JP2019157770A - エンジンシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジン運転状態の検出に対する各種影響にかかわらずEGR弁が完全に全閉とならない異常に関する誤判定を防止し、異常時にはエンストを適正に回避すること。【解決手段】エンジンシステムは、スロットル装置14、EGR装置10(EGR弁18)及び電子制御装置(ECU)50を備える。ECU50は、エンジン減速時に、吸気圧センサ51で検出される吸気圧力に基づきEGR弁18の異物噛み込み異常と異物径を診断する。そして、ECU50は、異常が有ることと異物径を判定したとき、異物径と所定の学習判定値との間の差を異物径差として算出し、異物径差が異常判定値以上となる場合は異物径が過大であるとしてエンストを回避するためにスロットル装置14を制御し、異物径差が通常判定値以上かつ異常判定値未満となる場合はエンジン減速を継続し、異物径差が通常判定値未満となる場合は異物径が微少であるとして学習判定値を更新する。【選択図】 図1

Description

この明細書に開示される技術は、エンジンの排気の一部を排気還流ガスとしてエンジンへ還流させる排気還流装置(排気還流弁を含む)を備え、エンジンの減速時に排気還流弁に全閉異常が有ると判定したときにエンスト回避制御を実行するように構成したエンジンシステムに関する。
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献1に記載の技術「エンジンの排気ガス還元装置の故障診断装置」が知られている。この技術は、エンジンの吸気通路と排気通路とを接続するEGR通路と、EGR通路に設けられたEGR弁とを含むEGR供給手段と、エンジンに吸入される吸気量を検出するエアフローメータと、吸気圧力を検出する吸気圧センサと、検出される吸気量に基づき吸気圧力を推定する吸気圧力推定手段と、減速時にEGR弁を開弁すると共に、推定された吸気圧力(推定吸気圧力)と検出された吸気圧力(検出吸気圧力)との関係に基づいて、EGR供給手段の故障判定(例えば、EGR弁の異物噛み込みの判定)を行うEGR故障判定手段と、アイドル時に、推定吸気圧力と検出吸気圧力との間のずれを補正する学習手段とを備える。EGR故障判定手段は、学習手段によって補正された学習値を反映して故障判定を行うようになっている。ここで、学習手段は、推定吸気圧力と検出吸気圧力との間のずれに関する補正値を、減速時とほぼ類似するアイドル時(スロットル弁がほぼ全閉となるとき)に事前に学習するようになっている。これにより補正値の学習精度を維持しながら減速時の故障診断を速やかに実行するようになっている。
特開2008−223516号公報
ところが、特許文献1に記載の技術では、吸気圧センサによる吸気圧力の検出やエアフローメータによる吸気量の検出が、随時各種の影響を受けることから、それらの検出値に基づく故障判定の精度が悪化し、誤判定が起きるおそれがある。ここで、エンジンの運転状態の検出に対する各種の影響として、例えば、エンジンの内部EGR、大気圧力、吸気温度等の条件の急変が考えられる。また、車両におけるブレーキ作動時やパージ作動時の吸気圧力の上昇が考えられる。
この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンの運転状態の検出に対する各種の影響にかかわらず、排気還流弁が異物噛み込み等により完全に全閉とならない異常に関する誤判定を防止し、異常時にはエンストを適正に回避することを可能としたエンジンシステムを提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の技術は、エンジンと、エンジンへ吸気を導入するための吸気通路と、エンジンから排気を導出するための排気通路と、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして吸気通路へ流してエンジンへ還流させるための排気還流通路と、排気還流通路における排気還流ガス流量を調節するための排気還流弁とを含む排気還流装置と、排気還流弁は、弁座と、弁座に着座可能に設けられた弁体とを含むことと、エンジンの出力を調節するための出力調節手段と、エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段と、検出されるエンジンの運転状態に基づき、少なくとも排気還流弁及び出力調節手段を制御するための制御手段とを備えたエンジンシステムにおいて、制御手段は、エンジンの減速時に、検出される運転状態に基づき、排気還流弁における弁座と弁体との間の開閉に係る異常と異常の程度を診断するように構成され、異常が有ることと異常の程度が判定されたときは、異常の程度と所定の学習判定値との間の差を異常程度差として算出し、異常程度差が所定の異常判定値以上となる場合は、異常の程度が過大であるとしてエンストを回避するために出力調節手段を制御し、異常程度差が所定の通常判定値(異常判定値より小さい)以上かつ異常判定値未満となる場合は、エンジンの減速を継続し、異常程度差が通常判定値未満となる場合は、異常の程度が微少であるとして学習判定値を更新することを趣旨とする。
上記技術の構成によれば、エンジンの減速時には、検出される運転状態に基づき、排気還流弁における弁座と弁体との間の開閉に係る異常と異常の程度が診断される。そして、排気還流弁に異常が有ることと異常の程度が判定されたときは、異常の程度と所定の学習判定値との間の差が異常程度差として算出される。ここで、異常程度差が所定の異常判定値以上となる場合は、異常の程度が過大であるとしてエンストを回避するために出力調節手段が制御される。また、異常程度差が所定の通常判定値(異常判定値より小さい)以上かつ異常判定値未満となる場合は、エンジンの減速が継続される。更に、異常程度差が通常判定値未満となる場合は、異常の程度が微少であるとして学習判定値が更新される。従って、異常程度差が通常判定値未満となり異常の程度が微少となるときに、異常の程度と比べられる学習判定値が更新されるので、学習判定値に対し、運転状態検出手段による検出への各種影響が反映される。また、異常の程度が過大となるときだけエンストを回避するために出力調節手段が制御されるので、その制御回数が抑えられる。
上記目的を達成するために、請求項2に記載の技術は、請求項1に記載の技術において、制御手段は、以前に求められた異常の程度に係る複数の値の平均値を学習判定値として更新することを趣旨とする。
上記技術の構成によれば、請求項1に記載の技術の作用に加え、以前に求められた異常の程度に係る複数の値の平均値が学習判定値として更新されるので、運転状態検出手段による各種検出に対する影響(環境条件の変化、各種機器の個体差及び各種機器の経時変化)が学習判定値に吸収され、反映される。
上記目的を達成するために、請求項3に記載の技術は、請求項1又は2に記載の技術において、運転状態検出手段は、エンジンの吸気圧力を検出するための吸気圧力検出手段と、エンジンの回転数を検出するための回転数検出手段とを含み、制御手段は、検出される吸気圧力及び回転数に基づき、吸気圧力に係る実測値と推定値を算出し、実測値と推定値との違いに基づき排気還流弁に係る異常と異常の程度を診断することを趣旨とする。
上記技術の構成によれば、請求項1又は2に記載の技術の作用に加え、排気還流弁に係る異常と異常の程度を診断するための運転状態のパラメータが吸気圧力と回転数に特定される。
請求項1に記載の技術によれば、エンジンの運転状態の検出に対する各種の影響にかかわらず、排気還流弁が異物噛み込み等により完全に全閉とならない異常に関する誤判定を防止することができ、異常時にはエンストを適正に回避することができる。
請求項2に記載の技術によれば、請求項1に記載の技術の効果に対し、異物噛み込み異常等に関する診断精度を向上させることができる。
請求項3に記載の技術によれば、請求項1又は2に記載の技術と同等の効果が得られる。
一実施形態に係り、ガソリンエンジンシステムを示す概略構成図。 一実施形態に係り、EGR弁の構成を示す断面図。 一実施形態に係り、EGR弁の一部を示す拡大断面図。 一実施形態に係り、異物噛み込み診断制御の内容を示すフローチャート。 一実施形態に係り、エンジン回転数とエンジン負荷に応じた減速時の全閉基準吸気圧力を求めるために参照される全閉基準吸気圧力マップ。 一実施形態に係り、異物除去制御の内容を示すフローチャート。 一実施形態に係り、減速時エンスト回避制御の内容を示すフローチャート。 一実施形態に係り、噛み込み異物径差に対する吸気圧力変化の関係を示すグラフ。 一実施形態に係り、減速開始からの噛み込み異物径、平均噛み込み異物径及び噛み込み異物径差の関係を示すグラフ。
以下、エンジンシステムをガソリンエンジンシステムに具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
[エンジンシステムの概要について]
図1に、この実施形態におけるガソリンエンジンシステム(以下、単に「エンジンシステム」という。)を概略構成図により示す。このエンジンシステムは、レシプロタイプの4気筒のエンジン1を備える。エンジン1の吸気ポート2には、吸気通路3が接続され、排気ポート4には、排気通路5が接続される。吸気通路3の入口には、エアクリーナ6が設けられる。
吸気通路3には、サージタンク3aが設けられ、サージタンク3aより上流の吸気通路3には、電子スロットル装置14が設けられる。電子スロットル装置14は、スロットル弁21と、スロットル弁21を開閉駆動するためのDCモータ22と、スロットル弁21の開度(スロットル開度)TAを検出するためのスロットルセンサ23とを備える。電子スロットル装置14は、運転者によるアクセルペダル26の操作に応じてDCモータ22が駆動することで、スロットル弁21の開度が調節されるようになっている。電子スロットル装置14は、この開示技術における出力調節手段の一例に相当する。排気通路5には、排気を浄化するための触媒コンバータ15が設けられる。
エンジン1には、燃焼室16に燃料を噴射供給するためのインジェクタ25が設けられる。インジェクタ25には、燃料タンク(図示略)から燃料が供給されるようになっている。また、エンジン1には、燃焼室16にて形成された燃料と吸気との混合気を点火するための点火装置29が設けられる。インジェクタ25及び点火装置29は、この開示技術における出力調節手段の一例に相当する。
このエンジンシステムには、高圧ループ式の排気還流装置(EGR装置)10が設けられる。このEGR装置10は、エンジン1の燃焼室16から排気通路5へ排出される排気の一部を排気還流ガス(EGRガス)として燃焼室16へ還流するための装置であり、EGRガスを排気通路5から吸気通路3へ流すための排気還流通路(EGR通路)17と、EGR通路17におけるEGRガスの流量を調節するために同通路17に設けられる排気還流弁(EGR弁)18とを備える。EGR通路17は、排気通路5と、吸気通路3のサージタンク3aとの間に設けられる。すなわち、EGR通路17の出口17aは、電子スロットル装置14より下流にてサージタンク3aに接続される。EGR通路17の入口17bは、触媒コンバータ15より上流の排気通路5に接続される。
EGR通路17には、同通路17を流れるEGRガスを冷却するためのEGRクーラ20が設けられ、EGR弁18は、EGRクーラ20より下流のEGR通路17に配置される。
[EGR弁の構成について]
図2に、EGR弁18の構成を断面図により示す。図3に、EGR弁18の一部を拡大断面図により示す。図2に示すように、EGR弁18は、ポペット式の電動弁により構成される。すなわち、EGR弁18は、ハウジング31と、ハウジング31の中に設けられる弁座32と、ハウジング31の中で弁座32に対して着座可能かつ移動可能に設けられる弁体33と、弁体33をストローク運動させるためのステップモータ34とを備える。ハウジング31は、排気通路5の側(排気側)よりEGRガスが導入される導入口31aと、吸気通路3の側(吸気側)へEGRガスを導出する導出口31bと、導入口31aと導出口31bとを連通する連通路31cとを含む。弁座32は、連通路31cの中間に設けられる。
ステップモータ34は、直進的に往復運動(ストローク運動)可能に構成された出力軸35を備え、その出力軸35の先端に弁体33が固定される。出力軸35はハウジング31に設けられる軸受36を介してハウジング31に対しストローク運動可能に支持される。出力軸35の上端部には、雄ねじ部37が形成される。出力軸35の中間(雄ねじ部37の下端付近)には、スプリング受け38が設けられる。スプリング受け38は、下面が圧縮スプリング39の受け面となっており、上面にはストッパ40が形成される。
弁体33は円錐形状をなし、その円錐面が弁座32に対して当接又は離間するようになっている。弁体33が弁座32に当接することにより、弁体33が全閉となり、弁体33が弁座32から離間することにより、弁体33が開弁するようになっている。弁体33は、スプリング受け38とハウジング31との間に設けられた圧縮スプリング39によりステップモータ34の側へ、すなわち弁座32に着座する閉弁方向へ、付勢されるようになっている。そして、全閉状態の弁体33が、ステップモータ34の出力軸35により、圧縮スプリング39の付勢力に抗して、ストローク運動することにより、弁体33が弁座32から離間(開弁)する。この開弁時には、弁体33は、EGR通路17の上流側(排気側)へ向けて移動する。このように、このEGR弁18は、弁体33が弁座32に着座した全閉状態から、エンジン1の排気圧力又は吸気圧力に抗してEGR通路17の上流側へ移動することで、弁体33が弁座32から離れて開弁する。一方、開弁状態から、弁体33を、ステップモータ34の出力軸35により圧縮スプリング39の付勢方向へ移動させることで、弁体33が弁座32に近付いて閉弁する。この閉弁時には、弁体33は、EGR通路17の下流側(吸気側)へ向けて移動する。
この実施形態では、ステップモータ34の出力軸35をストローク運動させることにより、弁座32に対する弁体33の開度が調節されるようになっている。EGR弁18の出力軸35は、弁体33が弁座32に着座する全閉状態から、弁体33が弁座32から最大限離間する全開状態までの間で所定のストロークだけストローク運動可能に設けられる。
ステップモータ34は、コイル41、マグネットロータ42及び変換機構43を含む。ステップモータ34は、コイル41が通電により励磁されることで、マグネットロータ42を所定のモータステップ数だけ回転させ、変換機構43によりマグネットロータ42の回転運動を出力軸35のストローク運動に変換するようになっている。この出力軸35のストローク運動に伴って、弁体33が弁座32に対しストローク運動するようになっている。
マグネットロータ42は、樹脂製のロータ本体44と、円環状のプラスチックマグネット45とを含む。ロータ本体44の中心には、出力軸35の雄ねじ部37に螺合する雌ねじ部46が形成される。ロータ本体44の雌ねじ部46と出力軸35の雄ねじ部37とが螺合した状態で、ロータ本体44が回転することで、その回転運動が出力軸35のストローク運動に変換される。ここで、雄ねじ部37と雌ねじ部46により、上記した変換機構43が構成される。ロータ本体44の下部には、スプリング受け38のストッパ40が当接する当接部44aが形成される。EGR弁18の全閉時には、ストッパ40の端面が、当接部44aの端面に面接触し、出力軸35の初期位置が規制されるようになっている。
この実施形態では、ステップモータ34のモータステップ数を段階的に変えることにより、EGR弁18の弁体33の開度を、全閉から全開までの間で段階的に微少に調節するようになっている。
[エンジンシステムの電気的構成について]
この実施形態のエンジンシステムは、図1に示すように、各種制御を司る電子制御装置(ECU)50を備える。ECU50は、エンジン1の運転状態に応じて、インジェクタ25、点火装置29、電子スロットル装置14(DCモータ22)及びEGR弁18(ステップモータ34)をそれぞれ制御するようになっている。ECU50は、EGR弁18及び電子スロットル装置14を制御するために、所定の指令信号をDCモータ22及びステップモータ34へ出力するようになっている。ECU50は、中央処理装置(CPU)と、所定の制御プログラム等を予め記憶したり、CPUの演算結果等を一時的に記憶したりする各種メモリと、これら各部と接続される外部入力回路及び外部出力回路とを備える。ECU50は、この開示技術における制御手段の一例に相当する。外部出力回路には、インジェクタ25、点火装置29、電子スロットル装置14(DCモータ22)及びEGR弁18(ステップモータ34)が接続される。外部入力回路には、スロットルセンサ23をはじめエンジン1の運転状態を検出するための各種センサ27,51〜55が接続される。各種センサ23,27,51〜55は、この開示技術における運転状態検出手段の一例に相当する。
ここで、各種センサとして、スロットルセンサ23の他に、アクセルセンサ27、吸気圧センサ51、回転数センサ52、水温センサ53、エアフローメータ54及び空燃比センサ55が設けられる。アクセルセンサ27は、アクセルペダル26の操作量をアクセル開度ACCとして検出し、その検出信号を出力するようになっている。吸気圧センサ51は、電子スロットル装置14より下流のサージタンク3aにおける圧力を吸気圧力PMとして検出し、その検出信号を出力するようになっている。吸気圧センサ51は、吸気圧検出手段の一例に相当する。回転数センサ52は、エンジン1のクランクシャフト1aの回転角度(クランク角度)を検出すると共に、そのクランク角度の変化(クランク角速度)をエンジン1の回転数(エンジン回転数)NEとして検出し、その検出信号を出力するようになっている。回転数センサ52は、この開示技術における回転数検出手段の一例に相当する。水温センサ53は、エンジン1の内部を流れる冷却水の温度を冷却水温度THWとして検出し、その検出信号を出力するようになっている。エアフローメータ54は、エアクリーナ6の直下流にて吸気通路3を流れる吸気量Gaを検出し、その検出信号を出力するようになっている。空燃比センサ55は、触媒コンバータ15の直上流の排気通路5にて、排気中の空燃比A/Fを検出し、その検出信号を出力するようになっている。
この実施形態で、ECU50は、エンジン1の全運転領域において、エンジン1の運転状態に応じてEGR制御を実行するために、EGR弁18を制御するようになっている。一方、ECU50は、エンジン1の減速時であって、エンジン1への燃料供給が遮断されるとき(減速燃料カット時)には、EGRの流れを遮断するために、EGR弁18を全閉に制御するようになっている。
ここで、EGR弁18では、図3に示すように、弁座32と弁体33との間でデポジット等の異物FBの噛み込みや付着が問題になることがある。そこで、この実施形態で、ECU50は、弁座32と弁体33との間における異物FBの噛み込みを含む「EGR弁18の開閉に係る異常」を診断するために「異物噛み込み診断制御」を実行するようになっている。また、この実施形態で、ECU50は、EGR弁18に噛み込まれた異物FBを除去するために「異物除去制御」を実行するようになっている。更に、この実施形態で、ECU50は、エンジン1の減速時に、EGR弁18に異物FBが噛み込まれた場合のエンスト等を回避するために「減速時エンスト回避制御」を実行するようになっている。
[異物噛み込み診断制御について]
先ずEGR弁18の「異物噛み込み診断制御」について説明する。図4に、この制御内容の一例をフローチャートにより示す。このフローチャートは、エンジン1の減速時であってEGR弁18を全閉に制御するとき又は閉弁制御するときに、EGR弁18の異物噛み込み異常の有無を診断するための処理内容を示す。ECU50は、この「異物噛み込み診断制御」を他の「異物除去制御」と「減速時エンスト回避制御」に対し先行的に実行するようになっている。
処理がこのルーチンへ移行すると、先ず、ステップ100で、ECU50は、エンジン1の運転状態を示す各種信号を各種センサ等23,51,52,54から取り込む。すなわち、エンジン回転数NE、エンジン負荷KL、スロットル開度TA、吸気量Ga及び吸気圧力PMと、EGR弁18の開度に対応するステップモータ34のモータステップ数STegrとをそれぞれ取り込む。ここで、ECU50は、スロットル開度TA又は吸気圧力PMに基づきエンジン負荷KLを求めることができる。また、モータステップ数STegrは、EGR弁18の開度(EGR開度)、すなわち弁座32に対する弁体33の開度に比例する関係を有する。
次に、ステップ110で、ECU50は、エンジン1の運転状態が異物噛み込み検出範囲内か否かを判断する。ECU50は、例えば、エンジン回転数NEとエンジン負荷KLとの関係から規定される範囲が、異物噛み込み検出に適した所定の検出範囲内であるかを判断することができる。この所定の検出範囲内として、エンジン1の減速運転又は定常運転が含まれる。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ120へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ100へ戻す。
ステップ120では、ECU50は、モータステップ数STegrが「8ステップ」より小さいか否かを判断する。「8ステップ」は、一例であり、EGR弁18の微小開度に対応する。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ130へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ100へ戻す。
ステップ130では、ECU50は、エンジン回転数NEとエンジン負荷KLに応じた減速時の全閉基準吸気圧力PMegr0を取り込む。ECU50は、例えば、図5、図6に示すように予め設定された全閉基準吸気圧力マップを参照することにより、エンジン回転数NEとエンジン負荷KLに応じた減速時の全閉基準吸気圧力PMegr0を求めることができる。この全閉基準吸気圧力マップは、EGR弁18の弁体33の開度(EGR開度)が「0」、すなわち全閉時における、エンジン回転数NE及びエンジン負荷KLに対する全閉基準吸気圧力PMegr0の関係が予め設定されたマップである。ここで、一般に、エンジン1の減速時の吸気圧力PMは、EGR弁18における異物の噛み込みの有無にかかわらずエンジン負荷KLと相関を有し、両者はほぼ比例する。ただし、吸気圧力PMは、エンジン回転数NEに応じて変化するので、図5、図6では、エンジン回転数NE及びエンジン負荷KLに対して全閉基準吸気圧力PMegr0が設定される。この全閉基準吸気圧力PMegr0は、この開示技術における吸気圧力の推定値の一例に相当する。なお、この推定値は、所定のモデル式から算出された値であったり、予め設定されたマップを参照することにより得られた値であったりしてもよい。
次に、ステップ140で、ECU50は、エンジン回転数NEに応じた圧力上昇代αを取り込む。ECU50は、予め設定された所定のマップを参照することにより、この圧力上昇代αを求めることができる。この圧力上昇代αは、後述する判定時に誤差等を許容するために全閉基準吸気圧力PMegr0に加算される。
次に、ステップ150で、ECU50は、検出される吸気圧力PM(実測値)が、推定値である全閉基準吸気圧力PMegr0と圧力上昇代αとの加算結果より大きいか否かを判断する。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ160へ移行し、この判断結果が否定となる場合に処理をステップ170へ移行する。
ステップ160では、ECU50は、EGR弁18が異物噛み込みにより異常であること(異物噛み込み異常)を判定し、その判定結果をメモリに記憶する。また、ECU50は、そのときのEGR弁18(ステップモータ34)のモータステップ数STegrを「噛み込み異物径OPst(i)」としてメモリに記憶する。その後、ECU50は、処理をステップ100へ戻す。この噛み込み異物径OPst(i)は、この開示技術における異常の程度の一例に相当する。
一方、ステップ170では、ECU50は、EGR弁18が正常に全閉したこと(正常全閉)を判定し、処理をステップ100へ戻す。
上記した「異物噛み込み診断制御」によれば、ECU50は、エンジン1の減速時に、検出されるエンジン1の運転状態に基づき、EGR弁18における弁座32と弁体33との間の開閉に係る異常(異物噛み込み異常)と異常の程度(噛み込み異物径OPst)を診断するように構成される。詳しくは、ECU50は、検出される吸気圧力PM及びエンジン回転数NEに基づき、吸気圧力に係る実測値(吸気圧力PM)と推定値(全閉基準吸気圧力PMegr0)を算出し、それら実測値(吸気圧力PM)と推定値(全閉基準吸気圧力PMegr0)との違いに基づきEGR弁18に係る異常(異物噛み込み異常)と異常の程度(噛み込み異物径OPst)を診断するようになっている。
また、この「異物噛み込み診断制御」によれば、ECU50は、エンジン1の減速時であってECU50がEGR弁18を全閉に制御するとき又は閉弁制御するときに、全閉基準吸気圧力マップ(基準関数マップ)を参照することにより、EGR開度、エンジン回転数NE及びエンジン負荷KLに応じた全閉基準吸気圧力PMegr0を求める。そして、ECU50は、その全閉基準吸気圧力PMegr0と検出される吸気圧力PMとを比較することにより、EGR弁18の開閉に係る異常の有無を診断するようになっている。
[EGR弁の異物除去制御について]
次に、上記した「異物噛み込み診断制御」に関連して実行されるEGR弁18の「異物除去制御」について説明する。図6に、その制御内容の一例をフローチャートにより示す。
処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ200で、ECU50は、回転数センサ52及びスロットルセンサ23等の検出値に基づきエンジン回転数NE、エンジン負荷KLをそれぞれ取り込む。
次に、ステップ210で、ECU50は、エンジン回転数NEとエンジン負荷KLに応じたEGR弁18の目標EGR開度Tegrを求める。ECU50は、例えば、所定の目標EGR開度マップを参照することにより、エンジン回転数NEとエンジン負荷KLに応じた目標EGR開度Tegrを求めることができる。
次に、ステップ220で、ECU50は、EGR弁18が異物噛み込み異常であるか否かを判断する。ECU50は、上記したEGR弁異物噛み込み診断制御の判定結果に基づき、この判断を行うことができる。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ230へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ370へ移行する。
ステップ230で、ECU50は、異物除去フラグXEGROPが「0」か否かを判断する。このフラグXEGROPは、後述するように、EGR弁18に噛み込まれた異物の除去制御(異物除去制御)が実行された場合に「1」に設定されるようになっている。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合はステップ240へ移行し、この判断結果が否定となる場合はステップ330へ移行する。
ステップ240では、ECU50は、異物径相当比KΦOPを取り込む。ECU50は、異物噛み込み判定時に検出される吸気圧力PMを、正常時の吸気圧力(エンジン回転数NEとエンジン負荷KLの関係から求められる全閉基準吸気圧力PMegr0)で除算することにより、異物径相当比KΦOPを求めることができる。
次に、ステップ250で、ECU50は、異物径相当比KΦOPより異物径相当のEGR開度(異物径相当開度)KegrSTを求める。ECU50は、例えば、所定の異物径相当開度マップを参照することにより、異物径相当比KΦOPに応じた異物径相当開度KegrSTを求めることができる。
次に、ステップ260で、ECU50は、EGR弁18の実際のEGR開度(実EGR開度)Regrを求める。ECU50は、例えば、所定の実EGR開度マップを参照することにより、ステップモータ34のモータステップ数STegrに対応する実EGR開度Regrを求めることができる。
次に、ステップ270で、ECU50は、実EGR開度Regrが、異物径相当開度KegrSTに所定値γを加算した加算結果より大きいか否かを判断する。この所定値γは、EGR弁18を異物径相当開度KegrSTより大きい開度に制御するために加算される定数である。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は処理を280へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ310へ移行する。
ステップ280では、ECU50は、異物径相当開度KegrSTに所定値γを加算した加算結果を、EGR弁18から異物FBを除去するための異物除去開度KEGROPとして設定する。
次に、ステップ290で、ECU50は、異物除去開度KEGROPにより異物除去制御を実行する。すなわち、ECU50は、EGR弁18を実EGR開度Regrから異物除去開度KEGROPへ制御する。この場合、弁座32と弁体33との間に異物FBの噛み込みがある場合はその噛み込みが解除され、EGR通路17におけるEGRガスの流れにより弁座32又は弁体33から異物FBが引き剥がされたり、吹き飛ばされたりすることになる。
次に、ステップ300で、ECU50は、所定時間D1が経過するのを待って処理をステップ310へ移行する。
ステップ270又はステップ300から移行してステップ310では、ECU50は、異物除去フラグXEGROPを「1」に設定する。
その後、ステップ320で、ECU50は、EGR弁18を目標EGR開度Tegrに制御し、処理をステップ200へ戻す。
一方、ステップ220から移行してステップ370では、ECU50は、異物除去フラグXEGROPを「0」に設定し、処理をステップ320へ移行する。
また、ステップ230から移行してステップ330では、ECU50は、エンジン1の運転が減速又はアイドルかを判断する。ECU50は、この判断を、例えば、スロットル開度TAとエンジン回転数NEに基づいて行うことができる。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ340へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ320へ移行する。
ステップ340では、ECU50は、吸気圧力PMが、正常時の吸気圧力(エンジン回転数NEとエンジン負荷KLの関係から求めることができる全閉基準吸気圧力PMegr0)へ回復したか否かを判断する。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ350へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ370へ移行する。
ステップ350では、ECU50は、異物が除去されたことからEGR弁18が正常に復帰したと判定する。ECU50は、この判定結果をメモリに記憶することができる。
次に、ステップ360で、ECU50は、EGR弁18の異物噛み込み異常判定を解除し、処理をステップ370へ移行する。ECU50は、例えば、メモリに記憶された異物噛み込み異常判定を削除することができる。
上記した「異物除去制御」によれば、ECU50は、EGR弁18に異物噛み込み異常が有ると判定されたときに、検出された吸気圧力PMと求められた全閉基準吸気圧力PMegr0とに基づき弁座32と弁体33との間に噛み込まれた異物FBの径に相当する開度(異物径相当開度KegrST)を求め、弁座32と弁体33との間から異物FBを除去するために、求められた開度(異物径相当開度KegrST)より大きい開度(異物除去開度KEGROP)で弁体33が開弁するようにステップモータ34を制御するようになっている。
[減速時エンスト回避制御について]
次に、上記した「異物噛み込み診断制御」に関連して実行される「減速時エンスト回避制御」について説明する。図7に、その制御内容の一例をフローチャートにより示す。エンジン1の減速時に、全閉に制御したはずのEGR弁18が異物FBの噛み込み等により完全に全閉になっていない場合は、EGRガスがエンジン1へ漏れ流れてエンジン1に失火やエンストが発生するおそれがある。そこで、この実施形態では、上記した「異物噛み込み診断制御」に関連してこの「減速時エンスト回避制御」を後行的に実行するようになっている。
処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ400で、ECU50は、エンジン1の運転が減速又はアイドルかを判断する。ECU50は、この判断を、例えば、スロットル開度TAとエンジン回転数NEに基づいて行うことができる。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ410へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ500へ移行する。
ステップ410では、ECU50は、「異物噛み込み診断制御」で記憶される噛み込み異物径OPst(i)であって、減速開始(図9において時刻t0)から所定時間経過後(図9において時刻t1)に記憶された噛み込み異物径OPst(i)を取り込む。
次に、ステップ420で、ECU50は、平均噛み込み異物径AVOPst(後述する)を取り込む。この平均噛み込み異物径AVOPstは、この開示技術における学習判定値の一例に相当する。
次に、ステップ430で、ECU50は、噛み込み異物径差ΔOPstを算出する。ECU50は、今回取り込まれた噛み込み異物径OPst(i)から平均噛み込み異物径AVOPstを減算することにより噛み込み異物径差ΔOPstを求めることができる。この噛み込み異物径差ΔOPstは、この開示技術における異常程度差の一例に相当する。
次に、ステップ440で、ECU50は、噛み込み異物径差ΔOPstが、所定の異常判定値AJより大きいか否かを判断する。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は、EGRガスの漏れ量が多く失火からエンストに至るおそれがあることから処理をステップ450へ移行し、この判断結果が否定となる場合は、EGRガスの漏れ量が少なく失火からエンストに至るおそれがないことから処理をステップ460へ移行する。
ここで、異常判定値AJは、噛み込み異物径差ΔOPstが失火からエンストを招くおそれがあるか否かを判定するための値である。図8に示すように、噛み込み異物径差ΔOPstが異常判定値AJ以上となる場合は、EGR弁18から漏れ流れるEGRガスにより吸気圧力PMの変化(吸気圧力変化)ΔPMが所定値P1より大きくなり、失火からエンストに至るおそれがある。また、噛み込み異物径差ΔOPstが異常判定値AJ未満かつ異常判定値AJより所定値αだけ少ない所定の通常判定値NJ(NJ=AJ−α)以上となる場合は、失火無しか失火が少なくなる。更に、噛み込み異物径差ΔOPstが、通常判定値NJ未満となる場合は、吸気圧力変化ΔPMは、経年変化程度に微少となる。図8は、噛み込み異物径差ΔOPstに対する吸気圧力変化ΔPMの関係を示すグラフである。
そして、ステップ450では、ECU50は、エンスト回避のために噛み込み異物径差ΔOPstに応じたアイドルアップを実行する。すなわち、ECU50は、噛み込み異物径差ΔOPstに応じた目標アイドルアップ開度を求め、その開度に基づき電子スロットル装置14を制御する。その後、ECU50は、処理をステップ400へ戻す。
一方、ステップ440から移行してステップ460では、ECU50は、噛み込み異物径差ΔOPstが、所定の通常判定値NJより小さいか否かを判断する。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ470へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ400へ戻す。
ステップ470では、ECU50は、平均値更新フラグXAVOPが「0」か否かを判断する。このフラグXAVOPは、後述するように平均噛み込み異物径AVOPstを更新した場合に「1」に設定されるようになっている。ECU50は、この判断結果が肯定となる場合は、未更新であることから処理をステップ480へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ400へ戻す。
ステップ480では、ECU50は、平均噛み込み異物径AVOPstを更新する。すなわち、ECU50は、前回までに取り込まれた通常時のn個の噛み込み異物径OPst(i-1),OPst(i-2),OPst(i-3),・・・OPst(i-n)の平均値を求める。
ここで、図9に、減速開始(時刻t0)からの噛み込み異物径OPst、平均噛み込み異物径AVOPst及び噛み込み異物径差ΔOPstの関係をグラフにより示す。図9に示すように、通常時に取り込まれる噛み込み異物径OPst(i-1),OPst(i-2),OPst(i-3),・・・OPst(i-n)の間には、多少のバラツキはあるものの大きな差はない。そこで、これら通常時の噛み込み異物径OPst(i-1),OPst(i-2),OPst(i-3),・・・OPst(i-n)の平均値を逐次更新して学習することにより、環境や個体差、経時変化を反映した平均噛み込み異物径AVOPstを求めるようになっている。そして、毎回取り込まれる噛み込み異物径OPst(i)に対する平均噛み込み異物径AVOPstの差が噛み込み異物径差ΔOPstとなる。
そして、ステップ490で、ECU50は、平均値更新フラグXAVOPを「1」に設定し、処理をステップ400へ戻す。
一方、ステップ400から移行してステップ500では、ECU50は、平均値更新フラグXAVOPを「0」に設定し、処理をステップ400へ戻す。
上記の「減速時エンスト回避制御」によれば、ECU50は、EGR弁18に異常(異物噛み込み異常)が有ることと異常の程度(噛み込み異物径OPst)が判定されたときは、異常の程度(噛み込み異物径OPst)と所定の学習判定値(平均噛み込み異物径AVOPst)との間の差を異常程度差(噛み込み異物径差ΔOPst)として算出する。そして、ECU50は、その異常程度差(噛み込み異物径差ΔOPst)が所定の異常判定値AJ以上となる場合は、異常の程度(噛み込み異物径OPst)が過大であるとしてエンストを回避するために出力調節手段(電子スロットル装置14)を制御し、異常程度差(噛み込み異物径差ΔOPst)が所定の通常判定値NJ(異常判定値AJより小さい)以上かつ異常判定値AJ未満となる場合は、エンジン1の減速を継続し、異常程度差(噛み込み異物径差ΔOPst)が通常判定値NJ未満となる場合は、異常の程度(噛み込み異物径OPst)が微少であるとして学習判定値(平均噛み込み異物径AVOPst)を更新するようになっている。ここで、ECU50は、以前に求められた異常の程度に係る複数の値(噛み込み異物径OPst(i-1),OPst(i-2),OPst(i-3),・・・OPst(i-n))の平均値を学習判定値(平均噛み込み異物径AVOPst)として更新するようになっている。
また、上記の「減速時エンスト回避制御」によれば、ECU50は、エンストを回避するための制御として、学習判定値(平均噛み込み異物径AVOPst)に応じたアイドルアップを実行するようになっている。
[エンジンシステムの作用及び効果について]
以上説明したこの実施形態におけるエンジンシステムによれば、エンジン1の減速時には、検出される運転状態に基づき、EGR弁18における弁座32と弁体33との間の開閉に係る異常(異物噛み込み異常等)とその噛み込み異物径OPst(i)(異常の程度)が診断される。この実施形態では、その診断のための運転状態のパラメータが吸気圧力PMとエンジン回転数NEに特定される。そして、EGR弁18に異常が有ることと噛み込み異物径OPst(i)が判定されたときは、噛み込み異物径OPst(i)と平均噛み込み異物径AVOPst(学習判定値)との間の差が噛み込み異物径差ΔOPst(異常程度差)として算出される。ここで、噛み込み異物径差ΔOPstが所定の異常判定値AJ以上となる場合は、噛み込み異物径OPst(i)が過大であるとしてエンストを回避するために電子スロットル装置14(出力調節手段)が制御される。また、異常程度差が所定の通常判定値NJ(異常判定値AJより小さい)以上かつ異常判定値AJ未満となる場合は、エンジン1の減速が継続される。更に、噛み込み異物径差ΔOPstが通常判定値NJ未満となる場合は、噛み込み異物径OPst(i)が微少であるとして平均噛み込み異物径AVOPstが更新される。従って、噛み込み異物径差ΔOPstが通常判定値NJ未満となり噛み込み異物径OPst(i)が微少となるときに、噛み込み異物径OPst(i)と比べられる平均噛み込み異物径AVOPstが更新されるので、平均噛み込み異物径AVOPstに対し、吸気圧センサ51等(運転状態検出手段)による検出への各種影響が反映される。また、噛み込み異物径OPst(i)が過大となるときだけエンストを回避するために電子スロットル装置14が制御されるので、その制御回数が抑えられる。このため、エンジン1の運転状態の検出に対する各種の影響にかかわらず、EGR弁18が異物噛み込み等により完全に全閉とならない異常に関する誤判定を防止することができ、異常時にはエンストを適正に回避することができる。
この実施形態の構成によれば、以前に求められた噛み込み異物径OPst(i)に係る複数の値OPst(i-1),OPst(i-2),OPst(i-3),・・・OPst(i-n)の平均値を平均噛み込み異物径AVOPst(学習判定値)として更新されるので、吸気圧センサ51等(運転状態検出手段)による各種検出に対する影響(環境条件の変化、各種機器の個体差及び各種機器の経時変化)が平均噛み込み異物径AVOPstに吸収され、反映される。このため、異物噛み込み異常等に関する診断精度を向上させることができる。
この実施形態では、EGR弁18の開閉に係る異常として、異物FBの噛み込みによる全閉異常を想定したが、異物FBの噛み込みに限らず、弁体33が固着等により全閉にならない異常を想定することもできる。
また、この実施形態の構成によれば、EGR弁18に異常が有ると判定されたときは、「異物除去制御」により、異物FBの径に相当する開度より大きい開度で弁体33が開弁され、弁座32と弁体33との間に噛み込まれた異物FBが除去される。このため、EGR弁18を、異物噛み込み異常から正常状態へ速やかに戻すことができ、この意味でもエンジン1の失火やエンストの発生を回避することができる。
なお、この開示技術は前記実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
(1)前記実施形態では、電子スロットル装置14を出力調節手段として使用し、その電子スロットル装置14によるアイドルアップをエンストを回避するための制御とした。これに対し、点火装置29を出力調節手段として使用し、その点火装置29による点火時期進角制御をエンストを回避するための制御としたり、インジェクタ25を出力調節手段として使用し、そのインジェクタ25による燃料増量制御をエンストを回避するための制御としたりすることができる。
(2)前記実施形態では、EGR装置10を、過給機を備えないガソリンエンジンシステムにおける、いわゆる「高圧ループ式」のEGR装置に具体化したが、過給機を備えたガソリンエンジンシステムにおける、いわゆる「高圧ループ式」及び「低圧ループ式」のEGR装置に具体化することもできる。
(3)前記実施形態では、この開示技術をガソリンエンジンシステムに適用したが、この開示技術をディーゼルエンジンシステムに適用することもできる。
この開示技術は、EGR装置を備えたガソリンエンジンシステムやディーゼルエンジンシステムに適用できる。
1 エンジン
3 吸気通路
5 排気通路
10 EGR装置(排気還流装置)
14 電子スロットル装置(出力調節手段)
17 EGR通路(排気還流通路)
18 EGR弁(排気還流弁)
23 スロットルセンサ(運転状態検出手段)
25 インジェクタ(出力調節手段)
27 アクセルセンサ(運転状態検出手段)
29 点火装置(出力調節手段)
50 ECU(制御手段)
51 吸気圧センサ(運転状態検出手段、吸気圧力検出手段)
52 回転数センサ(運転状態検出手段、回転数検出手段)
53 水温センサ(運転状態検出手段)
54 エアフローメータ(運転状態検出手段)
55 空燃比センサ(運転状態検出手段)
PM 吸気圧力
NE エンジン回転数
OPst(i) 噛み込み異物径(異常の程度)
AVOPst 平均噛み込み異物径(学習判定値)
ΔOPst 噛み込み異物径差(異常程度差)
AJ 異常判定値
NJ 通常判定値
上記目的を達成するために、請求項3に記載の技術は、請求項1又は2に記載の技術において、運転状態検出手段は、エンジンの吸気圧力を検出するための吸気圧力検出手段と、エンジンの回転数を検出するための回転数検出手段とを含み、制御手段は、検出される吸気圧力及び回転数に基づき、吸気圧力に係る推定値を算出し、検出される吸気圧力と推定値との違いに基づき排気還流弁に係る異常を診断することを趣旨とする。

Claims (3)

  1. エンジンと、
    前記エンジンへ吸気を導入するための吸気通路と、
    前記エンジンから排気を導出するための排気通路と、
    前記エンジンから前記排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして前記吸気通路へ流して前記エンジンへ還流させるための排気還流通路と、前記排気還流通路における排気還流ガス流量を調節するための排気還流弁とを含む排気還流装置と、
    前記排気還流弁は、弁座と、前記弁座に着座可能に設けられた弁体とを含むことと、
    前記エンジンの出力を調節するための出力調節手段と、
    前記エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段と、
    検出される前記エンジンの運転状態に基づき、少なくとも前記排気還流弁及び前記出力調節手段を制御するための制御手段と
    を備えたエンジンシステムにおいて、
    前記制御手段は、前記エンジンの減速時に、検出される前記運転状態に基づき、前記排気還流弁における前記弁座と前記弁体との間の開閉に係る異常と異常の程度を診断するように構成され、前記異常が有ることと前記異常の程度が判定されたときは、前記異常の程度と所定の学習判定値との間の差を異常程度差として算出し、前記異常程度差が所定の異常判定値以上となる場合は、前記異常の程度が過大であるとしてエンストを回避するために前記出力調節手段を制御し、前記異常程度差が所定の通常判定値(前記異常判定値より小さい)以上かつ前記異常判定値未満となる場合は、前記エンジンの減速を継続し、前記異常程度差が前記通常判定値未満となる場合は、前記異常の程度が微少であるとして前記学習判定値を更新する
    ことを特徴とするエンジンシステム。
  2. 請求項1に記載のエンジンシステムにおいて、
    前記制御手段は、以前に求められた前記異常の程度に係る複数の値の平均値を前記学習判定値として更新する
    ことを特徴とするエンジンシステム。
  3. 請求項1又は2に記載のエンジンシステムにおいて、
    前記運転状態検出手段は、前記エンジンの吸気圧力を検出するための吸気圧力検出手段と、前記エンジンの回転数を検出するための回転数検出手段とを含み、
    前記制御手段は、検出される前記吸気圧力及び前記回転数に基づき、前記吸気圧力に係る実測値と推定値を算出し、前記実測値と前記推定値との違いに基づき前記排気還流弁に係る前記異常と前記異常の程度を診断する
    ことを特徴とするエンジンシステム。
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