JP3702491B2 - 内燃機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯx ）低減に有効なＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation:排気ガス再循環）制御装置に関するもので、特に、ディーゼル機関への搭載に適したＥＧＲ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、運転者のアクセル踏込量と機関回転数とに基づいて燃料噴射量（以下、単に『噴射量』ともいう）を制御し、燃料を供給するディーゼル機関に適用されたＥＧＲ制御装置が知られている。このＥＧＲ制御装置においては、排気ガスの再循環量を制御するＥＧＲバルブの詰まりや固着・摺動不良等が発生し、制御不良状態となると所定のＥＧＲ量が得られない。特に、固着・摺動不良で常にＥＧＲバルブが開弁状態のときには、図１５に示すような機関回転数Ｎe と噴射量Ｑとの関係におけるＥＧＲ実行領域（斜線を施した領域）以外の領域でもＥＧＲ制御が実施される恐れがあり、このような場合には、ディーゼル機関特有のスモーク特性の悪化を引起こすこととなる。このため、ＥＧＲバルブの異常検出及びフェイルセーフを行う必要がある。
【０００３】
内燃機関のＥＧＲ制御装置におけるＥＧＲバルブの異常検出及びフェイルセーフに関連する先行技術文献としては、特公昭６３−９１０３号公報及び特開平２−２７５０５６号公報にて開示されたものが知られている。
【０００４】
前者には、ＥＧＲバルブ近傍に補助バルブを設け、ＥＧＲバルブの異常時には補助バルブにて閉弁させる技術、また、後者には、ＥＧＲバルブのＥＧＲバルブ開度に応じて燃料噴射量を補正制御する技術がそれぞれ示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前者では、ＥＧＲバルブの異常時にはＥＧＲ制御を禁止することでフェイルセーフ機能を有しているが、従来に比して補助バルブ等の新たな追加によるコストアップが避けられず、また、その補助バルブ自身の作動信頼性が問題となるため実用的ではなかった。
【０００６】
また、後者のものにおいては、ＥＧＲバルブのＥＧＲバルブ開度とＥＧＲ量との関係の変化（ＥＧＲバルブの詰まりによる変化）に応じてＥＧＲバルブの全作動領域（図１６に示すα領域）で噴射量補正を行っている。
【０００７】
ここで、ディーゼル機関においては、ＥＧＲバルブが固着・摺動不良等でＥＧＲバルブ開度が固定状態となる故障モードのときには、図１６にβ領域として示すような、ＥＧＲバルブ開度に対するＥＧＲバルブ位置の交点以上の高負荷領域で負荷（噴射量）を減量補正すべきであり、後者の噴射量補正制御を適用したときには、図１６のγ領域及びδ領域では適切な補正が実施されないこととなる。即ち、図１６のγ領域では、噴射量補正が不要であるにもかかわらず、噴射量減量補正が実施されることによるドライバビリティ(Drivability）の悪化、また、δ領域では噴射量補正が実施されないことによるスモークの異常発生等が起こるためディーゼル機関に対するＥＧＲ制御装置として適合しているとは言えなかった。
【０００８】
そこで、この発明は、かかる不具合を解決するためになされたもので、ＥＧＲバルブの異常時におけるドライバビリティ悪化及びディーゼル機関でのスモークの異常発生を最小限に抑えることが可能な内燃機関のＥＧＲ制御装置の提供を課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置は、内燃機関の排気系から取出した排気ガスの一部であるＥＧＲガスを前記内燃機関の吸気系に導入するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲバルブの異常を検出する検出手段と、前記検出手段でＥＧＲ作動領域下での前記ＥＧＲバルブの異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度を算出する演算手段と、前記演算手段で算出された前記ＥＧＲバルブの異常検出値に応じ、この時点より高負荷側の領域におけるＥＧＲ系異常と判定されないときの通常状態での燃料噴射量に対する、前記ＥＧＲバルブの異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度に基づく減量補正量を予め記憶し、この記憶内容に基づきＥＧＲ系異常が検出された前記ＥＧＲ量またはＥＧＲバルブリフト量に対応する前記内燃機関の負荷となっている時点より高負荷側での燃料噴射量を前記減量補正量によって減量補正する補正手段とを具備するものである。
【００１０】
請求項２にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置は、請求項１の前記補正手段が、前記演算手段で算出された前記ＥＧＲ量または前記ＥＧＲバルブ開度の実値と、目標とする前記ＥＧＲ量または前記ＥＧＲバルブ開度との差分に応じて、この差分が大きい程大きく燃料噴射量を減量補正するものである。
【００１１】
【作用】
請求項１の内燃機関のＥＧＲ制御装置においては、演算手段では内燃機関の排気系から取出した排気ガスの一部であるＥＧＲガスを内燃機関の吸気系に導入するＥＧＲバルブの異常がＥＧＲ作動領域下で検出手段にて検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度が算出される。この算出されたＥＧＲバルブの異常検出値に応じ、補正手段によりこの時点より高負荷側の領域におけるＥＧＲ系異常と判定されないときの通常状態での燃料噴射量に対する、ＥＧＲバルブの異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度に基づく減量補正量を予め記憶され、この記憶内容に基づきＥＧＲ系異常が検出されたＥＧＲ量またはＥＧＲバルブリフト量に対応する内燃機関の負荷となっている時点より高負荷側での燃料噴射量が上記減量補正量によって減量補正される。このため、ＥＧＲバルブが固着・摺動不良等の何らかの異常を起こし、ＥＧＲバルブが開閉途中で停止すると、そのときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度より少なくなるような高負荷側に対応する指令値により内燃機関が制御されるときのみ燃料噴射量が減量補正される。
【００１２】
請求項２の内燃機関のＥＧＲ制御装置の補正手段では、請求項１の作用に加えて、演算手段で算出されたＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度の実値と、目標とするＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度との差分に応じて、この差分が大きい程大きく燃料噴射量が減量補正される。このため、異常となったＥＧＲバルブのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度のときに内燃機関の制御における燃料噴射量の減量補正が０とされ、それより高負荷側で差分が大きい程、燃料噴射量に対して大きく減量補正される。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置が適用されたディーゼル機関を示す概略構成図である。
【００１５】
図１において、１はディーゼル機関である内燃機関、３は内燃機関１に燃料を供給する燃料噴射ポンプ、５は排気ガスを排気側から吸気側に循環させるＥＧＲ装置、７は本システムを制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御装置）である。
【００１６】
以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００１７】
まず、内燃機関１では、吸気口１１から吸気通路１３を介して燃焼室１５内に空気を吸入し、排気通路１７へ排気ガスを排出する。また、内燃機関１のシリンダヘッド１ａには燃料噴射ノズル１９が取付けられており、この燃料噴射ノズル１９は図示しない渦流室を介して燃焼室１５内にディーゼル機関用の液体燃料を噴射する。なお、シリンダヘッド１ａには図示しないグロープラグが取付けられている。
【００１８】
内燃機関１の燃料噴射ポンプ３は、図２に示すように、内燃機関１のクランク軸（図示略）の回転と連動して回転されるポンプ駆動軸２３を備えている。このポンプ駆動軸２３には、燃料を加圧するためのフィードポンプ２４（図２では９０°展開して示す）が連結され、その先端には周面に多数の歯が突出形成された回転歯車２５が取付けられている。これらフィードポンプ２４及び回転歯車２５は、ポンプ駆動軸２３によって直接的に回転駆動される。
【００１９】
回転歯車２５の外周面に接近する位置には、ローラリング２６に取付けられた回転センサ２７が設けられている。この回転センサ２７は電磁ピックアップで構成され、回転歯車２５の各歯が回転センサ２７に近接して通過する毎にパルス状の検出信号が出力される。
【００２０】
ポンプ駆動軸２３には、更に、フェイスカム２８が設けられており、このフェイスカム２８がポンプ駆動軸２３の回転に伴って回転されることにより、プランジャ２９が軸線の方向に往復動されるように構成されている。また、プランジャ２９の往復動作のタイミングは、ローラリング２６の回転角位置によって決定される。このローラリング２６の回転角位置は、タイマピストン３０（図２では９０°展開して示す）によって可変制御されている。更に、タイマピストン３０の位置はタイミング制御バルブ（ＴＣＶ）３１により制御される。したがって、タイミング制御バルブ３１によって燃料噴射時期が制御される。
【００２１】
また、燃料噴射ポンプ３本体には、タイマピストン３０で動作タイミングが制御されるプランジャ２９に対応して、スピルポート３２が設定されており、このプランジャ２９からの燃料逃がし時期が電磁スピルバルブ３３によって制御される。つまり、電磁スピルバルブ３３によって燃料噴射量が制御される。
【００２２】
具体的に述べると、電磁スピルバルブ３３の通電時においてはスピルポート３２がオフとなる。そして、プランジャ２９の動作に対応して圧送された燃料が図示しない高圧室において所定圧力に達すると、燃料の逆流や後垂れを防止するデリバリバルブ３４を介して吐出され、内燃機関１に配設した燃料噴射ノズル１９に供給される。このようにして、燃料噴射ノズル１９から燃料が噴射される。
【００２３】
また、内燃機関１の運転状態を検出するセンサとして、アクセルペダル３６の踏込量を検出するアクセルセンサ７２、機関回転数を検出する回転数センサ３５、冷却水温を検出する水温センサ７５、シフト位置を検出するシフト位置センサ３９が設けられ、これらのセンサは、ＥＣＵ７に接続されている。また、このＥＣＵ７には、アクチュエータである電磁スピルバルブ３３及びタイミング制御バルブ３１が接続されている。
【００２４】
ＥＧＲ装置５は、吸気通路１３と排気通路１７とを連通する排気還流路４１と、排気還流路４１に配置されて流路を開閉するＥＧＲバルブ４３とを備えている。このＥＧＲバルブ４３は、圧力の違いによってＥＧＲバルブ開度を変更するものであり、排気還流路４１を開閉する弁体４４と、弁体４４を先端に有するプランジャ４５と、プランジャ４５を担持するダイヤフラム４７と、ダイヤフラム４７の変化位置に基づいてＥＧＲバルブ開度を検出するリフトセンサ７１と、負圧が導入されるダイヤフラム室５９とを備えている。また、ダイヤフラム室５９は、導管６１を経て負圧制御バルブ６３、バキュームポンプ６４に接続されている。
【００２５】
負圧制御バルブ６３は、周知のように、内燃機関１のクランク軸（図示略）とベルトを介して接続されたバキュームポンプ６４の生成する負圧をＥＣＵ７から印加される電流値に応じて大気と混合し所望の負圧を作るものである。なお、ＥＣＵ７から印加される電流値の制御は５００Ｈｚの矩形波の通電時間比（デューティ比）で行われ、ＥＣＵ７での内部演算もデューティ比にて行われる。ここで、ＥＧＲバルブ４３に開弁指令を行うときには、ＥＣＵ７にてデューティ比を大きくして電流値を増加し、負圧制御バルブ６３で作る負圧を大きくし、閉弁指令を行うときには、デューティ比を小さくして電流値を減少し、負圧制御バルブ６３で作る負圧を小さくする（即ち、大気圧に近づける）ように制御する。
【００２６】
ＥＣＵ７は、周知の図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート、バスライン等を備えたマイクロコンピュータとして構成されており、入力ポートには回転数センサ３５、リフトセンサ７１が接続され、出力ポートには負圧制御バルブ６３が接続されている。なお、入力ポートには運転状態を検出するその他のセンサとして、アクセルペダル３６の踏込量からアクセル開度を検出するアクセルセンサ７２、吸気圧から吸気量を算出するために用いられる吸気圧センサ７３、内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ７５等が接続されている。
【００２７】
次に、本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置で使用されているＥＣＵ７内のＣＰＵのＥＧＲ量算出の処理手順を図３のフローチャートに基づき、図４〜図７のマップ等を参照して説明する。なお、本処理は８ｍｓ毎の割込処理の中で実行される。
【００２８】
図３において、まず、ステップＳ１０１では、回転数センサ３５より検出される機関回転数Ｎe 及びスピルリング位置センサ（図示略）により検出される内燃機関１の負荷（噴射量）ＱＦＩＮに応じて、基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥが算出される。この基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥとは、ＥＧＲバルブ４３の弁体４４の開度（ＥＧＲバルブ開度）を制御するための基本値であり、具体的には、負圧制御バルブ６３の制御信号の基本値である。
【００２９】
基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥは、機関回転数Ｎe 及び負荷ＱＦＩＮの関数として図４に示すように、格子状にマップ化され予めＥＣＵ７内のＲＯＭに記憶されている。よって、この基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥは、図４のマップを補間演算することにより、精密に求めることができる。
【００３０】
次にステップＳ１０２に移行して、ステップＳ１０１での基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥの算出と同様の手順により、図５に示すような、機関回転数Ｎe 及び負荷ＱＦＩＮのマップから目標リフトＴＥＬＦが算出される。次にステップＳ１０３に移行して、リフトセンサ７１の出力電圧をＡ／Ｄ変換した値ＶＥＬＦと以前にＥＧＲバルブ４３が全閉位置にあるときのリフトセンサ７１の出力電圧をＡ／Ｄ変換した値ＶＥＬＦＧとの差分により実リフトＡＥＬＦが次式（１）にて算出される。なお、Ｋは定数である。
【００３１】
【数１】
ＡＥＬＦ＝Ｋ・（ＶＥＬＦ−ＶＥＬＦＧ） ・・・（１）
次にステップＳ１０４に移行して、後述のＥＧＲ系異常判定処理が実行される。そして、ステップＳ１０５に移行し、ステップＳ１０４の処理結果として設定されるＥＧＲ異常フラグがオンであるかが判定される。ステップＳ１０５の判定条件が成立しないときには、ステップＳ１０６以降のフィードバック制御を実行する。まず、ステップＳ１０６で、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３で算出された目標リフトＴＥＬＦと実リフトＡＥＬＦとの差分（ＴＥＬＦ−ＡＥＬＦ）に応じて、フィードバック補正デューティ比例項（以下、『Ｐ項』と略記する）ＬＤＦＩＮＰが算出される。Ｐ項ＬＤＦＩＮＰは、図６（ａ）に示すような特性のグラフが図６（ｂ）に示すようにマップ化されており、予めＥＣＵ７内のＲＯＭに記憶されている。このＰ項ＬＤＦＩＮＰは、図６（ｂ）のマップを補間演算することにより、精密に求めることができる。
【００３２】
次にステップＳ１０７に移行して、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３で算出された目標リフトＴＥＬＦと実リフトＡＥＬＦとの差分（ＴＥＬＦ−ＡＥＬＦ）に応じて、Ｉ項変化量ΔＩの値が算出される。このＩ項変化量ΔＩは、図７（ａ）に示すような特性のグラフが図７（ｂ）に示すようにマップ化されており、予めＥＣＵ７内のＲＯＭに記憶されている。また、Ｉ項変化量ΔＩは、図７（ｂ）のマップを補間演算することにより、精密に求めることができる。
【００３３】
次にステップＳ１０８に移行して、ステップＳ１０７で算出されたＩ項変化量ΔＩが以前の割込処理で算出したＩ項学習値ＬＤＦＩＮＩ(i-1) に加算され、今回のＩ項学習値ＬＤＦＩＮＩ(i) が次式（２）にて算出される。
【００３４】
【数２】
ＬＤＦＩＮＩ(i) ＝ＬＤＦＩＮＩ(i-1) ＋ΔＩ ・・・（２）
一方、ステップＳ１０５の判定条件が成立するときには、ＥＧＲ系に異常があるものとして、ステップＳ１０９に移行して、Ｐ項ＬＤＦＩＮＰ及びＩ項学習値ＬＤＦＩＮＩを共に０とし、フィードバック制御が禁止される。
【００３５】
ステップＳ１０８またはステップＳ１０９における処理ののち、ステップＳ１１０に移行し、ステップＳ１０１、ステップＳ１０６及びステップＳ１０８で算出された基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥ、Ｐ項ＬＤＦＩＮＰ及びＩ項学習値ＬＤＦＩＮＩ(i) が加算され、最終ＥＧＲ指令値ＤＥＦＩＮが次式（３）にて算出され、本ルーチンを終了する。
【００３６】
【数３】
ＤＥＦＩＮ＝ＤＥＢＳＥ＋ＬＤＦＩＮＰ＋ＬＤＦＩＮＩ(i) ・・・（３）
したがって、この最終ＥＧＲ指令値ＤＥＦＩＮを用いて負圧制御バルブ６３が制御されることによって、ＥＧＲバルブ４３の開度が調節される。具体的には、最終ＥＧＲ指令値ＤＥＦＩＮを負圧制御バルブ６３のデューティ比に対応させ、上述したように、負圧制御バルブ６３の制御を行って、ＥＧＲバルブ４３のダイヤフラム室５９の負圧が調節されることにより、ＥＧＲバルブ開度が制御される。
【００３７】
次に、図３のステップＳ１０４におけるＥＧＲ系異常判定処理について図８のフローチャートに基づいて詳述する。
【００３８】
まず、ステップＳ２０１では、ＥＧＲ指令値ＤＥＦＩＮが０（即ち、ＥＧＲバルブ４３全閉指令）であり、かつ、実リフトＡＥＬＦが０でない所定値である状態がａ秒以上継続しているかが判定される。ステップＳ２０１の判定条件が成立しないときには、ステップＳ２０２に移行し、目標リフトＴＥＬＦと実リフトＡＥＬＦとの差分の絶対値｜ＴＥＬＦ−ＡＥＬＦ｜が所定値ｂ（ｍｍ）以上あるような不一致で離れた状態がｃ秒以上継続しているかが判定される。ステップＳ２０１またはステップＳ２０２の判定条件が成立するときには、ステップＳ２０３に移行し、ＥＧＲ異常カウンタＣＥＦＡＩＬが「１」インクリメントされる。次にステップＳ２０４に移行して、ＥＧＲ異常フラグがオンとされる。そして、ステップＳ２０５に移行し、ＥＧＲ異常ランプが点灯され、本ルーチンを終了する。
【００３９】
一方、ステップＳ２０２の判定条件が成立しないときには、ステップＳ２０６に移行し、ＥＧＲ異常カウンタＣＥＦＡＩＬの値が所定のｄ回以上であるかが判定される。ステップＳ２０６の判定条件が成立するときには、ＥＧＲバルブ４３のプランジャ４５等に摺動不良があるとして上述のステップＳ２０４に移行し、同様のＥＧＲ異常時の処理が実行される。ここで、ステップＳ２０６の判定条件が成立しないときには、ステップＳ２０７に移行し、ＥＧＲ異常フラグがオフとされる。そして、ステップＳ２０８に移行し、ＥＧＲ異常ランプが消灯され、本ルーチンを終了する。
【００４０】
なお、ＥＧＲバルブ４３が全閉状態となったままの不良については、本発明の目的とするところの主旨と異なるため、本実施例では論述しないこととする。また、ＥＧＲ系異常判定の判定条件としては、上述した以外でもＥＧＲバルブ固着判定可能な判定条件であれば如何なるものでもよい。
【００４１】
次に、本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置で使用されているＥＣＵ７内のＣＰＵの燃料噴射ポンプ３の噴射量算出の処理手順を図９のフローチャートに基づき、図１０、図１１及び図１２のマップ等を参照して説明する。
【００４２】
図９において、まず、ステップＳ３０１では、回転数センサ３５より検出される機関回転数Ｎe とアクセルセンサ７２により検出されるアクセル開度Ａccp に応じて、基本噴射量ＱBASEが算出される。この基本噴射量ＱBASEは、等アクセル開度にて機関回転数が上昇するにつれて噴射量を減少させ、機関回転数の安定化を可能とするガバナ特性を実現するものである。
【００４３】
基本噴射量ＱBASEは、機関回転数Ｎe 及びアクセル開度Ａccp の関数として図１０（ａ）に示すような特性のグラフが図１０（ｂ）に示すようにマップ化されており、予めＥＣＵ７内のＲＯＭに記憶されている。この基本噴射量ＱBASEは、図１０（ｂ）のマップを補間演算することにより、精密に求めることができる。
【００４４】
次にステップＳ３０２〜ステップＳ３０５の処理（図９の二点鎖線で囲まれた部分）により最大噴射量ＱFULLの演算を実行するが、この最大噴射量ＱFULLは図１１（ａ）に示すように、内燃機関１の性能に関連する機関回転数Ｎe 及び過給圧Ｐinから決まるスモーク限界とチャンバ温度や排気温度とから決定される。
【００４５】
ステップＳ３０２では、基本最大噴射量ＱFULL0 が算出される。この基本最大噴射量ＱFULL0 は、無過給時の最大噴射量に対応しており、図１１（ｂ）に示すような機関回転数Ｎe の１次元マップから算出される。次にステップＳ３０３に移行して、過給時最大噴射量ＱFULL1 が算出される。この過給時最大噴射量ＱFULL1 は、ステップＳ３０２で算出される基本最大噴射量ＱFULL0 に対して過給時のオフセット分を表す最大噴射量であり、基本最大噴射量ＱFULL0 と同様に、図１１（ｃ）に示すような機関回転数Ｎe の１次元マップから算出される。次にステップＳ３０４に移行して、過給圧補正係数Ｋ2 が算出される。この過給圧補正係数Ｋ2 は、ステップＳ３０３で算出される過給時最大噴射量ＱFULL1 に対する補正係数であり、図１１（ｄ）に示すような過給圧センサ（図示略）からの検出電圧ＶＰinの１次元マップから算出される。そして、ステップＳ３０５に移行し、最大噴射量ＱFULLが次式（４）にて算出される。
【００４６】
【数４】
ＱFULL＝Ｋ2 ×ＱFULL1 ＋ＱFULL0 ・・・（４）
次にステップＳ３０６に移行して、ステップＳ３０１で求められた基本噴射量ＱBASEとステップＳ３０５で求められた最大噴射量ＱFULLとを比較して小さい方の値をＱFINAとすることによりＥＧＲ系異常と判定されないとき（即ち、通常状態のとき）の噴射量が算出される。次にステップＳ３０７に移行して、ＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL が算出される。このステップＳ３０７における演算処理は、本実施例において本発明の要旨を最も端的に表している部分であり、その詳細については後述する。次にステップＳ３０８に移行し、ステップＳ３０６で求められたＱFINAとステップＳ３０７で求められたＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL との差分から次式（５）のように最終噴射量ＱFIN が算出される。
【００４７】
【数５】
ＱFIN ＝ＱFINA−ＱEFAIL ・・・（５）
次にステップＳ３０９に移行して、最終噴射量からフェイスカム指令角度への変換が実行される。このステップＳ３０９では、最終噴射量ＱFIN の物理量データ（単位：ｍｍ3 ／sec 等）を実際の燃料噴射ポンプ３への噴射量指令値ＡＮＧＳＰＶ（°ＣＡ）に変換するが、燃料噴射ポンプ３のプランジャ２９によって圧送される実際の噴射量とプランジャ２９のリフト量に対応するフェイスカム２８のフェイスカム指令角度θ（°ＣＡ）との間には図１２（ａ）に示すような関係があり、実際に燃料噴射ポンプ３に指令する噴射量指令値ＡＮＧＳＰＶが、図１２（ｂ）に示す機関回転数Ｎe と最終噴射量ＱFIN との２次元マップから算出される。なお、ステップＳ３０９以降において、電磁スピルバルブ３３を実際に駆動する処理については省略する。
【００４８】
次に、図９のステップＳ３０７におけるＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL 算出処理について図１３のフローチャートに基づき、図１４のマップを参照して詳細に説明する。
【００４９】
まず、ステップＳ４０１で、ＥＧＲ異常フラグがオンであるかが判定される。ステップＳ４０１の判定条件が成立するときには、図３のステップＳ１０２で求められた目標リフトＴＥＬＦが図３のステップＳ１０３で求められた実リフトＡＥＬＦ以下であるかが判定される。ステップＳ４０２の判定条件が成立するときには、ステップＳ４０３に移行し、ＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL が算出され、本ルーチンを終了する。
【００５０】
ＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL は、図１４に示すように機関回転数Ｎe 、負荷（噴射量）ＱFINA及び実リフトＡＥＬＦをパラメータとして３次元マップ化されており、予めＥＣＵ７内のＲＯＭに記憶されている。このＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL は、図１４のマップを補間演算することにより、精密に求めることができる。
【００５１】
一方、ステップＳ４０１またはステップＳ４０２の判定条件が成立しないときには、前述の図１６の特性図におけるγ領域にあり、ドライバビリティの維持を図るためにＥＧＲ異常時であっても噴射量補正の必要なしと判断され、ステップＳ４０４に移行し、ＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL が０とされ、本ルーチンを終了する。
【００５２】
このように、本実施例の内燃機関のＥＧＲ制御装置は、内燃機関１の排気系から取出した排気ガスの一部であるＥＧＲガスを内燃機関１の吸気系に導入するＥＧＲバルブ４３と、ＥＧＲバルブ４３の異常を検出するＥＣＵ７にて達成される検出手段と、前記検出手段でＥＧＲ作動領域下でのＥＧＲバルブ４３の異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度を算出するＥＣＵ７にて達成される演算手段と、前記演算手段で算出された前記ＥＧＲバルブの異常検出値に応じ、この時点より高負荷側の領域におけるＥＧＲ系異常と判定されないときの通常状態での燃料噴射量に対する減量補正量を予め記憶し、この記憶内容に基づきＥＧＲ系異常が検出された時点より高負荷側での燃料噴射量を減量補正するＥＣＵ７にて達成される補正手段とを具備するものであり、これを請求項１の実施例とすることができる。
【００５３】
したがって、ＥＣＵ７では内燃機関１の排気系から取出した排気ガスの一部であるＥＧＲガスをその吸気系に導入するＥＧＲバルブ４３の異常がＥＧＲ作動領域下でＥＣＵ７にて検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度が算出され、この算出されたＥＧＲバルブの異常検出値に応じ、補正手段によりこの時点より高負荷側の領域におけるＥＧＲ系異常と判定されないときの通常状態での燃料噴射量に対する減量補正量が記憶され、この記憶内容に基づきＥＧＲ系異常が検出された時点より高負荷側でＥＣＵ７により燃料噴射量が減量補正される。
【００５４】
故に、ＥＧＲバルブ４３の固着・摺動不良等による異常時において、適切に燃料噴射量の減量補正が実施されることで、ドライバビリティ悪化が抑えられると共に、ディーゼル機関におけるスモークの異常発生が抑えられる。
【００５５】
また、本実施例の内燃機関のＥＧＲ制御装置のＥＣＵ７にて達成される補正手段は、ＥＣＵ７にて達成される演算手段で算出された前記ＥＧＲ量または前記ＥＧＲバルブ開度の実値と、目標とする前記ＥＧＲ量または前記ＥＧＲバルブ開度との差分に応じて燃料噴射量を減量補正するものであり、これを請求項２の実施例とすることができる。
【００５６】
したがって、ＥＣＵ７によるＥＧＲバルブ４３の異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度の実値と、目標とするＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度との差分に応じて燃料噴射量が減量補正される。即ち、異常となったＥＧＲバルブのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度のときに内燃機関の制御における燃料噴射量の減量補正が０とされ、それより高負荷側で差分が大きい程、燃料噴射量に対して大きく減量補正される。このため、ＥＧＲバルブ４３の固着・摺動不良等による異常時の燃料噴射量に対する減量補正量が適切に可変されるためドライバビリティ悪化が抑えられると共に、ディーゼル機関におけるスモークの異常発生が最小限に抑えられる。
【００５７】
ところで、本実施例では、ＥＧＲバルブ４３がそのＥＧＲバルブ開度を検出するリフトセンサ７１を有するシステムについて述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、ＥＧＲ量を検出可能な他のセンサとして、例えば、エアフローメータ、酸素（Ｏ2 ）センサ、吸気圧センサ等を用いたシステムにおいても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の内燃機関のＥＧＲ制御装置によれば、演算手段では内燃機関の排気系から取出した排気ガスの一部であるＥＧＲガスを内燃機関の吸気系に導入するＥＧＲバルブの異常がＥＧＲ作動領域下で検出手段にて検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度が算出される。この算出されたＥＧＲバルブの異常検出値に応じ、補正手段によりこの時点より高負荷側の領域におけるＥＧＲ系異常と判定されないときの通常状態での燃料噴射量に対する、ＥＧＲバルブの異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度に基づく減量補正量が予め記憶され、この記憶内容に基づきＥＧＲ系異常が検出されたＥＧＲ量またはＥＧＲバルブリフト量に対応する内燃機関の負荷となっている時点より高負荷側での燃料噴射量が上記減量補正量によって減量補正される。これにより、ＥＧＲバルブの固着・摺動不良等による異常時において、適切に燃料噴射量の減量補正が実施されることで、ドライバビリティ悪化を抑えることができる。また、ディーゼル機関に適用することで、ＥＧＲバルブの異常時におけるスモークの異常発生を抑えることができる。
【００５９】
請求項２の内燃機関のＥＧＲ制御装置によれば、請求項１の効果に加えて、演算手段で算出されたＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度の実値と、目標とするＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度との差分に応じて燃料噴射量が、この差分が大きい程大きく減量補正される。これにより、ＥＧＲバルブの固着・摺動不良等による異常時の燃料噴射量に対する減量補正量が適切に可変されるためドライバビリティ悪化を抑えることができる。また、ディーゼル機関に適用することで、ＥＧＲバルブの異常時におけるスモークの異常発生を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置が適用されたディーゼル機関を示す概略構成図である。
【図２】 図２は図１の燃料噴射ポンプを示す詳細断面図である。
【図３】 図３は本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置で使用されているＥＣＵのＣＰＵのＥＧＲ量算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】 図４は図３のフローチャートで用いられる基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥ算出のマップである。
【図５】 図５は図３のフローチャートで用いられる目標リフトＴＥＬＦ算出のマップである。
【図６】 図６は図３のフローチャートで用いられるＰ項ＬＤＦＩＮＰ算出のグラフ及びマップである。
【図７】 図７は図３のフローチャートで用いられるＩ項変化量ΔＩ算出のグラフ及びマップである。
【図８】 図８は図３のステップＳ１０４におけるＥＧＲ系異常判定処理を詳細に示すフローチャートである。
【図９】 図９は本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵの燃料噴射ポンプの噴射量算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】 図１０は図９のフローチャートで用いられる基本噴射量ＱBASE算出のグラフ及びマップである。
【図１１】 図１１は図９のフローチャートで用いられる最大噴射量ＱFULL、基本最大噴射量ＱFULL0 、過給時最大噴射量ＱFULL1 及び過給圧補正係数Ｋ2 算出のグラフ及びマップである。
【図１２】 図１２は図９のフローチャートで用いられる最終噴射量ＱFIN から燃料噴射ポンプ３のフェイスカム指令角度θ算出のグラフ及びマップである。
【図１３】 図１３は図９のステップＳ３０７におけるＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL 算出処理を詳細に示すフローチャートである。
【図１４】 図１４は図１３のフローチャートで用いられるＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL 算出のマップである。
【図１５】 図１５は内燃機関のＥＧＲ制御装置の機関回転数Ｎe と噴射量Ｑとの関係におけるＥＧＲ実行領域を示すグラフである。
【図１６】 図１６は内燃機関のＥＧＲ制御装置の負荷（噴射量）とＥＧＲバルブ開度との関係におけるＥＧＲバルブ異常時の噴射量補正領域を説明するグラフである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
３ 燃料噴射ポンプ
５ ＥＧＲ装置
７ ＥＣＵ（電子制御装置）
４３ ＥＧＲバルブ
６３ 負圧制御バルブ
７１ リフトセンサ
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯx ）低減に有効なＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation:排気ガス再循環）制御装置に関するもので、特に、ディーゼル機関への搭載に適したＥＧＲ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、運転者のアクセル踏込量と機関回転数とに基づいて燃料噴射量（以下、単に『噴射量』ともいう）を制御し、燃料を供給するディーゼル機関に適用されたＥＧＲ制御装置が知られている。このＥＧＲ制御装置においては、排気ガスの再循環量を制御するＥＧＲバルブの詰まりや固着・摺動不良等が発生し、制御不良状態となると所定のＥＧＲ量が得られない。特に、固着・摺動不良で常にＥＧＲバルブが開弁状態のときには、図１５に示すような機関回転数Ｎe と噴射量Ｑとの関係におけるＥＧＲ実行領域（斜線を施した領域）以外の領域でもＥＧＲ制御が実施される恐れがあり、このような場合には、ディーゼル機関特有のスモーク特性の悪化を引起こすこととなる。このため、ＥＧＲバルブの異常検出及びフェイルセーフを行う必要がある。
【０００３】
内燃機関のＥＧＲ制御装置におけるＥＧＲバルブの異常検出及びフェイルセーフに関連する先行技術文献としては、特公昭６３−９１０３号公報及び特開平２−２７５０５６号公報にて開示されたものが知られている。
【０００４】
前者には、ＥＧＲバルブ近傍に補助バルブを設け、ＥＧＲバルブの異常時には補助バルブにて閉弁させる技術、また、後者には、ＥＧＲバルブのＥＧＲバルブ開度に応じて燃料噴射量を補正制御する技術がそれぞれ示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前者では、ＥＧＲバルブの異常時にはＥＧＲ制御を禁止することでフェイルセーフ機能を有しているが、従来に比して補助バルブ等の新たな追加によるコストアップが避けられず、また、その補助バルブ自身の作動信頼性が問題となるため実用的ではなかった。
【０００６】
また、後者のものにおいては、ＥＧＲバルブのＥＧＲバルブ開度とＥＧＲ量との関係の変化（ＥＧＲバルブの詰まりによる変化）に応じてＥＧＲバルブの全作動領域（図１６に示すα領域）で噴射量補正を行っている。
【０００７】
ここで、ディーゼル機関においては、ＥＧＲバルブが固着・摺動不良等でＥＧＲバルブ開度が固定状態となる故障モードのときには、図１６にβ領域として示すような、ＥＧＲバルブ開度に対するＥＧＲバルブ位置の交点以上の高負荷領域で負荷（噴射量）を減量補正すべきであり、後者の噴射量補正制御を適用したときには、図１６のγ領域及びδ領域では適切な補正が実施されないこととなる。即ち、図１６のγ領域では、噴射量補正が不要であるにもかかわらず、噴射量減量補正が実施されることによるドライバビリティ(Drivability）の悪化、また、δ領域では噴射量補正が実施されないことによるスモークの異常発生等が起こるためディーゼル機関に対するＥＧＲ制御装置として適合しているとは言えなかった。
【０００８】
そこで、この発明は、かかる不具合を解決するためになされたもので、ＥＧＲバルブの異常時におけるドライバビリティ悪化及びディーゼル機関でのスモークの異常発生を最小限に抑えることが可能な内燃機関のＥＧＲ制御装置の提供を課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置は、内燃機関の排気系から取出した排気ガスの一部であるＥＧＲガスを前記内燃機関の吸気系に導入するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲバルブの異常を検出する検出手段と、前記検出手段でＥＧＲ作動領域下での前記ＥＧＲバルブの異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度を算出する演算手段と、前記演算手段で算出された前記ＥＧＲバルブの異常検出値に応じ、この時点より高負荷側の領域におけるＥＧＲ系異常と判定されないときの通常状態での燃料噴射量に対する、前記ＥＧＲバルブの異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度に基づく減量補正量を予め記憶し、この記憶内容に基づきＥＧＲ系異常が検出された前記ＥＧＲ量またはＥＧＲバルブリフト量に対応する前記内燃機関の負荷となっている時点より高負荷側での燃料噴射量を前記減量補正量によって減量補正する補正手段とを具備するものである。
【００１０】
請求項２にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置は、請求項１の前記補正手段が、前記演算手段で算出された前記ＥＧＲ量または前記ＥＧＲバルブ開度の実値と、目標とする前記ＥＧＲ量または前記ＥＧＲバルブ開度との差分に応じて、この差分が大きい程大きく燃料噴射量を減量補正するものである。
【００１１】
【作用】
請求項１の内燃機関のＥＧＲ制御装置においては、演算手段では内燃機関の排気系から取出した排気ガスの一部であるＥＧＲガスを内燃機関の吸気系に導入するＥＧＲバルブの異常がＥＧＲ作動領域下で検出手段にて検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度が算出される。この算出されたＥＧＲバルブの異常検出値に応じ、補正手段によりこの時点より高負荷側の領域におけるＥＧＲ系異常と判定されないときの通常状態での燃料噴射量に対する、ＥＧＲバルブの異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度に基づく減量補正量を予め記憶され、この記憶内容に基づきＥＧＲ系異常が検出されたＥＧＲ量またはＥＧＲバルブリフト量に対応する内燃機関の負荷となっている時点より高負荷側での燃料噴射量が上記減量補正量によって減量補正される。このため、ＥＧＲバルブが固着・摺動不良等の何らかの異常を起こし、ＥＧＲバルブが開閉途中で停止すると、そのときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度より少なくなるような高負荷側に対応する指令値により内燃機関が制御されるときのみ燃料噴射量が減量補正される。
【００１２】
請求項２の内燃機関のＥＧＲ制御装置の補正手段では、請求項１の作用に加えて、演算手段で算出されたＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度の実値と、目標とするＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度との差分に応じて、この差分が大きい程大きく燃料噴射量が減量補正される。このため、異常となったＥＧＲバルブのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度のときに内燃機関の制御における燃料噴射量の減量補正が０とされ、それより高負荷側で差分が大きい程、燃料噴射量に対して大きく減量補正される。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置が適用されたディーゼル機関を示す概略構成図である。
【００１５】
図１において、１はディーゼル機関である内燃機関、３は内燃機関１に燃料を供給する燃料噴射ポンプ、５は排気ガスを排気側から吸気側に循環させるＥＧＲ装置、７は本システムを制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御装置）である。
【００１６】
以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００１７】
まず、内燃機関１では、吸気口１１から吸気通路１３を介して燃焼室１５内に空気を吸入し、排気通路１７へ排気ガスを排出する。また、内燃機関１のシリンダヘッド１ａには燃料噴射ノズル１９が取付けられており、この燃料噴射ノズル１９は図示しない渦流室を介して燃焼室１５内にディーゼル機関用の液体燃料を噴射する。なお、シリンダヘッド１ａには図示しないグロープラグが取付けられている。
【００１８】
内燃機関１の燃料噴射ポンプ３は、図２に示すように、内燃機関１のクランク軸（図示略）の回転と連動して回転されるポンプ駆動軸２３を備えている。このポンプ駆動軸２３には、燃料を加圧するためのフィードポンプ２４（図２では９０°展開して示す）が連結され、その先端には周面に多数の歯が突出形成された回転歯車２５が取付けられている。これらフィードポンプ２４及び回転歯車２５は、ポンプ駆動軸２３によって直接的に回転駆動される。
【００１９】
回転歯車２５の外周面に接近する位置には、ローラリング２６に取付けられた回転センサ２７が設けられている。この回転センサ２７は電磁ピックアップで構成され、回転歯車２５の各歯が回転センサ２７に近接して通過する毎にパルス状の検出信号が出力される。
【００２０】
ポンプ駆動軸２３には、更に、フェイスカム２８が設けられており、このフェイスカム２８がポンプ駆動軸２３の回転に伴って回転されることにより、プランジャ２９が軸線の方向に往復動されるように構成されている。また、プランジャ２９の往復動作のタイミングは、ローラリング２６の回転角位置によって決定される。このローラリング２６の回転角位置は、タイマピストン３０（図２では９０°展開して示す）によって可変制御されている。更に、タイマピストン３０の位置はタイミング制御バルブ（ＴＣＶ）３１により制御される。したがって、タイミング制御バルブ３１によって燃料噴射時期が制御される。
【００２１】
また、燃料噴射ポンプ３本体には、タイマピストン３０で動作タイミングが制御されるプランジャ２９に対応して、スピルポート３２が設定されており、このプランジャ２９からの燃料逃がし時期が電磁スピルバルブ３３によって制御される。つまり、電磁スピルバルブ３３によって燃料噴射量が制御される。
【００２２】
具体的に述べると、電磁スピルバルブ３３の通電時においてはスピルポート３２がオフとなる。そして、プランジャ２９の動作に対応して圧送された燃料が図示しない高圧室において所定圧力に達すると、燃料の逆流や後垂れを防止するデリバリバルブ３４を介して吐出され、内燃機関１に配設した燃料噴射ノズル１９に供給される。このようにして、燃料噴射ノズル１９から燃料が噴射される。
【００２３】
また、内燃機関１の運転状態を検出するセンサとして、アクセルペダル３６の踏込量を検出するアクセルセンサ７２、機関回転数を検出する回転数センサ３５、冷却水温を検出する水温センサ７５、シフト位置を検出するシフト位置センサ３９が設けられ、これらのセンサは、ＥＣＵ７に接続されている。また、このＥＣＵ７には、アクチュエータである電磁スピルバルブ３３及びタイミング制御バルブ３１が接続されている。
【００２４】
ＥＧＲ装置５は、吸気通路１３と排気通路１７とを連通する排気還流路４１と、排気還流路４１に配置されて流路を開閉するＥＧＲバルブ４３とを備えている。このＥＧＲバルブ４３は、圧力の違いによってＥＧＲバルブ開度を変更するものであり、排気還流路４１を開閉する弁体４４と、弁体４４を先端に有するプランジャ４５と、プランジャ４５を担持するダイヤフラム４７と、ダイヤフラム４７の変化位置に基づいてＥＧＲバルブ開度を検出するリフトセンサ７１と、負圧が導入されるダイヤフラム室５９とを備えている。また、ダイヤフラム室５９は、導管６１を経て負圧制御バルブ６３、バキュームポンプ６４に接続されている。
【００２５】
負圧制御バルブ６３は、周知のように、内燃機関１のクランク軸（図示略）とベルトを介して接続されたバキュームポンプ６４の生成する負圧をＥＣＵ７から印加される電流値に応じて大気と混合し所望の負圧を作るものである。なお、ＥＣＵ７から印加される電流値の制御は５００Ｈｚの矩形波の通電時間比（デューティ比）で行われ、ＥＣＵ７での内部演算もデューティ比にて行われる。ここで、ＥＧＲバルブ４３に開弁指令を行うときには、ＥＣＵ７にてデューティ比を大きくして電流値を増加し、負圧制御バルブ６３で作る負圧を大きくし、閉弁指令を行うときには、デューティ比を小さくして電流値を減少し、負圧制御バルブ６３で作る負圧を小さくする（即ち、大気圧に近づける）ように制御する。
【００２６】
ＥＣＵ７は、周知の図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート、バスライン等を備えたマイクロコンピュータとして構成されており、入力ポートには回転数センサ３５、リフトセンサ７１が接続され、出力ポートには負圧制御バルブ６３が接続されている。なお、入力ポートには運転状態を検出するその他のセンサとして、アクセルペダル３６の踏込量からアクセル開度を検出するアクセルセンサ７２、吸気圧から吸気量を算出するために用いられる吸気圧センサ７３、内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ７５等が接続されている。
【００２７】
次に、本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置で使用されているＥＣＵ７内のＣＰＵのＥＧＲ量算出の処理手順を図３のフローチャートに基づき、図４〜図７のマップ等を参照して説明する。なお、本処理は８ｍｓ毎の割込処理の中で実行される。
【００２８】
図３において、まず、ステップＳ１０１では、回転数センサ３５より検出される機関回転数Ｎe 及びスピルリング位置センサ（図示略）により検出される内燃機関１の負荷（噴射量）ＱＦＩＮに応じて、基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥが算出される。この基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥとは、ＥＧＲバルブ４３の弁体４４の開度（ＥＧＲバルブ開度）を制御するための基本値であり、具体的には、負圧制御バルブ６３の制御信号の基本値である。
【００２９】
基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥは、機関回転数Ｎe 及び負荷ＱＦＩＮの関数として図４に示すように、格子状にマップ化され予めＥＣＵ７内のＲＯＭに記憶されている。よって、この基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥは、図４のマップを補間演算することにより、精密に求めることができる。
【００３０】
次にステップＳ１０２に移行して、ステップＳ１０１での基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥの算出と同様の手順により、図５に示すような、機関回転数Ｎe 及び負荷ＱＦＩＮのマップから目標リフトＴＥＬＦが算出される。次にステップＳ１０３に移行して、リフトセンサ７１の出力電圧をＡ／Ｄ変換した値ＶＥＬＦと以前にＥＧＲバルブ４３が全閉位置にあるときのリフトセンサ７１の出力電圧をＡ／Ｄ変換した値ＶＥＬＦＧとの差分により実リフトＡＥＬＦが次式（１）にて算出される。なお、Ｋは定数である。
【００３１】
【数１】
ＡＥＬＦ＝Ｋ・（ＶＥＬＦ−ＶＥＬＦＧ） ・・・（１）
次にステップＳ１０４に移行して、後述のＥＧＲ系異常判定処理が実行される。そして、ステップＳ１０５に移行し、ステップＳ１０４の処理結果として設定されるＥＧＲ異常フラグがオンであるかが判定される。ステップＳ１０５の判定条件が成立しないときには、ステップＳ１０６以降のフィードバック制御を実行する。まず、ステップＳ１０６で、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３で算出された目標リフトＴＥＬＦと実リフトＡＥＬＦとの差分（ＴＥＬＦ−ＡＥＬＦ）に応じて、フィードバック補正デューティ比例項（以下、『Ｐ項』と略記する）ＬＤＦＩＮＰが算出される。Ｐ項ＬＤＦＩＮＰは、図６（ａ）に示すような特性のグラフが図６（ｂ）に示すようにマップ化されており、予めＥＣＵ７内のＲＯＭに記憶されている。このＰ項ＬＤＦＩＮＰは、図６（ｂ）のマップを補間演算することにより、精密に求めることができる。
【００３２】
次にステップＳ１０７に移行して、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３で算出された目標リフトＴＥＬＦと実リフトＡＥＬＦとの差分（ＴＥＬＦ−ＡＥＬＦ）に応じて、Ｉ項変化量ΔＩの値が算出される。このＩ項変化量ΔＩは、図７（ａ）に示すような特性のグラフが図７（ｂ）に示すようにマップ化されており、予めＥＣＵ７内のＲＯＭに記憶されている。また、Ｉ項変化量ΔＩは、図７（ｂ）のマップを補間演算することにより、精密に求めることができる。
【００３３】
次にステップＳ１０８に移行して、ステップＳ１０７で算出されたＩ項変化量ΔＩが以前の割込処理で算出したＩ項学習値ＬＤＦＩＮＩ(i-1) に加算され、今回のＩ項学習値ＬＤＦＩＮＩ(i) が次式（２）にて算出される。
【００３４】
【数２】
ＬＤＦＩＮＩ(i) ＝ＬＤＦＩＮＩ(i-1) ＋ΔＩ ・・・（２）
一方、ステップＳ１０５の判定条件が成立するときには、ＥＧＲ系に異常があるものとして、ステップＳ１０９に移行して、Ｐ項ＬＤＦＩＮＰ及びＩ項学習値ＬＤＦＩＮＩを共に０とし、フィードバック制御が禁止される。
【００３５】
ステップＳ１０８またはステップＳ１０９における処理ののち、ステップＳ１１０に移行し、ステップＳ１０１、ステップＳ１０６及びステップＳ１０８で算出された基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥ、Ｐ項ＬＤＦＩＮＰ及びＩ項学習値ＬＤＦＩＮＩ(i) が加算され、最終ＥＧＲ指令値ＤＥＦＩＮが次式（３）にて算出され、本ルーチンを終了する。
【００３６】
【数３】
ＤＥＦＩＮ＝ＤＥＢＳＥ＋ＬＤＦＩＮＰ＋ＬＤＦＩＮＩ(i) ・・・（３）
したがって、この最終ＥＧＲ指令値ＤＥＦＩＮを用いて負圧制御バルブ６３が制御されることによって、ＥＧＲバルブ４３の開度が調節される。具体的には、最終ＥＧＲ指令値ＤＥＦＩＮを負圧制御バルブ６３のデューティ比に対応させ、上述したように、負圧制御バルブ６３の制御を行って、ＥＧＲバルブ４３のダイヤフラム室５９の負圧が調節されることにより、ＥＧＲバルブ開度が制御される。
【００３７】
次に、図３のステップＳ１０４におけるＥＧＲ系異常判定処理について図８のフローチャートに基づいて詳述する。
【００３８】
まず、ステップＳ２０１では、ＥＧＲ指令値ＤＥＦＩＮが０（即ち、ＥＧＲバルブ４３全閉指令）であり、かつ、実リフトＡＥＬＦが０でない所定値である状態がａ秒以上継続しているかが判定される。ステップＳ２０１の判定条件が成立しないときには、ステップＳ２０２に移行し、目標リフトＴＥＬＦと実リフトＡＥＬＦとの差分の絶対値｜ＴＥＬＦ−ＡＥＬＦ｜が所定値ｂ（ｍｍ）以上あるような不一致で離れた状態がｃ秒以上継続しているかが判定される。ステップＳ２０１またはステップＳ２０２の判定条件が成立するときには、ステップＳ２０３に移行し、ＥＧＲ異常カウンタＣＥＦＡＩＬが「１」インクリメントされる。次にステップＳ２０４に移行して、ＥＧＲ異常フラグがオンとされる。そして、ステップＳ２０５に移行し、ＥＧＲ異常ランプが点灯され、本ルーチンを終了する。
【００３９】
一方、ステップＳ２０２の判定条件が成立しないときには、ステップＳ２０６に移行し、ＥＧＲ異常カウンタＣＥＦＡＩＬの値が所定のｄ回以上であるかが判定される。ステップＳ２０６の判定条件が成立するときには、ＥＧＲバルブ４３のプランジャ４５等に摺動不良があるとして上述のステップＳ２０４に移行し、同様のＥＧＲ異常時の処理が実行される。ここで、ステップＳ２０６の判定条件が成立しないときには、ステップＳ２０７に移行し、ＥＧＲ異常フラグがオフとされる。そして、ステップＳ２０８に移行し、ＥＧＲ異常ランプが消灯され、本ルーチンを終了する。
【００４０】
なお、ＥＧＲバルブ４３が全閉状態となったままの不良については、本発明の目的とするところの主旨と異なるため、本実施例では論述しないこととする。また、ＥＧＲ系異常判定の判定条件としては、上述した以外でもＥＧＲバルブ固着判定可能な判定条件であれば如何なるものでもよい。
【００４１】
次に、本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置で使用されているＥＣＵ７内のＣＰＵの燃料噴射ポンプ３の噴射量算出の処理手順を図９のフローチャートに基づき、図１０、図１１及び図１２のマップ等を参照して説明する。
【００４２】
図９において、まず、ステップＳ３０１では、回転数センサ３５より検出される機関回転数Ｎe とアクセルセンサ７２により検出されるアクセル開度Ａccp に応じて、基本噴射量ＱBASEが算出される。この基本噴射量ＱBASEは、等アクセル開度にて機関回転数が上昇するにつれて噴射量を減少させ、機関回転数の安定化を可能とするガバナ特性を実現するものである。
【００４３】
基本噴射量ＱBASEは、機関回転数Ｎe 及びアクセル開度Ａccp の関数として図１０（ａ）に示すような特性のグラフが図１０（ｂ）に示すようにマップ化されており、予めＥＣＵ７内のＲＯＭに記憶されている。この基本噴射量ＱBASEは、図１０（ｂ）のマップを補間演算することにより、精密に求めることができる。
【００４４】
次にステップＳ３０２〜ステップＳ３０５の処理（図９の二点鎖線で囲まれた部分）により最大噴射量ＱFULLの演算を実行するが、この最大噴射量ＱFULLは図１１（ａ）に示すように、内燃機関１の性能に関連する機関回転数Ｎe 及び過給圧Ｐinから決まるスモーク限界とチャンバ温度や排気温度とから決定される。
【００４５】
ステップＳ３０２では、基本最大噴射量ＱFULL0 が算出される。この基本最大噴射量ＱFULL0 は、無過給時の最大噴射量に対応しており、図１１（ｂ）に示すような機関回転数Ｎe の１次元マップから算出される。次にステップＳ３０３に移行して、過給時最大噴射量ＱFULL1 が算出される。この過給時最大噴射量ＱFULL1 は、ステップＳ３０２で算出される基本最大噴射量ＱFULL0 に対して過給時のオフセット分を表す最大噴射量であり、基本最大噴射量ＱFULL0 と同様に、図１１（ｃ）に示すような機関回転数Ｎe の１次元マップから算出される。次にステップＳ３０４に移行して、過給圧補正係数Ｋ2 が算出される。この過給圧補正係数Ｋ2 は、ステップＳ３０３で算出される過給時最大噴射量ＱFULL1 に対する補正係数であり、図１１（ｄ）に示すような過給圧センサ（図示略）からの検出電圧ＶＰinの１次元マップから算出される。そして、ステップＳ３０５に移行し、最大噴射量ＱFULLが次式（４）にて算出される。
【００４６】
【数４】
ＱFULL＝Ｋ2 ×ＱFULL1 ＋ＱFULL0 ・・・（４）
次にステップＳ３０６に移行して、ステップＳ３０１で求められた基本噴射量ＱBASEとステップＳ３０５で求められた最大噴射量ＱFULLとを比較して小さい方の値をＱFINAとすることによりＥＧＲ系異常と判定されないとき（即ち、通常状態のとき）の噴射量が算出される。次にステップＳ３０７に移行して、ＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL が算出される。このステップＳ３０７における演算処理は、本実施例において本発明の要旨を最も端的に表している部分であり、その詳細については後述する。次にステップＳ３０８に移行し、ステップＳ３０６で求められたＱFINAとステップＳ３０７で求められたＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL との差分から次式（５）のように最終噴射量ＱFIN が算出される。
【００４７】
【数５】
ＱFIN ＝ＱFINA−ＱEFAIL ・・・（５）
次にステップＳ３０９に移行して、最終噴射量からフェイスカム指令角度への変換が実行される。このステップＳ３０９では、最終噴射量ＱFIN の物理量データ（単位：ｍｍ3 ／sec 等）を実際の燃料噴射ポンプ３への噴射量指令値ＡＮＧＳＰＶ（°ＣＡ）に変換するが、燃料噴射ポンプ３のプランジャ２９によって圧送される実際の噴射量とプランジャ２９のリフト量に対応するフェイスカム２８のフェイスカム指令角度θ（°ＣＡ）との間には図１２（ａ）に示すような関係があり、実際に燃料噴射ポンプ３に指令する噴射量指令値ＡＮＧＳＰＶが、図１２（ｂ）に示す機関回転数Ｎe と最終噴射量ＱFIN との２次元マップから算出される。なお、ステップＳ３０９以降において、電磁スピルバルブ３３を実際に駆動する処理については省略する。
【００４８】
次に、図９のステップＳ３０７におけるＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL 算出処理について図１３のフローチャートに基づき、図１４のマップを参照して詳細に説明する。
【００４９】
まず、ステップＳ４０１で、ＥＧＲ異常フラグがオンであるかが判定される。ステップＳ４０１の判定条件が成立するときには、図３のステップＳ１０２で求められた目標リフトＴＥＬＦが図３のステップＳ１０３で求められた実リフトＡＥＬＦ以下であるかが判定される。ステップＳ４０２の判定条件が成立するときには、ステップＳ４０３に移行し、ＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL が算出され、本ルーチンを終了する。
【００５０】
ＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL は、図１４に示すように機関回転数Ｎe 、負荷（噴射量）ＱFINA及び実リフトＡＥＬＦをパラメータとして３次元マップ化されており、予めＥＣＵ７内のＲＯＭに記憶されている。このＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL は、図１４のマップを補間演算することにより、精密に求めることができる。
【００５１】
一方、ステップＳ４０１またはステップＳ４０２の判定条件が成立しないときには、前述の図１６の特性図におけるγ領域にあり、ドライバビリティの維持を図るためにＥＧＲ異常時であっても噴射量補正の必要なしと判断され、ステップＳ４０４に移行し、ＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL が０とされ、本ルーチンを終了する。
【００５２】
このように、本実施例の内燃機関のＥＧＲ制御装置は、内燃機関１の排気系から取出した排気ガスの一部であるＥＧＲガスを内燃機関１の吸気系に導入するＥＧＲバルブ４３と、ＥＧＲバルブ４３の異常を検出するＥＣＵ７にて達成される検出手段と、前記検出手段でＥＧＲ作動領域下でのＥＧＲバルブ４３の異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度を算出するＥＣＵ７にて達成される演算手段と、前記演算手段で算出された前記ＥＧＲバルブの異常検出値に応じ、この時点より高負荷側の領域におけるＥＧＲ系異常と判定されないときの通常状態での燃料噴射量に対する減量補正量を予め記憶し、この記憶内容に基づきＥＧＲ系異常が検出された時点より高負荷側での燃料噴射量を減量補正するＥＣＵ７にて達成される補正手段とを具備するものであり、これを請求項１の実施例とすることができる。
【００５３】
したがって、ＥＣＵ７では内燃機関１の排気系から取出した排気ガスの一部であるＥＧＲガスをその吸気系に導入するＥＧＲバルブ４３の異常がＥＧＲ作動領域下でＥＣＵ７にて検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度が算出され、この算出されたＥＧＲバルブの異常検出値に応じ、補正手段によりこの時点より高負荷側の領域におけるＥＧＲ系異常と判定されないときの通常状態での燃料噴射量に対する減量補正量が記憶され、この記憶内容に基づきＥＧＲ系異常が検出された時点より高負荷側でＥＣＵ７により燃料噴射量が減量補正される。
【００５４】
故に、ＥＧＲバルブ４３の固着・摺動不良等による異常時において、適切に燃料噴射量の減量補正が実施されることで、ドライバビリティ悪化が抑えられると共に、ディーゼル機関におけるスモークの異常発生が抑えられる。
【００５５】
また、本実施例の内燃機関のＥＧＲ制御装置のＥＣＵ７にて達成される補正手段は、ＥＣＵ７にて達成される演算手段で算出された前記ＥＧＲ量または前記ＥＧＲバルブ開度の実値と、目標とする前記ＥＧＲ量または前記ＥＧＲバルブ開度との差分に応じて燃料噴射量を減量補正するものであり、これを請求項２の実施例とすることができる。
【００５６】
したがって、ＥＣＵ７によるＥＧＲバルブ４３の異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度の実値と、目標とするＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度との差分に応じて燃料噴射量が減量補正される。即ち、異常となったＥＧＲバルブのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度のときに内燃機関の制御における燃料噴射量の減量補正が０とされ、それより高負荷側で差分が大きい程、燃料噴射量に対して大きく減量補正される。このため、ＥＧＲバルブ４３の固着・摺動不良等による異常時の燃料噴射量に対する減量補正量が適切に可変されるためドライバビリティ悪化が抑えられると共に、ディーゼル機関におけるスモークの異常発生が最小限に抑えられる。
【００５７】
ところで、本実施例では、ＥＧＲバルブ４３がそのＥＧＲバルブ開度を検出するリフトセンサ７１を有するシステムについて述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、ＥＧＲ量を検出可能な他のセンサとして、例えば、エアフローメータ、酸素（Ｏ2 ）センサ、吸気圧センサ等を用いたシステムにおいても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の内燃機関のＥＧＲ制御装置によれば、演算手段では内燃機関の排気系から取出した排気ガスの一部であるＥＧＲガスを内燃機関の吸気系に導入するＥＧＲバルブの異常がＥＧＲ作動領域下で検出手段にて検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度が算出される。この算出されたＥＧＲバルブの異常検出値に応じ、補正手段によりこの時点より高負荷側の領域におけるＥＧＲ系異常と判定されないときの通常状態での燃料噴射量に対する、ＥＧＲバルブの異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度に基づく減量補正量が予め記憶され、この記憶内容に基づきＥＧＲ系異常が検出されたＥＧＲ量またはＥＧＲバルブリフト量に対応する内燃機関の負荷となっている時点より高負荷側での燃料噴射量が上記減量補正量によって減量補正される。これにより、ＥＧＲバルブの固着・摺動不良等による異常時において、適切に燃料噴射量の減量補正が実施されることで、ドライバビリティ悪化を抑えることができる。また、ディーゼル機関に適用することで、ＥＧＲバルブの異常時におけるスモークの異常発生を抑えることができる。
【００５９】
請求項２の内燃機関のＥＧＲ制御装置によれば、請求項１の効果に加えて、演算手段で算出されたＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度の実値と、目標とするＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度との差分に応じて燃料噴射量が、この差分が大きい程大きく減量補正される。これにより、ＥＧＲバルブの固着・摺動不良等による異常時の燃料噴射量に対する減量補正量が適切に可変されるためドライバビリティ悪化を抑えることができる。また、ディーゼル機関に適用することで、ＥＧＲバルブの異常時におけるスモークの異常発生を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置が適用されたディーゼル機関を示す概略構成図である。
【図２】 図２は図１の燃料噴射ポンプを示す詳細断面図である。
【図３】 図３は本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置で使用されているＥＣＵのＣＰＵのＥＧＲ量算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】 図４は図３のフローチャートで用いられる基本ＥＧＲ指令値ＤＥＢＳＥ算出のマップである。
【図５】 図５は図３のフローチャートで用いられる目標リフトＴＥＬＦ算出のマップである。
【図６】 図６は図３のフローチャートで用いられるＰ項ＬＤＦＩＮＰ算出のグラフ及びマップである。
【図７】 図７は図３のフローチャートで用いられるＩ項変化量ΔＩ算出のグラフ及びマップである。
【図８】 図８は図３のステップＳ１０４におけるＥＧＲ系異常判定処理を詳細に示すフローチャートである。
【図９】 図９は本発明の一実施例にかかる内燃機関のＥＧＲ制御装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵの燃料噴射ポンプの噴射量算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】 図１０は図９のフローチャートで用いられる基本噴射量ＱBASE算出のグラフ及びマップである。
【図１１】 図１１は図９のフローチャートで用いられる最大噴射量ＱFULL、基本最大噴射量ＱFULL0 、過給時最大噴射量ＱFULL1 及び過給圧補正係数Ｋ2 算出のグラフ及びマップである。
【図１２】 図１２は図９のフローチャートで用いられる最終噴射量ＱFIN から燃料噴射ポンプ３のフェイスカム指令角度θ算出のグラフ及びマップである。
【図１３】 図１３は図９のステップＳ３０７におけるＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL 算出処理を詳細に示すフローチャートである。
【図１４】 図１４は図１３のフローチャートで用いられるＥＧＲ異常時噴射量補正値ＱEFAIL 算出のマップである。
【図１５】 図１５は内燃機関のＥＧＲ制御装置の機関回転数Ｎe と噴射量Ｑとの関係におけるＥＧＲ実行領域を示すグラフである。
【図１６】 図１６は内燃機関のＥＧＲ制御装置の負荷（噴射量）とＥＧＲバルブ開度との関係におけるＥＧＲバルブ異常時の噴射量補正領域を説明するグラフである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
３ 燃料噴射ポンプ
５ ＥＧＲ装置
７ ＥＣＵ（電子制御装置）
４３ ＥＧＲバルブ
６３ 負圧制御バルブ
７１ リフトセンサ
Claims (2)
- 内燃機関の排気系から取出した排気ガスの一部であるＥＧＲガスを前記内燃機関の吸気系に導入するＥＧＲバルブと、
前記ＥＧＲバルブの異常を検出する検出手段と、
前記検出手段でＥＧＲ作動領域下での前記ＥＧＲバルブの異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された前記ＥＧＲバルブの異常検出値に応じ、この時点より高負荷側の領域におけるＥＧＲ系異常と判定されないときの通常状態での燃料噴射量に対する、前記ＥＧＲバルブの異常が検出されたときのＥＧＲ量またはＥＧＲバルブ開度に基づく減量補正量を予め記憶し、この記憶内容に基づきＥＧＲ系異常が検出された前記ＥＧＲ量またはＥＧＲバルブリフト量に対応する前記内燃機関の負荷となっている時点より高負荷側での燃料噴射量を前記減量補正量によって減量補正する補正手段と
を具備することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。 - 前記補正手段は、前記演算手段で算出された前記ＥＧＲ量または前記ＥＧＲバルブ開度の実値と、目標とする前記ＥＧＲ量または前記ＥＧＲバルブ開度との差分に応じて、この差分が大きい程大きく燃料噴射量を減量補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
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