JP2016109037A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気再循環装置の異常判定の精度を向上させる。【解決手段】ＥＧＲ異常判定部４４は、補正後のＥＧＲを行っているときの第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１が第１設定値ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１より大きい第１条件と、ＥＧＲを行っていないときの第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２が第２設定値ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ２より小さい第２条件との両方が成立した場合に、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４のいずれかに閉塞異常が発生したと判定する。第２条件を追加することで、第１条件を満たす原因が、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４の閉塞異常であるか、あるいは燃料噴射弁の目詰まり等による気筒１２−１〜１２−４の燃料噴射量のばらつきであるかを区別することが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、排気再循環（ＥＧＲ）を行う内燃機関の制御装置に関する。

下記特許文献１では、複数の気筒間における空燃比のばらつきを示すパラメータであるインバランス判定値を、ＥＧＲを行っているときとＥＧＲを行っていないときに算出し、ＥＧＲを行っているときとＥＧＲを行っていないときのインバランス判定値の差が所定の閾値を超えた場合に、ＥＧＲ装置の閉塞異常と判定している。

特開２０１２−８７７５４号公報

特許文献１において、例えば燃料噴射弁の目詰まり等によって複数の気筒間に燃料噴射量のばらつきが発生した場合は、ＥＧＲ実行の有無に関係なくインバランス判定値が増大する。さらに、その場合にＥＧＲを行っているときは、空燃比がリーンとなる気筒において燃焼悪化に伴う燃焼変動が発生することから、インバランス判定値がＥＧＲを行っていないときより大きくなる。そのため、例えば燃料噴射弁の目詰まりによる気筒間の燃料噴射量のばらつき等、ＥＧＲ装置の閉塞異常以外の原因によって、ＥＧＲを行っているときとＥＧＲを行っていないときのインバランス判定値の差が閾値を超える場合も考えられる。したがって、インバランス判定値の差が閾値を超える条件だけでは、ＥＧＲ装置の異常を精度よく判定することは困難である。

本発明は、排気再循環装置の異常判定の精度を向上させることを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数の気筒からの排気を各気筒に分配する排気再循環を排気再循環装置で行う内燃機関の制御装置であって、複数の気筒における空燃比の変動度合を表すインバランス指標値であって、排気再循環を行っているときの第１インバランス指標値と、排気再循環を行っていないときの第２インバランス指標値とを取得するインバランス取得部と、インバランス取得部で取得された第１及び第２インバランス指標値に基づいて排気再循環装置の異常を判定する排気再循環異常判定部と、を備え、排気再循環異常判定部は、第１インバランス指標値が第１設定値より大きい、あるいは第２インバランス指標値により補正された第１インバランス指標値が第１設定値より大きい第１条件と、第２インバランス指標値が第２設定値より小さい第２条件と、の両方が成立した場合に、排気再循環装置に異常が発生したと判定することを要旨とする。

本発明によれば、排気再循環を行っているときの第１インバランス指標値が第１設定値より大きい、あるいは排気再循環を行っていないときの第２インバランス指標値により補正された第１インバランス指標値が第１設定値より大きい第１条件と、第２インバランス指標値が第２設定値より小さい第２条件と、の両方が成立した場合に、排気再循環装置に異常が発生したと判定することで、排気再循環装置の異常判定の精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る制御装置及び内燃機関の構成例を示す図である。 電子制御装置４０の構成例を示す機能ブロック図である。 ＥＧＲ装置２０の閉塞異常を判定する場合に電子制御装置４０が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。 気筒別ＥＧＲポート２３−１に閉塞異常が発生した場合における空燃比ＡＦＲの時間変化の一例を示す図である。 燃料噴射弁の目詰まり等によって気筒１２−１の燃料噴射量が減少した場合における空燃比ＡＦＲの時間変化の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る制御装置及び内燃機関の概略構成を示す図である。内燃機関１０は、複数の気筒１２−１〜１２−４を有する多気筒エンジンにより構成され、例えば火花点火機関により構成される。図１は４気筒エンジンの例を示しているが、内燃機関１０の気筒数については２以上の範囲で任意に設定可能である。吸気通路１４は、集合吸気通路１５と、集合吸気通路１５より下流側で分岐する複数（気筒数と同数、図１の例では４つ）の気筒別吸気通路１６−１〜１６−４とを有する。燃料噴射弁から噴射された燃料と空気の混合気が気筒別吸気通路１６−１〜１６−４から気筒１２−１〜１２−４内に吸入され、気筒１２−１〜１２−４内では混合気を燃焼させる。図１の４気筒エンジンの例では、１サイクル（クランク軸２回転）において、気筒１２−１→気筒１２−３→気筒１２−４→気筒１２−２の順に燃焼が行われる。排気通路１７は、複数（気筒数と同数、図１の例では４つ）の気筒別排気通路１８−１〜１８−４と、気筒別排気通路１８−１〜１８−４より下流側で合流する集合排気通路１９とを有する。燃焼後の排気は気筒１２−１〜１２−４内から気筒別排気通路１８−１〜１８−４へ排出される。図１の４気筒エンジンの例では、１サイクルにおいて、気筒別排気通路１８−１→気筒別排気通路１８−３→気筒別排気通路１８−４→気筒別排気通路１８−２の順に排気が排出される。集合排気通路１９には排気浄化触媒２４が設けられており、複数の気筒１２−１〜１２−４からの排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の有害成分が排気浄化触媒２４で浄化される。

排気再循環（ＥＧＲ）を行うための排気再循環装置（ＥＧＲ装置）２０は、排気浄化触媒２４より下流側で排気通路１７（集合排気通路１９）に連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１に設けられたＥＧＲバルブ２２と、ＥＧＲ通路２１（ＥＧＲバルブ２２）より下流側で分岐し、気筒別吸気通路１６−１〜１６−４にそれぞれ連通する複数（気筒数と同数、図１の例では４つ）の気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４とを有する。ＥＧＲバルブ２２が開いている場合は、排気浄化触媒２４下流側の排気がＥＧＲ通路２１を流れ、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４から気筒別吸気通路１６−１〜１６−４を通って各気筒１２−１〜１２−４内にＥＧＲガスとして分配されることでＥＧＲが行われる。一方、ＥＧＲバルブ２２が閉じている場合は、ＥＧＲは行われない。

集合排気通路１９における排気浄化触媒２４より上流側には、空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するための空燃比センサ６１が設けられている。空燃比センサ６１で検出された空燃比ＡＦＲを示す信号は、電子制御装置（ＥＣＵ）４０に入力される。電子制御装置４０は、空燃比センサ６１で検出された空燃比ＡＦＲを目標空燃比（例えば理論空燃比）にするように燃料噴射量をフィードバック制御する。また、電子制御装置４０は、ＥＧＲを行う場合に、ＥＧＲバルブ２２の開度を制御することで、各気筒１２−１〜１２−４内に分配されるＥＧＲガス流量を制御する。

ＥＧＲを行う場合に、ＥＧＲ装置２０における気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４のいずれかが閉塞する異常が発生すると、ＥＧＲポートが閉塞した気筒にはＥＧＲガスが導入されず、その代わりに空気が多く導入されることで空燃比が増大する（リーンとなる）。一方、他の気筒にはＥＧＲガスが多く分配され、導入される空気が減少することで空燃比が減少する（リッチとなる）。その結果、気筒１２−１〜１２−４間に空燃比のばらつきが生じ、排気エミッション性能を低下させる原因となる。

そこで、本実施形態では、ＥＧＲ装置２０の異常（気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４の閉塞異常）を判定する。そのための電子制御装置４０の機能ブロック図の一例を図２に示す。インバランス取得部４１は、複数の気筒１２−１〜１２−４における空燃比の変動度合を表すインバランス指標値を取得する。ここでは、空燃比センサ６１で検出された空燃比ＡＦＲの傾き（所定時間における変動量）をインバランス指標値として算出し、例えば空燃比ＡＦＲが増加する方向、すなわちリーン方向（燃料が薄くなる方向）に変化している場合の所定時間（例えば数ｍｓｅｃ）における空燃比変動量をリーンインバランス指標値として算出する。インバランス取得部４１は、ＥＧＲを行っているときの第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＮ１を第１インバランス指標値として算出し、ＥＧＲを行っていないときの第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２を第２インバランス指標値として算出する。空燃比変動量（インバランス指標値）ΔＡＦＲ＿ＯＮ１，ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２については、空燃比ＡＦＲがリーン方向に変動する場合を正とし、空燃比ＡＦＲのリーン方向への変動度合が大きいほど、ΔＡＦＲ＿ＯＮ１，ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２の値が増加する。

排気再循環異常判定部（ＥＧＲ異常判定部）４４は、インバランス取得部４１で取得された第１及び第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＮ１，ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２に基づいて、ＥＧＲ装置２０の異常を判定する。ここでは、ＥＧＲを行っているときの第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＮ１を、ＥＧＲを行っていないときの第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２により補正する。補正後の第１空燃比変動量をΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１とすると、例えば以下の（１）式または（２）式により第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＮ１を補正する。

ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１＝ΔＡＦＲ＿ＯＮ１／ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２ （１）
ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１＝ΔＡＦＲ＿ＯＮ１−ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２ （２）

そして、ＥＧＲ異常判定部４４は、第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２による補正後の第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１が第１設定値ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１より大きい第１条件と、第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２が第２設定値ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ２より小さい第２条件とに基づいて、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４の閉塞異常を判定する。ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１≦ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１、及びΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２≧ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ２のいずれか１つ以上が成立する場合、つまり第１条件及び第２条件のいずれか１つ以上が成立しない場合は、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４に閉塞異常が発生していないと判定する。一方、ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１＞ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１、及びΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２＜ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ２の両方が成立する場合、つまり第１条件及び第２条件の両方が成立する場合は、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４のいずれかに閉塞異常が発生したと判定する。ＥＧＲ異常判定部４４で気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４のいずれかの閉塞異常が検出された場合は、電子制御装置４０は、ＥＧＲを行っていないときの目標空燃比をＥＧＲを行っているときの目標空燃比よりリーンにするようＥＧＲを行っているときとＥＧＲを行っていないときの目標空燃比の差を学習補正する。

ＥＧＲ装置２０の閉塞異常を判定する場合に電子制御装置４０が実行する処理を図３のフローチャートに示す。まずステップＳ１０１では、ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１＞ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１、且つΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２＜ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ２が成立するか否かがＥＧＲ異常判定部４４で判定される。ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１≦ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１、及びΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２≧ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ２のいずれか１つ以上が成立する場合（ステップＳ１０１の判定結果がＮＯの場合）は、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４に閉塞異常が発生していないと判定し、本処理の実行を終了する。一方、ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１＞ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１、且つΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２＜ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ２が成立する場合（ステップＳ１０１の判定結果がＹＥＳの場合）は、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４のいずれかに閉塞異常が発生したと判定し、ステップＳ１０２において、ＥＧＲを行っているときとＥＧＲを行っていないときの目標空燃比の差を学習補正する。

一例として、ＥＧＲを行っているときに気筒別ＥＧＲポート２３−１に閉塞異常が発生した場合を考えると、気筒１２−１に導入される空気が増加することで空燃比がリーンとなる一方、気筒１２−２〜１２−４に導入される空気が減少することで空燃比がリッチとなる。したがって、空燃比センサ６１で検出される空燃比ＡＦＲも、例えば図４の実線ＥＧＲＯＮに示すように、気筒１２−１の空燃比に相当する期間でリーンとなる一方、気筒１２−２〜１２−４の空燃比に相当する期間でリッチとなることで、１サイクルにおける空燃比ＡＦＲの変動度合が増大する。つまり、気筒別ＥＧＲポート２３−１に閉塞異常が発生すると、ＥＧＲを行っているときの第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＮ１が増大する。さらに、ＥＧＲを行っているときの第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＮ１を、ＥＧＲを行っていないときの第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２により補正することで、補正後の第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１は、ＥＧＲを行っていないときの空燃比ＡＦＲのばらつきによる影響分が抑制されたものとなる。そこで、本実施形態では、補正後の第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１が第１設定値ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１より大きい条件を、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４の閉塞異常を判定するための第１条件としている。第１設定値ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１については、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４のいずれかに閉塞異常が発生した場合の第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＮ１より十分小さくなるように設定される。

ただし、例えば燃料噴射弁の目詰まり等によって気筒１２−１の燃料噴射量が気筒１２−２〜１２−４の燃料噴射量より減少した場合も、気筒１２−１の空燃比が気筒１２−２〜１２−４の空燃比よりリーンになる。その場合に、空燃比センサ６１で検出される空燃比ＡＦＲは、例えば図５の実線ＥＧＲＯＮ（ＥＧＲを行っているとき）や破線ＥＧＲＯＦＦ（ＥＧＲを行っていないとき）に示すように、ＥＧＲ実行の有無に関係なく、気筒１２−２〜１２−４の空燃比に相当する期間に対して、気筒１２−１の空燃比に相当する期間でリーンとなることで、１サイクルにおける空燃比ＡＦＲの変動度合が増大する。さらに、その場合にＥＧＲを行うと、空燃比がリーンとなる気筒１２−１において燃焼悪化に伴う燃焼変動が発生して気筒１２−１内の酸素が燃焼に十分に使用されず、気筒１２−１からの排気中に含まれる酸素量が増大する。その結果、空燃比センサ６１で検出される空燃比ＡＦＲについては、図５に示すように、ＥＧＲを行っているときの気筒１２−１に相当する期間での空燃比が、ＥＧＲを行っていないときの気筒１２−１に相当する期間での空燃比よりリーンとなる。つまり、燃料噴射弁の目詰まり等によって気筒１２−１〜１２−４の燃料噴射量にばらつきが発生する場合も、ＥＧＲを行っているときの第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＮ１が、ＥＧＲを行っていないときの第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２より大きくなる。そのため、燃料噴射弁の目詰まりによる気筒１２−１〜１２−４の燃料噴射量のばらつき等、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４の閉塞異常以外の原因によって、補正後の第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１が増大する場合も考えられる。したがって、ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１＞ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１が成立する第１条件だけでは、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４の閉塞異常を精度よく判定することは困難である。

気筒別ＥＧＲポート２３−１に閉塞異常が発生した状態でＥＧＲを行っていないときは、空燃比センサ６１で検出される空燃比ＡＦＲについては、図４の破線ＥＧＲＯＦＦに示すように１サイクルにおける変動は僅かであり、第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２は小さい。一方、燃料噴射弁の目詰まり等によって気筒１２−１の燃料噴射量が気筒１２−２〜１２−４より減少した状態でＥＧＲを行っていないときは、空燃比センサ６１で検出される空燃比ＡＦＲについては、図５の破線ＥＧＲＯＦＦに示すように１サイクルにおける変動が大きく、第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２が増大する。このように、気筒別ＥＧＲポート２３−１に閉塞異常が発生した場合と、燃料噴射弁の目詰まり等によって気筒１２−１の燃料噴射量が気筒１２−２〜１２−４より減少した場合とでは、ＥＧＲを行っていないときの第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２が大きく異なってくる。

そこで、本実施形態では、ＥＧＲを行っていないときの第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２が第２設定値ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ２より小さい条件を、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４の閉塞異常を判定するための第２条件として追加している。第２設定値ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ２については、燃料噴射弁の目詰まり等によって気筒１２−１〜１２−４の燃料噴射量にばらつきが発生した場合の第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２より十分小さくなるように設定される。そして、ＥＧＲ異常判定部４４は、第１条件及び第２条件の両方が成立した場合に、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４のいずれかに閉塞異常が発生したと判定する。一方、第１条件が成立しても第２条件が成立しない場合は、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４に閉塞異常が発生していないと判定し、燃料噴射弁の目詰まり等によって気筒１２−１〜１２−４の燃料噴射量にばらつきが発生したと判定する。ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２＜ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ２が成立する第２条件を追加することで、第１条件を満たす原因が、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４の閉塞異常であるか、あるいは燃料噴射弁の目詰まり等による気筒１２−１〜１２−４の燃料噴射量のばらつきであるかを区別することが可能となる。その結果、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４の閉塞異常の検出精度を向上させることができる。

以上の実施形態では、補正後の第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＩＮＢ１が第１設定値ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１より大きい条件を、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４の閉塞異常を判定するための第１条件とした。ただし、本実施形態では、ＥＧＲを行っているときの第１空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＮ１が第１設定値ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ１より大きい第１条件と、ＥＧＲを行っていないときの第２空燃比変動量ΔＡＦＲ＿ＯＦＦ２が第２設定値ΔＡＦＲ＿ＳＥＴ２より小さい第２条件との両方が成立した場合に、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４のいずれかに閉塞異常が発生したと判定することも可能である。その場合でも、第１条件を満たす原因が、気筒別ＥＧＲポート２３−１〜２３−４の閉塞異常であるか、あるいは燃料噴射弁の目詰まり等による気筒１２−１〜１２−４の燃料噴射量のばらつきであるかを第２条件によって区別することが可能となる。

また、以上の実施形態では、複数の気筒１２−１〜１２−４における空燃比の変動度合を表すインバランス指標値として、空燃比センサ６１で検出された空燃比ＡＦＲの傾き（所定時間における変動量）を取得するものとした。ただし、空燃比の変動に応じて内燃機関１０の回転速度も変動し、例えば空燃比のリーン方向への変動に応じて内燃機関１０の回転速度が減少し、さらに、空燃比の変動度合が大きくなるほど内燃機関１０の回転速度の変動度合も大きくなる。そこで、本実施形態では、回転速度センサで検出された内燃機関１０の回転速度Ｎｅの傾き（所定時間における変動量）をインバランス指標値として取得することも可能であり、例えば回転速度Ｎｅが減少しているときの所定時間における回転速度変動量をリーンインバランス指標値として取得することも可能である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１０ 内燃機関、１２−１〜１２−４ 気筒、１４ 吸気通路、１５ 集合吸気通路、１６−１〜１６−４ 気筒別吸気通路、１７ 排気通路、１８ 集合排気通路、１９−１〜１９−４ 気筒別排気通路、２０ 排気再循環装置（ＥＧＲ装置）、２１ ＥＧＲ通路、２２ ＥＧＲバルブ、２３−１〜２３−４ 気筒別ＥＧＲポート、２４ 排気浄化触媒、４０ 電子制御装置、４１ インバランス取得部、４４ 排気再循環異常判定部（ＥＧＲ異常判定部）、６１ 空燃比センサ。

Claims (1)

1. 複数の気筒からの排気を各気筒に分配する排気再循環を排気再循環装置で行う内燃機関の制御装置であって、
   複数の気筒における空燃比の変動度合を表すインバランス指標値であって、排気再循環を行っているときの第１インバランス指標値と、排気再循環を行っていないときの第２インバランス指標値とを取得するインバランス取得部と、
   インバランス取得部で取得された第１及び第２インバランス指標値に基づいて排気再循環装置の異常を判定する排気再循環異常判定部と、
   を備え、
   排気再循環異常判定部は、
   第１インバランス指標値が第１設定値より大きい、あるいは第２インバランス指標値により補正された第１インバランス指標値が第１設定値より大きい第１条件と、
   第２インバランス指標値が第２設定値より小さい第２条件と、
   の両方が成立した場合に、排気再循環装置に異常が発生したと判定する、内燃機関の制御装置。

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