JP2010127243A - 内燃機関の故障診断装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の故障診断装置において、排気絞り弁開故障と低圧ＥＧＲ弁閉故障とを同時に区別して診断する技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の減速時に、排気絞り弁を可能な限り閉じると共に低圧ＥＧＲ弁を全開にし（Ｓ１０２）、エアフローメータが検知する新気の量の変化量が所定量より少なく（Ｓ１０３−Ｙｅｓ）、且つ、排気圧力センサが検知する排気の圧力が所定圧力より小さい（Ｓ１０４−Ｙｅｓ）場合には、排気絞り弁の開故障と診断し（Ｓ１０５）、エアフローメータが検知する新気の量の変化量が所定量より少なく（Ｓ１０３−Ｙｅｓ）、且つ、排気圧力センサが検知する排気の圧力が所定圧力以上（Ｓ１０４−Ｎｏ）の場合には、低圧ＥＧＲ弁の閉故障と診断する（Ｓ１０６）。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の故障診断装置に関する。
内燃機関の減速時に、排気絞り弁を全閉にすると共に低圧ＥＧＲ弁を全開にし、その時の新気の量の変化量から排気絞り弁の故障を診断する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１記載の技術では、排気絞り弁の故障を診断するだけであり、他の故障を診断できなかった。
特開２００８−１２８１１４号公報 特開２００１−２０７９１７号公報 特開２００４−０６０６０１号公報
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の故障診断装置において、排気絞り弁開故障と低圧ＥＧＲ弁閉故障とを同時に区別して診断する技術を提供することにある。
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路に配置され、前記低圧ＥＧＲ通路内を流通する低圧ＥＧＲガスの量を調節する低圧ＥＧＲ弁と、
前記低圧ＥＧＲ通路との接続部位より下流の前記排気通路に配置され、前記排気通路内を流通する排気の量を調節する排気絞り弁と、
前記低圧ＥＧＲ通路との接続部位より上流の前記吸気通路に配置され、前記吸気通路内を流通する新気の量を検知する新気量検知手段と、
前記タービンより下流且つ前記排気絞り弁より上流の前記排気通路に配置され、前記排気通路内を流通する排気の圧力を検知する排気圧力検知手段と、
前記内燃機関の減速時に、前記排気絞り弁を可能な限り閉じると共に前記低圧ＥＧＲ弁を全開にし、前記新気量検知手段が検知する新気の量の変化量が所定量より少なく、且つ、前記排気圧力検知手段が検知する排気の圧力が所定圧力より小さい場合には、前記排気絞り弁が開いたまま閉じられない排気絞り弁開故障と診断し、前記新気量検知手段が検知する新気の量の変化量が所定量より少なく、且つ、前記排気圧力検知手段が検知する排気の圧力が所定圧力以上の場合には、前記低圧ＥＧＲ弁が閉じたまま開かない低圧ＥＧＲ弁閉故障と診断する故障診断手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の故障診断装置である。
ここで、内燃機関の減速時に、排気絞り弁を可能な限り閉じると共に低圧ＥＧＲ弁を全開にしたときの、新気量検知手段が検知する新気の量の変化量の所定量とは、当該新気の量の変化量がその所定量よりも少ない場合に、排気絞り弁開故障又は低圧ＥＧＲ弁閉故障のどちらかが生じていると判断できる閾値であり、予め実験や検証等により求められている。また、内燃機関の減速時に、排気絞り弁を可能な限り閉じると共に低圧ＥＧＲ弁を全
開にしたときの、排気圧力検知手段が検知する排気の圧力の所定圧力とは、当該排気の圧力がその所定圧力より小さい場合に、排気絞り弁開故障が生じていると判断でき、当該排気の圧力がその所定圧力以上の場合に、低圧ＥＧＲ弁閉故障が生じていると判断できる閾値であり、予め実験や検証等により求められている。
本発明によると、内燃機関の減速時に、排気絞り弁を可能な限り閉じると共に低圧ＥＧＲ弁を全開にすることにより、排気絞り弁開故障と低圧ＥＧＲ弁閉故障とを同時に区別して診断することができる。
本発明によると、内燃機関の故障診断装置において、排気絞り弁開故障と低圧ＥＧＲ弁閉故障とを同時に区別して診断することができる。
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の故障診断装置を適用する内燃機関、及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。各気筒２には、燃料タンクから燃料供給通路を介して燃料としての軽油が供給され、気筒２内へ軽油を適宜の量且つ適宜のタイミングで噴射する燃料噴射弁３が設けられている。内燃機関１には、吸気通路４及び排気通路５が接続されている。
内燃機関１に接続された吸気通路４の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ６のコンプレッサ６ａが配置されている。コンプレッサ６ａよりも上流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する新気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が配置されている。エアフローメータ７により、内燃機関１に吸入される新気の量が測定される。本実施例におけるエアフローメータ７が本発明の新気量検知手段に相当する。なお、新気とは、吸気の内外気から内燃機関１に取り込まれる吸気である。
コンプレッサ６ａよりも下流の吸気通路４には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ８が配置されている。インタークーラ８よりも下流の吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する吸気の量を調節するスロットル弁９が配置されている。スロットル弁９は、電動アクチュエータにより開閉される。これら吸気通路４及びそれに配置された機器が内燃機関１に吸気を取り入れるための吸気系を構成している。
一方、内燃機関１に接続された排気通路５の途中には、ターボチャージャ６のタービン６ｂが配置されている。タービン６ｂよりも下流の排気通路５には、当該排気通路５を流通する排気の圧力に応じた信号を出力する排気圧力センサ１０が配置されている。排気圧力センサ１０により、タービン６ｂ下流且つ後述する排気絞り弁１２上流の排気の圧力が測定される。本実施例における排気圧力センサ１０が本発明の排気圧力検知手段に相当する。排気圧力センサ１０よりも下流の排気通路５には、排気中のＰＭ（微粒子物質）を捕集するＤＰＦ１１が配置されている。ＤＰＦ１１には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されている。ＤＰＦ１１は、いわゆるＮＯｘ還元制御、ＳＯｘ被毒回復制御、及びＰＭ酸化除去制御といったＤＰＦ１１の性能を回復させる制御の際に軽油が供給される場合がある。ＤＰＦ１１よりも下流の排気通路５には、該排気通路５内を流通する排気の量を調節する排気絞り弁１２が配置されている。排気絞り弁１２は、電動アクチュエータにより開閉される。これら排気通路５及びそれに配置された機器が内燃機関１から排気を排出させるた
めの排気系を構成している。
そして、内燃機関１には、排気通路５内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路４へ還流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。本実施例では、低圧ＥＧＲ装置３０によって還流される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲガスが流通する低圧ＥＧＲ通路３１と、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスの量を調節する低圧ＥＧＲ弁３２と、を有する。
低圧ＥＧＲ通路３１は、ＤＰＦ１１よりも下流且つ排気絞り弁１２よりも上流の排気通路５と、コンプレッサ６ａよりも上流且つエアフローメータ７よりも下流の吸気通路４とを接続している。低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧ＥＧＲガスとして低圧で内燃機関１へ送り込まれる。
低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１に配置され、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスの量を調節する。低圧ＥＧＲ弁３２は、電動アクチュエータにより開閉される。
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１３が併設されている。ＥＣＵ１３は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
ＥＣＵ１３には、エアフローメータ７、排気圧力センサ１０、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１４、及び機関負荷を算出するアクセルポジションセンサ１５が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１３に入力されるようになっている。
一方、ＥＣＵ１３には、燃料噴射弁３、並びに、スロットル弁９、排気絞り弁１２及び低圧ＥＧＲ弁３２のアクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１３によりこれらの機器が制御される。
そして、本実施例では、内燃機関１の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ弁３２を用い低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスの量を調節する。これにより、内燃機関１に吸入される吸気に低圧ＥＧＲガスを含んだ状態で内燃機関１を運転させる、いわゆるＥＧＲ運転を行い、吸気の酸素濃度を低下させて燃焼温度、燃焼速度を低下させて、燃焼時に発生するＮＯｘを低減させる効果を発揮させている。
ところで、排気絞り弁１２や低圧ＥＧＲ弁３２には、開いたまま閉じられない開故障や閉じたまま開かない閉故障等の故障が生じる場合がある。特に、排気絞り弁１２では、排気を通常排出せるため開弁状態であることが多く、開故障が生じるおそれが高い。また、低圧ＥＧＲ弁３２では、低圧ＥＧＲガスの流通が制限されるため閉弁状態であることが多く、閉故障が生じるおそれが高い。排気絞り弁１２や低圧ＥＧＲ弁３２の故障は、排気への悪影響が大きいので、これらの故障を見つけ出すことが必要となっている。
そこで、本実施例では、排気絞り弁１２の開故障と、低圧ＥＧＲ弁３２の閉故障とを、同時に区別して診断するようにした。具体的には、内燃機関１の減速時に、排気絞り弁１２を可能な限り閉じると共に低圧ＥＧＲ弁３２を全開にする。そして、このとき、エアフローメータ７が検知する新気の量の変化量が所定量Ｃｇより少なく、且つ、排気圧力センサ１０が検知する排気の圧力が所定圧力Ｃｐより小さい場合には、排気絞り弁１２の開故障と診断する。また、エアフローメータ７が検知する新気の量の変化量が所定量Ｃｇより少なく、且つ、排気圧力センサ１０が検知する排気の圧力が所定圧力Ｃｐ以上の場合には
、低圧ＥＧＲ弁３２の閉故障と診断する。
内燃機関１の減速時に上記診断を行うこととしたのは、内燃機関１の減速時は排気絞り弁１２や低圧ＥＧＲ弁３２を強制的に制御しても、内燃機関１の運転状態に悪影響を及ぼさないからである。
ここで、内燃機関１の減速時に、排気絞り弁１２を可能な限り閉じると共に低圧ＥＧＲ弁３２を全開にしたときの、エアフローメータ７が検知する新気の量の変化量の所定量Ｃｇとは、当該新気の量の変化量がその所定量Ｃｇよりも少ない場合に、排気絞り弁１２の開故障又は低圧ＥＧＲ弁３２の閉故障のどちらかが生じていると判断できる閾値であり、予め実験や検証等により求められている。また、内燃機関１の減速時に、排気絞り弁１２を可能な限り閉じると共に低圧ＥＧＲ弁３２を全開にしたときの、排気圧力センサが検知する排気の圧力の所定圧力Ｃｐとは、当該排気の圧力がその所定圧力Ｃｐより小さい場合に、排気絞り弁１２の開故障が生じていると判断でき、当該排気の圧力がその所定圧力以上の場合に、低圧ＥＧＲ弁３２の閉故障が生じていると判断できる閾値であり、予め実験や検証等により求められている。
本実施例によると、内燃機関１の減速時に、排気絞り弁１２を可能な限り閉じると共に低圧ＥＧＲ弁３２を全開にすることにより、排気絞り弁１２の開故障と低圧ＥＧＲ弁３２の閉故障とを同時に区別して診断することができる。
次に、本実施例による排気絞り弁１２の開故障と低圧ＥＧＲ弁３２の閉故障とを同時に区別して診断する故障診断ルーチンについて説明する。図２は、本実施例による故障診断ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。本ルーチンを実行するＥＣＵ１３が本発明の故障診断手段に相当する。
ステップＳ１０１では、内燃機関１が減速時であるか否かを判別する。内燃機関１が減速時あるか否かは、アクセルポジションセンサ１５等の出力信号から判断される。
ステップＳ１０１において肯定判定された場合には、ステップＳ１０２へ移行する。ステップＳ１０１において否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
ステップＳ１０２では、排気絞り弁１２を可能な限り閉じると共に低圧ＥＧＲ弁３２を全開にする。排気絞り弁１２を全閉にしてしまうと内燃機関１から排出される排気が詰まり内燃機関１に悪影響を及ぼすので、排気絞り弁１２を可能な限り閉じることとしている。ここで、排気絞り弁１２を可能な限り閉じるとは、例えば、排気絞り弁１２のアクチュエータに通常供給している電力で全閉指令を出し、この指令にもかかわらず排気絞り弁１２が全閉とならなければ、排気絞り弁１２をその閉じ開度で維持することで達成される。
ステップＳ１０３では、エアフローメータ７で検知する新気の量の変化量が所定量Ｃｇよりも少ないか否かを判別する。具体的には、ステップＳ１０２以前のエアフローメータ７で検知する新気の量と、ステップＳ１０２以後のエアフローメータ７で検知する新気の量との差の絶対値を変化量とし、当該変化量と所定量Ｃｇとを比較して行う。
ステップＳ１０３において肯定判定された場合には、ステップＳ１０４へ移行する。ステップＳ１０３において否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
ステップＳ１０４では、排気圧力センサ１０で検知する排気の圧力が所定圧力Ｃｐよりも小さいか否かを判別する。
ステップＳ１０４において肯定判定された場合には、ステップＳ１０５へ移行する。ステップＳ１０４において否定判定された場合には、ステップＳ１０６へ移行する。
ステップＳ１０５では、排気絞り弁１２の開故障と診断する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
一方、ステップＳ１０６では、低圧ＥＧＲ弁３２の閉故障と診断する。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
本ルーチンによると、内燃機関１が減速している一定時間内に、排気絞り弁１２を可能な限り閉じると共に低圧ＥＧＲ弁３２を全開にする制御を行うことで、容易に、排気絞り弁１２の開故障と低圧ＥＧＲ弁３２の閉故障とを同時に区別して診断することができる。
本発明に係る内燃機関の故障診断装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図。 実施例１に係る故障診断ルーチンを示すフローチャート。
符号の説明
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 吸気通路
５ 排気通路
６ ターボチャージャ
６ａ コンプレッサ
６ｂ タービン
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ スロットル弁
１０ 排気圧力センサ
１１ ＤＰＦ
１２ 排気絞り弁
１３ ＥＣＵ
１４ クランクポジションセンサ
１５ アクセルポジションセンサ
３０ 低圧ＥＧＲ装置
３１ 低圧ＥＧＲ通路
３２ 低圧ＥＧＲ弁

Claims (1)

  1. 内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
    前記タービンより下流の前記排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
    前記低圧ＥＧＲ通路に配置され、前記低圧ＥＧＲ通路内を流通する低圧ＥＧＲガスの量を調節する低圧ＥＧＲ弁と、
    前記低圧ＥＧＲ通路との接続部位より下流の前記排気通路に配置され、前記排気通路内を流通する排気の量を調節する排気絞り弁と、
    前記低圧ＥＧＲ通路との接続部位より上流の前記吸気通路に配置され、前記吸気通路内を流通する新気の量を検知する新気量検知手段と、
    前記タービンより下流且つ前記排気絞り弁より上流の前記排気通路に配置され、前記排気通路内を流通する排気の圧力を検知する排気圧力検知手段と、
    前記内燃機関の減速時に、前記排気絞り弁を可能な限り閉じると共に前記低圧ＥＧＲ弁を全開にし、前記新気量検知手段が検知する新気の量の変化量が所定量より少なく、且つ、前記排気圧力検知手段が検知する排気の圧力が所定圧力より小さい場合には、前記排気絞り弁が開いたまま閉じられない排気絞り弁開故障と診断し、前記新気量検知手段が検知する新気の量の変化量が所定量より少なく、且つ、前記排気圧力検知手段が検知する排気の圧力が所定圧力以上の場合には、前記低圧ＥＧＲ弁が閉じたまま開かない低圧ＥＧＲ弁閉故障と診断する故障診断手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の故障診断装置。
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