JP2010031749A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室から排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置において、ＥＧＲ通路の異常を検出する際のＥＧＲクーラの詰りの助長を抑制する。
【解決手段】ＥＧＲ装置８のＥＧＲ通路８１の異常検出条件が成立した後、所定の遅延時間ＤＴが経過した時点、つまり、ＥＧＲクーラ８３の上流側の排気マニホールド７２内に残留しているＥＧＲガスや添加燃料が新気にて掃気された状態となった時点で、ＥＧＲ通路８１の詰り量を検出してＥＧＲ通路８１の異常を診断する。このように排気マニホールド７２内が新気で掃気された後に、ＥＧＲ通路８１の異常検出を実行することで、異常検出時に、ＥＧＲクーラ８３の内部に、未燃燃料成分を含むＥＧＲガスや添加燃料が回り込むことを防止することができので、ＥＧＲクーラ８３の詰りの助長を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼室から排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。

自動車等に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）には、燃焼室から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するために、ＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路に排出される排気ガスの一部をＥＧＲ通路（排気ガス還流通路）を介して吸気通路に還流ガスとして再循環させ、混合気に混入させて燃焼温度を下げることによってＮＯｘの発生を抑制している。

このようにして排気ガスを吸気通路に再循環（還流）させると、燃焼室内での混合気の着火性が低下し、エンジン出力の低下及びエンジン運転性の低下を招くので、吸気通路内に還流させる排気ガス（ＥＧＲガス）の流量をエンジンの運転状態に応じて調整する必要がある。そこで、この種のＥＧＲ装置においては、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを設け、そのＥＧＲバルブにより吸気通路に還流するＥＧＲガス量を制御するようにしている。

また、ＥＧＲ装置を備えたエンジンにおいては、エンジン燃焼室へのＥＧＲガスの導入により新気量が低減するため、特にディーゼルエンジンにおいてスモークが発生しやすくなることが知られている。これに対応するために、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設け、ＥＧＲ通路を通過する高温のＥＧＲガスを冷却して体積を減少させることにより、新気量の増大を図りスモークの発生を抑制するようにしている。また、このようなＥＧＲ装置においては、ＥＧＲ通路のＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路を設けるとともに、それらＥＧＲ通路とバイパス通路とに流入するＥＧＲガス量の割合を調整する切替制御バルブを設けている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特開２００３−２４７４５９号公報 特開２００６−２９９８９５号公報 特開２００６−２９１９２１号公報

ところで、ＥＧＲ装置を備えたエンジンにおいては、長期間にわたる使用により、ＥＧＲクーラの内部（熱交換部）に、ＥＧＲガス中に含まれる煤や未燃炭化水素（未燃ＨＣ）などが付着・堆積してＥＧＲクーラに詰りが生じることがあり、このようなＥＧＲ通路の詰りを含むＥＧＲシステムの異常を検出することが要求されている。

ＥＧＲ通路の詰り検出（ＥＧＲ通路の異常検出）は、例えば、車両減速時に切替制御バルブの制御によりＥＧＲクーラ側のＥＧＲ通路を開に切り替えることによって実行されているが、減速直後でＥＧＲガス残りがある状態のときにＥＧＲ通路を開くと、ＥＧＲガスに含まれる未燃燃料成分がＥＧＲクーラの内部に回り込み、ＥＧＲクーラの詰りを助長する可能性がある。また、排気マニホールド内に燃料を添加する燃料添加弁を備えているエンジンにおいて、添加燃料が排気マニホールド内に存在する状態のときに、ＥＧＲ通路の詰り検出を実施すべくＥＧＲ通路を開くと、同様にＥＧＲクーラの詰りを助長する可能性がある。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、燃焼室から排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置において、ＥＧＲ通路の異常を検出する際のＥＧＲクーラの詰りの助長を抑制することが可能な制御の実現を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記排気通路から前記吸気通路に還流する排気ガスの量を調整するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラとを有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置を前提としており、このような内燃機関の制御装置において、前記ＥＧＲ通路の開閉を制御する開閉手段と、前記ＥＧＲ装置の異常を検出する異常検出手段とを備え、前記異常検出手段は、ＥＧＲ通路の異常検出条件が成立した後、前記ＥＧＲクーラの上流側（ＥＧＲガス流れの上流側）の排気通路内が掃気された状態となったときに、前記開閉手段の制御により前記ＥＧＲ通路を開いて当該ＥＧＲ通路の異常検出を実行することを特徴としている。

また、同じ目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記排気通路から前記吸気通路に還流する排気ガスの量を調整するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路と、前記ＥＧＲ通路の開度とバイパス通路の開度とを調整する制御バルブとを備えたＥＧＲ装置と、前記ＥＧＲ装置の異常を検出する異常検出手段とを備えており、前記異常検出手段は、ＥＧＲ通路の異常検出条件が成立した後、前記ＥＧＲクーラの上流側（ＥＧＲガス流れの上流側）の排気通路内が掃気された状態となったときに、前記制御バルブの制御により前記ＥＧＲクーラ側のＥＧＲ通路を開いて当該ＥＧＲ通路の異常検出を実行することを特徴としている。

本発明によれば、ＥＧＲ通路の異常検出条件が成立した後に、直ぐにＥＧＲ通路の異常検出を実行するのではなく、ＥＧＲクーラの上流側の排気通路（具体的には、排気マニホールド（ＥＧＲ通路の一部を含む場合もある））内に残存するＥＧＲガスや添加燃料が新気にて掃気された後に、ＥＧＲ通路を閉から開に切り替えて当該ＥＧＲ通路の異常検出を実行するので、ＥＧＲ通路の異常検出時に、ＥＧＲクーラの内部に未燃燃料成分を含むＥＧＲガスや添加燃料が回り込むことを防止することができる。これによってＥＧＲクーラの詰りの助長を抑制することができる。

本発明の具体的な構成として、ＥＧＲ通路の異常検出条件が成立した後、ＥＧＲクーラの上流側の排気通路（具体的には、排気マニホールド（ＥＧＲ通路の一部を含む場合もある））内に残存するＥＧＲガスや添加燃料が新気にて掃気されるまでの時間を考慮し、その掃気に要する時間に相当する時間（遅延時間）が経過した時点で、ＥＧＲ通路の異常検出を実行するという構成を挙げることができる。この場合、異常検出条件成立からの遅延時間は、例えば、ＥＧＲクーラ上流側の排気通路内の燃料成分濃度がＥＧＲクーラの詰りを助長しないような濃度にまで低下する時間を実験・計算等によって取得しておき、その結果を基に経験的に求めた値（遅延時間）を設定すればよい。

また、他の構成として、ＥＧＲ通路の異常検出条件が成立した後、ＥＧＲクーラの上流側の排気通路内が新気にて掃気されて、ＥＧＲクーラの上流側の排気通路（具体的には、例えば排気マニホールド）内の燃料成分の濃度が判定閾値以下に低下したときに、ＥＧＲ通路の異常検出を実行するという構成を挙げることができる。この場合、燃料成分濃度に対する判定閾値については、例えば、ＥＧＲ通路を通過するガスの燃料成分濃度とＥＧＲクーラ内部の燃料成分付着量との関係を実験・計算等によって取得しておき、その関係に基づいてＥＧＲクーラの詰りが助長されないような燃料成分濃度（許容値）を経験的に求めた値を上記判定閾値とすればよい。

本発明において、ＥＧＲ通路の異常検出方法の具体的な構成として、ＥＧＲ通路を開いた状態で、ＥＧＲバルブを開いた場合と閉じた場合との吸入空気量の変化量に基づいてＥＧＲ通路の詰り量を検出し、その検出結果からＥＧＲ通路の異常を判定するという構成を挙げることができる。

また、ＥＧＲ通路の異常検出方法の他の具体的な構成として、ＥＧＲ通路を開いた状態で、ＥＧＲバルブを開いた場合と閉じた場合との吸気マニホールド内の圧力変化量に基づいてＥＧＲ通路の詰り量を検出し、その検出結果からＥＧＲ通路の異常を判定するという構成を挙げることができる。

なお、本発明において、ＥＧＲ通路の異常検出条件は、例えば、ＥＧＲシステムの異常検出条件の１つである「車両減速時」に加えて、ＥＧＲ通路の異常検出に適した内燃機関の運転領域（燃焼状態が良好な運転状態）であることを条件とする。

ここで、本発明において、内燃機関の運転領域に応じて、ＥＧＲ通路の異常検出またはバイパス通路の異常検出を選択的に実施するようにしてもよい。この構成について説明すると、まず、内燃機関の燃焼状態が悪い運転領域（例えば、内燃機関が高回転運転されている場合や、高地走行時において大気圧が低下する状況や環境温度が低い場合の運転状態）においては、ＥＧＲクーラの詰りやスモークなどが発生しやすくなるので、このような点を考慮して、内燃機関の燃焼状態が悪い運転領域では、ＥＧＲ通路の異常検出は実施せずに、バイパス通路の異常検出を実施するようにしてもよい。この場合、バイパス通路の異常検出条件が成立したときに、バイパス通路を開いた状態で、ＥＧＲバルブを開いた場合と閉じた場合との吸入空気量の変化量、または、吸気マニホールド内の圧力変化量に基づいて当該バイパス通路の詰り量を検出し、その検出結果からバイパス通路の異常を判定する。

本発明によれば、ＥＧＲ通路の異常検出条件が成立した後、ＥＧＲクーラの上流側の排気通路内が掃気された状態となったときにＥＧＲ通路の異常検出を実行するので、その異常検出時に、ＥＧＲクーラの内部にＥＧＲガスや添加燃料が回り込むことを防止することができる。これによってＥＧＲクーラの詰りの助長を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−エンジン−
本発明を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図１を参照して説明する。

この例のディーゼルエンジン１（以下、「エンジン１」という）は、例えばコモンレール式筒内直噴４気筒エンジンであって、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、及び、排気系７などを主要部として構成されている。

燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、燃圧制御弁２６、燃料調量弁２７、機関燃料通路２８、及び、添加燃料通路２９などを備えている。

サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２８を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室３内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。

また、サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２９を介して燃料添加弁２５に供給する。燃料添加弁２５は、所定電圧が印加されたときに開弁して、排気系７の排気ポート７１から後述する排気マニホールド７２内に燃料を添加する電磁駆動式の開閉弁である。遮断弁２４は、緊急時に添加燃料通路２９を遮断して燃料供給を停止する。

吸気系６は、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド６２を備え、この吸気マニホールド６２に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、吸気系６には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ３２、後述するインタークーラ６１、スロットルバルブ６３、吸気温センサ３３、及び、吸気圧センサ３４が配設されている。なお、吸気マニホールド６２は吸気通路の一部を構成している。

排気系７は、シリンダヘッドに形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には触媒装置４が配設されている。なお、排気マニホールド７２は排気通路の一部を構成している。

触媒装置４は、ＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒４１とＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）触媒４２とを備えている。

ＮＳＲ触媒４１は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であって、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。

ＮＳＲ触媒４１は、排気ガス中に多量の酸素が存在している状態においては、ＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの酸素濃度が低くかつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ₂もしくはＮＯに還元して放出する。このようにしてＮＯ₂やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気ガス中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ₂となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ₂やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ₂ＯやＣＯ₂となる。

ＤＰＮＲ触媒４２は、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）は多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒４２には、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。

エンジン１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレ
ッサインペラ５３を備えている。コンプレッサインペラ５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。このようなターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５３を回転させることにより吸入空気を過給する。この例のターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構５４が設けられており、この可変ノズルベーン機構５４の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。

吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１の下流側にスロットルバルブ６３が設けられている。スロットルバルブ６３は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。

また、エンジン１にはＥＧＲ装置８が設けられている。ＥＧＲ装置８は、排気の一部を適宜吸気系（吸気通路）６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させる装置である。ＥＧＲ装置８は、吸気系６の吸気マニホールド６２と排気系７の排気マニホールド７２とを接続するＥＧＲ通路８１を備えている。このＥＧＲ通路８１には、ＥＧＲバルブ８２と、ＥＧＲ通路８１を通過（還流）するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ８３とが設けられており、ＥＧＲバルブ８２の開度を調整することにより、排気系７から吸気系６に導入されるＥＧＲガス量（排気還流量）を調整することができる。

さらに、ＥＧＲ装置８には、ＥＧＲクーラ８３をバイパスするバイパス通路８４が設けられている。このバイパス通路８４と上記ＥＧＲ通路８１との接続部（ＥＧＲガス流れの下流側の接続部）には、ＥＧＲ通路８１の開度とバイパス通路８４の開度とを調整する切替制御バルブ８５が設けられている。この切替制御バルブ８５を制御することにより、ＥＧＲクーラ８３に流入するＥＧＲガス量とバイパス通路８４に流入するＥＧＲガス量との流量比を任意に調整することができる。また、切替制御バルブ８５の制御により、ＥＧＲ通路８１を全開としバイパス通路８４を全閉として、バイパス通路８４を遮断してＥＧＲ通路８１のみにＥＧＲガスが流れる状態、バイパス通路８４を全開とし、ＥＧＲ通路８１を全閉として、ＥＧＲ通路８１を遮断してバイパス通路８４のみにＥＧＲガスが流れる状態に設定することができる。このような切替制御バルブ８５の制御は後述するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００にて実行される。

−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。

例えば、エアフローメータ３２は、吸気系６のスロットルバルブ６３の上流側に配置され、吸入空気量に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ３３は、吸気マニホールド６２に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ３４は、吸気マニホールド６２に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。

Ａ／Ｆセンサ３５は、排気系７の触媒装置４の下流側の排気管７４に配置され、排気ガス中の酸素濃度（排気Ａ／Ｆ）に応じた検出信号を出力する。排気温センサ３６は、排気系７の触媒装置４の下流側の排気管７４に配置され、排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ３７はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。

ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＲＯＭ１０２、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。

入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ３１、エアフローメータ３２、吸気温センサ３３、吸気圧センサ３４、Ａ／Ｆセンサ３５、排気温センサ３６、レール圧センサ３７、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３８、及び、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検出するクランクポジションセンサ３９などが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、インジェクタ２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、可変ノズルベーン機構５４、スロットルバルブ６３、ＥＧＲバルブ８２、及び、切替制御バルブ８５などが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、燃料噴射量制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は下記のＥＧＲ装置８の異常検出処理を実行する。

なお、以上のＥＣＵ１００により実行されるプログラムによって本発明の内燃機関の制御装置が実現される。

−ＥＧＲ装置の異常検出処理−
この例では、エンジン１の運転領域に応じてＥＧＲ通路８１の異常検出とバイパス通路８４の異常検出とを選択的に実行する。

まず、ＥＧＲ通路８１の異常検出（以下、ＥＧＲ通路異常検出ともいう）について、図３及び図４を参照して説明する。

ＥＧＲ通路異常検出は、エンジン１が回転しているときに、切替制御バルブ８５をＥＧＲクーラ８３側（ＥＧＲ通路８１「開」側）に切り替えた状態で、ＥＧＲバルブ８２を開閉することによって行う。具体的には、まずは図３（ａ）に示すように、ＥＧＲバルブ８２を全開にした状態で、吸入空気量（新気量）ＧＮ１をエアフローメータ３２の出力信号に基づいて計測する。次に、図３（ｂ）に示すように、ＥＧＲバルブ８２を全閉にした状態で、吸入空気量（新気量）ＧＮ２をエアフローメータ３２の出力信号に基づいて計測する。

ここで、ＥＧＲ通路８１に詰りがなくて正常である場合、図３（ａ）の計測による吸入空気量ＧＮ１の方が小さくなる。すなわち、図３（ａ）の計測では、ＥＧＲ通路８１を通じてＥＧＲガスが吸気マニホールド６２に還流されるので、図３（ｂ）の計測に対して吸入空気量（新気量）が少なくなり（ＧＮ１＜ＧＮ２）、その両者間の吸入空気量差ΔＧＮａ（ΔＧＮａ＝｜ＧＮ１−ＧＮ２｜）が大きくなる。これに対し、図４（ＥＧＲバルブ８２は全開状態）に示すように、例えばＥＧＲクーラ８３に詰りが生じていると、その詰り量に応じてＥＧＲガスの吸気マニホールド６２への還流量が少なくなって、上記した吸入空気量差ΔＧＮａが小さくなる。さらにＥＧＲクーラ８３の詰りによってＥＧＲ通路８１が完全に閉塞されると、吸入空気量差ΔＧＮａは殆ど無くなる（ΔＧＮａ≒０）。

このように、バイパス通路８４を遮断し、ＥＧＲ通路８１を開いた状態で、ＥＧＲバルブ８２を全開にした場合と全閉にした場合との吸入空気量差ΔＧＮａからＥＧＲ通路８１の詰り量を検出することができる。そして、その吸入空気量差ΔＧＮａを所定の判定閾値Ｔｈａと比較して、吸入空気量差ΔＧＮａが判定閾値Ｔｈａを超えている場合はＥＧＲ通路８１は正常であると判定し、吸入空気量差ΔＧＮａが判定閾値Ｔｈａ以下である場合はＥＧＲ通路８１が異常であると判定することができる。なお、判定閾値Ｔｈａは、排気エミッション（ＰＭ・ＮＯｘ）に関するＯＢＤ（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）規制値などを考慮して設定すればよい。

以上のＥＧＲ通路８１の異常検出及び下記のバイパス通路８４の異常検出を実施する際には、スロットルバルブ６３のスロットル開度及び可変ノズルベーン機構５４の開度は固定しておく。

また、バイパス通路８４の異常検出（以下、バイパス通路異常検出ともいう）についても、同様にして、ＥＧＲ通路８１を遮断し、バイパス通路８４を開いた状態で、ＥＧＲバルブ８２を全開にした場合（吸入空気量ＧＮ３）と全閉にした場合（吸入空気量ＧＮ４）との吸入空気量差ΔＧＮｂ（ΔＧＮｂ＝｜ＧＮ３−ＧＮ４｜）からバイパス通路８４の詰り量を検出することができる。そして、その吸入空気量差ΔＧＮｂを所定の判定閾値Ｔｈｂと比較して、吸入空気量差ΔＧＮｂが判定閾値Ｔｈｂを超えている場合はバイパス通路８４は正常であると判定し、吸入空気量差ΔＧＮｂが判定閾値Ｔｈｂ以下である場合はバイパス通路８４が異常であると判定することができる。

なお、このようなバイパス通路異常検出に用いる判定閾値Ｔｈｂは、ＥＧＲ通路異常検出の場合と同じであってもよいし、排気エミッション（ＰＭ・ＮＯｘ）に関するＯＢＤ規制値などを考慮して個別に適合した値を設定してもよい。

次に、この例の異常判定処理の具体的な例について図５のフローチャート及び図６のタイミングチャートを参照して説明する。図５の処理ルーチンはＥＣＵ１００において所定時間（例えば数ｍｓｅｃ乃至数十ｍｓｅｃ程度）毎に繰り返して実行される。

まず、ステップＳＴ１０１において、ＥＧＲ装置８（ＥＧＲシステム）の異常検出条件が成立したか否かを判定する。具体的には、車両減速時であるか否かを判定し、減速時であるときには異常検出条件が成立したと判断してステップＳＴ１０２に進む。ステップＳＴ１０１の判定結果が否定判定である場合はリターンする。ここで、この例では、図６に示すように、車両の減速開始と同時に、燃料添加弁２５から排気マニホールド７２内への燃料添加を停止する。また、車両の減速開始により異常検出条件が成立したときには、切替制御バルブ８５を制御してＥＧＲ通路８１を一旦全閉にする。

なお、ステップＳＴ１０１での判定条件つまり異常検出条件としては、例えば「エンジン１の暖機後」という条件も挙げることができる。

ステップＳＴ１０２では、異常検出条件が成立した時点から所定の遅延時間ＤＴが経過した否かを判定し、その遅延時間ＤＴが経過した時点（ステップＳＴ１０２の判定結果が肯定判定となった時点）でステップＳＴ１０３に進む。このステップＳＴ１０２の判定処理に用いる遅延時間ＤＴは、異常検出条件が成立した時点でＥＧＲクーラ８３の上流側の排気マニホールド７２（ＥＧＲ通路８１の一部を含む場合もある）内に残っているＥＧＲガスや添加燃料が新気にて掃気されるのに必要な時間を考慮して設定する。具体的には、新気による掃気によって排気マニホールド７２内の燃料成分濃度が許容値（ＥＧＲクーラ８３の詰りの助長を抑制できる燃料成分濃度）以下にまで低下する時間を、予め実験・計算等によって採取しておき、その結果を基に適合した値（時間）を遅延時間ＤＴとして設定する。この遅延時間ＤＴはＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。

次に、ステップＳＴ１０３においては、ＥＧＲ通路８１の検出領域（以下、ＥＧＲ通路検出領域ともいう）であるか否を判定し、その判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ１０４に進む。ステップＳＴ１０３の判定結果が否定判定である場合はステップＳＴ１０６に進む。

ここで、ＥＧＲ通路検出領域について説明すると、例えばエンジン１が高回転運転されている場合や、高地走行時において大気圧が低下する状況や環境温度が低い場合などのエンジン１の燃焼状態が悪い運転領域では、ＥＧＲクーラ８３の詰りやスモークなどが発生しやすくなるので、そのような運転領域ではＥＧＲ通路８１の異常検出を実施せずに、それ以外の燃焼状態が良好な運転領域のときに、下記のＥＧＲ通路８１の詰り量の検出と異常診断とを実施する。

具体的には、ステップＳＴ１０３の判定結果が肯定判定で、エンジン１の運転状態がＥＧＲ通路検出領域である場合、切替制御バルブ８５の制御によりＥＧＲ通路８１を開き（バイパス通路８４は閉鎖）、ＥＧＲ通路８１を排気マニホールド７２と吸気マニホールド６２との間に接続する（ステップＳＴ１０４）。この状態で、図６に示すように、ＥＧＲバルブ８２を一定時間だけ全開にして吸入空気量ＧＮ１を採取し、次いでＥＧＲバルブ８２を一定時間だけ全閉にして吸入空気量ＧＮ２を採取し、その全開時の吸入空気量ＧＮ１と全閉時の吸入空気量ＧＮ２との変化量（吸入空気量差ΔＧＮａ［ΔＧＮａ＝｜ＧＮ１−ＧＮ２｜］：ＥＧＲ通路８１の詰り量に相当）を算出する。そして、このようにして算出した吸入空気量差ΔＧＮａを上記した判定閾値Ｔｈａと比較し、吸入空気量差ΔＧＮａが判定閾値Ｔｈａを超えている場合はＥＧＲ通路８１は正常であると判定し、吸入空気量差ΔＧＮａが判定閾値Ｔｈａ以下である場合はＥＧＲ通路８１が異常であると判定する（ステップＳＴ１０５）。

一方、ステップＳＴ１０３の判定結果が否定判定である場合（ＥＧＲ通路検出領域でない場合）はバイパス通路８４の異常検出を行う。具体的には、切替制御バルブ８５の制御によりバイパス通路８４を開き（ＥＧＲ通路８１は閉鎖）、バイパス通路８４を排気マニホールド７２と吸気マニホールド６２との間に接続する（ステップＳＴ１０６）。この状態で、ＥＧＲバルブ８２を一定時間だけ全開にして吸入空気量ＧＮ３を採取し、次いでＥＧＲバルブ８２を一定時間だけ全閉にして吸入空気量ＧＮ４を採取し、その全開時の吸入空気量ＧＮ３と全閉時の吸入空気量ＧＮ４との変化量（吸入空気量差ΔＧＮｂ［ΔＧＮｂ＝｜ＧＮ３−ＧＮ４｜］：バイパス通路８４の詰り量に相当）を算出する。そして、このようにして算出した吸入空気量差ΔＧＮｂを上記した判定閾値Ｔｈｂと比較し、吸入空気量差ΔＧＮｂが判定閾値Ｔｈｂを超えている場合はバイパス通路８４は正常であると判定し、吸入空気量差ΔＧＮｂが判定閾値Ｔｈｂ以下である場合はバイパス通路８４が異常であると判定する（ステップＳＴ１０７）。

以上のように、この例によれば、ＥＧＲ装置８の異常検出条件が成立した後、所定の遅延時間ＤＴが経過した時点、つまり、ＥＧＲクーラ８３の上流側（ＥＲＧガス流れの上流側）の排気マニホールド７２内に残留しているＥＧＲガスや添加燃料が新気にて掃気された状態となった時点で、ＥＧＲ通路８１の詰り量を検出して、ＥＧＲ通路８１の異常を診断しているので、異常検出時に、ＥＧＲクーラ８３の内部に未燃燃料成分を含むＥＧＲガスや添加燃料が回り込むことを防止することができる。これによってＥＧＲクーラ８３の詰りの助長を抑制することができる。

なお、以上の例において、ＥＧＲ装置８の異常検出条件が成立している状況で、ＥＧＲクーラ８３側のＥＧＲ通路８１の詰り量の検出（異常検出）を所定回数実施した後、切替制御バルブ８５を切り替えて、バイパス通路８４の詰り量の検出（異常検出）を所定回数実施するという処理により、ＥＧＲ装置８の異常を検出するようにしてもよい。

−他の実施形態−
以上の例では、異常検出条件が成立した後、排気マニホールド７２内のＥＧＲガスや添加燃料が新気にて掃気されるのに必要な時間（遅延時間ＤＴ）が経過した時点で、ＥＧＲ通路８１の詰り検出（またはバイパス通路８４の詰り検出）を実行しているが、これに限られることなく、例えば図６に示すように、異常検出条件が成立した後、排気マニホールド７２内の燃料成分濃度が所定の判定閾値Ｎｔｈ以下に低下した時点でＥＧＲ通路８１の詰り検出（またはバイパス通路８４の詰り検出）を実行するようにしてもよい。

この場合、排気マニホールド７２内の燃料成分の濃度に対する判定閾値Ｎｔｈについては、例えば、ＥＧＲ通路８１を通過するガスの燃料成分濃度とＥＧＲクーラ８３内部の燃料成分付着量との関係を実験・計算等によって取得しておき、その関係に基づいてＥＧＲクーラ８３の詰りが助長されないような燃料成分濃度を経験的に求めた値を上記判定閾値Ｎｔｈとすればよい。なお、排気マニホールド７２内の燃料成分濃度は、Ａ／Ｆセンサ３５にて検出される酸素濃度に基づいて推定してもよいし、排気マニホールド７２内の酸素濃度を検出するセンサを設けて、そのセンサ出力に基づいて燃料成分濃度を検出するようにしてもよい。

以上の例では、ＥＧＲ装置８の異常検出を実行するに際して、ＥＧＲバルブ８２を全開にしたときの吸入空気量と全閉にしたときの吸入空気量との変化量（吸入吸気量差）を計測してＥＧＲ通路８１の詰り量（またはバイパス通路８４の詰り量）を検出しているが、これに限られることなく、吸気マニホールド６２内の圧力（以下、インマニ圧力ともいう）の変化量に基づいてＥＧＲ通路８１の詰り量（またはバイパス通路８４の詰り量）を検出するようにしてもよい。この点について説明する。

まず、例えば図３（ＥＧＲ通路８１が正常な場合）において、スロットルバルブ６３のスロットル開度が一定（固定）であると、エンジン１の吸入行程におけるインマニ圧力（負圧）の絶対値は、ＥＧＲバルブ８２を全開とした場合とＥＧＲバルブ８２を全閉とした場合とでは異なり、ＥＧＲバルブ８２を全開とした場合の方が小さくなる。

すなわち、ＥＧＲバルブ８２を全開とした場合（インマニ圧力ＰＩＮ１）は、ＥＧＲバルブ８２を全閉とした場合（インマニ圧力ＰＩＮ２）に比べて、吸気マニホールド６２内にＥＧＲガスが還流する量に相当する分だけインマニ圧力が小さくなり（ＰＩＮ１＜ＰＩＮ２）、その両者間のインマニ圧力の変化量ΔＰＩＮ（ΔＰＩＮ＝｜ＰＩＭ１−ＰＩＭ２｜）は大きくなる。これに対し、図４に示すように、例えばＥＧＲクーラ８３に詰りが生じていると、その詰り量に応じて吸気マニホールド６２へのＥＧＲガスの還流量が少なくなって、上記したインマニ圧力の変化量ΔＰＩＮが小さくなる。さらにＥＧＲクーラ８３の詰りによりＥＧＲ通路８１が完全に閉塞されると、吸入空気量差ＰＩＮは殆ど無くなる（ΔＰＩＮ≒０）。

このように、バイパス通路８４を遮断し、ＥＧＲ通路８１を開いた状態で、ＥＧＲバルブ８２を全開にした場合と全閉にした場合とのインマニ圧力変化量ΔＰＩＮからＥＧＲ通路８１の詰り量を検出することができる。従って、上記した吸入空気量差ΔＧＮａによる検出の場合と同様に、インマニ圧力変化量ΔＰＩＮを所定の判定閾値と比較して、インマニ圧力変化量ΔＰＩＮが判定閾値を超えている場合はＥＧＲ通路８１は正常であると判定し、インマニ圧力変化量ΔＰＩＮが判定閾値以下である場合はＥＧＲ通路８１が異常であると判定することができる。なお、インマニ圧力は、吸気マニホールド６２に配置した吸気圧センサ３４の出力信号に基づいて計測することができる。

また、バイパス通路８４の異常検出についても、同様にしてＥＧＲ通路８１を遮断し、バイパス通路８４を開いた状態で、ＥＧＲバルブ８２を全開にした場合と全閉にした場合とのインマニ圧力変化量ΔＰＩＮからバイパス通路８４の詰り量を検出することができるので、その検出結果に基づいて、バイパス通路８４が正常であるか、異常であるのかを判定することができる。

以上の例では、本発明の制御装置を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ディーゼルエンジンなどの他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。また、筒内直噴ディーゼルエンジンに限られることなく、他のタイプのディーゼルエンジンの制御にも本発明を適用することは可能である。さらに、ディーゼルエンジンに限られることなく、ガソリンエンジンの制御にも本発明は適用可能である。

本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 ＥＧＲ通路の詰り量を検出する方法の概略説明図である。 図３の詰り量の検出方法において、ＥＧＲクーラに詰りが生じているときの吸入空気の流れを示す図である。 ＥＣＵにおいて実行する異常検出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 ＥＣＵにおいて実行する異常検出処理のタイミングチャートである。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ 燃料供給系
２３ インジェクタ
２５ 燃料添加弁
３２ エアフローメータ
３４ 吸気圧センサ
３５ Ａ／Ｆセンサ
６ 吸気系
６２ 吸気マニホールド
６３ スロットルバルブ
７ 排気系
７２ 排気マニホールド
８ ＥＧＲ装置
８１ ＥＧＲ通路
８２ ＥＧＲバルブ
８３ ＥＧＲクーラ
８４ バイパス通路
８５ 切替制御バルブ
１００ ＥＣＵ（制御装置）

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記排気通路から前記吸気通路に還流する排気ガスの量を調整するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラとを有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記ＥＧＲ通路の開閉を制御する開閉手段と、前記ＥＧＲ装置の異常を検出する異常検出手段とを備え、前記異常検出手段は、ＥＧＲ通路の異常検出条件が成立した後、前記ＥＧＲクーラの上流側の排気通路内が掃気された状態となったときに、前記開閉手段の制御により前記ＥＧＲ通路を開いて当該ＥＧＲ通路の異常検出を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記排気通路から前記吸気通路に還流する排気ガスの量を調整するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路と、前記ＥＧＲ通路の開度とバイパス通路の開度とを調整する制御バルブとを備えたＥＧＲ装置と、前記ＥＧＲ装置の異常を検出する異常検出手段とを備え、
   前記異常検出手段は、ＥＧＲ通路の異常検出条件が成立した後、前記ＥＧＲクーラの上流側の排気通路内が掃気された状態となったときに、前記制御バルブの制御により前記ＥＧＲクーラ側のＥＧＲ通路を開いて当該ＥＧＲ通路の異常検出を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
   前記異常検出手段は、ＥＧＲ通路の異常検出条件が成立した後、所定の遅延時間が経過したときに前記ＥＧＲ通路の異常検出を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
   前記異常検出手段は、ＥＧＲ通路の異常検出条件が成立した後、前記ＥＧＲクーラの上流側の排気通路内の燃料成分の濃度が判定閾値以下に低下したときに前記ＥＧＲ通路の異常検出を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記異常検出手段は、前記ＥＧＲ通路が開かれている状態のときに、前記ＥＧＲバルブを開いた場合と閉じた場合との吸入空気量の変化量に基づいて前記ＥＧＲ通路の詰り量を検出し、その検出結果から当該ＥＧＲ通路の異常を判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記異常検出手段は、前記ＥＧＲ通路が開かれている状態のときに、前記ＥＧＲバルブを開いた場合と閉じた場合との吸気マニホールド内の圧力変化量に基づいて前記ＥＧＲ通路の詰り量を検出し、その検出結果から当該ＥＧＲ通路の異常を判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項２〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記異常検出手段は、前記内燃機関の運転領域に応じて、前記ＥＧＲ通路の異常検出または前記バイパス通路の異常検出を選択的に実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項７記載の内燃機関の制御装置において、
   前記バイパス通路の異常検出を実行する場合、前記制御バルブの制御により前記バイパス通路を開いた状態で、前記ＥＧＲバルブを開いた場合と閉じた場合との吸入空気量の変化量、または、吸気マニホールド内の圧力変化量に基づいて、前記バイパス通路の詰り量を検出し、その検出結果から当該バイパス通路の異常を判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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