JP4444183B2 - Ｅｇｒ装置の異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ装置の異常検出装置に関するものであり、より詳細には、エンジン停止持の吸気圧変動に基づいたＥＧＲ装置の異常検出装置に関する。

従来、内燃機関において、排気ガスの一部を吸気系へ還流させる排気ガス再循環（Exhaust Gas Recirculation、ＥＧＲ）装置が知られている。ＥＧＲ装置は、吸気中の酸素濃度を低下させて燃焼温度を低くするので、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を低減することができる。

しかし、ＥＧＲバルブ動作の不具合やＥＧＲ通路の目詰まりなどによってＥＧＲ装置に何らかの異常が発生すると、燃焼効率が悪化したり、ＮＯｘ排出量が増大したりする場合がある。そこで、このような問題を回避するために、ＥＧＲ装置の異常を検知する装置がこれまでに提案されている。

特許文献１には、ＥＧＲ装置が正常に動作したときの吸気圧を現在の運転状態に基づき推定し、この推定した吸気圧を基準値として実吸気圧と比較してＥＧＲ装置の異常を検出する装置が開示されている。この装置は、スロットル弁の開度、ＥＧＲ弁の開度およびエンジンの回転速度に基づいて、吸気圧を推定する。

また、特許文献２には、ＥＧＲ弁を閉じた時の筒内圧と、ＥＧＲ弁を開いた時の筒内圧との差分を求め、この差分に基づいてＥＧＲ装置の故障を診断する装置が開示されている。この装置は、ドライバビリティや排気エミッションを悪化させないように、減速時燃料カット中に故障診断を行う。
特開２００２−２２７７２７号公報 特開平９−１４４６０９号公報

しかし、特許文献１の装置では、実吸気圧と比較する基準値となる推定吸気圧は、スロットル弁の開度、ＥＧＲ弁の開度およびエンジンの回転速度など流動的で不安定な要素に基づいて推定されている。このため、その推定に誤差を生じ、基準値の信頼性が低くなる可能性が考えられる。

また、特許文献２の装置では、故障診断は減速時燃料カット中に限定しているが、この条件下でも燃焼は行われないがエンジンは回転している。このため、排気脈動などにより計測する筒内圧にノイズが重畳して、判定精度に影響が出る可能性がある。

したがって、本発明の目的は、内燃機関の運転状態の影響を受けることなくＥＧＲ装置の異常を検出する装置を提供することである。

本発明は、内燃機関の吸気管と排気管とを連通して排気ガスを還流するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に設けられた、還流する排気ガスの流量を制御するＥＧＲバルブとを備えるＥＧＲ装置のための異常検出装置を提供する。この異常検出装置は、吸気管内の圧力を検出する検出手段と、吸気管内を加圧する加圧手段と、内燃機関の運転停止時、加圧手段によって吸気管内が加圧されている間にＥＧＲバルブの開度を変化させて、変化前の吸気圧と変化後の吸気圧の変化量を求める算出手段と、変化量が所定値以下である場合に、ＥＧＲ装置が異常であると判定する判定手段と、を有する。

この発明により、内燃機関の運転停止時に異常検出を行うので、内燃機関の運転状態の影響を完全に排除して正確なＥＧＲ装置の異常検出を行うことができる。

本発明の一実施形態では、ＥＧＲ装置の異常検出装置は、吸気温度、吸気量、前記内燃機関の冷却水の水温、大気圧の少なくとも１つに基づき、変化量を補正する補正手段をさらに有する。これにより、外環境による吸気条件の変動を補正できるので、ＥＧＲ装置の異常検出の精度が向上する。

本発明の一実施形態では、加圧手段は電動過給機またはエアーポンプの少なくとも１つである。

次に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（以下「エンジン」という）およびその制御装置の構成を示す概略図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１７は、車両各部から送られてくるデータを受け入れる入力インタフェース１７a、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ１７ｂ、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）および一時記憶用のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ１７ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インタフェース１７ｄを備えるコンピュータである。メモリ１７ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。

本発明に従うＥＧＲ装置２７の異常検知処理のためのプログラム、および該プログラムの実行の際に用いるデータおよびテーブルは、メモリ１７ｃのＲＯＭに格納されている。このＲＯＭは、ＥＥＰＲＯＭのような書替え可能なＲＯＭであっても良い。ＲＡＭには、ＣＰＵ１７ｂによる演算の作業領域が設けられ、車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号が一時的に記憶される。

ＥＣＵ１７に向けて送られたセンサ出力等の各種信号は入力インタフェース１７ａに渡され、アナログ−デジタル変換される。ＣＰＵ１７ｂは、変換されたデジタル信号を、メモリ１７ｃに格納されているプログラムに従って処理し、車両の各部へ送るための制御信号を作り出す。出力インタフェース１７ｄは、これらの制御信号を、ＥＧＲバルブ２７ａ、電動ターボチャージャ２５、およびその他不図示の各部位へと送る。

本実施形態では、エンジン１１は、各気筒の燃焼室内に高圧燃料を噴射して自然発火させる直噴式のディーゼルエンジンである。ディーゼルエンジン１１は、各気筒に取り付けられた、燃料を噴射するインジェクタ（図示せず）の燃料噴射量および噴射時期を調整することにより、出力を制御する。インジェクタは、運転状態に応じたＥＣＵ１７からの制御指令に基づき、最適なタイミングで燃料を噴射する。

エンジン１１には、クランク角センサ２９が設けられている。クランク角センサ２９は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ１７に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（たとえば、３０度）で出力されるパルス信号である。ＥＣＵ１７は、ＣＲＫ信号に応じ、エンジン１１の回転数ＮＥを算出する。

エンジン１１には、水温センサ３１が取り付けられている。水温センサ３１は、エンジンの冷却水の温度ＴＷ検出し、その信号をＥＣＵ１７に出力する。

吸気管１３および排気管１５の間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置２７が設置されている。ＥＧＲ装置２７は、吸気管１３および排気管１５を連通するＥＧＲ通路２７ｂを介して、排気ガスを再び吸気管１３に導入して吸入空気と混合させる。ＥＧＲ装置２７は、排気ガスの一部を吸気に混ぜることにより、燃焼温度を低下させ、窒素酸化物ＮＯｘを低減することができる。

ＥＧＲ装置２７は、ＥＧＲ通路２７ｂに設けられたＥＧＲバルブ２７ａの開度を調整することにより、再循環させる排気ガスの量を制御する。ＥＧＲバルブ２７ａは、ＥＣＵ１７から送られる制御指令に応じてバルブの開度を調整する。

ターボチャージャ２５が、吸気管１３に設置されている。ターボチャージャ２５は、モータ２５ａがコンプレッサ２５ｂを回転させることにより吸気を圧縮する電動ターボチャージャである。ターボチャージャ２５は、ＥＣＵ１７からの制御指令に基づき、吸気の圧縮度合いを制御する。ターボチャージャ２５によって、同一の排気量でもより多くの空気を取り込めるので、燃焼効率が向上し、出力も増加する。

ターボチャージャ２５の下流には、温度センサ２１および圧力センサ２３が設置されており、それぞれ吸気温Ｔａおよび吸気圧Ｐｂを示す電気信号をＥＣＵ１７に出力する。また、吸気管１３内には、エアフローメータ１９が設置されており、吸気量Ｑａを示す電気信号をＥＣＵ１７に出力する。

続いて、図２を参照して、本実施形態によるＥＧＲ装置２７の異常検出処理について説明する。この処理は、ＥＣＵ１０に記憶されたソフトウェアプログラムによって実行される。

ステップＳ１０１において、エンジンが停止しているかどうかを確認する。本実施形態では、エンジンの運転条件の変動などを完全に排除して正確なＥＧＲ装置の異常検出を行うために、エンジンが停止した状態でＥＧＲ装置の異常検出を行う。停止の確認は、例えばクランク角度センサ２９によって計測されるエンジン回転数ＮＥに基づいて行われる。エンジンの停止を確認したならば、ＥＧＲ装置の異常検知処理が開始され、ステップＳ１０３に進む。エンジンが停止していないと判定されたら、処理を終了する。

ステップＳ１０３において、吸気系の加圧を開始する。吸気系の加圧は、例えば電動ターボチャージャ２５を利用する。電動ターボチャージャ２５を駆動して吸気を圧縮し、吸気系の加圧を行う。この加圧処理は、ＥＧＲ装置の異常検知処理が終了するまで継続される。吸気系への加圧量は、実施条件に応じて実験的に求めた適正値を用いる。

ステップＳ１０５において、ＥＧＲバルブ２７ａを閉じてから所定時間経過後の吸気圧Ｐ１を計測する。電動ターボチャージャ２５による吸気系への加圧が行われている際中にＥＧＲバルブ２７ａが閉じると、吸気の出口が塞がれるので所定時間経過後の吸気圧は上昇する。このときの吸気圧Ｐ１を、圧力センサ２３で計測し、メモリ１７ｃに記憶する。なお、ＥＧＲバルブ２７ａを閉じてから吸気圧Ｐ１を計測するまでの所定時間は、実施条件に応じて実験的に求めた適正値を用いる。

ステップＳ１０７において、ＥＧＲバルブ２７ａを開いてから所定時間経過後の吸気圧Ｐ２を計測する。ステップＳ１０５で加圧された吸気は、ＥＧＲバルブ２７ａを開くとＥＧＲ通路２７ｂを通じて大気と連通するので、所定時間経過後の吸気圧は大気圧側に減少することになる。このときの吸気圧Ｐ２を、圧力センサ２３で計測し、メモリ１７ｃに記憶する。なお、ＥＧＲバルブ２７ａの開度や吸気圧Ｐ２を計測するまでの所定時間は、実施条件に応じて実験的に求めた適正値を用いる。

ステップＳ１０９において、ＥＧＲバルブを閉じた時の吸気圧Ｐ１と、ＥＧＲバルブを開いた時の吸気圧Ｐ２の変化量ΔＰを算出する。ＥＧＲバルブを閉じた時の吸気圧Ｐ１は、ＥＧＲバルブを開き大気に連通した吸気圧Ｐ２より大きいので、通常、変化量ΔＰは正の値となる。吸気圧変化量ΔＰは、次の（１）式より求める。

ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２ （１）
ステップＳ１１１において、吸気圧変化量ΔＰの補正を行う。

本実施形態では、後述するようにΔＰの大きさに基づいてＥＧＲ装置の異常判別を行うが、吸気温度や大気圧が高いと吸気の体積が膨張するので、加圧処理が行いにくくなる場合がある。このとき、ＥＧＲバルブを閉じた時の吸気圧Ｐ１の上昇は抑制されるので、吸気圧変化量ΔＰも比較的小さな値になってしまい、誤った異常検出を行う状況が考えられる。このような誤検出を避けるために、吸気圧変化量ΔＰを補正処理して、外環境による吸気条件の変動を補償する。

吸気圧変化量ΔＰは、例えば、次の（２）式によって補正され、補正後の変化量ΔＰ２を得る。

ΔＰ２＝（ΔＰ−ＫＰａ）×ＫＴａ×ＫＱａ×ＫＴｗ （２）
ここで、ＫＰａは、大気圧に応じた補正係数であり、ＫＴａは温度センサ２１で計測された吸気温度Ｔａに応じた補正係数であり、ＫＱａはエアフローメータ１９で計測された吸気量Ｑａに応じた補正係数であり、ＫＴｗはエンジン１１の水温センサ３１で計測された冷却水温Ｔｗに応じた補正係数である。

各補正係数は、対応する計測値の増減に応じて変動する変数である。例えば、ＫＴａの場合について説明する。吸気温度Ｔａが高いほど吸入空気は膨張するので、ＥＧＲバルブを閉じて加圧したときの吸気圧Ｐ１の値は上昇しにくくなり、吸気圧変化量ΔＰも小さくなる。そこで、吸気温度Ｔａが高くなるのに応じて係数ＫＴａを大きくすれば、（２）式により吸気圧変化量ΔＰを増幅することができるので、ＥＧＲ装置の異常検出の精度が向上する。各補正係数には、実施条件に応じて実験的に求められた適正な挙動が用いられる。

ステップＳ１１３において、吸気圧変化量ΔＰ２が所定のしきい値以下かどうかをチェックする。吸気圧変化量ΔＰ２がしきい値以下の場合、ＥＧＲバルブ動作の不具合やＥＧＲ通路の目詰まりなどＥＧＲ装置２７に何らかの異常があることを示しており、ステップＳ１１５においてＥＧＲ装置が異常であると判定する。吸気圧変化量ΔＰ２がしきい値より大きい場合、ＥＧＲ装置は所望の性能を満たしており、ステップＳ１１７においてＥＧＲ装置が正常であると判定する。

なお、ステップＳ１１１における補正処理を行わずに、吸気圧変化量ΔＰを用いてステップＳ１１３の判定処理を直接行う形式でも良い。また、ステップＳ１０５およびステップＳ１０７で吸気圧Ｐ１，Ｐ２を計測する段階で、ステップＳ１１１のような補正処理を行う形式でも良い。

また、上述の実施形態では、まずステップＳ１０５において、ＥＧＲバルブ２７ａを閉じてから所定時間経過後の吸気圧Ｐ１を計測し、その後、ステップＳ１０７において、ＥＧＲバルブ２７ａを開いてから所定時間経過後の吸気圧Ｐ２を計測している。これに対し、ステップＳ１０５およびＳ１０７の順番を入れ替えて、先にＥＧＲバルブ２７ａを開いたときの吸気圧Ｐ２を計測し、その後、ＥＧＲバルブ２７ａを閉じたときの吸気圧Ｐ１を計測する形式でも良い。

以上にこの発明を具体的な実施例について説明した。しかし、この発明はこのような実施例に限定されるものでない。上記の実施形態では、ディーゼルエンジンを例に説明したが、ガソリンエンジンにも適用可能である。

また、吸気圧を加圧する実施例として、上記の実施形態では電動ターボチャージャ２５を採りあげたが、代替手段として、吸気管１３にエアーポンプを設け、このエアーポンプを駆動して外気を吸気系に送り込み吸気を加圧する手法も適用可能である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関およびその制御装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態によるＥＧＲ装置の異常検出処理のフローチャートである。

符号の説明

１１ エンジン
１３ 吸気管
１５ 排気管
１７ ＥＣＵ
２３ 圧力センサ
２５ 電動ターボチャージャ
２７ ＥＧＲ

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気管と排気管とを連通して排気ガスを還流するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に設けられた、還流する排気ガスの流量を制御するＥＧＲバルブとを備えるＥＧＲ装置の異常検出装置であって、
   吸気管内の圧力を検出する検出手段と、
   前記吸気管内を加圧する加圧手段と、
   内燃機関の運転停止時、前記加圧手段によって前記吸気管内が加圧されている間に前記ＥＧＲバルブの開度を変化させて、変化前の吸気圧と変化後の吸気圧の変化量を求める算出手段と、
   前記変化量が所定値以下である場合に、前記ＥＧＲ装置が異常であると判定する判定手段と、
   を有する、ＥＧＲ装置の異常検出装置。
2. 吸気温度、吸気量、前記内燃機関の冷却水の水温、大気圧の少なくとも１つに基づき、前記変化量を補正する補正手段をさらに有する、請求項１に記載のＥＧＲ装置の異常検出装置。
3. 前記加圧手段は電動過給機またはエアーポンプの少なくとも１つである、請求項１に記載のＥＧＲ装置の異常検出装置。
   
   
   

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