JP2008223554A - 内燃機関の排気再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段とを併用または切換えてＥＧＲを行う内燃機関の排気再循環装置において、低圧ＥＧＲ手段の排気再循環経路である低圧ＥＧＲループまたは高圧ＥＧＲ手段の排気再循環経路である高圧ＥＧＲループに、詰まりなどの異常があることを、より正確に判定できる技術を提供する。
【解決手段】所定の異常判定過渡状態（Ｓ１０３）の前後において、低圧ＥＧＲによって再循環するＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲによって再循環するＥＧＲガス量とが変化した際に、その変化の前後における吸気温の差の絶対値ΔＴを検出する（Ｓ１０２）。そして、このΔＴと、低圧ＥＧＲループおよび高圧ＥＧＲループに異常がない場合のΔＴに相当する基準値ΔＴbaseとの差に基づいて（Ｓ１０４、Ｓ１０８）、低圧ＥＧＲループおよび／または高圧ＥＧＲループにおける異常の存在を判定する（Ｓ１０７、Ｓ１０９）。
【選択図】図６

Description

本発明は内燃機関の排気系を通過する排気の一部を吸気系に再循環させる内燃機関の排気再循環装置に関する。

内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」ともいう）の量を低減する技術として、内燃機関の排気系を通過する排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」ともいう）装置が知られている。

また、より広い運転領域でＥＧＲを実施可能にする技術として、過給機のタービン下流の排気通路を通過する排気をコンプレッサ上流の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ手段と、タービン上流の排気通路を通過する排気をコンプレッサ下流の吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ手段とを併設し、内燃機関の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段を切換えまたは併用して、ＥＧＲを行う技術が知られている。

このような排気再循環装置においては、低圧ＥＧＲ手段または高圧ＥＧＲ手段における排気の流量を制御する弁装置の故障や、排気中のカーボンの堆積により通路が詰まってしまうなどの故障によって、排気の再循環が停止したり、再循環する排気の流量調整が不可能となったりすることが考えられる。このような不具合を回避するため、低圧ＥＧＲ手段または高圧ＥＧＲ手段の故障を検知するための故障診断装置が種々提案されている。

例えば、ＥＧＲ通路と吸気通路との合流部よりも上流側の新気の温度を検出する新気温度検出器と、合流部よりも下流側のＥＧＲガス混入後の吸気の温度を検出する吸気温度検出器とを有し、ＥＧＲ弁の開弁時と閉弁時における２つの新気温度の新気温度差と、ＥＧＲ弁の開弁時と閉弁時における２つの吸気温度の吸気温度差と、の差に基づいて故障の判定を行う技術（特許文献１参照。）が提案されている。

また、ＥＧＲ通路と吸気通路との合流部の近傍にＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温度センサを設けるとともに、吸気通路における吸気温度を検出する吸気温度センサを設け、ＥＧＲガス温度と吸気温度の検出値の差に基づいてＥＧＲシステムの故障の有無を診断する技術（特許文献２参照。）や、ＥＧＲ弁開度フィードバック制御中に検出したＥＧＲ弁開度が、ＤＰＦが正常な状態での基準ＥＧＲ弁開度より大きい場合に、ＤＰＦが破損したと判断する技術（特許文献３参照。）なども公知である。

しかし、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段とを備えた排気再循環装置においては、運転状態に応じて低圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量と高圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量とが独立に変更される。そして、同じ詰まりなどの異常があった場合にも、各ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量が異なれば、当該異常が全体の吸気温に及ぼす影響の度合いが変化してしまう。従って、内燃機関の定常状態において吸気温を検出する方法によっては、各ＥＧＲ手段における異常を正確に判定することが困難な場合があった。

また、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の応答性に差があるため、過渡状態または過渡状態の直後の吸気温を検出しても、吸気温と各ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量との相関関係を正確に把握することが困難な場合があった。従って、内燃機関の過渡状態または直後において吸気温を検出する方法によっても、各ＥＧＲ手段における異常を正確に判定することが困難な場合があった。
特開２００５−６９２０２号公報 特開２００５−２９１０５６号公報 特開２００１−２０７８２８号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段とを併用しまたは切換えてＥＧＲを行う内燃機関の排気再循環装置において、低圧ＥＧＲ手段または高圧ＥＧＲ手段における排気の再循環経路に、詰まりなどの異常があることを、より正確に判定できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の２系統のＥＧＲ手段を備え、運転状態に応じて低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段とを併用しまたは切換えてＥＧＲを行う内燃機関の排気再循環装置に関する。そして、所定の過渡状態において、低圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量と高圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量とが変化した際に、その変化の前後における吸気温の差を過渡時吸気温差として検出する。そして、この過渡時吸気温差と、低圧ＥＧＲ手段および高圧ＥＧＲ手段における排気の再循環経路に異常がない場合の過渡時吸気温差である基準過渡時吸気温差との差に基づいて、低圧ＥＧＲ手段および／または高圧ＥＧＲ手段における排気の再循環経路中の異常の存在を判定することを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の過給機のコンプレッサが前記内燃機関の吸気通路に設けられるとともに前記過給機のタービンが前記内燃機関の排気通路に設けられ、
前記タービンより下流の前記排気通路と前記コンプレッサより上流の前記吸気通路とを低圧ＥＧＲ通路によって連通することにより形成される低圧ＥＧＲ経路を有するとともに前記低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ流量制御装置を有し、前記タービンより下流の前記排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の前記吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ手段と、
前記タービンより上流の前記排気通路と前記コンプレッサより下流の前記吸気通路とを高圧ＥＧＲ通路によって連通することにより形成される高圧ＥＧＲ経路を有するとともに前記高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する高圧ＥＧＲ流量制御装置を有し、前記タービンより上流の前記排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより下流の前記吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、
前記低圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量および／または前記高圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量を、前記低圧ＥＧＲ流量制御装置および／または前記高圧ＥＧＲ流量制御装置を制御することにより前記内燃機関の運転状態に応じて変更するＥＧＲ量制御手段と、
を備えた内燃機関の排気再循環装置であって、
前記吸気通路における前記高圧ＥＧＲ通路との接続部より下流側に設けられて前記吸気通路を通過する吸気の温度を検出する吸気温度検出手段をさらに備え、
前記内燃機関の所定の過渡状態において前記低圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量および／または前記高圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量が前記ＥＧＲ量制御手段により変更された前後において前記吸気温度検出手段によって検出された吸気の温度の差である過渡時吸気温差と、
前記低圧ＥＧＲ経路および前記高圧ＥＧＲ経路に異常がない場合の過渡時吸気温差である基準過渡時吸気温差と、の差に基づいて、前記低圧ＥＧＲ経路および／または前記高圧ＥＧＲ経路における異常の判定を行うことを特徴とする。

ここで、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段とを運転状態に応じて併用しまたは切換えて
ＥＧＲを行う内燃機関の排気再循環装置においては、例えば吸気温を検出して、その温度から排気の再循環経路の詰まりなどの異常の判定を行おうとした場合、過渡状態または過渡状態直後の定常状態においては、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段とにおける応答性の差があるために、検出精度が低下するおそれがあった。

また、定常状態における吸気温でのみ異常の判定を行った場合には、運転状態によって、低圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量と、高圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量とが異なり、同じ異常が存在した場合の吸気温度への影響が異なるので、この場合にも誤判定が生じるおそれがあった。

また、例えば排気通路の複数の箇所に圧力センサを配置して、これらの検出値に基づいて異常判定することも考えられるが、この場合はコストアップに繋がるとともに、圧力センサ自体の異常判定が必要となる場合があった。

そこで、本発明においては、低圧ＥＧＲ手段または高圧ＥＧＲ手段における異常の発生を判定する際の判断基準として、内燃機関の所定の過渡状態の前後における、吸気の温度の差である過渡時吸気温差に着目した。ここで所定の過渡状態とは、特定の運転状態から別の特定の運転状態への運転状態が変化する状態を意味し、例えば、予め定められた軽負荷状態からやはり予め定められた高負荷状態への加速状態であってもよい。これによれば、まず、吸気の温度を検出する際の運転状態のバラツキを無くすことができ、判定の精度を向上させることができる。

また、本発明においては、判定時における過渡時吸気温差と、低圧ＥＧＲ経路および高圧ＥＧＲ経路に異常がない場合の前記過渡時吸気温差である基準過渡時吸気温差と、の差に基づいて、低圧ＥＧＲ経路および／または高圧ＥＧＲ経路における異常を検出することとした。

そうすれば、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の応答性の相違があったとしても、同じ条件において、基準となる（異常がない場合の）吸気温差と判定時における吸気温差とを比較することによって、低圧ＥＧＲ経路および／または高圧ＥＧＲ経路における異常を検出できるので、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段の応答性の相違による検出精度の低下を抑制することができる。

また、本発明においては、過渡時吸気温差の絶対値から基準過渡時吸気温差の絶対値を差し引いた値が、第１所定値以下である場合には、前記高圧ＥＧＲ経路に異常があると判定するようにしてもよい。

すなわち、高圧ＥＧＲ経路において詰まりなどの異常があった場合には、高圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量に対する低圧ＥＧＲ手段により再循環する排気の量の比が大きくなる。また、低圧ＥＧＲ手段により再循環する排気の温度は、高圧ＥＧＲ手段により再循環する排気の温度と比較して低い。従って、高圧ＥＧＲ経路において詰まりなどの異常があった場合には、再循環する排気全体の温度は低下する。

従って、過渡時吸気温差の絶対値から基準過渡時吸気温差の絶対値を差し引いた値が、第１所定値以下である場合には、再循環する排気全体の温度が、異常が無い場合に再循環する排気全体の温度と比較して相対的に低くなっていると判断できるので、これによって高圧ＥＧＲ経路に詰まりなどの異常を判定することとした。

そうすれば、高圧ＥＧＲ経路における異常をより精度よく判定することができる。なお、ここで第１所定値とは、過渡時吸気温差の絶対値から基準過渡時吸気温差の絶対値を差
し引いた値がこれ以下である場合には、再循環する排気全体の温度が低下しており、高圧ＥＧＲ経路に異常があると判定できる温度差の値であり、通常負の値に設定するとよい。

また、本発明においては、前記排気通路における前記タービンと、前記排気通路への前記低圧ＥＧＲ通路の接続部との間に、前記排気通路を通過する排気を浄化する排気浄化装置が備えられ、前記過渡時吸気温差の絶対値から前記基準過渡時吸気温差の絶対値を差し引いた値が、第２所定値以上である場合には、前記低圧ＥＧＲ経路中の前記排気浄化装置に異常があると判定するようにしてもよい。

すなわち、この場合には、前述の場合とは逆に低圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量に対する高圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量の比が異常に高くなり、再循環する排気全体の温度が、異常が無い場合に再循環する排気全体の温度と比較して相対的に高くなっていると判断できる。従って、これによって、低圧ＥＧＲ経路中に設けられた排気浄化装置の詰まりが生じていると判定することとした。そうすれば、低圧ＥＧＲ経路における排気浄化装置の異常をより精度よく判定することができる。

なお、ここで第２所定値とは、過渡時吸気温差の絶対値から基準過渡時吸気温差の絶対値を差し引いた値が、これ以上である場合には、再循環する排気全体の温度が上昇しており、低圧ＥＧＲ経路中の前記排気浄化装置に異常があると判定できる温度差の値である。

また、本発明においては、前記排気浄化装置は、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタを含み、前記フィルタに堆積した微粒子物質を酸化除去するＰＭ再生処理を行うＰＭ再生手段が更に備えられ、前記フィルタに対してＰＭ再生処理が行われた後における前記過渡時吸気温差の絶対値から前記基準過渡時吸気温差の絶対値を差し引いた値が、第２所定値以上である場合に、前記低圧ＥＧＲ経路中の前記排気浄化装置に異常があると判定するようにしてもよい。すなわち、低圧ＥＧＲ経路に備えられた排気浄化装置がフィルタを含む場合には、排気浄化装置の異常判定を行う前に、フィルタのＰＭ再生処理を行うようにしてもよい。

ここで、低圧ＥＧＲ手段により再循環する排気の量に対する、高圧ＥＧＲ手段により再循環する排気の量の比が異常に多いと判定された場合には、フィルタに堆積された微粒子物質の量が多く、フィルタを通過する排気の量が減少している場合もあると考えられ、必ずしも排気浄化装置に詰まりなどの本質的な異常が存在するかどうかは不明な場合もある。従って、本発明では、低圧ＥＧＲ経路に備えられた排気浄化装置の異常判定を行う前にフィルタのＰＭ再生処理を行うようにした。

そうすれば、より正確に、低圧ＥＧＲ経路に備えられたフィルタを含む排気浄化装置に、微粒子物質の堆積以外の原因による詰まりなどの本質的な異常があることをより確実に判定することができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、低圧ＥＧＲ手段と高圧ＥＧＲ手段とを併用しまたは切換えてＥＧＲを行う内燃機関の排気再循環装置において、低圧ＥＧＲ手段または高圧ＥＧＲ手段における排気の再循環経路に、詰まりなどの異常があることを、より正確に判定することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は本発明を適用する内燃機関及び吸排気系、制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼル機関である。

内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド８と吸気管９との接続部近傍には、吸気管９の流路断面積を変更可能なスロットル弁１２が設けられている。スロットル弁１２は電気配線を介して後述するＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、吸気管９を流れる吸気の流量を調節する事ができる。スロットル弁１２より上流には、吸気管９を流れるガスを冷却するインタークーラ１３が設けられている。

インタークーラ１３より上流には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機１０のコンプレッサが格納されたコンプレッサハウジング６が設けられている。コンプレッサハウジング６のさらに上流側には吸気管９の流路断面積を変更可能な第２スロットル弁１７が設けられている。第２スロットル弁１７もＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいて吸気管９を流れる吸気の流量を調節する。吸気管９における第２スロットル弁１７のさらに上流側には、吸気管９を通過する吸気の量を検出するエアフローメータ２４と、新気に浮遊するゴミを除去するエアクリーナ２５が備えられている。ここで、吸気管９及び吸気マニホールド８は、本実施例において吸気通路を構成する。

一方、内燃機関１には、排気マニホールド１８が接続されており、排気マニホールド１８の各枝管は排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。排気マニホールド１８には集合管１６を介して遠心過給機１０のタービンが格納されたタービンハウジング７が接続されている。タービンハウジング７の排気が流出する開口部には排気管１９が接続されている。排気管１９には排気中の微粒子物質を捕集する排気浄化装置としてのフィルタ２０が設けられている。フィルタ２０より下流には排気管１９の流路断面積を変更可能な排気絞り弁１１が設けられている。排気絞り弁１１より下流において排気管１９は大気に開放されている。排気絞り弁１１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、排気管１９を流れる排気の流量を調節する事ができる。ここで排気マニホールド１８、集合管１６及び排気管１９は、本実施例における排気通路を構成する。

排気管１９のフィルタ２０より下流かつ排気絞り弁１１より上流の箇所と、吸気管９のコンプレッサハウジング６より上流の箇所とは、低圧ＥＧＲ通路２３によって連通されている。低圧ＥＧＲ通路２３には、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気を冷却する低圧ＥＧＲクーラ１４、低圧ＥＧＲ通路２３の流路断面積を変更可能な低圧ＥＧＲ弁５が設けられている。低圧ＥＧＲ弁５は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気の量を調節する事ができる（以下、低圧ＥＧＲ通路２３を流れる排気を「低圧ＥＧＲガス」といい、その量を「低圧ＥＧＲガス量」という。）。

一方、排気マニホールド１８と吸気マニホールド８とは高圧ＥＧＲ通路１５によって連通されている。高圧ＥＧＲ通路１５には、高圧ＥＧＲ通路１５の流路断面積を変更可能な高圧ＥＧＲ弁２１が設けられている。高圧ＥＧＲ弁２１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、
高圧ＥＧＲ通路１５を流れる排気の量を調節する事ができる（以下、高圧ＥＧＲ通路１５を流れる排気を「高圧ＥＧＲガス」といい、その量を「高圧ＥＧＲガス量」という。）。なお、吸気マニホールド８における、高圧ＥＧＲ通路１５との接続部の下流側には、吸気マニホールドを通過する吸気の温度を検出する吸気温度検出手段としての吸気温センサ２６が備えられている。この吸気温センサ２６は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、吸気温センサ２６による検出信号がＥＣＵ２２に入力されるようになっている。

また、内燃機関１には、内燃機関１を制御する電子制御コンピュータであるＥＣＵ２２が併設されている。ＥＣＵ２２は図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポート、出力ポート等を備え、前記各種センサによって検出される内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて、燃料噴射等の既知の制御を行うとともに、高圧ＥＧＲ弁２１、低圧ＥＧＲ弁５、スロットル弁１２、第２スロットル弁１７、排気絞り弁１１に対して開度指令信号を出力する。

上記の構成において、吸気管９に導入された空気は、エアクリーナ２５でゴミが除去された後エアフローメータ２４を通過し、コンプレッサハウジング６内のコンプレッサによって過給されるとともに、インタークーラ１３、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の各気筒２に導入される。

各気筒２から排出された排気は排気マニホールド１８、集合管１６を経由し、タービンハウジング７に流入してタービンを駆動する。その後排気管１９を通過し、フィルタ２０において排気中の微粒子物質が捕集され、最終的に大気中に排出される。

ここで、低圧ＥＧＲ弁５が開弁されると、低圧ＥＧＲ通路２３が導通状態となり、排気管１９を通過する排気の一部が低圧ＥＧＲ通路２３を経由して吸気管９に流入する。吸気管９に流入した低圧ＥＧＲガスはコンプレッサハウジング６内のコンプレッサによって過給され、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の気筒２に導入される（低圧ＥＧＲ通路２３を経由して行われるＥＧＲを、以下、「低圧ＥＧＲ」という。）。

また、高圧ＥＧＲ弁２１が開弁されると、高圧ＥＧＲ通路１５が導通状態となり、排気マニホールド１８を流れる排気の一部が高圧ＥＧＲ通路１５を経由して吸気マニホールド８に流入し、内燃機関１の気筒２に再循環する。ここで、スロットル弁１２の開度を調節して吸気マニホールド８における高圧ＥＧＲ通路１５の分岐箇所の圧力を増減することでも、高圧ＥＧＲガス量を調節することができる（高圧ＥＧＲ通路１５を経由して行われるＥＧＲを、以下、「高圧ＥＧＲ」という。）。

このように、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲとによって排気の一部を内燃機関１の気筒２に再循環させることによって、燃焼室内における燃焼温度が低下し、燃焼過程で発生するＮＯｘの量を低下させることができる。

なお、本実施例において、低圧ＥＧＲ弁５は低圧ＥＧＲ流量制御装置に相当する。また、本実施例においては、低圧ＥＧＲ通路２３、吸気管９、吸気マニホールド８、内燃機関１、排気マニホールド１８、集合管１６及び排気管１９によって、低圧ＥＧＲループが形成される。この低圧ＥＧＲループは低圧ＥＧＲ経路に相当する。そして、低圧ＥＧＲ弁５とこの低圧ＥＧＲループによって低圧ＥＧＲ手段が構成される。また、高圧ＥＧＲ弁２１は高圧ＥＧＲ流量制御装置に相当する。また、高圧ＥＧＲ通路１５、吸気マニホールド８、内燃機関１及び排気マニホールド８によって高圧ＥＧＲループが形成される。この高圧ＥＧＲループは高圧ＥＧＲ経路に相当する。そして、高圧ＥＧＲ弁２１とこの高圧ＥＧＲループによって高圧ＥＧＲ手段が構成される。

図２には、内燃機関１における運転状態に対応した、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲとの使い分けのパターンを説明したグラフを示す。図２に示すように、高負荷または高回転数の運転状態においては低圧ＥＧＲのみを用いることとしている。本実施例においてこの領域をＬＰＬ（Low Pressure Loop）領域という。また、中負荷または中回転数の運転状態にお
いては高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを併用している。本実施例においてこの領域をＭＰＬ（Middle Pressure Loop）領域という。さらに、低負荷及び低回転数の運転状態においては高圧ＥＧＲのみを用いることとしている。本実施例においてこの領域をＨＰＬ（High Pressure Loop）領域という。

これにより、内燃機関の運転状態が低負荷及び低回転数の場合には、応答性に優れる高圧ＥＧＲを優先して用いることによりＥＧＲ全体の応答性を確保している。また、内燃機関の運転状態が高負荷または高回転数の場合には、低圧ＥＧＲによる低温の低圧ＥＧＲガスの再循環を促進するとともに高圧ＥＧＲによる高温の高圧ＥＧＲガスの再循環を抑制し、ＥＧＲガスの温度が過剰に高温になることを抑制している。その結果、より広い運転状態の範囲において排気の再循環を可能としている。なお、これらの制御はＥＣＵ２２から低圧ＥＧＲ弁５及び高圧ＥＧＲ弁２１に対して出される指令信号によって行なわれる。このように、運転状態に応じて低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量を変更するＥＣＵ２２は、本実施例においてＥＧＲ量制御手段に相当する。

ところで、上記の内燃機関の長期使用に伴って、吸気管９、排気管１９、低圧ＥＧＲ通路２３、高圧ＥＧＲ通路１５などに、汚れの蓄積による詰まりが発生する場合があった。そのような場合に、それが原因となって、低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量とが、運転状態に応じた目標値から変化してしまう場合があった。

具体的に、例えば排気管１９におけるフィルタ２０に詰まりが生じた場合について考える。このような場合には、低圧ＥＧＲ弁５の開度が同じであっても、低圧ＥＧＲガス量が減少してしまう場合があった。同様に、例えば高圧ＥＧＲ通路１５に詰まりが生じた場合には、高圧ＥＧＲ弁２１の開度が同じであっても、高圧ＥＧＲガス量が減少してしまう場合があった。

従って、上記のような低圧ＥＧＲループまたは高圧ＥＧＲループにおいて詰まりなどの異常が生じたことを検出する必要がある。この検出方法としては例えば、低圧ＥＧＲループまたは高圧ＥＧＲループのいずれかに圧力センサを用いて検出することも考えられるが、この場合には、圧力センサを具備する必要が生じコストアップに繋がる。

また、これらの低圧ＥＧＲループまたは高圧ＥＧＲループにおける詰まりを加速時などの過渡状態またはその直後における吸気温センサ２６で検出される吸気温によって判定する場合がある。

しかし、この場合には、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲの間の応答性の差が問題となる。例えば図３に示すように、加速時または加速直後における吸気温センサ２６の出力によって判定した場合には、低圧ＥＧＲの応答性が低いために実際の吸気温より吸気温が高めに検出されてしまい、減速時に判定した場合には、逆に実際の吸気温より低めに検出されてしまう場合があった。これにより、低圧ＥＧＲループまたは高圧ＥＧＲループにおける詰まりを精度良く判定することが困難な場合があった。

さらに、内燃機関１の運転状態が定常状態である場合に判定しようとした場合にも、図４に示すように、内燃機関１の運転状態によって低圧ＥＧＲ弁５及び高圧ＥＧＲ弁２１の開度が異なるために、低圧ＥＧＲループまたは高圧ＥＧＲループにおける異常を正確に判定することが困難となる場合があった。これは、低圧ＥＧＲ弁５及び高圧ＥＧＲ弁２１の
開度によって、詰まりなどの異常が吸気温に及ぼす影響の度合いが異なってしまうからである。

これに対し、本実施例においては、内燃機関１におけるアイドル状態から、低圧ＥＧＲ弁５と高圧ＥＧＲ弁２１の両方が閉弁する高負荷領域への加速の前後における、吸気温の差を検出し、この差を、低圧ＥＧＲループ及び高圧ＥＧＲループに異常がない場合の値と比較することによって、低圧ＥＧＲループまたは高圧ＥＧＲループに異常かないかどうかを判定することとした。

図５は、低圧ＥＧＲループまたは高圧ＥＧＲループに異常がある場合とない場合における、内燃機関１の運転状態の変化に対する吸気温の変化について説明したグラフである。ここで、内燃機関１の負荷がアイドル状態から、低圧ＥＧＲ弁５及び高圧ＥＧＲ弁２１の両方が閉弁する高負荷の領域まで加速した場合について考える。この場合は、低圧ＥＧＲループ及び高圧ＥＧＲループが正常な状態では、図５の上段のグラフに実線で示すような状況で、負荷の増加に伴って吸気温が低下する。

すなわち、アイドル状態では高圧ＥＧＲ弁２１が全開の状態であるので、高温の高圧ＥＧＲガスが吸気マニホールド８に再循環し、吸気温度は比較的高い状態となる。そして、内燃機関１の負荷の増加に伴って高圧ＥＧＲ弁２１の開度は閉じ側に変化するとともに低圧ＥＧＲ弁５の開度が開き側に変化するので、低温の低圧ＥＧＲガスの再循環量が増加し、全体の吸気温は徐々に低くなる。そして、さらに内燃機関１の負荷が高負荷側に変化した場合には、低圧ＥＧＲ弁５及び高圧ＥＧＲ弁２１の両方が閉弁状態となるので、全体としてのＥＧＲガスの量が略零となり、吸気温は最低の状態となる。

上記の曲線において、まず、高圧ＥＧＲループに詰まりなどの異常があった場合について考える。この場合には、高圧ＥＧＲ弁２１を開弁した場合でも、高圧ＥＧＲにより再循環する高圧ＥＧＲガスの量は相対的に減少する。従って、アイドル状態における吸気温は、正常時に比較して低くなる。従って、この場合のアイドル状態における吸気温と、低圧ＥＧＲ弁５及び高圧ＥＧＲ弁２１の両方が閉弁する高負荷の状態における吸気温との吸気温差ΔＴは小さくなる。

次に、低圧ＥＧＲループにおけるフィルタ２０に詰まりなどの異常があった場合について考える。この場合は、逆に低圧ＥＧＲにより再循環する低圧ＥＧＲガスの量が低下する。そうすると、アイドル状態における吸気温は、正常時に比較して高くなる。従って、この場合のアイドル状態における吸気温と、高圧ＥＧＲ弁及び低圧ＥＧＲ弁の両方が閉弁する高負荷の状態における吸気温との吸気温差ΔＴは大きくなる。

本実施例においては、正常時のアイドル状態における吸気温と、高圧ＥＧＲ弁及び低圧ＥＧＲ弁の両方が閉弁する高負荷の状態における吸気温との吸気温差を基準値ΔＴbaseとし、吸気温差ΔＴがこれに対して閾値α以上大きい場合には、フィルタ２０に詰まりなどの異常があると判定する。また、基準値に対して閾値β以上小さい場合には、高圧ＥＧＲループに詰まりなどの異常があると判定する。

図６には、本実施例におけるＥＧＲ異常判定ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼動中はＥＣＵ２２によって所定期間毎に実行される。

本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において運転状態が取得される。具体的には、図示しないクランクポジションセンサから機関回転数が取得され、アクセルポジションセンサから機関負荷が取得される。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。

Ｓ１０２においては、吸気温が取得される。具体的には、吸気温センサ２６の出力信号がＥＣＵ２２に読み込まれることにより取得される。Ｓ１０２の処理が終了するとＳ１０３に進む。

Ｓ１０３においては、内燃機関１の運転状態が異常判定過渡状態かどうかが判定される。すなわち、今回のＳ１０１の処理において取得された機関負荷の値と、過去の本ルーチンの実行時におけるＳ１０１の処理において取得された機関負荷の値とから、アイドル状態から、低圧ＥＧＲ弁５及び高圧ＥＧＲ弁２１の両方が閉弁される高負荷状態へ運転状態が移行するような過渡状態かどうかが判定される。ここで、内燃機関１の運転状態が異常判定過渡状態でないと判定された場合にはそのまま本ルーチンを一旦終了する。一方、内燃機関１の運転状態が異常判定過渡状態であると判定された場合には、Ｓ１０４に進む。

Ｓ１０４においては、Ｓ１０３において確認された異常判定過渡状態における初期のアイドル状態で吸気温センサ２６によって取得された吸気温と、今回の本ルーチンの実施においてＳ１０２の処理で取得された吸気温との差の絶対値ΔＴから、予め定められた基準吸気温差ΔＴbaseを差し引いた値がα以上かどうかが判定される。ここで、肯定判定された場合にはＳ１０５に進む。一方否定判定された場合にはＳ１０８に進む。

Ｓ１０５においては、この時点におけるフィルタ２０がＰＭ再生された後の状態かどうかが判定される。具体的には、過去にＰＭ再生処理が行なわれ、その後の車両の走行距離がＰＭ再生処理の効果が維持される所定距離内かどうかによって判定してもよい。ここでＰＭ再生処理済みでないと判定された場合にはＳ１０６に進む。一方、ＰＭ再生処理済みであると判定された場合にはＳ１０７に進む。

Ｓ１０６においては、ＰＭ再生処理が実行される。具体的には、例えばフィルタ２０に酸化触媒が担持されている場合には、内燃機関１において副噴射を実行し、フィルタ２０に還元剤としての燃料を供給することによりフィルタ２０の温度を上昇させ、堆積された微粒子物質を酸化除去してもよい。この場合は、この処理を実行するＥＣＵ２２及び、図示しない燃料噴射弁がＰＭ再生手段を構成する。Ｓ１０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ１０７においては、フィルタ２０がＰＭ再生処理が行なわれた直後の状態であるにも拘らず、異常判定過渡状態における初期のアイドル状態における吸気温と、今回の本ルーチンの実施時においてＳ１０２の処理で取得された吸気温との差の絶対値ΔＴから、予め定められた基準吸気温差ΔＴbaseを差し引いた値がα以上であるので、フィルタ２０に詰まりなどの異常が発生していると判定する。Ｓ１０７の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

また、Ｓ１０８においては、異常判定過渡状態における初期のアイドル状態で吸気温センサ２６によって取得された吸気温と、今回の本ルーチンの実施時においてＳ１０２の処理で取得された吸気温との差の絶対値ΔＴから、基準吸気温差ΔＴbaseを差し引いた値が−β以下かどうかが判定される。ここで否定判定された場合には、そのまま本ルーチンを一旦終了する。一方、肯定判定された場合にはＳ１０９に進む。

Ｓ１０９においては、高圧ＥＧＲループ中に詰まりなどの異常があると判定する。Ｓ１０９の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本実施例においては、特定の異常判定過渡状態において、過渡状態の前後の定常状態における吸気温の差が、低圧ＥＧＲループ及び高圧ＥＧＲループが
正常な状態での異常判定過渡状態の前後における吸気温の差に対してどの程度変化しているかによって、低圧ＥＧＲループまたは高圧ＥＧＲループにおいて詰まりなどの異常が発生しているかどうかを判定している。

従って、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲの応答性の相違が問題になることを抑制できる。また、低圧ＥＧＲ弁５または高圧ＥＧＲ弁２１の弁開度が判定結果に影響を及ぼすことも抑制できる。従って、より正確に、低圧ＥＧＲループと高圧ＥＧＲループにおける異常の判定を行うことができる。

また、本実施例においては、ΔＴからΔＴbaseを差し引いた値が、α以上である場合には、まずＰＭ再生処理を行い、ＰＭ再生処理済みであるにも拘らず、ΔＴからΔＴbaseを差し引いた値がα以上である場合に、フィルタ２０の異常判定を行うこととしている。従って、フィルタ２０に堆積した微粒子物質の影響を除去でき、フィルタ異常判定の精度を向上させることができる。

なお、上記においてΔＴの値は過渡時吸気温差の絶対値に相当し、ΔＴbaseの値は基準過渡時吸気温差の絶対値に相当する。本実施例において過渡時吸気温差は、異常判定過渡状態における初期のアイドル状態で吸気温センサ２６によって取得された吸気温から、判定時の上記ＥＧＲ異常判定ルーチンの実施においてＳ１０２の処理で取得された吸気温を差し引いた値である。

また、異常判定過渡状態における吸気温の変化が、増加であっても減少であっても、その差の絶対値をΔＴとして、同じく、低圧ＥＧＲループと高圧ＥＧＲループが正常な場合の異常判定過渡状態における吸気温の変化の絶対値であるΔＴbaseを差し引いた結果に基づいて異常判定を行ってよい。

また、上記の実施例においては、異常判定過渡状態として、アイドル状態から、低圧ＥＧＲ弁５及び高圧ＥＧＲ弁２１の両方が閉弁する高負荷の領域まで加速した状態を採用したが、異常判定過渡状態として別の状態を採用してもよい。例えば、低圧ＥＧＲ弁５及び高圧ＥＧＲ弁２１の両方が閉弁する高負荷の領域からアイドル状態まで減速した状態を採用してもよい。

また、異常判定過渡状態の前後における吸気温の差と、低圧ＥＧＲループと高圧ＥＧＲループが正常な場合の異常判定過渡状態における吸気温の差との差に基づいて、低圧ＥＧＲループおよび／または高圧ＥＧＲループにおける異常の判定を行うという思想に基づく限り、具体的な計算手法について他の手法を採用しても構わない。

また、上記の実施例においては、排気浄化装置としてフィルタ２０が備えられた例について説明したが、排気浄化装置として、排気浄化触媒や酸化触媒、フィルタに触媒が担持された構成などを採用しても構わないことはもちろんである。

本発明の実施例における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例における運転状態と、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲの使い分けのバターンとの関係を示すグラフである。 本発明の実施例における過渡状態において吸気温度を検出した場合の、検出値に対する低圧ＥＧＲの応答遅れの影響を説明するためのグラフである。 本発明の実施例における機関負荷と、低圧ＥＧＲ弁及び高圧ＥＧＲ弁の開度との関係を示すグラフである。 本発明の実施例における機関負荷の変化に対する、吸気温度の変化が、低圧ＥＧＲ弁及び高圧ＥＧＲ弁の状態でどのように変化するかを説明するためのグラフである。 本発明の実施例におけるＥＧＲ異常判定ルーチンについてのフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
５・・・低圧ＥＧＲ弁
６・・・コンプレッサハウジング
７・・・タービンハウジング
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気管
１０・・・遠心過給機
１１・・・排気絞り弁
１２・・・スロットル弁
１３・・・インタークーラ
１４・・・ＥＧＲクーラ
１５・・・高圧ＥＧＲ通路
１６・・・集合管
１７・・・第２スロットル弁
１８・・・排気マニホールド
１９・・・排気管
２０・・・フィルタ
２１・・・高圧ＥＧＲ弁
２２・・・ＥＣＵ
２３・・・低圧ＥＧＲ通路
２４・・・エアフローメータ
２５・・・エアクリーナ
２６・・・吸気温センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の過給機のコンプレッサが前記内燃機関の吸気通路に設けられるとともに前記過給機のタービンが前記内燃機関の排気通路に設けられ、
   前記タービンより下流の前記排気通路と前記コンプレッサより上流の前記吸気通路とを低圧ＥＧＲ通路によって連通することにより形成される低圧ＥＧＲ経路を有するとともに前記低圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する低圧ＥＧＲ流量制御装置を有し、前記タービンより下流の前記排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより上流の前記吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ手段と、
   前記タービンより上流の前記排気通路と前記コンプレッサより下流の前記吸気通路とを高圧ＥＧＲ通路によって連通することにより形成される高圧ＥＧＲ経路を有するとともに前記高圧ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御する高圧ＥＧＲ流量制御装置を有し、前記タービンより上流の前記排気通路を通過する排気を前記コンプレッサより下流の前記吸気通路に再循環させる高圧ＥＧＲ手段と、
   前記低圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量および／または前記高圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量を、前記低圧ＥＧＲ流量制御装置および／または前記高圧ＥＧＲ流量制御装置を制御することにより前記内燃機関の運転状態に応じて変更するＥＧＲ量制御手段と、
   を備えた内燃機関の排気再循環装置であって、
   前記吸気通路における前記高圧ＥＧＲ通路との接続部より下流側に設けられて前記吸気通路を通過する吸気の温度を検出する吸気温度検出手段をさらに備え、
   前記内燃機関の所定の過渡状態において前記低圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量および／または前記高圧ＥＧＲ手段によって再循環する排気の量が前記ＥＧＲ量制御手段により変更された前後において前記吸気温度検出手段によって検出された吸気の温度の差である過渡時吸気温差と、
   前記低圧ＥＧＲ経路および前記高圧ＥＧＲ経路に異常がない場合の過渡時吸気温差である基準過渡時吸気温差と、の差に基づいて、前記低圧ＥＧＲ経路および／または前記高圧ＥＧＲ経路における異常の判定を行うことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
2. 前記過渡時吸気温差の絶対値から前記基準過渡時吸気温差の絶対値を差し引いた値が、第１所定値以下である場合には、前記高圧ＥＧＲ経路に異常があると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
3. 前記排気通路における前記タービンと、前記排気通路への前記低圧ＥＧＲ通路の接続部との間に、前記排気通路を通過する排気を浄化する排気浄化装置が備えられ、
   前記過渡時吸気温差の絶対値から前記基準過渡時吸気温差の絶対値を差し引いた値が、第２所定値以上である場合には、前記低圧ＥＧＲ経路中の前記排気浄化装置に異常があると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気再循環装置。
4. 前記排気浄化装置は、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタを含み、
   前記フィルタに堆積した微粒子物質を酸化除去するＰＭ再生処理を行うＰＭ再生手段が更に備えられ、
   前記フィルタに対してＰＭ再生処理が行われた後における前記過渡時吸気温差の絶対値から前記基準過渡時吸気温差の絶対値を差し引いた値が、第２所定値以上である場合に、前記低圧ＥＧＲ経路中の前記排気浄化装置に異常があると判定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気再循環装置。

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