絞り弁１８はアクチュエータ１９により開弁状態と閉弁状態との２つの状態の間で駆動され、アクチュエータ１９の駆動はバキュームスイッチングバルブ（図示略）により切り換えられる。バキュームスイッチングバルブに送信される駆動信号が「ＯＦＦ」であるときには排気絞り弁１８は排気通路１４を全開とする開弁状態に駆動され、同駆動信号が「ＯＮ」であるときには排気絞り弁１８は排気通路１４を全閉とする閉弁状態に駆動される。

さらに、排気通路１４には、排気絞り弁１８の上流側と下流側とに接続し、この排気絞り弁１８をバイパスするウェイストゲート２０が設けられている。このウェイストゲート２０には、排気絞り弁１８の上流側の圧力を調整するウェイストゲート弁２１が設けられている。このウェイストゲート弁２１は、自己調圧式の弁であり、ウェイストゲート弁２１の上流側と下流側との差圧、すなわち排気絞り弁１８の上流側と下流側との差圧が所定の圧力値を超えると自動的に開いて圧力調整を行う。

こうした内燃機関１０の各種制御は、電子制御装置４０により実施されている。電子制御装置４０は、機関制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。また、電子制御装置４０は、その機能として、開閉制御手段、開固着判定手段、ウェイストゲート弁及び排気絞り弁の閉固着判定手段を備えている。すなわち、本実施形態の異常判定装置は、前記圧力センサ３３とこの電子制御装置４０とを備えている。

電子制御装置４０の入力ポートには、上述した各センサに加え、機関回転速度を検出するＮＥセンサ３５、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ３６、吸気絞り弁１５の開度を検出する吸気絞りセンサ３７等が接続されている。また電子制御装置４０の出力ポートには、吸気絞り弁１５、燃料噴射弁１６、排気絞り弁１８の駆動回路が接続されている。

電子制御装置４０は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。このようにして吸気絞り弁１５の開度制御、燃料噴射弁１６からの燃料噴射制御、排気絞り弁１８の開閉制御、及び排気絞り弁１８とウェイストゲート弁２１との異常判定等の各種制御が電子制御装置４０により実施される。

また、このように構成された内燃機関１０の電子制御装置４０は、内燃機関１０の運転によりＤＰＦ２４で捕集されたＰＭを除去するために、ＤＰＦ２４に堆積したＰＭを燃焼させて浄化するフィルタ再生制御を実施する。こうしたフィルタ再生制御は、排気絞り弁１８の作動により排気温度及び排気圧力を上昇させるとともに、ＣＣＯ２３に排気ガス中の未燃焼成分を供給して未燃燃料成分の排気中や触媒上での酸化に伴う発熱により触媒を活性させるとともにその温度を上昇させるなどの作用により、ＤＰＦに捕集したＰＭを燃焼させる。なお、フィルタ再生制御での触媒への未燃燃料成分の供給は、内燃機関１０の駆動に寄与する燃料噴射弁１６からの燃料噴射の後、例えば排気行程中での燃料噴射であるポスト噴射等によって行われる。以下に、電子制御装置４０が実施するフィルタ再生制御について説明する。

図２は内燃機関１０の運転時間に対するＰＭの堆積量を示したものである。同図に示すように、時間Ｔ０から内燃機関１０の運転が開始されると、運転時間の経過に伴ってＤＰＦ２４で捕集されるＰＭの堆積量が増加する。電子制御装置４０は、内燃機関１０を搭載した車両の走行距離が所定距離に達した場合、又は圧力センサ３３により検出される排気圧力が所定値を超えた場合、この圧力センサ３３により検出される排気圧力と排気絞り弁１８の下流側の圧力との差圧が所定値を超えた場合などに、ＰＭの堆積量が過多となっている旨判断し、フィルタ再生制御を開始する。時間Ｔ１においてフィルタ再生制御が開始されると、ＰＭの堆積量は減少し始め、時間Ｔ２において堆積量がほぼ０になる。電子制御装置４０は、このような制御を繰り返し行うことで、外部へ排出されるＰＭの量を低減する。

ここで、フィルタ再生制御が実行される期間Ｘにおける制御について説明する。図３は期間Ｘにおける車両速度、排気絞り弁１８の状態を示したものである。図３（ａ）に示すように車両速度が変化する場合、電子制御装置４０は、図３（ｂ）に示すように排気絞り弁１８を駆動する。すなわち、車両が加速状態にあるとき（期間Ｙ）には、上記バキュームスイッチングバルブに「ＯＦＦ」の駆動信号を送信して排気絞り弁１８を全開とし、車両が加速状態以外の定速走行状態、減速状態、アイドル状態等にあるときには、バキュームスイッチングバルブに「ＯＮ」の駆動信号を送信して排気絞り弁１８を全閉とする。車両が加速状態にあるときは、燃焼室１２に吸入される空気量が増加するため、排気絞り弁１８が閉弁状態になることで車両の加速性能が損なわれることを防止している。

排気絞り弁１８を閉弁状態に作動して排気通路１４が全閉となると、排気絞り弁１８の上流側における排気温度及び排気圧力が上昇する。すなわち、排気絞り弁の開度を絞ることによって排気抵抗を増大させると、燃料噴射量が増加して排気温度が上昇することとなる。そして、排気温度が上昇すると、ＣＣＯ２３の酸化触媒が活性化され、これによりＤＰＦ２４に堆積したＰＭの燃焼が促進される。また、排気圧力が上昇すると、空気量の増加によってＰＭとの燃焼に用いられる酸素量を増加させることができるため、ＰＭの酸化反応速度を速めることができ、ＰＭの燃焼をより促進することができる。このようにＰＭの燃焼を促進することによって、フィルタ再生制御が実行される期間Ｘを短縮し、燃料噴射弁からの未燃燃料成分の供給量を抑えることによって燃費の悪化を抑制している。

次に、このような排気絞り弁１８の開閉制御の際の排気圧力の変化について図４に基づいて説明する。図４は、排気絞り弁１８の制御態様および排気圧力の変化を示したタイムチャートであり、（ａ）が排気絞り弁１８の駆動信号、（ｂ）が排気絞りの制御モード、（ｃ）が排気絞り弁１８の開度、（ｄ）が圧力センサ３３によって検出される排気圧力（ゲージ圧）を示したものである。この図４（ｄ）の実線Ｐは、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１がともに正常に動作している際における圧力センサ３３で検出される排気圧力の変化を示しており、Ｐ１が排気絞り弁１８の開弁時、Ｐ２が排気絞り弁１８の閉弁時における排気圧力をそれぞれ示している。

図４に示すように、排気絞り弁１８の駆動信号が「ＯＦＦ」の状態では、排気絞り制御モードがモード０となり、排気絞り弁は開弁状態（ｏｐｅｎ）となり、排気圧力は圧力Ｐ１となる。そして、排気絞り弁１８の駆動信号が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」となると、排気絞り制御モードは、所定期間ｔ１が経過するまではモード０を維持し、その後、所定期間ｔ２はモード１となり、この所定期間ｔ２が経過するとモード２となる。排気絞り弁１８は、この排気絞り制御モードがモード１となると閉じはじめ、排気絞りモードがモード２となると完全に閉弁状態（ｃｌｏｓｅ）となる。つまり、所定期間ｔ１は、駆動信号が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」となってから排気絞り弁１８が開き始めるまでに要する期間であり、所定期間ｔ２は、排気絞り弁１８が開弁状態から閉弁状態となるまでに要する期間である。そして、圧力センサ３３で検出される排気圧力は、このように排気絞り弁１８が開弁状態から閉弁状態となるのに伴って漸次上昇し、モード２には圧力Ｐ２となる。

一方、排気絞り弁１８の駆動信号が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」になると、排気絞り制御モードは、所定期間ｔ３が経過するまではモード２を維持し、その後、所定期間ｔ４はモード３となり、この所定期間ｔ４が経過するとモード０となる。そして、排気絞り弁１８は、この排気絞り制御モードがモード３となると開きはじめ、排気絞りモードがモード０となると完全に開弁状態（ｏｐｅｎ）となる。つまり、所定期間ｔ３は、駆動信号がＯＮからＯＦＦとなってから排気絞り弁１８が閉じ始めるまでに要する期間であり、所定期間ｔ４は、排気絞り弁１８が閉弁状態から開弁状態となるまでに要する期間である。そして、圧力センサ３３で検出される排気圧力は、このように排気絞り弁１８が閉弁状態から開弁状態となるのに伴って漸次下降し、モード０には再び圧力Ｐ１となる。そして、このような排気絞り弁１８の開閉動作中に、ウェイストゲート弁２１は、この排気圧力を適宜調整している。

このように排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１が正常に動作していれば、排気絞り弁１８の開閉制御の際に圧力センサ３３で検出される排気圧力は、図４（ｄ）の実線Ｐに示すように変化する。そして、これらの弁１８，２１が正常といえる排気圧力の許容範囲が、予め実験や計算などにより設定されている。具体的に、図４（ｄ）の一点鎖線Ａ０，Ｂ０，Ｃ０は、このように排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１がともに正常である際の排気圧力の許容範囲を示し、Ａ０が排気絞り弁１８の閉弁中の排気圧力の上限値、Ｂ０が排気絞り弁１８の閉弁中の排気圧力の下限値、Ｃ０が排気絞り弁１８の開弁中の排気圧力の上限値をそれぞれ示している。

図５は、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１がともに正常で且つ排気温度が一定の状態における吸入空気量の変化に対する排気圧力の変化を示した関係図であり、（ａ）は排気絞り弁の閉弁中、（ｂ）は排気絞り弁が開弁中における関係をそれぞれ示したものである。なお、この図５において図４（ｄ）と同じ圧力を示すものには、図４（ｄ）と同じ符号で示している。図５（ａ）に示すように、排気絞り弁１８の閉弁中には、排気圧力Ｐ１及びその許容範囲を示す上限値Ａ０及び下限値Ｂ０は吸入空気量の増大に伴って上昇し、図５（ｂ）に示すように、排気絞り弁１８の開弁中においても、排気圧力Ｐ１及びその許容範囲を示す上限値Ｃ０は、吸入空気量の増大に伴って上昇する。なお、本実施形態では、圧力センサ３３の検出値で信頼性の有する値の上限値はＰ３であるため、図５（ａ）では、排気絞り弁１８の閉弁中の排気圧力の上限値Ａ０を吸入空気量がＧ３に対応するＰ３まで図示している。また、図示は省略するが、これら排気圧力とその許容範囲を示す上限値及び下限値は、排気温度の上昇に伴って上昇する。

ここで、排気絞り弁１８またはウェイストゲート弁２１が異常である場合、以下のような問題が生じる。例えば、排気絞り弁１８が開固着している場合、排気絞り弁１８の駆動信号を「ＯＦＦ」から「ＯＮ」にして制御モードがモード２となっても排気絞り弁１８が閉弁状態とならないために排気温度及び排気圧力が上昇せず、ＰＭの燃焼が促進されなくなる。また、ウェイストゲート弁２１が開固着している場合も、排気がウェイストゲート弁２１を通過して下流側に逃げるため排気温度及び排気圧力が上昇しない場合があり、PMの燃焼が促進されなくなる。また、排気絞り弁１８やウェイストゲート弁２１が閉固着している場合、排気圧力の上昇によりこれらの弁のステムシールが抜けたり、排気温度が上昇しすぎることによってＣＣＯ２３の触媒が過加熱状態となって触媒が劣化し、ＣＣＯ２３の性能が低下したりする。そこで、電子制御装置４０は、この排気絞り弁１８の開閉制御時に、圧力センサ３３で検出される排気圧力に基づいて、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１の異常を判定する。

電子制御装置４０のこれらの弁１８，２１の異常判定を図４及び図６に基づいて説明する。図６に電子制御装置４０が実行する排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１の異常判定ルーチンのフローチャートを示す。電子制御装置４０は、同フローチャートに示す基本的な手順に従って、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１の開固着判定、排気絞り弁１８の閉固着判定、及びウェイストゲート弁２１の閉固着判定それぞれを行う。

まず、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１の開固着判定について説明する。図６に示すように、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１の開固着判定ルーチンが開始されると、ステップＳ１において、排気絞り弁１８の開固着判定制御の前提条件が成立したか否かが判定される。この前提条件の判定では、以下の（１）〜（８）の条件を満たしているか否かの判定が行われる。（１）圧力センサ３３の異常による誤検出防止のため、圧力センサ３３が正常であるかを判定する。（２）圧力センサ３３の出力値が、圧力センサ３３の検出値で信頼性を有する値の下限値よりも低圧力値側に貼りついて誤検出をしないように、圧力センサ３３の低圧力値側のレンジ外れフラグがＯＦＦであるかを判定する。（３）バキュームスイッチングバルブが正確に駆動されるように、低電圧でないかを判定する。（４）ディーラの修理などによる強制駆動中でないかを判定する。（５）排気絞り弁１８のアクチュエータ１９が負圧駆動式であり、エンジン回転中でないと作動しないため、エンジンが回転しているかを判定する。（６）排気絞り制御の実施領域を考慮し、吸入空気量が多い領域における圧力センサ３３の出力値の貼りつきがないように、吸入空気量が所定値未満であるかを判定する。（７）圧力調整時のオーバーシュート、アンダーシュートによる誤検出を避け、圧力センサ３３が安定した状態で圧力を測定するために、エンジン回転数、燃料噴射量及び吸入空気量の偏差が所定範囲内にあるかを判定する。（８）排気絞り弁１８が閉弁状態となる排気絞り制御中であること、すなわち、図４（ａ）に示す排気絞り駆動信号がＯＮであり、且つ図４（ｂ）に示す排気絞り制御モードがモード２であることを満たしているかを判定する。

そして、ステップＳ１において、これら（１）〜（８）の８つの前提条件のうち１つでも満たしていない場合は、ステップＳ２に移り異常判定カウンタがクリアされ、ステップＳ５に移る。また、これらの８つの条件を全て満たしている場合は、ステップＳ３に移り、異常判定条件が成立しているか否かが判定される。なお、上記前提条件は適宜変更可能であり、条件（１）〜（８）の一部を省略してもよく、また更に別の条件を追加してもよい。

ステップＳ３では、圧力センサ３３で検出される排気圧力のゲージ圧が図４（ｄ）に示す排気絞り弁１８の閉弁制御中の排気圧力の下限値Ｂ０よりも低いか否かが判定する。ここで、この排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１が正常であれば、電子制御装置４０の開閉制御手段によって排気絞り弁１８が閉弁制御されると、この排気絞り弁１８が閉弁するとともに、ウェイストゲート弁２１によってこの上流側の圧力が適宜調整されるため、圧力センサ３３によって検出される排気圧力がこの下限値Ｂ０以上となる。これに対し、排気絞り弁１８が開固着していれば、開閉制御手段により排気絞り弁１８が閉弁制御されても排気絞り弁１８が閉弁状態とならないために排気圧力がこの下限値Ｂ０よりも低くなる。また、ウェイストゲート弁２１が開固着していれば、開閉制御手段の制御により排気絞り弁１８が閉弁状態となってもウェイストゲート弁２１による排気圧力の調整がなされず、排気圧力がこの下限値Ｂ０よりも低くなる。すなわち、排気絞り弁１８やウェイストゲート弁２１が開固着していれば、圧力センサ３３によって検出される排気圧力がこの下限値Ｂ０よりも低くなる。そこで、電子制御装置４０の開固着判定手段は、排気絞り弁１８の閉弁制御中に圧力センサ３３が検出する排気圧力が図４（ｄ）の下限値Ｂ０よりも低くなると、すなわちＢ１に示すように変化すると、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１の少なくとも何れかが開固着していることを示す異常判定条件が成立していると判定する。

そして、ステップＳ３で異常判定条件が成立していると判定されると、ステップＳ４に移って異常判定カウンタをインクリメントし、ステップ４からステップ５に移る。ステップＳ５では、異常判定カウンタが所定値以上となったか否かが判定される。そして、所定値以下であれば、ＥＮＤに移り、所定値以上であれば、ステップＳ６に移って排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１の少なくとも何れかが開固着していると判定し、ＥＮＤに移る。このように、本実施形態の電子制御装置４０では、上記開固着判定手段を有しているために、排気通路１４の排気圧力を検出することによって、排気通路に排気絞り弁とウェイストゲート弁とが設けられた内燃機関においてもこれらの弁の異常を判定することができる。

次に、電子制御装置４０によるウェイストゲート弁２１の閉固着判定について説明する。図６に示すように、ウェイストゲート弁２１の閉固着判定ルーチンが開始されると、ステップＳ１において、電子制御装置４０は、排気絞り弁１８の前提条件が成立したか否かを判定する。具体的に、この前提条件の判定として、上記開固着判定ルーチンの際に行った上記（１）〜（８）の8つの条件を満たしているか否かの判定を行うことに加え、さらに９つめの条件として、（９）エンジン回転数、燃料噴射量、吸入空気量が所定範囲内であることを満たしているかを判定する。これは、図５（ａ）に示したように、圧力センサ３３の検出値で信頼性の有する値の上限値がＰ３であるため、吸入空気量が多い場合に圧力センサ３３の出力値が高圧値側に貼り付いてウェイストゲート弁２１の閉固着が正確に判定できないことがないようにするためである。

ステップＳ１において、これら（１）〜（９）の9つの条件のうち１つでも満たしていない場合は、ステップＳ２に移り異常判定カウンタがクリアされ、ステップＳ５に移る。また、これら９つの条件を全て満たしている場合は、ステップＳ３に移り、異常判定条件が成立しているか否かが判定される。なお、上記前提条件も適宜変更可能であり、条件（１）〜（９）の一部を省略してもよく、また更に別の条件を追加してもよい。

具体的に、このステップＳ３では、圧力センサ３３で検出される排気圧力が図４（ｄ）で示した排気絞り弁１８の閉弁中の排気圧力の上限値Ａ０よりも低いか否かを判定する。つまり、この排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１が正常であれば、電子制御装置４０の開閉制御手段によって排気絞り弁１８が閉弁制御されると、この排気絞り弁１８が閉弁するとともに、ウェイストゲート弁２１によってこの上流側の圧力が適宜調整されるため、圧力センサ３３によって検出される排気圧力がこの上限値Ａ０以下となる。一方、ウェイストゲート弁が閉固着しているために正常に動作していないと、この排気圧力はこの上限値Ａ０よりも高くなる。そこで、電子制御装置４０のウェイストゲート弁２１の閉固着判定手段は、排気絞り弁１８の閉弁制御中に圧力センサ３３によって検出される排気圧力が、図４（ｄ）のＡ１に示すように予め設定された排気絞り弁１８の閉弁中の上限値Ａ０よりも高くなれば、ウェイストゲート弁２１が閉固着していることを示す異常判定条件が成立していると判定する。

そして、ステップＳ３で異常判定条件が成立していると判定されると、ステップＳ４に移って異常判定カウンタをインクリメントし、ステップ４からステップ５に移る。ステップＳ５では、異常判定カウンタが所定値以上となったか否かが判定される。そして、所定値以下であれば、ＥＮＤに移り、所定値以上であれば、ステップＳ６に移ってウェイストゲート弁２１が閉固着していると判定し、ＥＮＤに移る。このように、本実施形態の電子制御装置４０では、上記ウェイストゲート弁の閉固着判定手段を有しているために、排気通路１４の排気圧力を検出することによって、排気通路１４に設けられたウェイストゲート弁の異常を判定することができる。

次に、先の図６に基づいて、排気絞り弁１８の閉固着判定について説明する。排気絞り弁１８の閉固着判定ルーチンが開始されると、ステップＳ１において、電子制御装置４０は、排気絞り弁１８の閉固着判定の前提条件が成立したか否かを判定する。具体的に、この前提条件として、上記排気絞り弁１８の閉固着判定の際に行った上記（１）〜（８）の8つの条件のうち（１）〜（７）の7つの条件の判定を行うことに加え、上記（８）の条件の代わりに次の（１０）の条件を満たしているかの判定を行う。具体的に、（１０）は、排気絞り制御中でないこと、すなわち、図４に示す（ａ）排気絞り駆動信号がＯＦＦであり、且つ（ｂ）排気絞り制御モードがモード０であることを満たしているかを判定する。

ステップＳ１において、これら（１）〜（７）及び（１０）の８つの条件のうち１つでも満たしていない場合は、ステップＳ２に移り異常判定カウンタがクリアされ、ステップＳ５に移る。また、これら８つの条件を全て満たしている場合は、ステップＳ３に移り、異常判定条件が成立しているか否かが判定される。なお、上記前提条件は適宜変更可能であり、条件（１）〜（７）、（１０）の一部を省略してもよく、また更に別の条件を追加してもよい。

具体的に、このステップＳ３では、圧力センサ３３で検出される排気圧力が図４（ｄ）で示した排気絞り弁１８の開弁中の排気圧力の上限値Ｃ０よりも低いか否かを判定する。つまり、この排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１が正常であれば、電子制御装置４０の開閉制御手段によって排気絞り弁１８が開弁制御されると、この排気絞り弁１８が開弁するとともに、ウェイストゲート弁２１によってこの上流側の圧力が適宜調整されるため、圧力センサ３３によって検出される排気圧力がこの上限値Ｃ０以下となる。一方、排気絞り弁１８が閉固着して正常に動作していないと、この排気圧力は上記上限値Ｃ０よりも高くなる。そこで、電子制御装置４０の排気絞り弁１８の閉固着判定手段は、排気絞り弁１８の閉弁制御中に圧力センサ３３によって検出される排気圧力が、図４（ｄ）のＣ１に示すように予め設定された排気絞り弁１８の開弁中の上限値Ｃ０よりも高くなれば、排気絞り弁１８が閉固着していることを示す異常判定条件が成立しているものと判定する。

そして、ステップＳ３で異常判定条件が成立していると判定されると、ステップＳ４に移って異常判定カウンタをインクリメントし、ステップ４からステップ５に移る。ステップＳ５では、異常判定カウンタが所定値以上となったか否かが判定される。そして、ステップ５において、異常判定カウンタが所定値以下であれば、ＥＮＤに移り、所定値以上であれば、ステップＳ６に移り、排気絞り弁１８が閉固着していると判定し、ＥＮＤに移る。このように、本実施形態の電子制御装置４０では、上記排気絞り弁の閉固着判定手段を有しているために、排気通路１４の排気圧力を検出することによって、排気通路１４に設けられた排気絞り弁１８の異常を判定することができる。

以上のように、上記実施形態の内燃機関の異常判定装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、電子制御装置４０が、排気絞り弁１８の閉弁制御中に圧力センサ３３によって検出される排気圧力が予め設定された排気絞り弁１８の閉弁中における排気圧力の下限値Ｂ０よりも低いときは、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１の少なくとも何れかが開固着していると判定する開固着判定手段を備えることとした。これにより、排気通路１４に排気絞り弁１８とウェイストゲート弁２１とが設けられた内燃機関１０においてもこれらの弁１８，２１の異常を判定することができる。

（２）上記実施形態では、電子制御装置４０が、排気絞り弁１８の閉弁制御中に圧力センサ３３によって検出される排気圧力が予め設定された排気絞り弁１８の閉弁中における排気圧力の上限値Ａ０よりも高いときは、ウェイストゲート弁２１が閉固着していると判定するウェイストゲート弁の閉固着判定手段を備えることとした。これにより、内燃機関１０の排気通路１４に設けられたウェイストゲート弁２１の異常を判定することができる。

（３）上記実施形態では、電子制御装置４０が、排気絞り弁１８が開弁制御中に圧力センサ３３によって検出される排気圧力が予め設定された排気絞り弁１８の開弁中における上限値Ｃ０よりも高いときは、排気絞り弁１８が閉固着していると判定する排気絞り弁１８の閉固着判定手段を備えることとした。これにより、内燃機関１０の排気通路１４に設けられた排気絞り弁１８の異常を判定することができる。

すなわち、上記（１）〜（３）に記すように、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１の少なくとも何れかが開固着していることの判定と、ウェイストゲート弁２１が閉固着していることの判定と、排気絞り弁１８が閉固着していることの判定とをすることにより、これらの弁１８，２１の異常を緻密に判定することができる。

（４）上記実施形態では、上述した排気圧力の上限値Ａ０，Ｃ０や下限値Ｂ０を、内燃機関１０の吸入空気量の増大及び排気温度の上昇に伴って上昇するように設定した。これにより、排気圧力の上限値Ａ０，Ｃ０や下限値Ｂ０をより正確に設定することができるため、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１の異常をより確実に判定することができる。

（５）上記実施形態では、電子制御装置４０が排気絞り弁１８やウェイストゲート弁２１の開固着や閉固着の判定を行う際に、圧力センサ３３で検出したゲージ圧、すなわち大気圧を「０」としたときの圧力を用いて判定を行うようにした。これにより、内燃機関１０を搭載する車両等が高地にあり大気圧が低下するような場合であっても、これら異常判定に用いる排気圧力を大気圧補正する必要がない。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、負圧駆動式のアクチュエータ１９により排気絞り弁１８を駆動するようにしたが、他の駆動方式のアクチュエータにより排気絞り弁１８を駆動するとともに、上記バキュームスイッチングバルブを他のスイッチに変更してもよい。

・上記実施形態では、ＣＣＯ２３の酸化触媒によって触発される反応により、ＤＰＦ２４に捕集されたＰＭを除去するようにしたが、ＤＰＦ２４にも酸化触媒を担持させるようにしてもよい。また、ＤＰＦ２４に酸化触媒を担持させる場合は、ＣＣＯ２３を省略してもよい。さらに、排気通路１４におけるＣＣＯ２３の上流側に別の触媒コンバータを設けるようにして、ＤＰＦ２４における温度を確実に上昇させてＰＭの燃焼を図るようにしてもよい。

・上記実施形態では、排気絞り弁１８が開弁状態から閉弁状態に作動される毎に、排気絞り弁１８及びウェイストゲート弁２１の異常判定を行うようにしているが、このような異常判定は毎回行わなくてもよく、所定のタイミングでのみ行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、燃料噴射弁１６からのポスト噴射等により、未燃燃料成分の供給を行うようにしているが、排気通路１４におけるＤＰＦ２４の上流に添加弁を設け、その添加弁から未燃燃料成分を供給するように構成してもよい。

・上記実施形態では、排気絞り弁１８の上流側と下流側との圧力が所定の圧力値を超えると自動的に開いて圧力調整を行う自己調圧式のウェイストゲート弁２１を用いたが、電子制御装置４０の駆動信号に基づいて開閉を行う電磁式のウェイストゲート弁を用いてもよい。

・上記実施形態では、電子制御装置４０が、開固着判定手段と排気絞り弁１８の閉固着判定手段とウェイストゲート弁２１の閉固着判定手段とを備えるようにしたが、電子制御装置４０は、これら３つの判定手段のうちの１つ又は２つの判定手段を有している構成であってもよい。

・上記実施形態では、排気圧力の上限値や下限値を吸入空気量および排気温度の双方の上昇に伴って上昇させるようにしたが、これら吸入空気量および排気温度の一方の上昇のみに伴って上昇させてもよく、またこれらの上限値や下限値を例えば一定値に設定してもよい。

・上記実施形態では、電子制御装置４０で判定を行う際に、圧力センサ３３で測定されるゲージ圧を用いて判定を行っていたが、絶対圧を用いて判定を行うようにしてもよい。

本発明に係る異常判定装置を搭載した車載内燃機関の構成を示す模式図。 内燃機関の運転時間に対するＰＭの堆積量を示すタイムチャート。 （ａ）はフィルタ再生制御が実行される期間の車両速度を示すタイムチャート、（ｂ）は同期間の排気絞り弁の状態を示すタイムチャート。 （ａ）は排気絞り弁の開閉制御を行う駆動信号を示すタイムチャート、（ｂ）は排気絞りの制御モードを示すタイムチャート、（ｃ）は排気絞り弁の開度を示すタイムチャート、（ｄ）は圧力センサによって検出される排気圧力のゲージ圧のタイムチャート。 （ａ）は排気絞り弁の閉弁中における吸入空気量と排気圧力との関係を示すグラフ、（ｂ）は排気絞り弁の開弁中における吸入空気量と排気圧力との関係を示すグラフ。 排気絞り弁及びウェイストゲート弁の異常判定ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…気筒、１２…燃焼室、１３…吸気通路、１４…排気通路、１５…吸気絞り弁、１６…燃料噴射弁、１７…アクチュエータ、１８…排気絞り弁、１９…アクチュエータ、２０…ウェイストゲート、２１…ウェイストゲート弁、２３…ＣＣＯ、２４…ＤＰＦ、３１…エアフローメータ、３２…排気温度センサ、３３…圧力センサ、３５…ＮＥセンサ、３６…アクセルセンサ、３７…吸気絞りセンサ、４０…電子制御装置。

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に配置されて前記内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路における前記フィルタよりも下流側に配置されて前記排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側と下流側とを接続して前記排気絞り弁をバイパスするウェイストゲートに設けられて前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の圧力を調整するウェイストゲート弁とを備えた内燃機関において、前記排気絞り弁及び前記ウェイストゲート弁の異常を判定する異常判定装置であって、
   前記排気絞り弁の開閉動作を制御する開閉制御手段と、
   前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の排気圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記開閉制御手段による前記排気絞り弁の閉弁制御中に前記圧力検出手段によって検出される前記排気圧力の検出値が予め設定された前記排気絞り弁の閉弁中における前記排気圧力の下限値よりも低いときは、前記排気絞り弁及び前記ウェイストゲート弁の少なくとも何れかが開固着していると判定する開固着判定手段とを備えている
   ことを特徴とする異常判定装置。
2. 内燃機関の排気通路に配置されて前記内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路における前記フィルタよりも下流側に配置されて前記排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側と下流側とを接続して前記排気絞り弁をバイパスするウェイストゲートに設けられて前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の圧力を調整するウェイストゲート弁とを備えた内燃機関において、前記排気絞り弁及び前記ウェイストゲート弁の異常を判定する異常判定装置であって、
   前記排気絞り弁の開閉動作を制御する開閉制御手段と、
   前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の排気圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記開閉制御手段による前記排気絞り弁の閉弁制御中に前記圧力検出手段によって検出される前記排気圧力の検出値が予め設定された前記排気絞り弁の閉弁中における前記排気圧力の上限値よりも高いときは、前記ウェイストゲート弁が閉固着していると判定するウェイストゲート弁の閉固着判定手段とを備えている
   ことを特徴とする異常判定装置。
3. 請求項１において、
   前記開閉制御手段による前記排気絞り弁の閉弁制御中に前記圧力検出手段によって検出される前記排気圧力の検出値が予め設定された前記排気絞り弁の閉弁中における前記排気圧力の上限値よりも高いときは、前記ウェイストゲート弁が閉固着していると判定するウェイストゲート弁の閉固着判定手段を備えている
   ことを特徴とする異常判定装置。
4. 内燃機関の排気通路に配置されて前記内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路における前記フィルタよりも下流側に配置されて前記排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側と下流側とを接続して前記排気絞り弁をバイパスするウェイストゲートに設けられて前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の圧力を調整するウェイストゲート弁とを備えた内燃機関において、前記排気絞り弁及び前記ウェイストゲート弁の異常を判定する異常判定装置であって、
   前記排気絞り弁の開閉動作を制御する開閉制御手段と、
   前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の排気圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記開閉制御手段による前記排気絞り弁の開弁制御中に前記圧力検出手段によって検出される前記排気圧力の検出値が予め設定された前記排気絞り弁の開弁中における前記排気圧力の上限値よりも高いときは、前記排気絞り弁が閉固着していると判定する排気絞り弁の閉固着判定手段とを備えている
   ことを特徴とする異常判定装置。
5. 請求項１〜３の何れか１項において、
   前記開閉制御手段による前記排気絞り弁の開弁制御中に前記圧力検出手段によって検出される前記排気圧力の検出値が予め設定された前記排気絞り弁の開弁中における前記排気圧力の上限値よりも高いときは、前記排気絞り弁が閉固着していると判定する排気絞り弁の閉固着判定手段を備えている
   ことを特徴とする異常判定装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項において、
   前記下限値及び上限値は、前記内燃機関の吸入空気量の増大及び排気温度の上昇の少なくとも何れかに伴って上昇するように設定されている
   ことを特徴とする異常判定装置。

Images