JP2010190111A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲガスクーラをバイパスするバイパス通路に設けられたバイパスバルブの固着ならびに固着の方向を、排圧の変化に影響されずに精度よく判定できるようにする。
【解決手段】ＥＧＲバルブを全開とし、バイパスバルブのＯＮ時の吸入空気量Q_byp_onとＯＦＦ時の吸入空気量Q_byp_offとを比較して、両者が近似していれば、固着と判定する（ステップ２〜５）。ＥＧＲバルブの全閉時の吸入空気量Qe0と１５度の開度のときの吸入空気量Qe15との比（Qe15／Qe0）から、排圧を求め、この排圧に対して、ＯＮ側、ＯＦＦ側の閾値SL_byp_on、SL_byp_offを求める（ステップ６〜９）。ＥＧＲバルブ全開時の吸入空気量Q_byp_offと全閉時の吸入空気量Qe0との比R_ocを、これらの閾値と比較して、ＯＮ側固着、ＯＦＦ側固着、半開固着、に判定する（ステップ１０〜１５）。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の排気還流装置に関し、特に、ＥＧＲガスクーラをバイパスさせるためのバイパスバルブの固着の有無を診断するようにした排気還流装置に関する。

内燃機関の排気系から吸気系へ排気の一部を還流させる排気還流装置においては、ＥＧＲガスの温度を低下させるために外気ないし冷却水等と熱交換を行うＥＧＲガスクーラを設けることが広くなされているが、このＥＧＲガスクーラを備えた構成において、さらに、特許文献１，２等に開示されているように、特定の運転条件におけるＥＧＲガスの過冷却を回避するために、ＥＧＲガスクーラと並列にバイパス通路を設けるとともに、両者の分岐部にバイパスバルブを設け、ＥＧＲガスクーラをバイパスしてＥＧＲガスを供給できるようにすることが提案されている。なお、このバイパスバルブとしては、２値的つまりＯＮ−ＯＦＦ的に開閉動作するものや、開度を連続的に可変制御できる形式のものがある。

そして、このようにバイパスバルブを設けた場合に、このバイパスバルブが排気中の異物や汚損により固着し作動不能となる懸念があるので、特許文献２では、このバイパスバルブの固着を吸入空気量の変化から検出する技術を開示している。ここでは、バイパスバルブを全閉に制御したときと全開に制御したときとを比較して、吸入空気量が変化しなければ、バイパスバルブが固着していると判定する。また、固着と検出した場合には、機関回転速度等から定まるバイパスバルブ正常時の基準の吸入空気量とそのときの吸入空気量とを対比することで、全開側に固着しているか全閉側に固着しているかを判定するようにしている。

特開２００７−１００６８０号公報 特開２００３−２４７４５９号公報

しかしながら、上記特許文献２の技術では、排気系の排圧が何ら考慮されておらず、例えば排気系にターボ過給機を備えている場合や排気フィルタないし排気触媒における堆積物の増加などの排圧増減が大きい場合には、排圧によって吸入空気量が増減するため固着位置の正確な診断を期待することができない。

この発明に係る内燃機関の排気還流装置は、内燃機関の排気系から吸気系へ排気の一部を還流させるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に介装され、吸気系へ還流するＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブと、上記ＥＧＲ通路の一部として互いに並列に設けられたガスクーラ通路およびバイパス通路と、上記ガスクーラ通路に介装されたＥＧＲガスクーラと、上記ガスクーラ通路とバイパス通路との流量割合を調整するバイパスバルブと、を備えた内燃機関に適用される。

そして、上記バイパスバルブの目標開度を変化させたときの吸入空気量の変化から該バイパスバルブの固着を検出する固着検出手段と、排圧を直接もしくは間接に検出する排圧検出手段と、を備え、上記バイパスバルブの固着が検出された場合には、上記ＥＧＲバルブを所定の開度に設定したときの吸入空気量と上記排圧とに基づいて上記バイパスバルブの固着位置を判定する。

この発明によれば、排圧の影響を排除してバイパスバルブの固着の有無ならびに全閉側の固着であるか全開側の固着であるかを精度よく診断することができる。

この発明が適用される内燃機関の全体的構成を示す構成説明図。 この実施例におけるバイパスバルブの診断の処理の流れを示すフローチャート。 第１制御マップの特性を示す特性図。 第２制御マップの特性を示す特性図。

図１は、この発明が適用される内燃機関の一例として過給機付ディーゼルエンジン１の全体的構成を示している。このディーゼルエンジン１は、コモンレール式の燃料噴射装置を備えたもので、各気筒の燃焼室２の上部中央に燃料噴射ノズル３を有し、サプライポンプ４により加圧された燃料が蓄圧室（コモンレール）５に蓄えられたあとに各気筒の燃料噴射ノズル３に分配され、各燃料噴射ノズル３の開閉に応じてそれぞれ噴射される。上記蓄圧室５には、燃料圧力（レール圧）を検出するための燃料圧力センサ６が設けられている。

また、このディーゼルエンジン１は、排気タービン１２とコンプレッサ１３とを同軸状に備えた可変ノズル型ターボ過給機１１を有している。コンプレッサ１３から燃焼室２に至る吸気通路１４には、インタークーラ１５が介装されている。燃焼室２から排気タービン１２に至る排気通路１６の途中から、排気の一部を吸気系に還流させるためのＥＧＲ通路１７が分岐しており、このＥＧＲ通路１７の先端は、吸気コレクタ１８に接続されている。このＥＧＲ通路１７の中間部は、部分的に、２本の並列な通路、つまりガスクーラ通路１９とバイパス通路２０とに別れており、一方のガスクーラ通路１９に、外気もしくは冷却水ないし潤滑油と熱交換することでＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスクーラ２１が介装されている。そして、ガスクーラ通路１９とバイパス通路２０との分岐部には、各々の通路へ向かうＥＧＲガスの流量割合を調整するためにバイパスバルブ２２が介装されている。このバイパスバルブ２２としては、例えば、ガスクーラ通路１９あるいはバイパス通路２０の一方を選択的に閉じる切換弁型の構成、あるいは相対的に通路抵抗の小さなバイパス通路２０を開閉することで２つの通路の流量割合を変える開閉弁型の構成、など種々の形式のバルブを用いることができる。また、開度を連続的に可変制御し得る形式あるいは２値的にＯＮ−ＯＦＦ動作する形式のいずれでも本発明を適用できるが、本実施例では、２値的にＯＮ−ＯＦＦ動作する形式となっており、ＯＮ時にはバイパス通路２０側にＥＧＲガスが流れ、ＯＦＦ時にはガスクーラ２１側にＥＧＲガスが流れる構成となっている。つまり、この例では、ＯＮ時がバイパス通路２０の全開状態、ＯＦＦ時がバイパス通路２０の全閉状態に対応する。なお、バイパスバルブ２２は、ガスクーラ通路１９やバイパス通路２０の出口側にあってもよく、あるいは通路の途中にあってもよい。

また、ＥＧＲ通路１７のガスクーラ通路１９やバイパス通路２０よりも下流側の部分に、ＥＧＲ量を調整すべく開度が連続的に可変制御可能な適宜な形式のＥＧＲバルブ２３が介装されている。

吸気通路１４のコンプレッサ１３よりも上流側には、エアクリーナ２４およびエアフロメータ２５を備えている。

上記ＥＧＲバルブ２３およびバイパスバルブ２２は、冷却水温等の温度条件を含む機関運転状態に応じて図示せぬコントロールユニットによってその開度やＯＮ−ＯＦＦ状態が制御されるものであり、所定の診断条件が成立したときに、その正常な動作を保証すべく自己診断が行われる。

図２は、本実施例の要部であるバイパスバルブ２２の自己診断の処理の流れを示すフローチャートである。

これは、ステップ１に示すように、機関がアイドル条件にあることを条件として行われる。特に、ＥＧＲガス量が診断用に強制的に増減変化するので、運転性の悪化を回避するために、暖機後のアイドル条件であることが望ましい。

診断が開始すると、ステップ２で、強制的に、ＥＧＲバルブ２３を全開とし、かつバイパスバルブ２２をＯＮとして、エアフロメータ２５により検出されるそのときの吸入空気量を、「ＥＧＲバルブ全開時バイパスバルブＯＮ時空気量Q_byp_on」として読み込む。続いて、ステップ３で、バイパスバルブ２２をＯＦＦとし、そのときの吸入空気量を、「ＥＧＲバルブ全開時バイパスバルブＯＦＦ時空気量Q_byp_off」として読み込む。次に、ステップ３で、両者の差（Q_byp_off−Q_byp_on）の絶対値を所定の許容値εと比較する。バイパスバルブ２２が正常に動作していれば、バイパスバルブ２２のＯＮ−ＯＦＦの切換に伴って吸気コレクタ１８に流入するＥＧＲガスの温度が変化するので、エアフロメータ２５を通過して取り込まれる新気量つまり吸入空気量が変化する。従って、両者の差つまり吸入空気量の変化量が許容値εよりも小さければ、バイパスバルブ２２が固着していると判定し、ステップ６以降の処理に進む。他方、許容値ε以上の変化があれば、バイパスバルブ２２は正常に動作しているとみなし、ステップ５へ進んで診断を終了する。

ステップ６以降では、どのような状態で固着しているかの診断を行うが、ステップ６〜８では、その診断の前提となるその時点の排圧の推定を行う。まず、ステップ６で、ＥＧＲバルブ２３を全閉に切り換え、そのときの吸入空気量を、「ＥＧＲバルブ全閉時空気量Qe0」として読み込む。なお、ステップ６以降では、バイパスバルブ２２がある開度で固着していることを前提としているので、バイパスバルブ２２に対するＯＮ−ＯＦＦの指示は吸入空気量に影響しない。従って、ステップ６以降の処理は、バイパスバルブ２２の目標開度が全開（ＯＮ），全閉（ＯＦＦ）のいずれであってもよい。

ステップ７では、ＥＧＲバルブ２３の開度を小開度側の適宜な開度、例えば１５度（ここでは９０度を全開とする）に開き、そのときの吸入空気量を、「ＥＧＲバルブ開度１５度時空気量Qe15」として読み込む。

次に、ステップ８で、両者の比（Qe15／Qe0）を求めるとともに、この比（Qe15／Qe0）に対応する排圧の値を、図３に示すような特性の第１制御マップ（ＭＡＰ１）を参照して求める。この排圧の測定原理は、第１に、ＥＧＲガスの吸気系への還流がないとき（ＥＧＲバルブ２３全閉時）に比較して、ＥＧＲガスが還流する（ＥＧＲバルブ２３開時）と、それだけ吸入空気量が減少すること、第２には、ＥＧＲガスの還流量は、ＥＧＲバルブ２３の開度が一定（例えば１５度）であれば排圧が高いほど増加し、それに応じて吸入空気量が減少すること、の２つの関係を利用している。ここでは、ＥＧＲガス流量が全体的に低いほど、排圧に対する感度が高くなり、従って、ＥＧＲバルブ２３の全閉時と１５度の開度のときとを比較することで、そのときの排圧を十分な精度で推定できる。

つまり、この実施例では、排圧センサを具備せずに診断の前提となる排圧の値を同じエアフロメータ２５の検出信号を利用して得ることができる。しかも、ここでは、機関回転速度等の機関運転条件を考慮する必要がなく、２つの吸入空気量の比から直接的に排圧を推定し得る。

次に、ステップ９では、この排圧の値を用いて、図４に示すような特性の第２制御マップ（ＭＡＰ２）を参照して、バイパスバルブＯＮ側の固着（全開側固着）に対応するＯＮ側固着閾値SL_byp_onと、バイパスバルブＯＦＦ側の固着（全閉側固着）に対応するＯＦＦ側固着閾値SL_byp_offと、を算出する。

ステップ１０では、ステップ３で求めた「ＥＧＲバルブ全開時バイパスバルブＯＦＦ時空気量Q_byp_off」とステップ６で求めた「ＥＧＲバルブ全閉時空気量Qe0」との比R_oc（＝Q_byp_off／Qe0）を算出する。なお、前述したように、バイパスバルブ２２が既に固着しているこの段階では、バイパスバルブ２２のＯＮ−ＯＦＦは特に意味がないので、「ＥＧＲバルブ全開時バイパスバルブＯＦＦ時空気量Q_byp_off」に代えてステップ２の「ＥＧＲバルブ全開時バイパスバルブＯＮ時空気量Q_byp_on」を用いてもよい。これは、バイパスバルブ２２が全開側での固着であるか全閉側での固着であるかは特定できないが、固着時には「ＥＧＲバルブ全開時バイパスバルブＯＦＦ時空気量Q_byp_off」と「ＥＧＲバルブ全開時バイパスバルブＯＮ時空気量Q_byp_on」とは実質的に等しい値になるからである。

従って、この比（Q_byp_off／Qe0）は、バイパスバルブ２２がある開度で固着している状態において、ＥＧＲバルブ２３を全閉にしているときの吸入空気量（Qe0）に比較して、ＥＧＲバルブ２３を全開にしたときの吸入空気量（Q_byp_off）がどの程度の割合であるかを示している。ＥＧＲバルブ２３を全開としてＥＧＲガスが還流すれば、エアフロメータ２５が検出する吸入空気量は減少するが、バイパスバルブ２２の固着によってそのときにＥＧＲガスが主にバイパス通路２０を通り、高温のまま還流すれば、吸入空気量はそれだけ大きく減少する。つまり、比R_oc（＝Q_byp_off／Qe0）は小さくなる。逆に、ＥＧＲガスがバイパスバルブ２２の固着によって主にＥＧＲガスクーラ２１を通過して低温となって還流すれば、吸入空気量の減少の程度は小さい。つまり、比R_oc（＝Q_byp_off／Qe0）は、比較的大きくなる。図４に示す第２制御マップは、このような関係から、バイパスバルブ２２がＯＮ（全開）側の固着であると考えられる比R_ocの値をＯＮ側固着閾値SL_byp_onとして排圧を１つのパラメータとして割り付け、同様に、バイパスバルブ２２がＯＦＦ（全閉）側の固着であると考えられる比R_ocの値をＯＦＦ側固着閾値SL_byp_offとして割り付けたものである。

ステップ１１では、ステップ９で設定したそのときの排圧に対応したＯＮ側固着閾値SL_byp_onと上記の比R_ocとを大小比較する。同様に、ステップ１２では、ステップ９で設定したそのときの排圧に対応したＯＦＦ側固着閾値SL_byp_offと上記の比R_ocとを大小比較する。比R_ocがＯＮ側固着閾値SL_byp_onよりも小さければ、ステップ１３へ進み、バイパスバルブ２２はＯＮ側固着状態であると判定する。比R_ocがＯＦＦ側固着閾値SL_byp_offよりも大きければ、ステップ１４へ進み、バイパスバルブ２２はＯＦＦ側固着状態であると判定する。さらに、ステップ１１，１２の双方がＮＯであれば、つまり比R_ocが２つの閾値SL_byp_onおよびSL_byp_offの中間の値であれば、ステップ１５へ進み、バイパスバルブ２２は半開固着状態であると判定する。

なお、上記実施例では、内燃機関の例としてターボ過給機付ディーゼルエンジンに本発明を適用したが、この発明は、これに限定されず、ガソリンエンジンにも同様に適用でき、勿論、ターボ過給機を具備しない場合でも同様の診断を行うことが可能である。

また、上記実施例では、排気圧力を推定により求めたが、排気圧センサを排気通路に搭載し、排気圧センサの出力値をそのまま用いてもよい。

また、上記実施例では、バイパスバルブ２２の固着位置を特定するために、「ＥＧＲバルブ全開時バイパスバルブＯＦＦ時空気量Q_byp_off」と「ＥＧＲバルブ全閉時空気量Qe0」との比R_oc（＝Q_byp_off／Qe0）を用いてバイパスバルブ２２がどの開度で固着しているかを判定したが、単に、ＥＧＲバルブ全開時の空気量のみを用いて診断を行ってもよい。

この場合は、ＥＧＲバルブが全開のときにバイパスバルブ２２の開度に応じて吸入空気量がどのように変化するかを予め実験で求めておき、判定値としてコントロールユニットに格納しておけばよい。排気圧の影響を考慮するのは上記実施例と同様である。

また、上記実施例では全て比を用いたが、差を用いてもよい。

１…ディーゼルエンジン
１１…ターボ過給機
１４…吸気通路
１７…ＥＧＲ通路
１８…吸気コレクタ
１９…ガスクーラ通路
２０…バイパス通路
２１…ＥＧＲガスクーラ
２２…バイパスバルブ
２３…ＥＧＲバルブ
２５…エアフロメータ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気系から吸気系へ排気の一部を還流させるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に介装され、吸気系へ還流するＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブと、上記ＥＧＲ通路の一部として互いに並列に設けられたガスクーラ通路およびバイパス通路と、上記ガスクーラ通路に介装されたＥＧＲガスクーラと、上記ガスクーラ通路とバイパス通路との流量割合を調整するバイパスバルブと、を備えた内燃機関の排気還流装置において、
   ＥＧＲバルブが開弁している状態で上記バイパスバルブの開度を変化させたときの吸入空気量の変化に基づいて該バイパスバルブの固着を検出する固着検出手段と、排圧を検出もしくは推定する排圧検出手段と、を備え、
   上記バイパスバルブの固着が検出された場合には、上記ＥＧＲバルブを所定の開度に設定したときの吸入空気量と上記排圧とに基づいて上記バイパスバルブの固着位置を判定する固着状態判定手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 上記固着状態判定手段は、排圧に応じて全閉側固着閾値と全開側固着閾値とを設定する閾値設定手段をさらに備え、
   固着と判定したときに、上記ＥＧＲバルブの開度が相対的に小さい第１の開度のときの第１の吸入空気量と開度が相対的に大きい第２の開度のときの第２の吸入空気量とに基づいて得られる値を、上記全閉側固着閾値および全開側固着閾値と比較して、全閉側固着と全開側固着とを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還流装置。
3. 上記固着状態判定手段は、全閉側固着でも全開側固着でもないときに半開固着で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還流装置。
4. 上記排圧検出手段は、上記ＥＧＲバルブの小開度側での開度変化に対する吸入空気量の変化から排圧を推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。
5. 上記排圧検出手段は、排気系に設けられた排圧センサからな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還流装置。
6. 上記ＥＧＲバルブが全閉のときの吸入空気量と、上記ＥＧＲバルブの開度が所定の小開度のときの吸入空気量と、の比を求め、所定のマップを参照して、この比に対応する排圧を求めることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気還流装置。
7. 内燃機関がアイドル条件であることを条件としてバイパスバルブの固着診断を実行することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。

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