JP2009121381A - Ｅｇｒ装置の異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＧＲ動作を中断することなく、ＥＧＲ装置の異常を適切に判定することができるＥＧＲ装置の異常判定装置を提供する。
【解決手段】 吸気系４に設けられたスロットル弁１２と、内燃機関３の燃焼室３ｃに吸入される新気の量ＱＡを検出する新気量検出手段３２と、ＥＧＲ装置１４による排ガスの還流動作の実行中、スロットル弁１２の開度ＴＨを制御することにより、検出された新気量ＱＡを所定の目標新気量ＱＡＣＭＤに収束するようにフィードバック制御する新気量制御手段２と、フィードバック制御による新気量ＱＡの減少度合を表す減少度合パラメータＴＨ、ΔＰ、ΔＱＥＧＲを取得する減少度合パラメータ取得手段３１，３３，３４，２）と、取得された減少度合パラメータに基づいて、ＥＧＲ装置１４の異常を判定する異常判定手段２と、を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関から排出された排ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置の異常を判定するＥＧＲ装置の異常判定装置に関する。

従来のこの種の異常判定装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この特許文献１に記載された内燃機関の制御装置では、内燃機関の運転状態に応じて、ＥＧＲ装置による排ガスの還流動作（以下「ＥＧＲ動作」という）が実行される。また、空燃比センサで検出された混合気の空燃比が理論空燃比になるようにフィードバック制御量、例えば燃料噴射量を算出することによって、空燃比のフィードバック制御が行われる。

さらに、この制御装置では、ＥＧＲ装置の異常判定が、次のようにして行われる。すなわち、まずＥＧＲ動作を実行している状態で、空燃比フィードバック制御中に算出されたフィードバック制御量を記憶する。次に、空燃比フィードバック制御を継続したまま、ＥＧＲ動作を一時的に停止させ、その状態で算出されたフィードバック制御量を記憶する。

そして、算出されたＥＧＲ動作の実行時と停止時とのフィードバック制御量の差を求め、この差が所定のしきい値よりも小さいときに、ＥＧＲ装置に異常が発生していると判定する。これは、ＥＧＲ装置が正常であれば、ＥＧＲ動作の停止に伴って新気量が増大するのに応じ、フィードバック制御により、空燃比が理論空燃比になるように燃料噴射量が増大側に算出される結果、このときのフィードバック制御量は、ＥＧＲ動作の実行時よりも大きな値になるはずだからである。

しかし、この従来の異常判定装置では、その判定のために、空燃比のフィードバック制御中にＥＧＲ動作を中断しなければならない。このため、このＥＧＲ動作の中断中、ＥＧＲによる効果を得ることができず、例えばＮＯｘの排出量が増大するなど、排ガス特性や運転性などが悪化するおそれがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ＥＧＲ動作を中断することなく、ＥＧＲ装置の異常を適切に判定することができるＥＧＲ装置の異常判定装置を提供することを目的とする。

特公平７−１０３８３１号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関３の燃焼室３ｃから排出された排ガスの一部を吸気系（実施形態における（以下、本項において同じ）吸気管４）に還流させるＥＧＲ装置１４の異常を判定するＥＧＲ装置１４の異常判定装置であって、吸気系に設けられたスロットル弁１２と、内燃機関３の燃焼室３ｃに吸入される新気の量ＱＡを検出する新気量検出手段（エアフローメータ３２）と、ＥＧＲ装置１４による排ガスの還流動作の実行中、スロットル弁１２の開度ＴＨを制御することにより、検出された新気量ＱＡを所定の目標新気量ＱＡＣＭＤに収束するようにフィードバック制御する新気量制御手段（ＥＣＵ２）と、フィードバック制御による新気量ＱＡの減少度合を表す減少度合パラメータ（スロットル弁開度ＴＨ、前後差圧ΔＰ、ＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲ）を取得する減少度合パラメータ取得手段（スロットル弁開度センサ３１，上流側吸気圧センサ３３，下流側吸気圧センサ３４，ＥＣＵ２）と、取得された減少度合パラメータに基づいて、ＥＧＲ装置１４の異常を判定する異常判定手段（ＥＣＵ２）と、を備えることを特徴とする。

このＥＧＲ装置の異常判定装置によれば、ＥＧＲ装置による排ガスの還流動作の実行中、新気量制御手段により、スロットル弁の開度を制御することによって、新気量検出手段で検出された新気量が所定の目標新気量に収束するようにフィードバック制御される。また、このフィードバック制御による新気量の減少度合を表す減少度合パラメータが取得され、この減少度合パラメータに基づき、異常判定手段によって、ＥＧＲ装置の異常が判定される。

例えば、排ガスが還流する通路の詰まりなどによって、ＥＧＲ装置に排ガスの還流が不能な異常あるいは還流量が不足する異常（以下、総称して「減量異常」という）が発生している場合には、吸気系に実際に還流する排ガス量が減少するのに伴って、燃焼室に吸入される新気量が増大する。このような状況で新気量制御手段によるフィードバック制御が行われると、増大した新気量を所定の目標新気量に収束させるように、スロットル弁の開度が減少側に制御されることによって、新気量が減少側に制御される。このため、フィードバック制御による新気量の減少度合は、ＥＧＲ装置の減量異常の状況を的確に反映する。したがって、このときの新気量の減少度合を表す減少度合パラメータを取得するとともに、それに基づいてＥＧＲ装置の異常を判定することによって、異常判定を適切に行うことができる。

また、前述した従来の異常判定装置と異なり、判定のためにＥＧＲ動作を停止させる必要がないので、ＥＧＲ動作の停止による不具合はまったく生じず、排ガス特性や運転性などを良好に維持することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のＥＧＲ装置１４の異常判定装置において、減少度合パラメータ取得手段（スロットル弁開度センサ３１）は、減少度合パラメータとして、スロットル弁１２の開度ＴＨを検出し、異常判定手段は、検出されたスロットル弁１２の開度ＴＨと所定のしきい値ＴＨＮＧとの比較結果に基づいて、ＥＧＲ装置１４の異常を判定する（図４のステップ６，７，１１〜１３）ことを特徴とする。

本発明では、新気量がスロットル弁の開度によって制御されるので、新気量のフィードバック制御中に検出されたスロットルの開度は、このときの新気量の減少度合を直接的に表す。したがって、減少度合パラメータとして、スロットル弁の開度を用いるとともに、検出されたスロットルの開度と所定のしきい値との比較結果に基づいて、ＥＧＲ装置の異常を適切に判定することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載のＥＧＲ装置１４の異常判定装置において、減少度合パラメータ取得手段（上流側吸気圧センサ３３，下流側吸気圧センサ３４）は、減少度合パラメータとして、スロットル弁１２の上流側と下流側の間の圧力の差である前後差圧ΔＰを検出し、異常判定手段は、検出された前後差圧ΔＰと所定のしきい値ΔＰＮＧとの比較結果に基づいて、ＥＧＲ装置１４の異常を判定する（図６のステップ２５，２６，３１，１２，１３）ことを特徴とする。

スロットル弁の開度が小さいほど、その下流側の圧力がより低下するため、上流側と下流側との間の前後差圧は、より大きくなる。このため、フィードバック制御中に検出された前後差圧は、このときの新気量の減少度合を良好に表す。したがって、減少度合パラメータとして、この前後差圧を用いるとともに、検出された前後差圧と所定のしきい値との比較結果に基づいて、ＥＧＲ装置の異常を適切に判定することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載のＥＧＲ装置１４の異常判定装置において、減少度合パラメータ取得手段（ＥＣＵ２）は、減少度合パラメータとして、スロットル弁１２の上流側と下流側の間の圧力の差（前後差圧ΔＰ）に基づき、ＥＧＲ装置１４の正常時に対する排ガスの還流不足量（ＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲ）を推定し（図８のステップ４５）、異常判定手段は、推定された還流不足量と所定のしきい値ΔＱＥＧＲＮＧとの比較結果に基づいて、ＥＧＲ装置の異常を判定する（図８のステップ４７，４８，５１，１２，１３）ことを特徴とする。

この構成によれば、フィードバック中に検出された、スロットル弁の上流側と下流側の間の前後差圧に基づいて、ＥＧＲ装置の正常時に対する排ガスの還流不足量が推定される。排ガスの還流不足は、ＥＧＲ装置の減量異常によってもたらされるものであり、推定された還流不足量は、フィードバック制御によって減少される吸気量に相当する。したがって、減少度合パラメータとして、還流不足量を用いるとともに、推定により定量化された還流不足量と所定のしきい値との比較結果に基づいて、ＥＧＲ装置の異常を適切に判定することができる。

請求項５に係る発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載のＥＧＲ装置１４の異常判定装置において、所定のしきい値は、ＥＧＲ装置１４の異常時に取得された減少度合パラメータに基づき、内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ）に応じてあらかじめ設定されている（図５、図７、図９）ことを特徴とする。

この構成によれば、減少度合パラメータと比較される所定のしきい値が、ＥＧＲ装置の異常時に取得された減少度合パラメータに基づき、内燃機関の運転状態に応じて、あらかじめ設定される。したがって、判定時における内燃機関の実際の運転状態に応じて、しきい値をきめ細かく適切に設定でき、それにより、異常判定の精度をさらに高めることができる。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のＥＧＲ装置１４の異常判定装置において、内燃機関３が、ＥＧＲ装置１４により所定量以上の排ガスを還流させるべき所定の運転領域にあるか否かを判定する運転領域判定手段（ＥＣＵ２、図４、図６および図８のステップ１）をさらに備え、異常判定手段は、内燃機関３が所定の運転領域にあると判定されたときに、異常判定を実行することを特徴とする。

前述したように、本発明は、ＥＧＲ装置の異常により排ガスの還流量が減少するに伴って増大した新気量が、そのフィードバック制御によって減少するときの減少度合に基づいて、ＥＧＲ装置の異常を判定するものである。このため、本来的な排ガスの還流量が大きいことが望ましく、そうでなければ、フィードバック制御による新気量の減少傾向が明確に現れないため、誤判定を招くおそれがある。この構成によれば、内燃機関が所定量以上の排ガスを還流させるべき所定の運転領域にあることを条件として、異常判定を実行するので、誤判定を生じることなく、判定精度を良好に維持することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明を適用した内燃機関３を概略的に示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、例えば４気筒のディーゼルエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。

エンジン３のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５が接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が燃焼室３ｃに臨むように取り付けられている。

インジェクタ６は、燃焼室３ｃの天壁の中央に配置されており、燃料タンクから供給され、高圧ポンプ（いずれも図示せず）で昇圧された燃料を、燃焼室３ｃに噴射する。インジェクタ６の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量および燃料噴射時期が制御される。

エンジン３のクランクシャフト３ｄには、マグネットロータ３０ａとＭＲＥピックアップ３０ｂから成るクランク角センサ３０が設けられている。クランク角センサ３０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、それぞれの所定クランク角（例えば３０゜，１８０゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

吸気管４には、過給装置７が設けられている。この過給装置７は、ターボチャージャで構成された過給機８と、これに連結されたアクチュエータ９と、ベーン開度制御弁１０を備えている。

過給機８は、吸気管４に設けられたコンプレッサブレード８ａと、排気管５に設けられたタービンブレード８ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン８ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード８ａ，８ｂを連結するシャフト８ｄとを有している。過給機８は、排気管５内の排ガスによりタービンブレード８ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード８ａが回転駆動されることによって、吸気管４内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。

アクチュエータ９は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、各可変ベーン８ｃに機械的に連結されている。アクチュエータ９には、負圧ポンプから負圧供給通路（いずれも図示せず）を介して負圧が供給され、この負圧供給通路の途中にベーン開度制御弁１０が設けられている。ベーン開度制御弁１０は、電磁弁で構成されており、その開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ９への供給負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン８ｃの開度が変化することにより、過給圧が制御される。

吸気管４の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ１１およびスロットル弁１２が設けられている。インタークーラ１１は、過給装置７の過給動作によって吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁１２には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ１２ａが接続されている。スロットル弁１２の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、アクチュエータ１２ａに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、制御される。また、スロットル弁開度ＴＨは、スロットル弁開度センサ３１で検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

また、吸気管４の過給機８よりも上流側には、エアフローセンサ３２が設けられている。エアフローセンサ３１は、新気量ＱＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、吸気管４のスロットル弁１２よりもすぐ上流側および下流側には、上流側吸気圧センサ３３および下流側吸気圧センサ３４がそれぞれ設けられている。これらのセンサ３３，３４は、スロットル弁１２の上流側における吸入空気の圧力（以下「上流側吸気圧」という）Ｐ１、および下流側における吸入空気の圧力（以下「下流側吸気圧」という）Ｐ２をそれぞれ検出し、それらの検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、スロットル弁１２のすぐ下流側には、吸入空気の温度（以下「下流側吸気温」という）Ｔ２を検出する吸気温センサ３５も設けられており、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、吸気管４の吸気マニホールド４ａは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路４ｂとバイパス通路４ｃに仕切られている。バイパス通路４ｃには、スワール装置１３が設けられており、このスワール装置１３は、スワール弁１３ａと、これを開閉するアクチュエータ１３ｂと、スワール制御弁１３ｃを備えている。スワール弁１３ａの開度は、スワール制御弁１３ｃの開度をＥＣＵ２からの駆動信号で制御することによって制御され、それにより、燃焼室３ｃ内に発生するスワールの強さが制御される。

また、エンジン３には、ＥＧＲ管１４ａおよびＥＧＲ制御弁１４ｂを有するＥＧＲ装置１４が設けられている。ＥＧＲ管１４ａは、吸気管４と排気管５の間に設けられており、具体的には、吸気マニホールド４ａの集合部のスワール通路４ｂと排気管５の過給機８よりも上流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして還流し、それにより、燃焼室３ｃ内の燃焼温度が低下することによって、排ガス中のＮＯｘが低減される。

ＥＧＲ制御弁１４ｂは、ＥＧＲ管１４ａに取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量が、ＥＣＵ２からの駆動信号によって連続的に制御されることによって、ＥＧＲガスの還流量（以下「ＥＧＲ量」という）が制御される。

また、ＥＧＲ装置１４にはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１５が設けられている。このＥＧＲ冷却装置１５は、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ制御弁１４ｂよりも下流側に設けられたＥＧＲクーラ１５ａと、ＥＧＲクーラ１５ａをバイパスするバイパス通路１５ｂと、このバイパス通路１５ｂの分岐部に設けられたＥＧＲ通路切替弁１５ｃを備えている。ＥＧＲ通路切替弁１５ｃは、ＥＣＵ２からの駆動信号に応じて、ＥＧＲ管１４ａを、ＥＧＲクーラ１５ａ側とバイパス通路１５ｂ側に選択的に切り替える。

また、排気管５の過給機８よりも下流側には、酸化触媒１７が設けられている。酸化触媒１７は、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化し、排ガスを浄化する。

ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ３６から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される（図２参照）。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種のセンサ３０〜３６からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、各種の演算処理を行う。

ＣＰＵの演算処理により、ＥＣＵ２は、各種のセンサ３０〜３６の検出信号に応じてエンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、燃料噴射制御や、ＥＧＲ制御、燃焼室３ｃに吸入される新気量の制御などを実行する。

具体的には、ＥＣＵ２は、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤなどに応じて、目標ＥＧＲ量ＱＥＧＲＣＭＤを設定するとともに、この目標ＥＧＲ量ＱＥＧＲＣＭＤに基づく駆動信号をＥＧＲ制御弁１４ｂに出力することによって、ＥＧＲ装置１４を制御する。なお、上記の要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン３に要求されるトルクであり、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出される。

また、ＥＣＵ２は、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤなどに応じて、目標新気量ＱＡＣＭＤを設定するとともに、エアフローセンサ３２で検出された新気量ＱＡが目標新気量ＱＡＣＭＤに収束するように、スロットル弁開度ＴＨを制御することによって、新気量のフィードバック制御を実行する。

さらに、ＥＣＵ２は、この新気量のフィードバック制御中、ＥＧＲ装置１４の異常判定処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２によって、新気量制御手段、減少度合パラメータ取得手段、異常判定手段、および運転領域判定手段が構成されている。

このＥＧＲ装置１４の異常判定処理を説明するのに先立ち、この異常判定の原理について説明する。前述したように、ＥＧＲ管１４ａの詰まりやＥＧＲ制御弁１４ｂの閉弁故障などによって、ＥＧＲ装置１４に減量異常（ＥＧＲガスの還流不能または不足の異常）が発生すると、目標ＥＧＲ量ＱＥＧＲＣＭＤに対して実際のＥＧＲ量が不足するため、その不足分（以下「ＥＧＲ不足量」という）ΔＱＥＧＲに応じて、燃焼室３ｃに吸入される新気量ＱＡが増大する。

このような状況において、新気量のフィードバック制御が行われると、増大した新気量ＱＡを目標新気量ＱＡＣＭＤに収束させるように、スロットル弁開度ＴＨが減少側に制御されることによって、新気量ＱＡが減少側に制御される。この場合、図３に示すように、ＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲが多いほど、新気量ＱＡの減少度合が大きくなるため、スロットル弁開度ＴＨはより小さな開度に絞られる。また、同図に示すように、スロットル弁開度ＴＨが小さいほど、下流側吸気圧Ｐ２がより低下するため、上流側吸気圧Ｐ１と下流側吸気圧Ｐ２との前後差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）は、より大きくなる。

以上のように、ＥＧＲ装置１４の減量異常の状況に応じて、フィードバック制御による新気量ＱＡの減少量が異なるとともに、その減少度合は、例えば、スロットル弁開度ＴＨ、スロットル弁１２の前後差圧ΔＰや、ＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲによって良好に表される。このような観点から、実施形態では、これらのパラメータを、吸気量ＱＡの減少度合パラメータとして用いて、ＥＧＲ装置１４の異常判定が行われる。

図４は、第１実施形態によるＥＧＲ装置１４の異常判定処理のフローチャートを示している。この異常判定処理は、吸気量ＱＡの減少度合パラメータとして、スロットル弁開度ＴＨを用いたものである。本処理は、所定時間ごとに実行される。

まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、エンジン３が所定の運転領域にあるか否かを判別する。この判別は、所定のマップを検索することによって行われる。図示しないが、このマップは、目標ＥＧＲ量ＱＥＧＲＣＭＤが所定量以上に設定されるエンジン３の運転領域を、エンジン回転数ＮＥと要求トルクＰＭＣＭＤに応じてマップ化したものである。なお、この判別は、そのときに設定されている目標ＥＧＲ量ＱＥＧＲＣＭＤを所定量と直接、比較することによって行ってもよい。

上記ステップ１の答がＮＯで、エンジン３が所定の運転領域にないときには、ダウンカウント式の安定タイマのタイマ値ＴＭＤＬＹを所定時間ＴＲＥＦ（例えば５秒）にセットする（ステップ２）とともに、後述するなまし処理カウンタのカウンタ値ＣＮＴＥＧＲを０にリセットし（ステップ３）、本処理を終了する。

ステップ１の答がＹＥＳのときには、安定タイマのタイマ値ＴＭＤＬＹが０以下であるか否かを判別する（ステップ４）。この答がＮＯで、エンジン３が所定の運転領域に移行した後、所定時間ＴＲＥＦが経過していないときには、ＥＧＲガスの状態が安定していないため、異常判定を行わないものとし、そのまま本処理を終了する。

前記ステップ４の答がＹＥＳのときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図５に示すＴＨＮＧマップを検索することによって、スロットル弁開度ＴＨの異常判定用のしきい値ＴＨＮＧを算出する（ステップ５）。このＴＨＮＧマップは、ＥＧＲ装置１４に減量異常が発生している状態で、新気量のフィードバック制御を行ったときのスロットル弁開度ＴＨを実験によって求め、その結果に基づき、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、しきい値ＴＨＮＧをあらかじめ設定したものである。

次に、検出されたスロットル弁開度ＴＨと上記のしきい値ＴＨＮＧとの比ＲＴＨ（＝ＴＨ／ＴＨＮＧ）を算出する（ステップ６）とともに、次式（１）でなまし処理することによって、比ＲＴＨのなまし値ＲＴＨＡＶＥを算出する（ステップ７）。
ＲＴＨＡＶＥ＝Ｋ１×ＲＴＨ＋（１−Ｋ１）×ＲＴＨＡＶＥＺ・・・（１）
ここで、Ｋ１は所定の重み係数（０＜Ｋ１＜１）、右辺のＲＴＨＡＶＥＺはなまし値の前回値である。

次に、なまし処理カウンタのカウンタ値ＣＮＴＥＧＲをインクリメントする（ステップ９）とともに、カウンタ値ＣＮＴＥＧＲが所定値ＣＲＥＦ（例えば１０）に等しいか否かを判別する（ステップ１０）。この答がＮＯのときには、本処理を終了する。一方、ステップ１０の答がＹＥＳで、所定値ＣＲＥＦに対応する回数（例えば１０回）のなまし処理が終了したときには、なまし値ＲＴＨＡＶＥが所定の判定値ＲＴＨＲＥＦよりも小さいか否かを判別する（ステップ１１）。

この答がＮＯで、ＲＴＨＡＶＥ≧ＲＴＨＲＥＦのときには、ＥＧＲ装置１４が正常であると判定し、そのことを表すために、ＥＧＲ装置１４の異常フラグＦ＿ＥＧＲＮＧを「０」にセットする（ステップ１２）。

一方、ステップ１１の答がＹＥＳで、ＲＴＨＡＶＥ＜ＲＴＨＲＥＦのときには、新気量のフィードバック制御によってスロットル弁開度ＴＨが小さな開度に絞られているため、ＥＧＲ装置１４に減量異常が発生していると判定し、そのことを表すために、異常フラグＦ＿ＥＧＲＮＧを「１」にセットし（ステップ１３）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、新気量のフィードバック制御中に得られたスロットル弁開度ＴＨを、吸気量ＱＡの減少度合パラメータとして用い、スロットル弁開度ＴＨとそのしきい値ＴＨＮＧとの比ＲＴＨに基づいて、ＥＧＲ装置１４の異常を判定するので、この異常判定を適切に行うことができる。また、従来の異常判定装置と異なり、判定のためにＥＧＲ動作を停止させる必要がないので、ＥＧＲ動作の停止による不具合はまったく生じず、排ガス特性や運転性などを良好に維持することができる。

さらに、スロットル弁開度ＴＨとそのしきい値ＴＨＮＧとの比ＲＴＨに所定回数のなまし処理を施したなまし値ＲＴＨＡＶＥを、判定値ＲＴＨＲＥＦと比較するので、スロットル弁開度ＴＨの検出信号などに含まれるノイズやスロットル弁開度ＴＨの一時的な変動に起因する誤判定を排除することができる。

また、このしきい値ＴＨＮＧを、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、前述したようにしてあらかじめ設定されたＴＨＮＧマップを用いて設定するので、エンジン３の実際の運転状態に応じて、しきい値ＴＨＮＧをきめ細かく適切に設定でき、それにより、判定精度をさらに高めることができる。さらに、目標ＥＧＲ量ＱＥＧＲＣＭＤが所定量以上であるエンジン３の所定の運転領域においてのみ、異常判定を実行するので、誤判定を生じることなく、判定精度を良好に維持することができる。

図６は、第２実施形態によるＥＧＲ装置１４の異常判定処理のフローチャートを示している。この異常判定処理は、吸気量ＱＡの減少度合パラメータとして、スロットル弁１２の前後差圧ΔＰを用いたものである。なお、同図では、上述した第１実施形態の異常判定処理と同じ実行内容の部分に、同じステップ番号を付されており、以下、異なる実行内容を中心として説明を行うものとする。

本処理ではまず、第１実施形態と同様、ステップ１〜４を実行するとともに、エンジン３が所定の運転領域に移行した後、所定時間ＴＲＥＦが経過したときに（ステップ４：ＹＥＳ）、検出された上流側吸気圧Ｐ１と下流側吸気圧Ｐ２との差（Ｐ１−Ｐ２）を、スロットル弁１２の前後差圧ΔＰとして算出する（ステップ２５）。

次に、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図７に示すΔＰＮＧマップを検索することによって、前後差圧ΔＰの異常判定用のしきい値ΔＰＮＧを算出する（ステップ２６）。このΔＰＮＧマップは、ＥＧＲ装置１４に減量異常が発生している状態で、新気量のフィードバック制御を行ったときの前後差圧ΔＰを実験によって求め、その結果に基づき、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、しきい値ΔＰＮＧをあらかじめ設定したものである。

次に、ステップ２５で算出された前後差圧ΔＰと上記のしきい値ΔＰＮＧとの比ＲΔＰ（＝ΔＰ／ΔＰＮＧ）を算出する（ステップ２７）とともに、次式（２）でなまし処理することによって、比ＲΔＰのなまし値ＲΔＰＡＶＥを算出する（ステップ２８）。
ＲΔＰＡＶＥ＝Ｋ２×ＲΔＰ＋（１−Ｋ２）×ＲΔＰＡＶＥＺ・・・（２）
ここで、Ｋ２は所定の重み係数（０＜Ｋ２＜１）、右辺のＲΔＰＡＶＥＺはなまし値の前回値である。

以降の実行内容は、第１実施形態のステップ９〜１３とほぼ同じであり、なまし処理カウンタのカウンタ値ＣＮＴＥＧＲが所定値ＣＲＥＦと等しくなったときに（ステップ１０：ＹＥＳ）、なまし値ＲΔＰＡＶＥが所定の判定値ＲΔＰＲＥＦよりも大きいか否かを判別する（ステップ３１）。

この答がＮＯで、ＲΔＰＡＶＥ≦ＲΔＰＲＥＦのときには、ＥＧＲ装置１４が正常であると判定し、異常フラグＦ＿ＥＧＲＮＧを「０」にセットする（ステップ１２）。

一方、ステップ３１の答がＹＥＳで、ＲΔＰＡＶＥ＞ＲΔＰＲＥＦのときには、新気量のフィードバック制御によって前後差圧ΔＰが大きな状態になっているため、ＥＧＲ装置１４に減量異常が発生していると判定し、異常フラグＦ＿ＥＧＲＮＧを「１」にセットした（ステップ１３）後、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態では、新気量のフィードバック制御中に得られたスロットル弁１２の前後差圧ΔＰを、新気量ＱＡの減少度合パラメータとして用いて、ＥＧＲ装置１４の異常を判定する。また、その他の実行内容については、第１実施形態と実質的に同じであるので、第１実施形態による前述した効果を同様に得ることができる。

図８は、第３実施形態によるＥＧＲ装置１４の異常判定処理のフローチャートを示している。この異常判定処理は、吸気量ＱＡの減少度合パラメータとして、スロットル弁１２の前後差圧ΔＰから算出したＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲを用いたものである。なお、同図では、第１および第２実施形態による異常判定処理と同じ実行内容の部分に、同じステップ番号を付しており、以下、異なる実行内容を中心として説明を行うものとする。

本処理ではまず、第１および第２実施形態と同様、ステップ１〜４を実行するとともに、エンジン３が所定の運転領域に移行した後、所定時間ＴＲＥＦが経過したときに（ステップ４：ＹＥＳ）、検出された上流側吸気圧Ｐ１と下流側吸気圧Ｐ２との差（Ｐ１−Ｐ２）、すなわちスロットル弁１２の前後差圧ΔＰを用い、次式（３）によって、ＥＧＲ不足量ΔｍＥＧＲを算出する（ステップ４５）。
ΔＱＥＧＲ＝（（Ｐ１−Ｐ２）Ｖ／Ｒ・Ｔ２）×η_VOL ・・・（３）
ここで、Ｖは、スロットル弁１２の下流側の部分の容積、Ｔ２は、吸気温センサ３５で検出された下流側吸気温、Ｒは気体定数、η_VOL は、気体の状態方程式のｎ（モル）を流量に換算するための換算係数である。

この式（３）は、気体の状態方程式をスロットル弁１２の下流側の部分に適用したものであり、次のようにして導かれる。まず、ＥＧＲ装置１４にＥＧＲ不足が生じていない正常時を想定し、スロットル弁１２の下流側の部分に状態方程式を適用すると、次式（４）が成立する。
ＱＥＮＧ＝ＱＥＧＲ＋ＱＡ＝（（Ｐ１−Ｐ２）Ｖ／Ｒ・Ｔ２）×η_VOL
・・・（４）
ここで、ＱＥＮＧは、ＥＧＲ量ＱＥＧＲと新気量ＱＡを合わせた全体ガス量である。
同様に、ＥＧＲ装置１４にＥＧＲ不足が生じている場合を想定し、そのときの変数を’（コンマ）付きで表すと、次式（５）が成立する。
ＱＥＮＧ'＝ＱＥＧＲ'＋ＱＡ'＝（（Ｐ１'−Ｐ２'）Ｖ／Ｒ・Ｔ２'）×η_VOL
・・・（５）

両式（４）（５）から、正常時に対するＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲは、次式（６）で表される。
ΔＱＥＧＲ＝ ＱＥＧＲ−ＱＥＧＲ'
＝ （（Ｐ１−Ｐ２）Ｖ／Ｒ・Ｔ２）×η_VOL −ＱＡ
−｛（（Ｐ１'−Ｐ２'）Ｖ／Ｒ・Ｔ２'）×η_VOL −ＱＡ'｝
・・・（６）
ここで、ＥＧＲ装置１４の正常時には、吸気量のフィードバック制御中にスロットル弁１２が絞られず、全開に近い開度に維持されることから、Ｐ１とＰ２はほぼ等しく、また、吸気量のフィードバック制御が行われることにより、ＱＡとＱＡ' もほぼ等しい。これらの関係を式（６）に代入すると、次式（７) が成立し、すなわち前記式（３）が導き出される。
ΔＱＥＧＲ＝（（Ｐ１'−Ｐ２'）Ｖ／Ｒ・Ｔ２'）×η_VOL ・・・（７）

以上のＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲの算出の後、図８のステップ４６では、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図９に示すΔＱＥＧＲＮＧマップを検索することによって、ＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲの異常判定用のしきい値ΔＱＥＧＲＮＧを算出する。このΔＱＥＧＲＮＧマップは、ＥＧＲ装置１４に減量異常が発生している状態で、新気量のフィードバック制御を行ったときのＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲを実験によって求め、その結果に基づき、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、しきい値ΔＱＥＧＲＮＧをあらかじめ設定したものである。

次に、前記ステップ４５で算出されたＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲと上記のしきい値ΔＱＥＧＲＮＧとの比ＲΔＱＥＧＲ（＝ΔＱＥＧＲ／ΔＱＥＧＲＮＧ）を算出する（ステップ４７）とともに、次式（８）でなまし処理することによって、比ＲΔＱＥＧＲのなまし値ＲΔＱＥＧＲＡＶＥを算出する（ステップ４８）。
ＲΔＱＥＧＲＡＶＥ＝Ｋ３×ＲΔＱＥＧＲ
＋（１−Ｋ３）×ＲΔＱＥＧＲＡＶＥＺ・・・（８）
ここで、Ｋ３は所定の重み係数（０＜Ｋ３＜１）、右辺のＲΔＱＥＧＲＡＶＥＺはなまし値の前回値である。

以降の実行内容は、第１実施形態のステップ９〜１３とほぼ同じであり、なまし処理カウンタのカウンタ値ＣＮＴＥＧＲが所定値ＣＲＥＦと等しくなったときに（ステップ１０：ＹＥＳ）、なまし値ＲΔＱＥＧＲＡＶＥが所定の判定値ＲΔＱＲＥＦよりも大きいか否かを判別する（ステップ５１）。

この答がＮＯで、ＲΔＱＥＧＲＡＶＥ≦ＲΔＱＲＥＦのときには、ＥＧＲ装置１４が正常であると判定し、異常フラグＦ＿ＥＧＲＮＧを「０」にセットする（ステップ１２）。

一方、ステップ５１の答がＹＥＳで、ＲΔＱＥＧＲＡＶＥ＞ＲΔＱＲＥＦのときには、ＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲが大きいため、ＥＧＲ装置１４に減量異常が発生していると判定し、異常フラグＦ＿ＥＧＲＮＧを「１」にセットした（ステップ１３）後、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態では、新気量のフィードバック制御中に推定したＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲを、新気量ＱＡの減少度合パラメータとして用いて、ＥＧＲ装置１４の異常を判定する。また、その他の実行内容については、第１および第２実施形態と実質的に同じであるので、第１および第２実施形態による前述した効果を同様に得ることができる。さらに、本実施形態では特に、ＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲを、前後差圧ΔＰに基づき、気体の状態方程式を用いて推定するので、吸入空気やＥＧＲガスの温度変化による影響を補償でき、したがって、より高い判定精度を得ることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１〜第３実施形態では、吸気量ＱＡの減少度合パラメータとして、スロットル弁開度ＴＨ、スロットル弁１２の前後差圧ΔＰ、およびＥＧＲ不足量ΔＱＥＧＲをそれぞれ用いているが、ＥＧＲ装置１４の減量異常時に、吸気量のフィードバック制御による新気量の減少度合を表すものであれば、他の適当なパラメータを採用することが可能である。

また、実施形態では、減少度合パラメータを取得し、減少度合パラメータとそのしきい値との比を算出し、さらにこの比に所定回数のなまし処理を施すことによって得られたなまし値を、判定値と比較することによって、異常判定を行っているが、他の適当な手法を採用できる。例えば、上記の比の算出およびなまし処理の一方または両方を省略してもよく、両方を省略した場合には、取得した減少度合パラメータとそのしきい値がダイレクトに単純に比較される。あるいは、減少度合パラメータをしきい値と比較した結果、異常と判定された回数をカウントし、その回数が所定数に達したときに、ＥＧＲ装置１４の異常を確定するようにしてもよい。

さらに、実施形態は、本発明をディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外の各種のエンジン、例えば、ガソリンエンジンやクランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 実施形態による異常判定装置を示すブロック図である。 本発明によるＥＧＲ装置の異常判定の原理を説明するための図である。 第１実施形態による異常判定処理を示すフローチャートである。 図４の処理で用いられるマップの一例である。 第２実施形態による異常判定処理を示すフローチャートである。 図６の処理で用いられるマップの一例である。 第３実施形態による異常判定処理を示すフローチャートである。 図８の処理で用いられるマップの一例である。

符号の説明

２ ＥＣＵ（新気量制御手段、減少度合パラメータ取得手段、異常判定手段、
および運転領域判定手段）
３ エンジン（内燃機関）
３ｃ 燃焼室
４ 吸気管（吸気系）
１２ スロットル弁
１４ ＥＧＲ装置
３１ スロットル弁開度センサ（減少度合パラメータ取得手段）
３２ エアフローセンサ（吸気量検出手段）
３３ 上流側吸気圧センサ（減少度合パラメータ取得手段）
３４ 下流側吸気圧センサ（減少度合パラメータ取得手段）
ＱＡ 新気量
ＴＨ スロットル弁開度（減少度合パラメータ）
ＱＡＣＭＤ 目標新気量
ＴＨＮＧ スロットル弁開度のしきい値
Ｐ１ 上流側吸気圧
Ｐ２ 下流側吸気圧
ΔＰ 前後差圧（減少度合パラメータ）
ΔＰＮＧ 前後差圧のしきい値
ΔＱＥＧＲ ＥＧＲ不足量（減少度合パラメータ）
ΔＱＥＧＲＮＧ ＥＧＲ不足量のしきい値
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＰＭＣＭＤ 要求トルク（内燃機関の運転状態）

Claims (6)

1. 内燃機関の燃焼室から排出された排ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置の異常を判定するＥＧＲ装置の異常判定装置であって、
   前記吸気系に設けられたスロットル弁と、
   前記内燃機関の燃焼室に吸入される新気の量を検出する新気量検出手段と、
   前記ＥＧＲ装置による排ガスの還流動作の実行中、前記スロットル弁の開度を制御することにより、前記検出された新気量を所定の目標新気量に収束するようにフィードバック制御する新気量制御手段と、
   当該フィードバック制御による新気量の減少度合を表す減少度合パラメータを取得する減少度合パラメータ取得手段と、
   当該取得された減少度合パラメータに基づいて、前記ＥＧＲ装置の異常を判定する異常判定手段と、
   を備えることを特徴とするＥＧＲ装置の異常判定装置。
2. 前記減少度合パラメータ取得手段は、前記減少度合パラメータとして、前記スロットル弁の開度を検出し、
   前記異常判定手段は、当該検出されたスロットル弁の開度と所定のしきい値との比較結果に基づいて、前記ＥＧＲ装置の異常を判定することを特徴とする、請求項１に記載のＥＧＲ装置の異常判定装置。
3. 前記減少度合パラメータ取得手段は、前記減少度合パラメータとして、前記スロットル弁の上流側と下流側の間の圧力の差である前後差圧を検出し、
   前記異常判定手段は、当該検出された前後差圧と所定のしきい値との比較結果に基づいて、前記ＥＧＲ装置の異常を判定することを特徴とする、請求項１に記載のＥＧＲ装置の異常判定装置。
4. 前記減少度合パラメータ取得手段は、前記減少度合パラメータとして、前記スロットル弁の上流側と下流側の間の圧力の差に基づき、前記ＥＧＲ装置の正常時に対する排ガスの還流不足量を推定し、
   前記異常判定手段は、当該推定された還流不足量と所定のしきい値との比較結果に基づいて、前記ＥＧＲ装置の異常を判定することを特徴とする、請求項１に記載のＥＧＲ装置の異常判定装置。
5. 前記所定のしきい値は、前記ＥＧＲ装置の異常時に取得された前記減少度合パラメータに基づき、前記内燃機関の運転状態に応じてあらかじめ設定されていることを特徴とする、請求項２ないし４のいずれかに記載のＥＧＲ装置の異常判定装置。
6. 前記内燃機関が、前記ＥＧＲ装置により所定量以上の排ガスを還流させるべき所定の運転領域にあるか否かを判定する運転領域判定手段をさらに備え、
   前記異常判定手段は、前記内燃機関が前記所定の運転領域にあると判定されたときに、異常判定を実行することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のＥＧＲ装置の異常判定装置。

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