JP2010242617A - Abnormality detection system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の異常検出システムに関する。 The present invention relates to an abnormality detection system for an internal combustion engine.
内燃機関の吸気系や排気系における漏れの発生を判定する方法が提案されている。例えば特許文献1には、アイドル時における吸気管圧が所定の値よりも大きい場合に吸気系に漏れが生じていると判定する技術が記載されている。特許文献2には、排気ブレーキ装置を作動させた時の吸気管圧が所定の値よりも大きい場合に吸気系に漏れが生じていると判定する技術が記載されている。
A method has been proposed for determining the occurrence of leakage in the intake system and exhaust system of an internal combustion engine. For example,
排気の一部を吸気系に戻すEGR装置を備えた内燃機関が知られている。特許文献3には、過給機のタービンより下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路とを連通する低圧EGR通路を介して排気の一部を吸気系に戻す低圧EGR装置と、タービンより上流の排気通路とコンプレッサより下流の吸気通路とを連通する高圧EGR通路を介して排気の一部を吸気系に戻す高圧EGR装置と、を備えた内燃機関が記載されている。 There is known an internal combustion engine including an EGR device that returns a part of exhaust gas to an intake system. Patent Document 3 discloses a low-pressure EGR device that returns a part of exhaust gas to an intake system via a low-pressure EGR passage that connects an exhaust passage downstream of a turbocharger turbine and an intake passage upstream of a compressor, and upstream of the turbine. And a high-pressure EGR device that returns a part of the exhaust gas to the intake system via a high-pressure EGR passage that communicates the exhaust passage with the intake passage downstream of the compressor.
本発明は、低圧EGR装置を備えた内燃機関において、吸気系及び排気系における漏れの発生を精度良く判定する技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique for accurately determining the occurrence of leakage in an intake system and an exhaust system in an internal combustion engine equipped with a low pressure EGR device.
上記の課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の異常検出システムは、
内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有する過給機と、
前記タービンより下流側の排気通路と前記コンプレッサより上流側の吸気通路とを連通する低圧EGR通路と、
前記低圧EGR通路の流路面積を変更する低圧EGR弁と、
前記低圧EGR通路の接続部より下流側の排気通路に設けられ該排気通路の流路面積を変更する排気絞り弁と、
前記スロットル弁より下流側の吸気通路に設けられ吸気の圧力を測定する吸気圧測定手段と、
前記低圧EGR通路の接続部より上流側の排気通路又は前記低圧EGR通路に設けられ排気の圧力を測定する排気圧測定手段と、
前記低圧EGR通路の接続部より上流側の吸気通路に設けられ該吸気通路を流れる吸気の流量を測定するエアフローセンサと、
前記内燃機関の燃料カット制御中に、前記低圧EGR弁を全開し、且つ、前記排気絞り弁を全閉し、その時の前記吸気圧測定手段によって測定される吸気の圧力が所定の吸気圧基準値以下で、且つ、前記エアフローセンサによって測定される吸気の流量が所定の吸気流量基準値以上である場合に、前記内燃機関に異常を検知する異常検知手段と、
前記異常検知手段により異常が検知された場合に、前記低圧EGR弁を全閉し、その時の前記排気圧測定手段によって測定される排気の圧力が所定の排気圧基準値以下であるときは、前記検知された異常は前記排気通路又は前記低圧EGR通路に生じた排気漏れであると判定し、そうでないときは、前記検知された異常は前記吸気通路に生じた吸気漏れであると判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, an abnormality detection system for an internal combustion engine according to the present invention includes:
A turbocharger having a turbine provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and a compressor provided in the intake passage of the internal combustion engine;
A low pressure EGR passage that communicates an exhaust passage downstream of the turbine and an intake passage upstream of the compressor;
A low pressure EGR valve that changes a flow path area of the low pressure EGR passage;
An exhaust throttle valve that is provided in the exhaust passage downstream of the connection portion of the low-pressure EGR passage and changes the flow passage area of the exhaust passage;
An intake pressure measuring means provided in an intake passage downstream of the throttle valve for measuring the pressure of the intake air;
An exhaust pressure measuring means for measuring the pressure of exhaust gas provided in the exhaust passage upstream of the connecting portion of the low pressure EGR passage or the low pressure EGR passage;
An air flow sensor that is provided in an intake passage upstream of a connection portion of the low-pressure EGR passage and measures a flow rate of intake air flowing through the intake passage;
During the fuel cut control of the internal combustion engine, the low pressure EGR valve is fully opened and the exhaust throttle valve is fully closed, and the intake pressure measured by the intake pressure measuring means at that time is a predetermined intake pressure reference value. An abnormality detection means for detecting an abnormality in the internal combustion engine when the intake flow rate measured by the air flow sensor is equal to or higher than a predetermined intake flow rate reference value;
When an abnormality is detected by the abnormality detecting means, the low pressure EGR valve is fully closed, and when the exhaust pressure measured by the exhaust pressure measuring means at that time is below a predetermined exhaust pressure reference value, It is determined that the detected abnormality is an exhaust leak that has occurred in the exhaust passage or the low-pressure EGR passage, and if not, the abnormality determination that determines that the detected abnormality is an intake leak that has occurred in the intake passage Means,
It is characterized by providing.
エアフローセンサによる測定値のばらつきは、エアフローセンサを通過する吸気の流量が多くなるほど大きくなる傾向がある。 The variation in the measured value by the air flow sensor tends to increase as the flow rate of the intake air passing through the air flow sensor increases.
本発明の異常検知手段による内燃機関の異常検知は、エアフローセンサによる測定値に基づいて行われるが、エアフローセンサによる測定を行う際に、排気絞り弁を全閉し且つ低圧EGR弁を全開した状態とするので、低圧EGRガス量が増加し且つエアフローセンサを通過する空気の流量が減少した状態でエアフローセンサによる測定を行うことができる。従って、ばらつきが少なく精度の高い測定値を得ることができるので、精度良く内燃機関の異常を検知することができる。 The abnormality detection of the internal combustion engine by the abnormality detection means of the present invention is performed based on the measurement value by the air flow sensor, but when the measurement by the air flow sensor is performed, the exhaust throttle valve is fully closed and the low pressure EGR valve is fully opened. Therefore, the measurement by the air flow sensor can be performed in a state where the amount of the low-pressure EGR gas is increased and the flow rate of the air passing through the air flow sensor is decreased. Therefore, a highly accurate measurement value with little variation can be obtained, so that an abnormality of the internal combustion engine can be detected with high accuracy.
また、本発明の異常検知手段は、エアフローセンサ及び吸気圧測定手段による測定値に基づいて異常を検知し、本発明の異常判定手段は、排気圧測定手段による測定値に基づいて異常を判定するが、これらの各測定手段は内燃機関の制御システムに通常備えられる一般的な構成要素である。従って、本発明によれば、異常検知及び異常判定のためにセンサ等の新たな構成要素を追加する必要がなく、低コストで内燃機関の異常検出システムを構成することができ、しかも検知された異常が吸気漏れであるか排気漏れであるかの判定も行うことができる。 Further, the abnormality detection means of the present invention detects an abnormality based on the measurement values by the air flow sensor and the intake pressure measurement means, and the abnormality determination means of the present invention determines the abnormality based on the measurement values by the exhaust pressure measurement means. However, each of these measuring means is a general component normally provided in an internal combustion engine control system. Therefore, according to the present invention, it is not necessary to add a new component such as a sensor for abnormality detection and abnormality determination, and an abnormality detection system for an internal combustion engine can be configured at a low cost. It can also be determined whether the abnormality is an intake leak or an exhaust leak.
本発明によれば、低圧EGR装置を備えた内燃機関において、吸気系及び排気系における漏れの発生を精度良く判定することが可能になる。 According to the present invention, in an internal combustion engine equipped with a low pressure EGR device, it is possible to accurately determine the occurrence of leakage in the intake system and the exhaust system.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention only to those unless otherwise specified.
図1は、本実施例に係る内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。図1においてエンジン1は4つの気筒2を備え、各気筒2には気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁29が備えられている。エンジン1には、エンジン1のクランクシャフトの回転角度を測定するクランク角度センサ22と、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を測定するアクセル開度センサ27と、が備えられている。各気筒2は吸気マニホールド5及び排気マニホールド6に連通している。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine and its intake system and exhaust system according to the present embodiment. In FIG. 1, the
吸気マニホールド5には、吸気マニホールド5における吸気の圧力(過給圧)を測定する吸気圧センサ24が備えられている。吸気マニホールド5には吸気通路3が接続されている。吸気通路3には、排気マニホールド6内の排気の一部を高温高圧で吸気通路3に導く高圧EGR通路9が接続されている。高圧EGR通路9の接続部より上流側の吸気通路
3には、吸気通路3の流路面積を変更可能なスロットル弁23が備えられている。スロットル弁23より上流側の吸気通路3には、吸気を冷却するインタークーラ11が備えられている。インタークーラ11より上流側の吸気通路3には、過給機のコンプレッサ7が備えられている。コンプレッサ7より上流側の吸気通路3には、排気通路4内の排気の一部を低温低圧で吸気通路3に導く低圧EGR通路12が接続されている。低圧EGR通路12の接続部より上流側の吸気通路3には、吸気通路3に流入する空気量を測定するエアフローセンサ25が備えられている。エアフローセンサ25より上流側の吸気通路3には、空気中の異物を取り除くエアクリーナ26が備えられている。
The
排気マニホールド6には上述した高圧EGR通路9が接続されており、排気マニホールド6と吸気通路3とを連通している。排気マニホールド6には排気通路4が接続されている。排気通路4には、過給機のタービン8が備えられている。タービン8より下流側の排気通路4には、排気浄化装置17が備えられている。排気浄化装置17は、排気中の微粒子物質(PM)を捕集するフィルタ18及び吸蔵還元型NOx触媒19を有する。排気浄化装置17より下流側の排気通路4における分岐部30において、上述した低圧EGR通路12が排気通路4から分岐している。低圧EGR通路12の分岐部30より下流側の排気通路4には、排気通路4の流路面積を変更可能な排気絞り弁20が備えられている。
The above-described high pressure EGR
高圧EGR通路9には、高圧EGR通路9の流路面積を変更する高圧EGR弁10が備えられている。高圧EGR弁10の開度を変更することによって、高圧EGR通路9を介して吸気通路3に再循環する排気(以下、高圧EGRガスという)の流量を調節することができる。また、低圧EGR通路12には、低圧EGR通路12の流路面積を変更する低圧EGR弁14が備えられている。低圧EGR弁14の開度を変更することによって、低圧EGR通路12を介して吸気通路3に再循環する排気(以下、低圧EGRガスという)の流量を調節することができる。低圧EGR弁より上流側(すなわち、排気通路4側)の低圧EGR通路12には、低圧EGRガスを冷却する低圧EGRクーラ13が備えられている。低圧EGRクーラ13より上流側の低圧EGR通路12には、低圧EGRガス通路12における排気の圧力(背圧)を測定する排気圧センサ21が備えられている。なお、本実施例における排気圧センサ21に代えて、排気通路4における低圧EGR通路12の分岐部30又は分岐部30より上流側で分岐部30近傍の位置における排気の圧力を測定するセンサを備えるようにしても良い。
The high pressure EGR
エンジン1にはエンジン1の運転を制御するコンピュータであるECU28が併設されている。ECU28には、上述したクランク角度センサ22、エアフローセンサ25、アクセル開度センサ27、吸気圧センサ24、排気圧センサ21が接続されており、これら各センサによる測定データがECU28に入力される。また、ECU28には、上述した燃料噴射弁29、高圧EGR弁10、低圧EGR弁14、スロットル弁23、排気絞り弁20が接続されており、これら各機器の動作がECU28からの指令により制御される。ECU28はCPU、メモリ、入出力インターフェース等を備えた既知の構成を有し、接続された上記各センサから入力される測定データからエンジン1の運転状態や運転者の要求を取得し、それに基づいて上記各機器の制御目標値を算出し、各機器の動作を制御する。
The
以上説明した構成を有するエンジン1の吸気系及び排気系に生じた吸気漏れや排気漏れの異常を検出するための処理について、図2に基づいて説明する。図2は、本実施例に係る異常検出処理を表すフローチャートである。このフローチャートで表される処理は、エンジン1の稼働中ECU28によって定期的に実行される。
Processing for detecting abnormalities in intake air leakage and exhaust air leakage occurring in the intake system and exhaust system of the
ステップS101において、ECU28は、エンジン1においてフューエルカット制御が実行されているか否かを判定する。ステップS101で肯定判定された場合には、ステ
ップS102〜ステップS109の異常検出処理を実行し、ステップS101で否定判定された場合には、異常検出処理を実行せず通常のエンジン制御を実行する(ステップS110)。これにより、エンジン1の運転状態に影響を与えずに異常検出処理を実行することができる。
In step S101, the
ステップS102において、ECU28は、低圧EGR弁14を全開し、スロットル弁23を全開し、排気絞り弁20を全閉し、続くステップS103において、エアフローセンサ25による空気量の測定値Ga及び吸気圧センサ24による吸気圧の測定値Pimを取得する。
In step S102, the
ステップS104において、ECU28は、ステップS103で取得した空気量Gaが所定の空気量基準値Gath以上で、且つ、ステップS103で取得した吸気圧Pimが所定の吸気圧基準値Pimth以下であるか否かを判定する。ステップS104において肯定判定される場合、すなわち、空気量が基準値以上であるにもかかわらず吸気圧が基準値以下である場合には、吸気系又は排気系に何らかの異常が発生していると判定し、その異常が吸気系と排気系のどこで生じているかを判定するための処理(ステップS105〜ステップS109)に進む。ステップS104において否定判定される場合、吸気系及び排気系に異常は発生していないと判定し、通常のエンジン制御を実行する(ステップS110)。
In step S104, the
ステップS105において、ECU28は、低圧EGR弁14を全閉し、続くステップS106において、排気圧センサ21による排気圧の測定値Pexを取得する。
In step S105, the
ステップS107において、ECU28は、ステップS106で取得した排気圧Pexが所定の排気圧基準値Pexth以下であるか否かを判定する。
In step S107, the
ステップS107で肯定判定された場合、ECU28は、排気系に異常が発生していると判定する。この場合の排気系の異常としては、低圧EGRクーラ13における排気漏れが疑われる。よって、ECU28は、その旨を運転者に通知すべくMIL点灯する(ステップS108)。
If a positive determination is made in step S107, the
ステップS107で否定判定された場合、ECU28は、吸気系に異常が発生していると判定する。この場合の吸気系の異常としては、インタークーラ11における吸気漏れが疑われる。よって、ECU28は、その旨を運転者に通知すべくMIL点灯する(ステップS109)。
If a negative determination is made in step S107, the
エンジン1の吸気系及び排気系の異常を、以上説明した異常検出処理によって検出することで、以下のような優れた効果がある。
By detecting the abnormality of the intake system and the exhaust system of the
第一に、エアフローセンサ25による測定値に含まれるばらつきは、エアフローセンサ25を通過する空気の流量が多くなるほど大きくなる傾向がある。従って、エアフローセンサ25による測定値に基づいて異常検出をする場合には、エアフローセンサ25を通過する空気の流量が少なくなるような状態とすることが好ましい。本実施例の異常検出処理によれば、上記のように、排気絞り弁20が全閉され、低圧EGR弁14が全開された状態でエアフローセンサ25による測定が行われるので(ステップS102〜ステップS103)、低圧EGRガス量が増加し、新気量が減少する。従って、エアフローセンサ25を通過する空気の流量を少ない状態で、エアフローセンサ25による測定が行われるようにすることができる。これにより、ばらつきの少ない高精度の空気量の測定値が得られるので、空気量の測定値に基づいて正確な異常検出を行うことが可能となる。
First, the variation included in the measurement value by the
第二に、本実施例の異常検出処理は、エアフローセンサ25、吸気圧センサ24、排気圧センサ21による測定値に基づいて行われるが、これらのセンサは通常のエンジンシステムにおいて既設の場合が多い一般的なセンサである。つまり、本実施例に係る異常検出処理を実行するために、新たなセンサを追加搭載する必要はなく、低コストで異常検出システムを構成することが可能となる。また、本実施例に係る異常検出処理によれば、単に異常の発生を検知するのみならず、その異常が吸気漏れであるのか排気漏れであるのかを判定することもできる。従って、吸気漏れの検出システムと排気漏れの検出システムとを別個に搭載する必要もなく、コスト削減及びシステムの簡素化により一層貢献できる。
Secondly, the abnormality detection process of the present embodiment is performed based on the measured values by the
なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施例は、高圧EGR通路9及び低圧EGR通路12の両方を有するEGRシステムを備えた内燃機関に本発明を適用した実施例であるが、低圧EGR通路12のみを有するEGRシステムを備えた内燃機関に本発明を適用することもできる。そのようなシステムでは、高圧EGRガス量の調量のために備えられるスロットル弁23が無い構成が考えられるが、その場合、上記ステップS102の処理内容のうちスロットル弁23を全開にする処理を省略すれば良い。
The above-described embodiment is an example for explaining the present invention, and various modifications can be made to the above-described embodiment without departing from the gist of the present invention. For example, the above embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to an internal combustion engine having an EGR system having both the high
1 エンジン
2 気筒
3 吸気通路
4 排気通路
5 吸気マニホールド
6 排気マニホールド
7 コンプレッサ
8 タービン
9 高圧EGR通路
10 高圧EGR弁
11 インタークーラ
12 低圧EGR通路
13 低圧EGRクーラ
14 低圧EGR弁
17 排気浄化装置
18 フィルタ
19 吸蔵還元型NOx触媒
20 排気絞り弁
21 排気圧センサ
22 クランク角度センサ
23 スロットル弁
24 吸気圧センサ
25 エアフローセンサ
26 エアクリーナ
27 アクセル開度センサ
28 ECU
29 燃料噴射弁
30 分岐部
1 Engine 2 Cylinder 3 Intake passage 4
29
Claims (1)
前記タービンより下流側の排気通路と前記コンプレッサより上流側の吸気通路とを連通する低圧EGR通路と、
前記低圧EGR通路の流路面積を変更する低圧EGR弁と、
前記低圧EGR通路の接続部より下流側の排気通路に設けられ該排気通路の流路面積を変更する排気絞り弁と、
前記スロットル弁より下流側の吸気通路に設けられ吸気の圧力を測定する吸気圧測定手段と、
前記低圧EGR通路の接続部より上流側の排気通路又は前記低圧EGR通路に設けられ排気の圧力を測定する排気圧測定手段と、
前記低圧EGR通路の接続部より上流側の吸気通路に設けられ該吸気通路を流れる吸気の流量を測定するエアフローセンサと、
前記内燃機関の燃料カット制御中に、前記低圧EGR弁を全開し、且つ、前記排気絞り弁を全閉し、その時の前記吸気圧測定手段によって測定される吸気の圧力が所定の吸気圧基準値以下で、且つ、前記エアフローセンサによって測定される吸気の流量が所定の吸気流量基準値以上である場合に、前記内燃機関に異常を検知する異常検知手段と、
前記異常検知手段により異常が検知された場合に、前記低圧EGR弁を全閉し、その時の前記排気圧測定手段によって測定される排気の圧力が所定の排気圧基準値以下であるときは、前記検知された異常は前記排気通路又は前記低圧EGR通路に生じた排気漏れであると判定し、そうでないときは、前記検知された異常は前記吸気通路に生じた吸気漏れであると判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の異常検出システム。 A turbocharger having a turbine provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and a compressor provided in the intake passage of the internal combustion engine;
A low pressure EGR passage that communicates an exhaust passage downstream of the turbine and an intake passage upstream of the compressor;
A low pressure EGR valve that changes a flow path area of the low pressure EGR passage;
An exhaust throttle valve that is provided in the exhaust passage downstream of the connection portion of the low-pressure EGR passage and changes the flow passage area of the exhaust passage;
An intake pressure measuring means provided in an intake passage downstream of the throttle valve for measuring the pressure of the intake air;
An exhaust pressure measuring means for measuring the pressure of exhaust gas provided in the exhaust passage upstream of the connecting portion of the low pressure EGR passage or the low pressure EGR passage;
An air flow sensor that is provided in an intake passage upstream of a connection portion of the low-pressure EGR passage and measures a flow rate of intake air flowing through the intake passage;
During the fuel cut control of the internal combustion engine, the low pressure EGR valve is fully opened and the exhaust throttle valve is fully closed, and the intake pressure measured by the intake pressure measuring means at that time is a predetermined intake pressure reference value. An abnormality detection means for detecting an abnormality in the internal combustion engine when the intake flow rate measured by the air flow sensor is equal to or higher than a predetermined intake flow rate reference value;
When an abnormality is detected by the abnormality detecting means, the low pressure EGR valve is fully closed, and when the exhaust pressure measured by the exhaust pressure measuring means at that time is below a predetermined exhaust pressure reference value, It is determined that the detected abnormality is an exhaust leak that has occurred in the exhaust passage or the low-pressure EGR passage, and if not, the abnormality determination that determines that the detected abnormality is an intake leak that has occurred in the intake passage Means,
An abnormality detection system for an internal combustion engine, comprising:
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