JP2010065626A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲバルブの氷結による異常の検出を氷結領域において確実に禁止することができるエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】外気導入口１０に連通するＥＧＲ配管２２に設けたＥＧＲバルブ２３が氷結して動作不良を起こす氷結領域にあるときにＥＧＲバルブの動作不良による異常検出を回避するようにしたエンジンの制御装置において、吸気温センサ１３により検出されたエンジン始動後における最低の吸気温ＴＨＡ１および現在の吸気温ＴＨＡ２のうちの温度が低い方の吸気温を引数とする気体温マップを用いてＥＧＲバルブの氷結水温ＴＨＷを算出する氷結水温算出手段３１と、この氷結水温算出手段により算出されたＥＧＲバルブの氷結水温ＴＨＷおよびエンジン始動後における最低の吸気温ＴＨＡ１に基づいてＥＧＲバルブの氷結領域を設定する氷結領域設定手段３２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、内燃機関の外気導入口に連通する気体通路を流れる気体の流量を可変とするバルブの氷結領域での動作不良による異常検出を回避する対策に係る。

従来より、内燃機関の外気導入口に連通する気体通路に設けられて開閉動作を行うことにより気体通路を流れる気体の流量を可変とするバルブ、例えば内燃機関の排気の一部を吸気系に還流させる排気還流通路に設けられて開閉動作により排気系からの排気還流量を可変に調整するＥＧＲバルブを備えた排気還流装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１４１１４９号公報

ところで、ＥＧＲバルブなどのバルブは、外気導入口に連通する気体通路に設けられているため、内燃機関の停止後に気体通路内に残留している水分がバルブに付着すると、冷間時などにバルブが氷結するおそれがある。

そのため、冷間時における内燃機関の始動後にバルブの開閉動作を行おうとしても、バルブが氷結しているために開閉動作が円滑に行えず、バルブの異常が検出されてしまう。このようなバルブの異常は、氷結によるものであるため、内燃機関始動後の温度上昇によって改善されるものであり、バルブが氷結している可能性があるバルブの氷結領域においてのみ検出される。

かかる点から、バルブの氷結領域を、内燃機関の始動後における現在の吸気温などの気体温と、この現在の気体温を引数とする気体温マップ（二次元数値マップ）を用いて算出されたバルブの氷結水温とに基づいて設定し、この氷結領域においては、バルブの異常が検出されないように開閉動作の不履行の検出を禁止（マスク）することが考えられる。

しかしながら、上記提案のものでは、現在の気体温とこれを引数とする気体温マップを用いたバルブの氷結水温とに基づいてバルブの氷結領域が設定されているため、寒冷時の屋外から暖かな屋内への移送によって現在の気体温が上昇すると、バルブが未だ氷結しているにもかかわらず氷結領域から逸脱してしまうおそれがあり、これでは、バルブの開閉動作の不履行が検出禁止条件から外れてバルブの氷結による異常が検出されてしまうといった不具合がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バルブの氷結による異常の検出を氷結領域において確実に禁止することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、内燃機関の外気導入口に連通する気体通路に設けられて開閉動作を行うことにより上記気体通路を流れる気体の流量を可変とするバルブを備え、このバルブが氷結して動作不良を起こす氷結領域にあるときに、上記バルブの動作不良による異常検出を回避するようにした内燃機関の制御装置を前提とする。そして、上記気体通路内または上記気体通路外における気体温を検出する気体温検出手段と、上記気体温検出手段により検出された上記内燃機関の始動後における最低の気体温および現在の気体温のうちの温度が低い方の気体温を引数とする気体温マップを用いて上記バルブの氷結水温を算出する氷結水温算出手段とを備えている。更に、上記氷結水温算出手段により算出された上記バルブの氷結水温および上記内燃機関の始動後における最低の気体温に基づいて上記バルブの氷結領域を設定する氷結領域設定手段を備えている。

この特定事項により、内燃機関の始動後における最低の気体温および現在の気体温のうちの温度が低い方の気体温を引数とする気体温マップを用いて算出されたバルブの氷結水温と、内燃機関の始動後における最低の気体温とに基づいてバルブの氷結領域が設定されるので、現在の気体温とこれを引数とする気体温マップを用いたバルブの氷結水温とに基づいてバルブの氷結領域を設定していたもののように、寒冷時の屋外から暖かな屋内への移送によって現在の気体温が上昇した際に氷結領域から逸脱してしまうことがない。これにより、バルブが未だ氷結しているにもかかわらずバルブの開閉動作の不履行が検出禁止条件（氷結領域）から外れることはなく、バルブの氷結による異常の検出を確実に禁止することが可能となる。

特に、上記バルブとして、上記内燃機関の排気の一部を吸気系に還流させる排気還流量を調整するＥＧＲバルブを適用している場合には、現在の気体温とこれを引数とする気体温マップを用いたＥＧＲバルブの氷結水温とに基づいてＥＧＲバルブの氷結領域を設定していたもののように、寒冷時の屋外から暖かな屋内への移送によって現在の気体温が上昇した際に氷結領域から逸脱してしまうことがない。これにより、ＥＧＲバルブが未だ氷結しているにもかかわらずＥＧＲバルブの開閉動作の不履行が検出禁止条件から外れることはなく、ＥＧＲバルブの氷結による異常の検出を確実に禁止することが可能となる。

以上、要するに、内燃機関の始動後における最低の気体温および現在の気体温のうちの温度が低い方の気体温を引数とする気体温マップより算出したバルブの氷結水温と、内燃機関の始動後における最低の気体温とに基づいてバルブの氷結領域を設定することで、現在の気体温の変化によるバルブの氷結領域からの逸脱を防止し、バルブの氷結領域での開閉動作の不履行を検出禁止条件から外すことなくバルブの氷結による異常の検出を確実に禁止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１に基づいて内燃機関の制御装置全体の概略構成を説明する。内燃機関としての車両用エンジン１（以下、単にエンジンと称する）の吸気管１１の最上流部には、外気導入口１０より導入された吸気（外気）を濾過するエアクリーナ１２が設けられている。このエアクリーナ１２の下流側には、吸気管１１内における吸気温（気体温）を検出する気体温検出手段としての吸気温センサ１３と、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４とが設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

また、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられている。このサージタンク１７には、エンジン１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が設けられ、この吸気マニホールド１８の各気筒の分岐管部に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁１９が取り付けられている。

一方、エンジン１の排気管２１とサージタンク１７との間には、排気の一部をサージタンク１７（吸気系）に還流させる気体通路としてのＥＧＲ配管２２が接続されている。このＥＧＲ配管２２は、吸気管１１を介して外気導入口１０に連通している。また、ＥＧＲ配管２２の途中には、開閉動作を行うことによりＥＧＲ配管２２を流れる排気（気体）の流量つまり排気還流量（ＥＧＲガス量）を可変に調整するＥＧＲバルブ２３（バルブ）が設けられている。これらＥＧＲ配管２２とＥＧＲバルブ２３とからＥＧＲ装置（排気還流装置）２４が構成されている。そして、ＥＧＲバルブ２３は、ＥＧＲ配管２２に取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、供給される電流のデューティ比（以下「ＥＧＲデューティ比」という）をＥＣＵ３（後述する）で制御することにより、そのバルブ開度がリニアに制御されることによって、ＥＧＲガス量が制御される。具体的には、ＥＧＲデューティ比が大きいほど、バルブリフト量がより大きくなり、ＥＧＲガス量はより大きくなる。また、ＥＧＲ配管２２には、ＥＧＲバルブ２３の開度つまりＥＧＲ開度を検出するＥＧＲ開度センサ２７が設けられている。

更に、エンジン１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２５や、エンジン回転速度ＮＥを検出するクランク角センサ２６が取り付けられている。

これら各種のセンサ出力は、制御装置としてのエンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３に入力される。このＥＣＵ３は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された燃料噴射制御プログラム（図示せず）を実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量を制御すると共に、点火制御プログラム（図示せず）を実行することで、点火プラグ２８の点火時期を制御する。

そして、ＥＣＵ３は、図２に示すように、ＥＧＲバルブ２３が氷結して動作不良を起こす氷結領域にあるときにＥＧＲバルブ２３の動作不良による異常検出を回避するようにしている。具体的には、ＥＣＵ３は、冷間時において吸気温センサ１３により検出されたエンジン１の始動後における吸気管１１内での最低の吸気温ＴＨＡ１および現在の吸気温ＴＨＡ２のうちの温度が低い方の吸気温ＴＨＡ１またはＴＨＡ２を引数とする吸気温マップ（二次元数値マップ）を用いてＥＧＲバルブ２３の氷結水温ＴＨＷを算出する氷結水温算出手段３１と、この氷結水温算出手段３１により算出されたＥＧＲバルブ２３の氷結水温ＴＨＷおよびエンジン１の始動後における最低の吸気温ＴＨＡ１に基づいてＥＧＲバルブ２３の氷結領域（図２に破線で示す領域）を設定する氷結領域設定手段３２とを備えている。

次に、ＥＣＵ３による氷結領域でのＥＧＲバルブ２３の異常検出を回避する制御の流れを図３ないし図８のフローチャートに基づいて説明する。この場合、ＥＧＲ装置２４によるサージタンク１７への排気の還流は、冷却水温が２０°Ｃを超えた時点で開始される。

まず、図３のステップＳＴ１において、目標とする目標ＥＧＲ率（吸入空気量とＥＧＲガス量との割合）の算出を行う。次いで、ステップＳＴ２において、上記ステップＳＴ１において算出された目標ＥＧＲ率を得る上で目標となるＥＧＲバルブ２３の目標ＥＧＲ開度を算出する。その後、ステップＳＴ３において、ＥＧＲ開度センサ２７により検出された実際の実ＥＧＲ開度を読み込む。それから、ステップＳＴ４において、ＥＧＲバルブ２３の氷結領域の設定およびその前提条件の判定を行う。

このステップＳＴ４によるＥＧＲバルブ２３の氷結領域の設定およびその前提条件の判定については、図４のフローチャートにおいて詳細に示す。つまり、図４のフローチャートのステップＳＴ４１において、上記ステップＳＴ２で吸気温センサ１３により検出されたエンジン１の始動後における最低の吸気温ＴＨＡ１および現在の吸気温ＴＨＡ２のうちの温度が低い方の吸気温ＴＨＡ１またはＴＨＡ２を引数とする吸気温マップ（二次元数値マップ）を用いてＥＧＲバルブ２３の氷結水温ＴＨＷを算出する。次いで、ステップＳＴ４２において、上記ステップＳＴ４１で算出された氷結水温ＴＨＷとエンジン１の始動後における最低の吸気温ＴＨＡ１とに基づいてＥＧＲバルブ２３の氷結領域（図２に破線で示す領域）を設定する。その後、ステップＳＴ４３において、ＥＧＲバルブ２３の氷結領域前提条件が成立しているか否かを判定する。このＥＧＲバルブ２３の氷結領域前提条件としては、具体的には、吸気温センサ１３が異常であるか、冷却水温センサ２５が異常であるか、または冷却水温センサ２５により検出された冷却水温が氷結領域温度未満であり、かつ、ＥＧＲバルブ２３が異常でなく、かつ、ＥＧＲバルブ２３が強制駆動されていないときに、成立するものとしている。そして、上記ステップＳＴ４３の判定が、ＥＧＲバルブ２３の氷結領域前提条件が成立しているＹＥＳの場合には、ステップＳＴ４４において、氷結領域前提条件フラグをＯＮにした後、図３のフローチャートのステップＳＴ５に進む。一方、上記ステップＳＴ４３の判定が、ＥＧＲバルブ２３の氷結領域前提条件が成立していないＮＯの場合には、ステップＳＴ４５において、氷結領域前提条件フラグをＯＦＦにした後、上記ステップＳＴ５に進む。

このステップＳＴ５では、ＥＧＲバルブ２３のＯＮカウンタの算出を行う。このステップＳＴ５によるＥＧＲバルブ２３のＯＮカウンタの算出については、図５のフローチャートにおいて詳細に示す。つまり、図５のフローチャートのステップＳＴ５１において、ＥＧＲバルブ２３が全閉でないか否かを判定する。このステップＳＴ５１の判定が、ＥＧＲバルブ２３が全閉でないＹＥＳの場合には、ステップＳＴ５２において、ＥＧＲバルブ２３に対し開動作を行う指示が出てからの氷結カウンタのカウントアップを開始した後、図３のフローチャートのステップＳＴ６に進む。一方、上記ステップＳＴ５１の判定が、ＥＧＲバルブ２３が全閉であるＮＯの場合には、ステップＳＴ５３において、ＥＧＲバルブ２３のＯＮカウンタをクリアした後、上記ステップＳＴ６に進む。

このステップＳＴ６では、ＥＧＲバルブ２３の氷結環境判定フラグの算出を行う。このステップＳＴ６の氷結環境判定フラグの算出については、図６のフローチャートにおいて詳細に示す。つまり、図６のフローチャートのステップＳＴ６１において、ＥＧＲバルブ２３の氷結環境判定条件が成立しているか否かを判定する。このＥＧＲバルブ２３の氷結環境判定条件としては、具体的には、上記ステップＳＴ４３におけるＥＧＲバルブ２３の氷結領域前提条件が成立（上記ステップＳＴ４４における氷結領域前提条件フラグＯＮ）し、かつ、上記ステップＳＴ５２にてカウントアップしたＯＮカウンタが５００ｍｓ未満であるとき（ほぼ全閉状態）に、成立するものとしている。そして、上記ステップＳＴ６１の判定が、ＥＧＲバルブ２３の氷結環境判定条件が成立しているＹＥＳの場合には、ステップＳＴ６２において、氷結環境判定フラグをＯＮにした後、図３のフローチャートのステップＳＴ７に進む。一方、上記ステップＳＴ６１の判定が、ＥＧＲバルブ２３の氷結環境判定条件が成立していないＮＯの場合には、ステップＳＴ６３において、氷結環境判定フラグをＯＦＦにした後、上記ステップＳＴ７に進む。

このステップＳＴ７では、ＥＧＲバルブ２３の氷結カウンタの算出を行う。このＥＧＲバルブ２３の氷結カウンタの算出については、図７のフローチャートにおいて詳細に示す。つまり、図７のフローチャートのステップＳＴ７１において、ＥＧＲバルブ２３の氷結判定条件が成立しているか否かを判定する。このＥＧＲバルブ２３の氷結判定条件としては、具体的には、ステップＳＴ６１における判定によりＥＧＲバルブ２３の氷結環境判定条件が成立（ステップＳＴ６２における氷結環境判定フラグのＯＮ）し、かつ、ＥＧＲバルブ２３に対し開動作を行う指示が出ているにもかかわらずＥＧＲバルブ２３が全閉状態であるときに、成立するものとしている。そして、上記ステップＳＴ７１の判定が、ＥＧＲバルブ２３の氷結判定条件が成立しているＹＥＳの場合には、ステップＳＴ７２において、ＥＧＲバルブ２３に対し開動作を行う指示が出てからの氷結カウンタのカウントアップを開始した後、図３のフローチャートのステップＳＴ８に進む。一方、上記ステップＳＴ７１の判定が、ＥＧＲバルブ２３の氷結判定条件が成立していないＮＯの場合には、ステップＳＴ７３において、氷結カウンタをクリアした後、上記ステップＳＴ８に進む。

このステップＳＴ８では、ＥＧＲバルブ２３の氷結判定フラグの算出を行う。このＥＧＲバルブ２３の氷結判定フラグの算出については、図８のフローチャートにおいて詳細に示す。つまり、図８のフローチャートのステップＳＴ８１において、上記ステップＳＴ７２にてカウントアップした氷結カウンタが１０ｓｅｃ以上経過しているか否かを判定する。このステップＳＴ８１の判定が、氷結カウンタが１０ｓｅｃ以上経過しているＹＥＳの場合には、ＥＧＲバルブ２３に対し開動作を行う指示が出ているにもかかわらず氷結カウンタが１０ｓｅｃ以上経過してもＥＧＲバルブ２３が全閉状態であるために、ステップＳＴ８２において、ＥＧＲバルブ２３の氷結判定フラグをＯＮにした後、ステップＳＴ８３に進む一方、氷結カウンタが１０ｓｅｃ未満であるＮＯの場合には、氷結カウンタが１０ｓｅｃ経過する前にＥＧＲバルブ２３が開動作したものと判断して、ステップＳＴ８３に進む。そして、ステップＳＴ８３において、ＥＧＲバルブ２３の氷結領域でないか否かを判定する。このステップＳＴ８３の判定が、ＥＧＲバルブ２３の氷結領域でないＹＥＳの場合には、ステップＳＴ８４において、ＥＧＲバルブ２３の故障と判断して氷結判定フラグをＯＦＦにした後、図３のフローチャートのステップＳＴ９に進む一方、ＥＧＲバルブ２３の氷結領域であるＮＯの場合には、ＥＧＲバルブ２３が氷結により固着していると判断し、上記ステップＳＴ９に進む。

しかる後、ステップＳＴ９において、ＥＧＲバルブ２３の動作不良による異常フラグの算出を行う。具体的には、上記ステップＳＴ２において算出されたＥＧＲバルブ２３の目標ＥＧＲ開度と、上記ステップＳＴ３において読み込んだ実ＥＧＲ開度との差からＥＧＲバルブ２３の動作不良による異常判定を実施することで、異常フラグのＯＮまたはＯＦＦを算出している。このとき、上記ステップＳＴ８３の判定がＥＧＲバルブ２３の氷結領域であるＮＯであれば、ＥＧＲバルブ２３が氷結により固着していると判断して、ステップＳＴ９におけるＥＧＲバルブ２３の動作不良による異常フラグの算出は行われず、ＥＧＲバルブ２３の異常検出が回避されるようにしている。

それから、ステップＳＴ１０において、ＥＧＲバルブ２３の最終ＥＧＲデューティ比を算出する。具体的には、ＥＧＲバルブ２３の目標ＥＧＲ開度と実ＥＧＲ開度とに基づいて最終ＥＧＲデューティ比を算出する。

なお、上記ステップＳＴ４１によりＥＧＲバルブ２３の氷結水温ＴＨＷを算出する氷結水温算出手段３１が構成され、上記ステップＳＴ４２により氷結水温ＴＨＷとエンジン１の始動後における最低の吸気温ＴＨＡ１とに基づいてＥＧＲバルブ２３の氷結領域（図２に破線で示す領域）を設定する氷結領域設定手段３２が構成されている。

このように、エンジン１の始動後における最低の吸気温ＴＨＡ１および現在の吸気温ＴＨＡ２のうちの温度が低い方の吸気温ＴＨＡ１またはＴＨＡ２を引数とする吸気温マップを用いて算出されたＥＧＲバルブ２３の氷結水温ＴＨＷと、エンジン１の始動後における最低の吸気温ＴＨＡ１とに基づいてＥＧＲバルブ２３の氷結領域が設定されるので、現在の吸気温とこれを引数とする吸気温マップを用いたＥＧＲバルブの氷結水温とに基づいてＥＧＲバルブの氷結領域を設定していたもののように、寒冷時の屋外から暖かな屋内への車両の移動によって現在の吸気温ＴＨＡ２が上昇した際に氷結領域から逸脱してしまうことがない。これにより、現在の吸気温ＴＨＡ２の変化によってＥＧＲバルブ２３の氷結領域からの逸脱が防止され、ＥＧＲバルブ２３が未だ氷結しているにもかかわらずＥＧＲバルブ２３の開閉動作の不履行が検出禁止条件（氷結領域）から外れることはなく、ＥＧＲバルブ２３の氷結による異常の検出を確実に禁止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、バルブとしてＥＧＲバルブ２３を適用した場合について述べたが、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の吸気管（気体通路）に設けられるスロットルバルブがバルブとして適用されていてもよいのはもちろんである。また、バリアブルノズルターボの可動式のノズルベーンなどがバルブとして適用されていてもよい。

また、上記実施形態では、エアクリーナ１２の下流側において吸気管１１内における吸気温を検出する吸気温センサ１３を設けたが、ＥＧＲ配管内における気体の温度つまり外気導入口からの吸気管を介した気体の温度（気体温）をＥＧＲバルブの近傍において検出する気体温検出手段が設けられていてもよい。

更に、上記実施形態では、エンジン１始動後における吸気管１１内での最低の吸気温ＴＨＡ１を用いたが、エンジン始動後のＥＧＲ配管外（気体通路外）における外気温を検出する外気温センサを気体温検出手段として用い、ＥＧＲ配管外での最低の外気温および現在の外気温のうちの温度が低い方の外気温を引数とする外気温マップを用いてバルブの氷結水温を算出するようにしてもよい。また、インタークーラを備えた過給機を付設している場合に、インタークーラにより冷却された吸気温を検出する吸気温センサを気体温検出手段として用い、この吸気温センサにより検出された吸気管内での最低の吸気温および現在の吸気温のうちの温度が低い方の吸気温を引数とする吸気温マップを用いてバルブの氷結水温を算出するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係るエンジンの制御装置全体の概略構成を示す概略構成図である。 ＥＧＲバルブの氷結水温およびエンジンの始動後における最低の吸気温に基づいて設定された氷結領域を示す図である。 ＥＣＵによる氷結領域でのＥＧＲバルブの異常検出を回避する制御の流れを示すフローチャート図である。 ＥＧＲバルブの氷結領域前提条件の判定の流れを詳細に示すフローチャート図である。 ＥＧＲバルブのＯＮカウンタの算出の流れを詳細に示すフローチャート図である。 氷結領域判定フラグの算出の流れを詳細に示すフローチャート図である。 ＥＧＲバルブの氷結カウンタの算出の流れを詳細に示すフローチャート図である。 ＥＧＲバルブの氷結判定フラグの算出の流れを詳細に示すフローチャート図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
１０ 外気導入口
１３ 吸気温センサ（気体温検出手段）
２２ ＥＧＲ配管（気体通路）
２３ ＥＧＲバルブ（バルブ）
３ ＥＣＵ（制御装置）
３１ 氷結水温算出手段
３２ 氷結領域設定手段
ＴＨＡ１ 最低の吸気温（最低の気体温）
ＴＨＡ２ 現在の吸気温（現在の気体温）
ＴＨＷ 氷結水温

Claims (2)

1. 内燃機関の外気導入口に連通する気体通路に設けられて開閉動作を行うことにより上記気体通路を流れる気体の流量を可変とするバルブを備え、このバルブが氷結して動作不良を起こす氷結領域にあるときに、上記バルブの動作不良による異常検出を回避するようにした内燃機関の制御装置において、
   上記気体通路内または上記気体通路外における気体温を検出する気体温検出手段と、
   上記気体温検出手段により検出された上記内燃機関の始動後における最低の気体温および現在の気体温のうちの温度が低い方の気体温を引数とする気体温マップを用いて上記バルブの氷結水温を算出する氷結水温算出手段と、
   上記氷結水温算出手段により算出された上記バルブの氷結水温および上記内燃機関の始動後における最低の気体温に基づいて上記バルブの氷結領域を設定する氷結領域設定手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   上記バルブとしては、上記内燃機関の排気の一部を吸気系に還流させる排気還流量を調整するＥＧＲバルブが適用されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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