JP2011132885A - 内燃機関の異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッキングの発生を検出した時に点火時期に対する遅角量を算出し、ＥＧＲ運転域の時の遅角量とＥＧＲ運転域でない時の遅角量とを比較してＥＧＲ装置の異常を判定するものでは、ＥＧＲ運転域でない時が少なくなることで、判定機会が少なくなることがあった。
【解決手段】ＥＧＲ装置を備え、ノッキングに対して点火時期が遅角制御される内燃機関において、ＥＧＲ制御の実施中に発生するノッキングを検出し、検出したノッキング検出値が所定値を超えている場合に、ＥＧＲ装置を制御して還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させ、還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させる前後のノッキングのための点火時期の遅角量の差分量が所定量以上になる場合にＥＧＲ装置の異常を判定し、還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させる前後のノッキングのための点火時期の遅角量の差分量が所定量未満になる場合にＥＧＲ装置を除く部分の異常を判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気ガス再循環装置を備える内燃機関の異常検出方法に関するものである。

従来、排気ガス再循環装置の異常を判定するための異常判定装置が開発されている。例えば、特許文献１に記載のものでは、排気ガス再循環装置が運転される排気ガス再循環運転域であるか否かに応じて点火時期を設定し、ノッキングの発生を検出した時に点火時期に対する遅角量を算出し、排気ガス再循環運転域の時の遅角量と排気ガス再循環運転域でない時の遅角量とを比較して排気ガス再循環装置の異常を判定するものである。

特開平６‐２００８３３号公報

ところで、近年、排気ガス中のＮＯｘの低減と燃費との向上を図って、排気ガス再循環運転域を拡大する傾向にある。このことは、内燃機関を排気ガス再循環運転域で運転することが多く、その結果、排気ガス再循環運転域でない運転域で運転する機会が減少することになる。

つまり、上述のものにあっては、近年の排気ガス再循環運転域が拡大された内燃機関では、排気ガス再循環運転域でない時の遅角量を抽出する回数が減少し、その結果、排気ガス再循環装置の異常を判定する機会が減少し、異常を判定するまでに時間がかかる、といった不具合を生じる可能性がある。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の異常検出方法は、排気ガスの一部を還流させて吸入空気に混合し得る排気ガス再循環装置を備え、ノッキングに対して点火時期が遅角制御される内燃機関において、排気ガス再循環制御の実施中に発生するノッキングを検出し、検出したノッキング検出値が所定値を超えている場合に、排気ガス再循環装置を制御して還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させ、還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させる前後のノッキングのための点火時期の遅角量の差分量が所定量以上になる場合に排気ガス再循環装置の異常を判定し、還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させる前後のノッキングのための点火時期の遅角量の差分量が所定量未満になる場合に排気ガス再循環装置を除く部分の異常を判定することを特徴とする。

このような構成であれば、排気ガス再循環制御を実施中に、ノッキングを検出して、検出したノッキング検出値が所定値を超えている場合に、還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させ、その時のノッキングのための点火時期の遅角量に基づいて排気ガス再循環装置及び排気ガス再循環装置以外の異常の判定を実施する。すなわち、排気ガス再循環制御を実施中は点火時期を進角しているが、還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させることで、排気ガス再循環制御を一時的に中断すると、その運転状態では排気ガス再循環制御の実施中に制御された点火時期は過剰に進角されたものであるために、発生しているノッキングを収拾するためにノッキングのための点火時期の遅角量が大幅に進角側に制御される。したがって、還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させる前後のノッキングのための点火時期の遅角量の差分量が所定量以上になることで、排気ガス再循環装置自体の異常を判定することが可能になる。

一方、排気ガス再循環装置が正常であり、ノッキングが発生している場合は、上述したように排気ガス再循環制御を一次的に中断すると、排気ガス再循環装置によるノッキングではないので、排気ガス再循環制御を中断してもノッキングのための点火時期の遅角量が存在するので、排気ガス再循環制御の前後におけるノッキングのための点火時期の遅角量の差分量は少なく、よって所定値未満となる。したがって、ノッキングが、排気ガス再循環装置以外の部分の異常により発生しているので、そのような部分の異常を判定することができる。

ノッキング検出値とは、ノッキングの強度、単位時間に発生するノッキングの発生回数を含む概念である。

本発明は、本発明は、以上説明したような構成であり、排気ガス再循環装置の異常か、それ以外の部分の異常かを、正確に、かつ迅速に判定することができる。

本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。 同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。 同実施形態の作用説明図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に１気筒の構成を概略的に示した多気筒のエンジン１００は、例えば自動車に搭載されるものである。このエンジン１００は、吸気系１、シリンダ２及び排気系５を備えている。吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応じて開閉するスロットル弁１１が設けてあり、そのスロットル弁１１の下流には、サージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２が取り付けてある。シリンダ２上部に形成される燃焼室２３の天井部には、点火プラグ８が取り付けてある。吸気マニホルド１２の吸気ポート側端部には、燃料噴射弁３が取り付けてある。この燃料噴射弁３は、後述する電子制御装置４により制御される。さらに、サージタンク１３と、Ｏ₂センサ５１、三元触媒５２及び排気マニホルド５３を備える排気系５との間には、排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）６が接続される。

ＥＧＲ装置６は、サージタンク１３に連通するように一方の端部が接続される排気ガス還流管路（以下、ＥＧＲ管路と称する）６１と、そのＥＧＲ管路６１に設けられてＥＧＲ管路６１を通過する排気ガスの流量を制御する排気ガス還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）６２とを備えて構成される。ＥＧＲ管路６１の他方の端部は、排気５系に設けられる三元触媒５２の上流において排気系５に連通するように排気マニホルド５３に接続される。ＥＧＲ装置６は、ＥＧＲ弁６２が制御されるつまり開かれると、排気ガスがＥＧＲ弁６２の開度に応じた流量でＥＧＲ管路６１を通過して、スロットル弁１１よりも下流側つまりサージタンク１３内に還流させるものである。還流される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量は、ＥＧＲ弁６２の開度に依存するもので、ＥＧＲ弁６２の開度の制御は、電子制御装置４により行われる。

この実施形態におけるＥＧＲ弁６２は、円錐台形の内面を有する貫通孔と、その貫通孔内部に配置されて貫通孔を開閉する貫通孔と同形の円錐台形の弁体と、弁体に接続される軸と、軸に接続され弁体を貫通孔の中心軸方向に往復移動させるステッパモータとを備える構成である。このようなＥＧＲ弁６２において、モータとしては、ステッパモータ、ＤＣモータなどを使用することができる。ステッパモータを使用する場合、ＥＧＲ弁６２の弁開度をステッパモータに供給する信号のステップ数により制御する。また、ＤＣモータの場合は、例えばＰＭＷ（パルス幅変調）制御などにより通電を制御して、開度を制御するものである。

電子制御装置４は、マイクロコンピュータ４１と、メモリ４２と、入力インターフェース４３と、出力インターフェース４４とを備えて構成されている。マイクロコンピュータ４１は、メモリ４２に格納された、以下に説明する種々のプログラムを実行して、エンジン１００の運転を制御するものである。マイクロコンピュータ４１には、エンジン１００の運転制御に必要な情報が入力インターフェース４３を介して入力されるとともに、マイクロコンピュータ４１は、燃料制御弁３、ＥＧＲ弁６２などに対して制御信号を、出力インターフェース４４を介して出力する。

具体的には、入力インターフェース４３には、サージタンク１３内の圧力を検出するための吸気圧センサ７１から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ１１の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ７５からのＬＬ信号ｄ、シリンダ２の外壁に取り付けられるノックセンサ７６からノッキングが発生した際に出力されるノッキング信号ｅ、エンジン１００の冷却水温度を検出するための水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、Ｏ₂センサ５１から出力される電圧信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース４４からは、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、燃料制御弁３に対して燃料噴射信号ｎ、ＥＧＲ弁６２に対して開閉信号ｏなどが出力される。

このような構成において、電子制御装置４は、吸気圧センサ７１から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂとを主な情報として、運転状態に応じて設定される係数を用いて燃料噴射量を演算し、燃料噴射量に対応する燃料噴射時間つまり燃料噴射弁３に対する通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁３を制御して、燃料を吸気系１に噴射させる。このような燃料噴射制御自体は、この分野で知られているものを適用するものであってよい。

また、エンジン１００の運転状態に応じて、ＥＧＲ弁６２の開度を制御してＥＧＲ制御を実施するＥＧＲ制御プログラムが電子制御装置４に格納してある。このＥＧＲ制御プログラムは、この分野で広く知られているものであってよい。さらに、電子制御装置４には、ノックセンサ７６から出力されるノッキング信号ｅに基づいて、点火時期を遅角制御するノック制御プログラムが格納してある。したがって、ノックセンサ７６と電子制御装置４とで、ノックコントロールシステムを構成するものである。

さらに、電子制御装置４には、排気ガス再循環制御の実施中に発生するノッキングを検出し、検出したノッキング検出値が所定値を超えている場合に、排気ガス再循環装置を制御して還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させ、還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させる前後の点火時期の遅角量の差分量が所定量以上になる場合にＥＧＲ装置６の異常を判定し、還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させる前後の点火時期の遅角量の差分量が所定量未満になる場合にＥＧＲ装置６を除く部分の異常を判定する異常検出プログラムが格納してある。

この異常検出プログラムは、ＥＧＲ装置６を制御中、言い換えればＥＧＲ制御により排気ガスの一部を、ＥＧＲ管路６１を介してサージタンク１３に還流させている場合に実行するものである。詳細には、この異常検出プログラムは、ＥＧＲ制御の実施中において、ＥＧＲ弁６２は十分な量のＥＧＲガスを還流している状態にまで開かれており、かつエンジン回転及びエンジン負荷が安定している場合に実行する。したがって、ＥＧＲ制御を実施していない場合には、この異常検出プログラムは実行しない。

図２において、まずステップＳ１では、ノックセンサ７６から出力されるノッキング信号ｅに基づいてノッキングの発生を検出する。ステップＳ２では、検出したノックのノッキング検出値と所定値とを比較し、ノッキング検出値が所定値を超えているか否かを判定する。この実施形態では、ノッキング検出値としてノッキングの強度を適用し、ノッキングの強度が所定値以上となったか否かを判定する。したがって、この異常検出プログラムは、エンジン１００のシリンダ２３内やＥＧＲ装置６の異常に基づいてノッキングが発生するような場合を判定して、実行されるものである。

ステップＳ２において、ノッキング検出値が所定値を超えていると判定した場合は、ステップＳ３にてＥＧＲ弁６２を閉成する。すなわち、ＥＧＲ装置６の制御中、つまりＥＧＲ弁６２を開いてＥＧＲガスの量を制御しているＥＧＲ制御の実施中に、エンジン１００の運転状態の如何にかかわらず強制的にＥＧＲ弁６２を閉成して、ＥＧＲガスの量をほぼゼロにするものである。したがって、この時点で、一時的にＥＧＲ制御が中断される。

ステップＳ４では、ステップＳ３を実行する前後のノッキングのための点火時期の遅角量、すなわちノックコントロールシステムの作動量の差分量を求める。ノックコントロールシステムは、ノッキングが発生している場合に、点火時期を遅角させるための作動量を出力するが、ＥＧＲ制御を中断した場合に、それまで発生していたノッキングが、ＥＧＲ装置６に起因するノッキングであるために消滅するか、あるいはそれ以外の部分に起因するノッキングであるために継続するかで、この時点における作動量が変わってくる。具体的には、ＥＧＲ装置６に起因するノッキングであり、ＥＧＲ制御を中断することでノッキングが消滅する場合は、作動量は、ノッキングを抑制する必要がないので、点火時期を大きく進角させる量となる。一方、ＥＧＲ装置６以外の部分に起因するノッキングの場合には、ＥＧＲ制御を中断してもノッキングは消滅しないので、作動量は、そのようなノッキングの発生を抑制するのに十分点火時期を遅角させる量となる。

ステップＳ５では、ＥＧＲ弁６２を閉成してから、所定時間が経過したか否かを判定する。この所定時間は、ノックコントロールシステムが点火時期を制御し始めて後、その制御の結果が安定するのに要する時間に対応して設定する。

ステップＳ６では、求めた差分量が所定量以上か否かを判定する。所定量は、ＥＧＲ装置６に異常がある場合にノッキングのための遅角量を確実に判定することができる量に設定する。そして、差分量が所定量以上であると判定した場合は、ステップＳ７においてＥＧＲ装置６が異常であると判定し、所定量未満であると判定した場合は、ステップＳ８において、ＥＧＲ装置６以外が異常であると判定する。

ＥＧＲ装置６の異常は例えば、ＥＧＲ管路６１の接続部分においてデポジットが発生してＥＧＲガスが還流しない、ＥＧＲ弁６２が開成を指示する開閉信号を受信しているにもかかわらず開成しない、などである。一方、ＥＧＲ装置６以外の異常は例えば、ピストン２４の頂面や燃焼室２３の天井部分にデポジットが発生し、それらのデポジットにより燃焼容積が変化することで圧縮比が変化する、などである。

図３は、この異常検出プログラムを実行した場合のタイムチャートである。同図において、ステップＳ１、ステップＳ２を実行した後、Ｔ１時点にてステップＳ３を実行してＥＧＲ弁６２を閉成し、Ｔ２時点でＥＧＲ弁６２を開成する。これによって、ノックコントロールシステムは、Ｔ１時点とＴ２時点との間のノッキングの発生状態により、ノッキングのための遅角量つまりノックコントロールシステムの作動量を変更する。

同図に実線で示すように作動量が変化した場合は、ＥＧＲ制御を中止することで、ＥＧＲ制御を実施している間に発生していたノッキングが消滅して、作動量が進角側に大きく変更されたことを示している。このように作動量が変化すると、ＥＧＲ制御中の作動量とＥＧＲ制御中止における作動量との差分量が所定量以上となる。このことは、ＥＧＲ制御中にＥＧＲガスの還流がないにもかかわらず、点火時期を進角していたことでノッキングが発生していたものである。つまり、発生していたノッキングは、ＥＧＲ装置６の異常に起因するものであるので、ステップＳ７においてＥＧＲ装置６の異常を判定する。

これに対して、同図に一点鎖線で示したようにノックコントロールシステムの作動量が変化した場合は、ＥＧＲ制御を中止してもノックコントロールシステムがその作動量をほぼ維持する、言い換えればほとんど変化させていないので、ＥＧＲ装置６以外の部分に起因するノッキングが、ＥＧＲ制御を中止した後も発生していることを示している。したがって、ノックコントロールシステムは、ノッキングを抑制するために、引き続き点火時期を遅角させるように遅角を指示する作動量を出力する。このため、ＥＧＲ弁６２の開閉による作動量の変化は少ない、つまり差分量が所定量未満であるので、ＥＧＲ装置６は正常であり、ノッキングがＥＧＲ装置６の異常に起因するものではなく、よってＥＧＲ装置６以外の異常であると判定する。

なお、図３における点火時期の変化を示すタイムチャートにおいて、二点差線は基本点火時期の、実線はＥＧＲ装置６が以上な場合の点火時期の、同じく一点鎖線はＥＧＲ装置６が正常な場合の点火時期の変化をそれぞれ示している。

このような構成であれば、ＥＧＲ制御を実施中に、ノッキングを検出して、検出したノッキング検出値が所定値を超えている場合に、ＥＧＲ弁６２を閉成してＥＧＲガスの量を一時的に減量側に変化させ、ＥＧＲ制御を実質的に中止したことに対応してノッキングのための点火時期の遅角量に基づいてＥＧＲ装置６及びＥＧＲ装置６以外の異常の判定を実施するので、ＥＧＲ装置６の異常か、それ以外の部分の異常かを、正確に、かつ迅速に判定することができる。

しかも、ＥＧＲ制御の実施中に、ＥＧＲ弁６２を強制的に閉成して、ＥＧＲ制御を実施しない状態を作り出してＥＧＲ装置６の異常を判定するので、異常判定の間隔を細分化することができる。加えて、異常の判定に先立って、ノッキング検出値によりＥＧＲ装置６の異常などを予測するので、必要最低限ＥＧＲ弁６２を作動させるのみで異常判定を実施することができる。このことは、ＥＧＲ装置６自体は正常である場合に、ＥＧＲ弁６２を頻繁に閉成すると、閉成している間はＥＧＲ制御を中止しているために、燃焼の低下、言い換えれば燃費の低下に影響を及ぼすことになるが、この実施形態にあっては、一度のＥＧＲ弁６２の閉成動作で異常が判定できるため、燃費の低下を抑制することができる。

なお、ノッキングの発生の検出には、ノックセンサ７６に代えて、筒内圧を検出する筒内圧センサを用いるものであってもよい。また、点火後に燃焼室内に発生するイオン電流に基づいてノッキングの発生を検出するものであってもよい。

上述の実施形態にあっては、点火時期を遅角した際に、遅角制御が安定するまでの時間、所定時間の経過を条件として差分量の所定量を判定したが、点火時期の遅角制御により所定時間中にノッキングが消滅した場合は、その時点でＥＧＲ弁６２の閉成を終了し、ＥＧＲ弁６２を開成するものであってもよい。このように所定時間の途中でＥＧＲ弁６２を開成することにより、ＥＧＲ制御を中断している時間を短縮することができ、よって、燃費の低下を改善することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、排気ガス還流装置を備える内燃機関に活用することができる。

４…電子制御装置
６…排気ガス再循環装置
４１…中央演算制御装置
４２…記憶装置
４３…入力インターフェース
４４…出力インターフェース
６２…排気ガス還流制御弁
７６…ノックセンサ

Claims (1)

1. 排気ガスの一部を還流させて吸入空気に混合し得る排気ガス再循環装置を備え、ノッキングに対して点火時期が遅角制御される内燃機関において、排気ガス再循環制御の実施中に発生するノッキングを検出し、
   検出したノッキング検出値が所定値を超えている場合に、排気ガス再循環装置を制御して還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させ、
   還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させる前後のノッキングのための点火時期の遅角量の差分量が所定量以上になる場合に排気ガス再循環装置の異常を判定し、
   還流させる排気ガスの量を一時的に減量側に変化させる前後のノッキングのための点火時期の遅角量の差分量が所定量未満になる場合に排気ガス再循環装置を除く部分の異常を判定する内燃機関の異常検出方法。

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