JP2019044589A - Ｅｇｒ装置の異常検出装置、及び車輌 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、ＥＧＲクーラの目詰まりを検出可能とするＥＧＲ装置の異常検出装置を提供すること。【解決手段】内燃機関１０から排出される排気ガスの一部を、当該内燃機関１０の吸気側に環流するＥＧＲ装置３１に適用される異常検出装置６０であって、前記内燃機関１０の排気通路３０に配設されたＰＭセンサ５１の検出信号を取得するＰＭ量検出部６２と、前記ＰＭセンサ５１の検出信号と前記ＥＧＲ装置３１のＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度とに基づいて、前記ＥＧＲ装置３１のＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりを診断する診断部６３と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、ＥＧＲ装置の異常検出装置、及び車輌に関する。

自動車等に搭載される内燃機関（以下、「エンジン」とも称する）には、燃焼室から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するために、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置が設けられている。

ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路（排気ガスの環流通通流路）を介して、排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に再循環させ、燃焼室内での燃焼温度を下げることによってＮＯｘの発生を抑制する。ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを設け、当該ＥＧＲバルブのバルブ開度を制御することにより、エンジンの運転状態に応じて吸気通路に環流するＥＧＲ量を調整して、目標とするＥＧＲ量を得るようにしている。又、ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設け、当該ＥＧＲクーラによりＥＧＲ通路を通過する高温のＥＧＲガスを冷却してＥＧＲガスの密度を高めるようにしている。

特開２００１−１６４９９９号公報

ところで、エンジンの排気ガス中には、Ｓｏｏｔ（煤）や、ＳＯＦ（オイルミスト）、及び未燃ＨＣ（未燃炭化水素）等の粒子状物質（Particulate Matter：以下、「ＰＭ」と総称する。）が含まれている。かかるＰＭは、ＥＧＲクーラ内の排気ガス通路（例えば、熱交換部）に次第に堆積し（以下、「ＥＧＲクーラの目詰まり」と称する）、当該排気ガス通路を閉塞する。その結果、ＥＧＲ量が減少し、目標ＥＧＲ量から乖離してしまうことがある。

ＥＧＲ装置によっては、かかる目詰まり等の発生を診断する自己診断機能を有するものもある。しかしながら、かかる自己診断は、当該ＥＧＲ装置のＥＧＲ量の調整等を停止してテストモードを実行するものであるため、排ガス中のＮＯｘの過度の増大を引き起こしたり、ドライバビリティーの悪影響につながるという問題を有する。

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、ＥＧＲクーラの目詰まりを検出可能とするＥＧＲ装置の異常検出装置、及び車輌を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
内燃機関から排出される排気ガスの一部を、当該内燃機関の吸気側に環流するＥＧＲ装置に適用される異常検出装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配設されたＰＭセンサの検出信号を取得するＰＭ量検出部と、
前記ＰＭセンサの検出信号と前記ＥＧＲ装置のＥＧＲバルブのバルブ開度とに基づいて、前記ＥＧＲ装置のＥＧＲクーラの目詰まりを診断する診断部と、
を備える、異常検出装置である。

又、他の局面では、
当該異常検出装置を備える車輌である。

本開示に係るＥＧＲ装置の異常検出装置によれば、簡易な構成で、ＥＧＲクーラの目詰まりを検出することができる。

一実施形態に係る車輌の構成の一例を示す図 ＰＭ量推測マップの一例を示す図 一実施形態に係るＥＣＵの動作の一例を示すフローチャート 一実施形態に係るＥＣＵの動作の一例を示すフローチャート

（第１の実施形態）
［車輌の構成］
以下、図１を参照して、一実施形態に係る車輌Ａの構成について説明する。

図１は、本実施形態に係る車輌Ａの構成の一例を示す図である。

本実施形態に係る車輌Ａは、例えば、自己着火式のエンジンを搭載するディーゼル車輌である。

本実施形態に係る車輌Ａは、エンジン本体１０、吸気通路２０、排気通路３０、エアクリーナ２１、ターボチャージャ２２、吸気スロットルバルブ２３、ＥＧＲ装置３１、排気浄化装置４０、各種センサ５１〜５７、及び、異常検出装置として機能するＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。

エンジン本体１０は、燃焼室及び燃料噴射装置等（図示せず）を含んで構成され、燃焼室内で、空気の吸気行程、空気の圧縮行程、燃焼ガスの膨張行程、及び燃焼ガスの排気行程が繰り返し行われることよって、車輌Ａの動力を生成する。尚、本実施形態に係るエンジン本体１０は、４気筒エンジンであり、吸気通路２０からは吸気マニホルドを介して四つの燃焼室に分岐し、当該四つの燃焼室から排気マニホルド（図示せず）を介して排気通路３０に合流する構成となっている。

エンジン本体１０は、燃焼室内に設けられた燃料噴射装置を制御するエンジンＥＣＵ（図示せず）を更に有し、当該エンジンＥＣＵが燃料噴射装置の燃料噴射タイミングや燃料噴射量を制御する。

吸気通路２０は、上流側の吸気口２０ａから新気（空気）を吸入し、エンジン本体１０に当該新気を供給する流路である。吸気通路２０には、上流側の吸気口２０ａからエンジン本体１０の燃焼室にかけて、順に、エアクリ−ナ２１、ターボチャージャ２２のコンプレッサ、吸気スロットルバルブ２３、ＥＧＲ通路３１ａの排気ガス流出口が設けられている。

エアクリ−ナ２１は、吸気口２０ａから吸入された空気が供給され、当該空気から不純物質を除去してターボチャージャ２２側に送り出す。

ターボチャージャ２２は、排気通路３０の排気ガスの圧力を利用してタービンを回転させ、当該タービンの回転運動によって、同軸上のコンプレッサを動作させ、吸気通路２０を通流する空気を圧縮して、エンジン本体１０側に送り出す。

吸気スロットルバルブ２３は、吸気通路２０を通流する空気の量を調整する。

排気通路３０は、エンジン本体１０から排出される燃焼後の排気ガスを、車輌Ａの外部に排出する流路である。排気通路３０には、エンジン本体１０から下流側に向かって、順に、ＥＧＲ通路３１ａの排気ガス流入口、ターボチャージャ２２のタービン、排気浄化装置４０が設けられている。

ＥＧＲ装置３１は、ＥＧＲ通路３１ａ、ＥＧＲクーラ３１ｂ及びＥＧＲバルブ３１ｃを含んで構成される。

ＥＧＲ通路３１ａは、排気通路３０と吸気通路２０とを接続し、エンジン本体１０の燃焼室から排気通路３０に排出された排気ガスの一部を吸気通路２０に環流させる。

ＥＧＲクーラ３１ｂは、ＥＧＲ通路３１ａ中に配設され、ＥＧＲ通路３１ａを通流する排気ガスを冷却する。尚、ＥＧＲクーラ３１ｂは、例えば、排気ガスを通過させる通路に放熱フィンを配して構成され、当該放熱フィンによって排気ガスを冷却する。

ＥＧＲバルブ３１ｃは、バルブの開度を調整することによって、ＥＧＲ通路３１ａを通流する排気ガスの量を調整し、ＥＧＲ量を調整する。尚、ＥＧＲバルブ３１ｃは、ＥＣＵ６０からの制御信号に基づいて動作する。

排気浄化装置４０は、排気ガス中に含まれる未燃焼燃料等を酸化して除去する酸化触媒４１、及び排気ガス中に含まれるＰＭを捕捉するＰＭフィルタ４２等を含んで構成される。

各種センサ５１〜５７は、車輌Ａの各部の状態等を検出するために設けられている。具体的には、車輌Ａの各部には、ＰＭセンサ５１、エンジン回転センサ５２、エアフローメータ５３、酸素濃度センサ５４、排気温度センサ５５、圧力センサ５６、５７等が備え付けられている。そして、これらの各種センサ５１〜５７は、検出により得られた情報を検出信号として、逐次、ＥＣＵ６０に送信する（図１中の点線）。

ここで、ＰＭセンサ５１は、排気通路３０に配設され、エンジン本体１０から排出される排気ガスに含まれるＰＭの量を検出する。エンジン回転センサ５２は、エンジン本体１０のクランクシャフトの回転数を検出するセンサである。エアフローメータ５３は、吸気通路２０に通流する空気量を検出する。酸素濃度センサ５４は、エンジン本体１０から排出される排気ガスの酸素濃度を検出する。排気温度センサ５５は、エンジン本体から排出される排気ガスの温度を検出する。圧力センサ５６は、ＥＧＲ通路３１ａの下流側の圧力、即ちＥＧＲクーラ３１ｂの出口付近の圧力を検出する。圧力センサ５７は、ＥＧＲ通路３１ａの上流側の圧力、即ちＥＧＲクーラ３１ｂの入口付近の圧力を検出する。尚、これら各種センサ５１〜５７は、いずれも公知のセンサで実現することができる。

ＥＣＵ６０（本発明の「異常検出装置」に相当する）は、ＥＧＲ装置３１のＥＧＲバルブ３１ｃの制御を行う電子制御ユニットである。ＥＣＵ６０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を含んで構成されている。

ＥＣＵ６０は、例えば、バルブ制御部６１、ＰＭ量検出部６２、診断部６３を備えている。

バルブ制御部６１は、例えば、エンジン本体１０のエンジンＥＣＵ等とデータ通信して、エンジン本体１０の運転状態に応じて、ＥＧＲバルブ３１ｃの開度調整を行う。尚、ＥＧＲバルブ３１ｃの開度調整の制御は、公知の制御態様と同様であるから、ここでの説明は省略する。

ＰＭ量検出部６２は、ＰＭセンサ５１の検出信号を取得して、排気ガスに含まれるＰＭ量の実測値を求める。

診断部６３は、ＰＭセンサ５１の検出信号と、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度と、に基づいて、ＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりを診断する（詳細は後述）。

尚、バルブ制御部６１、ＰＭ量検出部６２及び診断部６３は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。

［ＥＣＵの動作フロー］
次に、図２〜図４を参照して、ＥＣＵ６０がＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりを判定する際の動作について説明する。

エンジン本体１０の燃焼室内で発生するＰＭ量は、一般に、エンジンの運転条件から、Ｓｏｏｔの生成メカニズムに基づくＳｏｏｔモデルを用いて推測することができる。一方、エンジン本体１０から排出されたＰＭ量は、排気通路３０に配設したＰＭセンサ５１の検出信号に基づいて、実測することができる。

本実施形態に係るＥＣＵ６０は、かかるＰＭ量の推測値と実測値の差から、ＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりを診断（後述する予備診断）する。

尚、本実施形態に係るＥＣＵ６０は、ＰＭ量を推測するべく、Ｓｏｏｔモデル等を用いて、エンジンの運転条件と、排気通路３０に排出される排気ガス中のＰＭ量との関係を予め実験によって求めて、ＲＯＭ等の記憶部に、演算マップ（以下、「ＰＭ量推測マップ」と称する）として記憶させておく。

図２は、ＰＭ量推測マップの一例を示す図である。

図２のＰＭ量推測マップは、他の運転条件が同一の条件下における、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度とＰＭ量の推測値の関係を示す。一般に、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度が大きくなるほど、エンジン本体１０の燃焼室内が不燃焼状態となり、ＰＭ量が大きくなる。ＰＭ量推測マップにおいても、他の運転条件が同一の条件下では、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度が大きくなるほど、ＰＭ量が大きくなるマップとなっている。

ＥＣＵ６０は、かかるＰＭ量推測マップを参照すると共に、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度、エンジン回転数、燃焼室への吸入空気量、吸入空気の酸素濃度、排気ガスの排気ガス温度、ＥＧＲ装置３１のＥＧＲ通路３１ａの上流側の圧力及び下流側の圧力等のエンジン運転条件に基づいて、排気通路３０に排出されるＰＭ量の推測値を算出する。

尚、上記各種パラメータは、ＥＧＲ装置３１が現在設定しているＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度、及び各種センサ（エンジン回転センサ５２、エアフローメータ５３、酸素濃度センサ５４、排気温度センサ５５、圧力センサ５６、圧力センサ５７）の検出信号に基づいて、直接的又は間接的に求めることができる。

尚、図２のＰＭ量推測マップでは、説明の便宜として、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度から、直接的にＰＭ量の推測値を算出し得るように図示しているが、当該ＰＭ量の推測値は、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度から、間接的に算出されてもよいのは勿論である。例えば、ＰＭ量の推測値は、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度や吸排気の圧力から算出されるＥＧＲ率から求められる構成としてもよい。

図３、図４は、ＥＣＵ６０の動作の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、例えば、ＥＣＵ６０がコンピュータプログラムに従って、所定間隔（例えば、１秒毎）で実行するものである。

本実施形態に係るＥＣＵ６０は、図３に示すように、まず、予備診断処理を実行し（図４を参照して後述。ステップＳｔ１）、当該予備診断処理でＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりが発生していると判断した場合、本診断処理を実行する（ステップＳｔ２）。

ステップＳ１において、まず、ＥＣＵ６０は、エンジンの運転条件から、ＰＭ量推測マップを用いて、排気通路３０に排出されるＰＭ量の推測値を算出する。ここで、ＥＣＵ６０は、例えば、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度、エンジン回転数、燃焼室への吸入空気量、吸入空気の酸素濃度、排気ガスの排気ガス温度、ＥＧＲ装置３１のＥＧＲ通路３１ａの上流側の圧力及び下流側の圧力を読み出し、これらに基づいて、ＰＭ量推測マップを用いて、排気通路３０に排出されるＰＭ量の推測値を算出する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ６０は、ＰＭセンサ５１の検出信号を取得し、排気通路３０に排出されるＰＭ量の実測値を求める。

ステップＳ３において、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１で求めたＰＭ量の推測値と、ステップＳ２で求めたＰＭ量の実測値とを比較して、ＰＭ量の実測値が、ＰＭ量の推測値よりも少ないか否かを判定する。

ここで、ＰＭ量の実測値が、ＰＭ量の推測値よりも少ない場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ６０は、ＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりが発生していると診断結果を出力する（ステップＳ４）。一方、ＰＭ量の実測値が、ＰＭ量の推測値以上である場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりが発生していない、即ち正常状態であると診断結果を出力する（ステップＳ５）。

尚、ステップＳ４及びステップＳ５における診断結果の出力態様は、任意であって、ＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりが発生した場合には、インジケータ等に表示させてもよいし、目詰まりが発生していない場合には、特に処理を行うことなく終了してもよい。

ステップＳ３の判定処理について詳述する。通常、図２に示すように、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度が大きくなるほど、不燃焼状態となるため、排気ガスに含まれるＰＭ量が大きくなる。従って、ＰＭ量の実測値がＰＭ量の推測値よりも少ないということは、ＥＧＲ通路３１ａに環流する排気ガスが予想以上に少ない現象、即ち、ＥＧＲ通路３１ａに排気ガスが環流しくにい現象が生じていることを意味する。これより、ＥＣＵ６０は、ＰＭ量の実測値がＰＭ量の推測値よりも少なくなっている状態を検出することで、ＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりの状態を検出することができる。

本実施形態に係るＥＣＵ６０は、以上のような予備診断処理（ステップＳ１〜Ｓ５）において、ＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりが発生していると判断した場合、本診断処理を実行する（ステップＳｔ２）。

本診断処理は、いわゆるＥＧＲ装置３１に既設されているテストモードである。かかるテストモードは、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度を変動させ、その際に、ＥＧＲ通路３１ａに通流する排気ガスの流量の変動量（流量センサの検出値の変動量）から、ＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりを診断する。本診断処理においては、例えば、ＥＧＲ通路３１ａに通流する排気ガスの流量の変動量が、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度の変動量に追従しない場合、ＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりが発生していると判断する。尚、かかるテストモードは、公知の処理と同様であるため、ここでの説明は省略する。

このテストモードは、ＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まり診断の精度は高いが、ＥＧＲ量の調整等を停止して、ＥＧＲバルブ３１ｃのバルブ開度を変動させるため、排ガス中のＮＯｘが増大したり、ドライバビリティーに悪影響を及ぼすという問題を有する。

この点、本実施形態に係るＥＣＵ６０（異常診断装置）を用いた予備診断を行うことによって、テストモードの頻度を減らすことができる。そして、本実施形態に係るＥＣＵ６０（異常検出装置）によれば、既設のＰＭセンサ５１を利用することで、簡易な構成で、ＥＧＲクーラ３１ｂの目詰まりの予備診断を行うことができるため、部品点数の削減、ひいては製品コストの削減に資することにもなる。

但し、本実施形態に係るＥＣＵ６０（異常診断装置）を用いた診断は、予備診断として用いる態様に限らず、当該診断単独で用いられてもよいのは勿論である。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

上記実施形態では、ＥＣＵ６０の一例として、ＰＭ量検出部６２及び診断部６３の処理を一連のフローの中で実行されるものとして示したが、これらの処理の一部が並列で実行されるものとしてもよい。

又、上記実施形態では、異常診断装置の一例として、ＥＧＲバルブ３１ｃを制御するＥＣＵ６０の機能の一部として搭載される態様を示した。しかしながら、異常診断装置は、エンジンＥＣＵ等、他のＥＣＵに搭載されてもよいし、専用のマイコン等として実現されてもよい。又、異常診断装置の機能の一部を複数のコンピュータに分散させてもよいのは勿論である。

又、上記実施形態では、異常診断装置を適用する対象の一例として、ディーゼルエンジンを搭載する車輌を示したが、ガソリンンジンを搭載する車輌にも適用し得るのは勿論である。又、車輌の内燃機関に限らず、ＥＧＲ装置を搭載する船舶等の内燃機関にも適用することができる。

又、上記実施形態では、各種センサ５１〜５７の一例として、ＰＭセンサ５１、エンジン回転センサ５２、エアフローメータ５３、酸素濃度センサ５４、排気温度センサ５５、圧力センサ５６、圧力センサ５７を示した。但し、各種センサ５２〜５７は、エンジン回転センサ５２、エアフローメータ５３、酸素濃度センサ５４、排気温度センサ５５、圧力センサ５６、圧力センサ５７については、ＰＭ量の推測値を求めることができれば、他のセンサを用いてもよいし、一部のセンサを省略してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本開示に係る異常検出装置によれば、簡易な構成で、ＥＧＲクーラの目詰まりを検出することができる。

１０ エンジン本体
２０ 吸気通路
２１ エアクリーナ
２２ ターボチャージャ
２３ 吸気スロットルバルブ
３０ 排気通路
３１ ＥＧＲ装置
３１ａ ＥＧＲ通路
３１ｂ ＥＧＲクーラ
３１ｃ ＥＧＲバルブ
４０ 排気浄化装置
４１ 酸化触媒
４２ ＰＭフィルタ
５１ ＰＭセンサ
５２ エンジン回転センサ
５３ エアフローメータ
５４ 酸素濃度センサ
５５ 排気温度センサ
５６、５７ 圧力センサ
６０ ＥＣＵ
６１ バルブ制御部
６２ ＰＭ量検出部
６３ 診断部

Claims (5)

1. 内燃機関から排出される排気ガスの一部を、当該内燃機関の吸気側に環流するＥＧＲ装置に適用される異常検出装置であって、
   前記内燃機関の排気通路に配設されたＰＭセンサの検出信号を取得するＰＭ量検出部と、
   前記ＰＭセンサの検出信号と前記ＥＧＲ装置のＥＧＲバルブのバルブ開度とに基づいて、前記ＥＧＲ装置のＥＧＲクーラの目詰まりを診断する診断部と、
   を備える、異常検出装置。
2. 前記診断部は、前記ＥＧＲバルブのバルブ開度に基づいて、前記排気通路に排出される排気ガス中のＰＭ量の推測値を算出し、
   当該ＰＭ量の推測値と前記ＰＭセンサの検出信号が示すＰＭ量の実測値とを比較することによって、前記ＥＧＲクーラの目詰まりを診断する、
   請求項１に記載の異常検出装置。
3. 前記診断部は、前記ＰＭ量の推測値が前記ＰＭ量の実測値よりも所定の閾値以上大きい場合、前記ＥＧＲクーラの目詰まりが発生していると診断する、
   請求項２に記載の異常検出装置。
4. 前記診断部は、前記ＥＧＲバルブのバルブ開度と前記内燃機関の運転状態に基づいて、Ｓｏｏｔモデルを用いて、前記ＰＭ量の推測値を算出する、
   請求項２又は３に記載の異常検出装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の異常検出装置を備える車輌。

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