JP4687663B2 - 排気再循環装置の異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に設けられる排気環流装置の異常診断装置に関するものである。

内燃機関においては、排気通路と吸気通路とを連通する排気再循環通路を設け、この排気再循環通路を通じて排気通路を流れる排気の一部を吸気通路に戻すようにした、いわゆる排気再循環装置を備えるものが一般的である。この排気再循環装置では、混合気に排気を混入させることによりその熱容量を増大させ、燃焼温度の低下を促すことにより、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図るようにしている。

また、こうした排気再循環装置では、排気再循環通路の途中に流量制御弁が設けられており、この流量制御弁の開度を機関運転状態に基づいて制御することにより、吸気通路に戻される排気の量、すなわち排気再循環量が機関運転状態に適合した量に調量される。

ところで、上記流量制御弁の動作不良や排気再循環通路の閉塞等、排気再循環装置に異常が発生すると、排気再循環量を機関運転状態に見合う適切な量に制御することが困難になる。こうした排気再循環装置の異常を判定するために、例えば特許文献１に記載されるものでは、流量制御弁の開度を強制的に変更し、その開度変更に伴って生じる吸気圧の変化量が所定の判定値に満たない場合に、当該排気再循環装置に異常が発生していると判定するようにしている。

他方、近年では、排気中のＰＭ（Particulate Matter:粒子状物質）を排気通路に設けられたフィルタで捕集するようにした内燃機関も知られている。こうしたフィルタを備える場合には、捕集されたＰＭの量が増大するにつれてフィルタでの圧力損失が増大するようになる。そこで、フィルタの温度を上昇させてＰＭを燃焼処理することでフィルタを再生するといった制御が行われる。こうした再生制御としては、例えば排気通路に燃料添加弁を設け、排気中に燃料を直接添加することでフィルタの昇温を図るといった処理や、主燃料噴射時期から遅れた時期に再度燃料噴射を実行する、いわゆるポスト噴射を実行して排気中に燃料を供給することでフィルタの昇温を図るといった処理などが行われる。また、特許文献２に記載のものでは、吸気通路内の吸気絞り弁の開度及び上記排気再循環装置の流量制御弁の開度をともに減少させる絞り制御を行って排気温度を上昇させ、この排気温度の上昇を通じてフィルタの昇温を図るようにしている。
特開２０００−２９１４９４号公報 特開平５−１０６５１８号公報

ところで、上記絞り制御が行われる内燃機関において上述したような排気再循環装置の異常診断を行うと、以下のような不都合の発生が懸念される。
すなわち、上記絞り制御の実行中は、吸気絞り弁の開度や流量制御弁の開度が機関運転状態に基づいて設定される開度よりも減少されるため、吸気通路内の吸入空気量や吸気圧は大きく低下する。そのため、絞り制御が中止されて、吸気絞り弁の開度や流量制御弁の開度が機関運転状態に基づいて設定される開度に戻されたとしても、その絞り制御の中止直後にあっては吸入空気量や吸気圧の上昇に遅れが発生する。従って、絞り制御が中止されてもその直後にあっては、吸入空気量や吸気圧がある程度低下した状態になっている。

このように吸入空気量や吸気圧が低下している状態で、排気再循環装置の異常診断を行うために流量制御弁の開度を強制的に変更しても、吸入空気量や吸気圧の変化量は比較的小さくなるため、当該排気再循環装置が正常であっても異常であると誤判定されるおそれがある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィルタの再生時にあって排気再循環量を調量する流量制御弁及び吸気絞り弁の絞り制御が行われる内燃機関に設けられた排気再循環装置の異常を適切に判定することのできる排気再循環装置の異常診断装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通する排気再循環通路と前記排気再循環通路に設けられて前記吸気通路に戻される排気の量を調量する流量制御弁とからなる排気再循環装置、及び前記排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えるとともに、前記フィルタの再生制御の実行時にあって機関運転状態が所定の状態にあるときには、前記吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度及び前記流量制御弁の開度を機関運転状態に基づいて設定される開度よりも減少させる絞り制御が実行される内燃機関に適用されて、前記流量制御弁を強制駆動したときの吸入空気量の変化量及び吸気圧の変化量のうちのいずれか一方に基づいて前記排気再循環装置の異常判定を行う排気再循環装置の異常診断装置において、前記絞り制御が中止されてから予め設定された期間が経過するまでは前記異常判定を禁止することをその要旨とする。

同構成では、排気再循環量を調量する流量制御弁を強制駆動し、その強制駆動により生じる吸入空気量の変化量や吸気圧の変化量に基づいて排気再循環装置の異常判定を行うようにしているが、そうした異常判定を上記絞り制御が中止された後の所定期間にあっては禁止するようにしている。そのため、絞り制御が中止された直後であり、吸入空気量や吸気圧が低下している状態、すなわち流量制御弁の開度を強制的に変更しても吸入空気量や吸気圧の変化量が比較的小さく、異常診断を正確に行うことができない状態では、異常診断が禁止されるようになる。従って、フィルタの再生時にあって吸気絞り弁及び排気再循環量を調量する流量制御弁の絞り制御が行われる内燃機関に設けられた排気再循環装置の異常を適切に判定することができるようになる。なお、同構成において、予め設定された前記期間としては、前記絞り制御が中止された後の吸入空気量や吸気圧が、排気再循環装置の異常判定を正確に行うことができる程度にまで増大するのに要する時間を設定するとよい。換言すれば、強制駆動される前記流量制御弁の開度変更量に見合った吸入空気量や吸気圧の変化が得られる程度にまで、絞り制御中止後の吸入空気量や吸気圧が増大するのに要する時間を設定するとよい。

請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通する排気再循環通路と前記排気再循環通路に設けられて前記吸気通路に戻される排気の量を調量する流量制御弁とからなる排気再循環装置、及び前記排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えるとともに、前記フィルタの再生制御の実行時にあって機関運転状態が所定の状態にあるときには、前記吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度及び前記流量制御弁の開度を機関運転状態に基づいて設定される開度よりも減少させる絞り制御が実行される内燃機関に適用されて、前記流量制御弁を強制駆動したときの吸入空気量の変化量及び吸気圧の変化量のうちのいずれか一方に基づいて前記排気再循環装置の異常判定を行う排気再循環装置の異常診断装置において、前記再生制御が中止されてから予め設定された期間が経過するまでは前記異常判定を禁止することをその要旨とする。

同構成でも、排気再循環量を調量する流量制御弁を強制駆動し、その強制駆動により生じる吸入空気量の変化量や吸気圧の変化量に基づいて排気再循環装置の異常判定を行うようにしているが、そうした異常判定を上記再生制御が中止された後の所定期間にあっては禁止するようにしている。そのため、絞り制御が行われていた可能性のある再生制御が中止された直後であり、吸入空気量や吸気圧が低下している可能性のある状態、すなわち流量制御弁の開度を強制的に変更しても吸入空気量や吸気圧の変化量が比較的小さく、異常診断を正確に行うことができない可能性のある状態では、異常診断が禁止されるようになる。従って、同構成によっても、フィルタの再生時にあって吸気絞り弁及び排気再循環量を調量する流量制御弁の絞り制御が行われる内燃機関に設けられた排気再循環装置の異常を適切に判定することができるようになる。なお、同構成において、予め設定された前記期間としては、再生制御の中止と同時に絞り制御が中止されたと仮定した場合に、その再生制御後の吸入空気量や吸気圧が、排気再循環装置の異常判定を正確に行うことができる程度にまで増大するのに要する時間を設定するとよい。換言すれば、強制駆動される前記流量制御弁の開度変更量に見合った吸入空気量や吸気圧の変化が得られる程度にまで、再生制御中止後の吸入空気量や吸気圧が増大するのに要する時間を設定するとよい。

以下、この発明にかかる排気再循環装置の異常診断装置を具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に、本実施形態にかかる排気再循環装置の異常診断装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図を示す。

エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。

燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流側には、排気成分を浄化する排気浄化部材３０が設けられている。この排気浄化部材３０の内部には直列に２つの触媒が配設されている。

これら２つの触媒のうち、排気上流側に設けられた１つ目の触媒は、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＮＳＲ（NOx storage-reduction）触媒という）３１である。ＮＳＲ触媒３１の排気下流側に設けられた２つ目の触媒は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するフィルタ３２である。このフィルタ３２は多孔質のセラミック構造体であり、排気中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。

また、シリンダヘッド２には、ＮＳＲ触媒３１やフィルタ３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されており、同燃料添加弁５からは第４気筒＃４の排気ポート６ｄ内に向けて燃料が噴射される。この噴射された燃料は、排気とともにＮＳＲ触媒３１やフィルタ３２に到達する。なお、燃料添加弁５は燃料噴射弁４ａ〜４ｄと同様な構造を有している。また、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって排気浄化部材３０の上流側であれば適宜変更するも可能である。

この他、エンジン１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この排気再循環装置は、吸気通路３と排気通路（エキゾーストマニホールド８）とを連通する排気再循環通路としてのＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられて流量制御弁として機能するＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気再循環量、すなわちＥＧＲ量が調量される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。

エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。スロットル開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度（スロットル開度ＴＡ）を検出する。ＮＳＲ触媒３１の排気下流側に設けられた第１排気温度センサ３３は、同ＮＳＲ触媒３１を通過した直後の排気の温度である第１排気温度Ｔａを測定する。フィルタ３２の排気下流側に設けられた第２排気温度センサ３４は、フィルタ３２を通過した直後の排気の温度である第２排気温度Ｔｂを検出する。機関回転速度センサ２３はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２４はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。空燃比センサ２１は排気の空燃比λを検出する。

これら各種センサの出力は制御装置２５に入力される。この制御装置２５は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。そして、この制御装置２５により、例えば、燃料噴射弁４ａ〜４ｄの燃料噴射制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。

そのＥＧＲ弁１５の開度制御に際しては、アクセル操作量ＡＣＣＰ及び機関回転速度ＮＥ等に基づいて現在の機関運転状態に適した排気再循環率（全吸入空気量に対する再循環排気量の割合）を算出する。そして、この排気再循環率に基づいてＥＧＲ弁１５の開度を調整する開度指令値を算出する。そして、この開度指令値に基づいてＥＧＲ弁１５の開度が制御されることにより、機関運転状態に適した排気再循環が実行される。例えば、エンジン１がアイドル運転状態に移行すると、ＥＧＲ弁１５は比較的大きな開度に制御される。これにより、排気再循環率は例えば高負荷運転時と比較的して大きく設定され、多量の排気が再循環されるため、気筒内の燃焼温度の上昇が抑えられてＮＯｘ排出は抑制される。

また、制御装置２５によって、上記フィルタ３２に捕集されたＰＭを燃焼させるフィルタの再生制御等といった各種の排気浄化制御も行われる。このフィルタ３２の再生制御は、以下のようにして行われる。

すなわち、機関運転状態やフィルタ３２の上流側排気圧及び下流側排気圧の差等（圧力差検出手段は不図示）に基づいて推定されるＰＭ堆積量が所定の限界値に達したときに、上記燃料添加弁５による燃料添加が実行される。この燃料添加弁５から噴射された燃料は、フィルタ３２に到達すると燃焼され、これによりフィルタに堆積したＰＭは焼失される。なお、燃料添加弁５から噴射される燃料の量は、上記第１排気温度Ｔａや第２排気温度Ｔｂ等に基づいて調整されることにより、フィルタ３２の昇温不足や過昇温が抑えられる。

また、機関負荷や機関回転速度が低く、排気温度が比較的低温になりやすい機関運転状態において再生制御が行われるときには、排気温度を上昇させるために次の制御も併せて実行される。すなわち、そうした機関運転状態にあっては、吸気絞り弁１６の開度及びＥＧＲ弁１５の開度をともに減少させる絞り制御が行われる。これら吸気絞り弁１６の開度及びＥＧＲ弁１５の開度の減少により、機関のポンプ損失増加による機関負荷の増加とともに、ＥＧＲクーラ１４からの放熱が抑制されるため、排気温度が上昇してフィルタ３２の昇温が促される。

次に、上記排気再循環装置の異常判定について詳細に説明する。
上述したように、排気再循環制御装置では、制御装置２５を通じてＥＧＲ弁１５の開度が制御されることにより、通常はそのときどきの機関運転状態に応じた適切な排気再循環量をもって排気の再循環が行われる。

しかし、例えば経時変化や可動部固着等によるＥＧＲ弁１５の動作不良や、排気に含まれる微粒子等がＥＧＲ通路１３の内壁に付着することにより生じる通路断面積の減少、さらにはＥＧＲ通路１３の閉塞などといった排気再循環装置の異常が発生すると、排気再循環量を機関運転状態に見合う適切な量に制御することが困難になる。

そこで、本実施形態ではそうした排気再循環装置の異常を以下のような態様で判定するようにしている。
まず、ＥＧＲ弁１５の開度を小さくして排気再循環量を減量するほど、吸気通路３を通じてエンジン１の各気筒に導入される新気の量、すなわち上記吸入空気量ＧＡは多くなる。このようにＥＧＲ弁１５の開度を変更する場合にあって、排気再循環装置に異常が生じていなければ、その開度の変更量に見合った分の吸入空気量ＧＡの変化が得られる。そこで、ＥＧＲ弁１５の開度を制御する開度指令値ＤＥＧＲについてその値を所定量ずつ強制的に変化させ、そのときに生じる吸入空気量ＧＡの変化量ＤＧＡ（強制駆動が開始されてからの総変化量）を監視する。そして、その吸入空気量ＧＡの変化量ＤＧＡが所定の異常判定値以下であるときには、排気再循環装置に異常が生じていると判定するようにしている。

ここで吸入空気量ＧＡは、機関運転状態によっても種々変化するため、そうした影響を極力排除できる運転状態のときに排気再循環装置の異常診断を行うことが望ましい。そこで、本実施形態では、上述したような異常判定を実行するか否かについてこれを判断するための異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸを次のような態様で設定するようにしている。

図２に、異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸの設定処理についてその手順を示す。なお、本処理は、制御装置２５により所定の時間周期をもって繰り返し実行される。また、異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸは、機関始動時にあって「オフ」に設定されており、本処理の実行を通じて異常判定の実行条件が満たされていると判断されたときに「オン」に変更される。

この設定処理が開始されるとまず、第１の異常判定実行条件である「車両が減速中である」といった条件が満たされているか否かが判定される（Ｓ１００）。ここでは、アクセル操作量ＡＣＣＰが「０」であり且つ車速が所定速度以上であることをもって車両が減速中であると判定される。また、この第１の異常判定実行条件は、次の理由に基づいて設定されている。すなわち、車両が減速中であるときには、エンジン１の燃料噴射が停止される、いわゆる燃料カットが実行されている可能性が高い。そして、このように燃料カットが実行され、機関燃焼が実質的に停止しているときであれば、ＥＧＲ弁１５の開度変更を伴う排気再循環装置の異常判定処理を実行しても、その実行が機関運転に与える悪影響は極力抑えることができるためである。

そして、車両が減速中である場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、次に、第２の異常判定実行条件である「機関回転速度の変動量が一定値以下である」といった条件が満たされているか否かが判定される（Ｓ１１０）。この第２の異常判定実行条件は、次の理由に基づいて設定されている。すなわち、機関回転速度が変動している場合には、それに伴って吸入空気量が変動するため、こうした吸入空気量の変動とＥＧＲ弁１５の強制駆動により生じる吸入空気量の変化とが判別し難くなる結果、誤判定を招くおそれがあるためである。

そして、機関回転速度の変動量が一定値以下である場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、次に第３の異常判定実行条件である「吸気絞り弁の開度が規定範囲内である」といった条件が満たされているか否かが判定される（Ｓ１２０）。この第３の異常判定実行条件は、次の理由に基づいて設定されている。すなわち、吸気絞り弁の開度が大きく、吸入空気量が多いときには、ＥＧＲ弁１５の強制駆動に伴う吸入空気量の変化量が少なくなる傾向にある。また、吸気絞り弁の開度が小さく、吸入空気量が少ないときにも、ＥＧＲ弁１５の強制駆動に伴う吸入空気量の変化量は少なくなる傾向にあり、そうした状態において異常判定を行っても誤判定を招くおそれがあるためである。なお、上記規定範囲としては、ＥＧＲ弁１５の強制駆動に伴う吸入空気量の変化が十分に得られる吸気状態となるような吸気絞り弁の開度の範囲が設定されている。

そして、吸気絞り弁の開度が規定範囲内である場合には、（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、次に、第４の異常判定実行条件である「ＥＧＲ弁１５の絞り制御が中止されてからの経過時間が規定値以上である」といった条件が満たされているか否かが判定される（Ｓ１３０）。この第４の異常判定実行条件は、次の理由に基づいて設定されている。

すなわち、本実施形態では、上述したように排気温度が比較的低温になりやすい機関運転状態においてフィルタ３２の再生制御が行われるときには、吸気絞り弁１６の開度やＥＧＲ弁１５の開度を減少させる絞り制御が行われ、吸気通路３内の吸入空気量や吸気圧は大きく低下する。そのため、機関運転状態が変化し、その絞り制御が中止されて、吸気絞り弁１６の開度やＥＧＲ弁１５の開度が機関運転状態に基づいて設定される開度に戻されたとしても、その絞り制御の中止直後にあっては吸入空気量や吸気圧の上昇に遅れが発生する。従って、絞り制御が中止されてもその直後にあっては、吸入空気量や吸気圧がある程度低下した状態になっている。このように吸入空気量や吸気圧が低下している状態では、ＥＧＲ弁１５の開度を強制的に変更しても、吸入空気量や吸気圧の変化量は比較的小さくなるため、排気再循環装置が正常であっても異常であると誤判定されるおそれがある。そこで、絞り制御が中止された直後であって吸入空気量や吸気圧が低下している状態、すなわち排気再循環装置の異常判定を正確に行うことができない状態ではその異常判定を禁止するために、この第４の異常判定実行条件が設定されている。

なお、ステップＳ１３０では、ＥＧＲ弁１５の絞り制御が中止されてからの経過時間を示す経過時間カウンタＰＣが予め設定された判定値αに達している場合に、上記第４の異常判定条件が成立していると判断される。この経過時間カウンタＰＣは、本処理とは別の処理にて、制御装置２５により算出される値である。また、判定値αは、予めの実験等を通じて求められている値である。そして同判定値αには、ＥＧＲ弁１５の絞り制御が中止された後の吸入空気量や吸気圧が、排気再循環装置の異常判定を正確に行うことができる程度にまで増大するのに要する時間に相当する値が設定されている。換言すれば、ＥＧＲ弁１５の開度変更量に見合った吸入空気量ＧＡの変化が得られる程度にまで、絞り制御中止後の吸入空気量が増大するのに要する時間に相当する値が設定されている。

図３に、その経過時間カウンタＰＣを算出する経過時間計測処理の手順を示す。この処理も制御装置２５により所定の時間周期をもって繰り返し実行される。
本処理では、まず、ＥＧＲ弁１５の絞り制御が実行されているか否かが判定される（Ｓ２００）。そして、ＥＧＲ弁１５の絞り制御が実行されている場合には（Ｓ２００：ＹＥＳ）、経過時間カウンタＰＣは「０」にリセットされて（Ｓ２１０）、本処理は一旦終了される。

一方、ＥＧＲ弁１５の絞り制御が実行されていない場合には（Ｓ２００：ＮＯ）、現在の経過時間カウンタＰＣに「１」が加算され、当該経過時間カウンタＰＣは更新される（Ｓ２１０）。そして、本処理は一旦終了される。この経過時間計測処理が繰り返し実行されることにより、経過時間カウンタＰＣの値には、ＥＧＲ弁１５の絞り制御が中止されてからの経過時間が反映されることになる。

上記ステップＳ１３０にて、ＥＧＲ弁１５の絞り制御が中止されてからの経過時間が規定値以上であると判定される場合には、（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、次に、上記第１〜第４の異常判定実行条件が成立している時間を示す判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣが更新される。より具体的には、現在の判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣに「１」が加算されることにより、当該判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣは更新される（Ｓ１４０）。

次に、第５の異常判定実行条件である「判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣが判定値Ｅ以上である」といった条件が満たされているか否かが判定される（Ｓ１５０）。上記判定値Ｅとしては、上記第１〜第４の異常判定実行条件が一時的に成立したものではなく継続して成立しており、これにより排気再循環装置の異常診断を行った場合の診断精度が十分に確保されると判断できる程度の成立時間に相当する値が設定されている。

そして、上記ステップＳ１４０で更新された判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣが判定値Ｅ未満である場合には（Ｓ１５０：ＮＯ）、上記第１〜第４の異常判定実行条件の成立時間が不足しており、排気再循環装置の異常診断を正確に行うことはできないおそれがあるとして、本処理は一旦終了される。

一方、上記ステップＳ１４０で更新された判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣが判定値Ｅ以上である場合には（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、現在の機関運転状態が排気再循環装置の異常診断に適した状態であると判断することができるため、異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸが「オフ」から「オン」に変更され（Ｓ１６０）、本処理は終了される。

なお、上記第１〜第４の異常判定実行条件のうちのいずれかが成立していない場合には（Ｓ１００：ＮＯ、またはＳ１１０：ＮＯ、またはＳ１２０：ＮＯ、またはＳ１３０：ＮＯ）、上記判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣが「０」にリセットされて（Ｓ１７０）、本処理は一旦終了される。ちなみに、この判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣは、後述する異常判定完了フラグが「オン」にされた場合にも「０」にリセットされる。

図４に、上記異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸの設定処理が実行された場合について、経過時間カウンタＰＣ、判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣ、異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸの変化の一例を示す。

この図４に示すように、再生制御中において車両が減速状態になり、燃料カットが開始されると、機関運転領域が絞り制御を行う領域から外れることにより、ＥＧＲ弁１５及び吸気絞り弁１６の絞り制御が中止される（タイミングｔ１）。この絞り制御の中止により、ＥＧＲ弁１５及び吸気絞り弁１６の各開度は機関運転状態に基づいて設定される開度にそれぞれ増大され、その結果、吸入空気量ＧＡや吸入空気量は徐々に増大されていく。そして絞り制御が中止されることにより経過時間カウンタＰＣの算出が開始され、タイミングｔ１以降、同経過時間カウンタＰＣの値は徐々に大きくなっていく。その後、経過時間カウンタＰＣが判定値αに達するなどして、上記第１から第４の異常判定実行条件が成立すると、判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣの算出が開始され、タイミングｔ２以降、同判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣの値は徐々に大きくなっていく。そしてその後、判定条件成立カウンタＤＩＡＧＣが判定値Ｅに達すると、異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸは「オフ」から「オン」に変更される（タイミングｔ３）。このように異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸが「オン」に設定されるタイミングは、時点では、
このように、絞り制御が中止された後、少なくとも判定値αに相当する時間が経過するまでは異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸが「オフ」に維持される。これにより、絞り制御が中止された後、吸入空気量ＧＡや吸気圧が排気再循環装置の異常判定に適した状態にまで上昇するまでは、排気再循環装置の異常判定は禁止され、これにより誤判定の発生が抑えられるようになる。

次に、図５に示すフローチャートを参照しつつ、排気再循環装置の異常を判定する異常判定処理についてその処理手順を説明する。なお、この異常判定処理は、後述する異常判定完了フラグＸＤＩＡＧが「オン」にされるまで、制御装置２５により所定の時間周期をもって繰り返し実行される。また、図６に、本処理にかかる異常判定処理が実行された場合について、開度指令値ＤＥＧＲ、吸入空気量ＧＡ、異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸ、異常判定完了フラグＸＤＩＡＧ、異常フラグＸＦＡＩＬの変化の一例を示している。尚、同図６の実線は排気再循環装置に異常が生じていない場合、また一点鎖線は排気再循環装置に異常が生じている場合におけるそれら各値の変化をそれぞれ示している。

図５に示すごとく、この異常判定処理が開始されるとまず、異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸが「オン」に設定されているか否かが判定される（Ｓ３００）。
そして、異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸが「オン」に設定されており、異常判定実行条件が成立している場合には（Ｓ３００：ＹＥＳ）、ＥＧＲ弁１５が強制的に駆動される（Ｓ３１０、図６のタイミングｔ３）。具体的には、機関運転状態に基づいて設定されている現在の開度指令値ＤＥＧＲをその初期値とし、以下の演算式（１）に示されるように、この開度指令値ＤＥＧＲに対して所定の徐変量ΔＫが加算され、これが新たな開度指令値ＤＥＧＲとして設定される。

開度指令値ＤＥＧＲ←現在の開度指令値ＤＥＧＲ＋ΔＫ …（１）

ここで、上記徐変量ΔＫは正及び負のいずれの値にも設定され得る。例えば、この徐変量ΔＫが正の値である場合には、本処理が繰り返し実行されることにより、開度指令値ＤＥＧＲは徐々に増大するようになり、それに伴ってＥＧＲ弁１５の開度もまた徐々に増大するようになる。一方、この徐変量ΔＫが負の値である場合には、開度指令値ＤＥＧＲは徐々に減少するようになり、それに伴ってＥＧＲ弁１５の開度もまた徐々に減少するようになる。従って、このように徐変量ΔＫずつ開度指令値ＤＥＧＲが変化することにより、ＥＧＲ弁１５の強制駆動は段階的に行われるようになる。

その徐変量ΔＫを正の値にするか或いは負の値にするか、換言すればＥＧＲ弁１５の開度を増大させるか或いは減少させるかは、強制駆動が開始されたときのＥＧＲ弁１５の開度に基づいて設定される。ＥＧＲ弁１５が所定の開度γ（例えば５０％）よりも大きく、例えば略全開状態にあるような場合には、徐変量ΔＫは負の値に設定され、ＥＧＲ弁１５の開度は徐々に減少するようになる。そして、最終的にＥＧＲ弁１５は全閉状態になる。これに対して、ＥＧＲ弁１５が所定の開度γ以下であり、例えば略全閉状態にあるような場合には、徐変量ΔＫは正の値に設定され、ＥＧＲ弁１５の開度は徐々に増大するようになる。そして、最終的にＥＧＲ弁１５は全開状態になる。

因みに、図６では、徐変量ΔＫが負の値に設定されることにより、開度指令値ＤＥＧＲが徐々に減少し、ＥＧＲ弁１５の開度が全閉側に向かって変化する場合の開度指令値ＤＥＧＲの変化を例示している。

こうしてＥＧＲ弁１５の強制駆動が行われることにより、吸入空気量ＧＡはこの強制駆動の実行から応答遅れをもって徐々に変化し始める（図６のタイミングｔ４）。
そして、ＥＧＲ弁１５の強制駆動を実行した後、このＥＧＲ弁１５が全開状態に達してから所定時間が経過したか否か、又は全閉状態に達してから所定時間が経過したか否かが判断される（Ｓ３２０）。そして、まだ所定時間経過していない場合には（Ｓ３２０：ＮＯ）、次に吸入空気量ＧＡの変化量ＤＧＡが異常判定値ＫＤＧＡを超えているか否かが判断される（Ｓ３３０）。

ここで、吸入空気量ＧＡの変化量ＤＧＡが異常判定値ＫＤＧＡを超えている場合には（図６のタイミングｔ５）、ＥＧＲ弁１５の開度が変化することにより排気再循環量が変化し、これに伴って吸入空気量ＧＡが排気再循環量の変化に対応する所定量（換言すれば異常判定値ＫＤＧＡ以上の量）をもって変化していることになる。従って、この場合には、今回の異常判定処理において異常は検出されないと判断される。このように、異常判定処理によって異常なしと判断されると（Ｓ３３０：ＹＥＳ）、異常判定完了フラグＸＤＩＡＧが「オフ」から「オン」に変更されるとともに（Ｓ３５０、図６のタイミングｔ５）、異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸは「オン」から「オフ」に変更されて（Ｓ３６０、図６のタイミングｔ５）、本処理は終了される。

このようにＥＧＲ弁１５が未だ全開状態或いは全閉状態に達していなくても、換言すれば同ＥＧＲ弁１５の強制駆動が完了しておらずその途中の段階であっても、排気再循環装置に異常なしと判定された場合には、ＥＧＲ弁１５の強制駆動は即座に中断され、次の機関始動までは異常判定処理が実行されなくなる。その結果、こうしたＥＧＲ弁１５の強制駆動を伴う異常判定処理が極力短期間で且つ必要なときにのみ実行されるようになる。また、本実施形態では、ＥＧＲ弁１５の強制駆動に際しては、開度指令値ＤＥＧＲを一気に全開或いは全閉に相当する値に変更するのではなく、徐々に変更するようにしている。そのため、上述したようにＥＧＲ弁１５が全開状態或いは全閉状態に達する前に強制駆動が中断される場合には、開度指令値ＤＥＧＲを一気に全開或いは全閉に相当する値に変更する場合と比較して、強制駆動が開始されてからの排気再循環量の変化量をより少ない量に抑えておくことができる。従って、強制駆動に伴う吸入空気量の変化量も少なくなり、例えばＥＧＲ弁１５が全閉側に強制駆動される際の吸入空気量の増加も抑えられ、もって強制駆動に伴う排気温度の低下も適切に抑えることが可能になる。

一方、先のステップＳ３２０において、ＥＧＲ弁１５が全開状態又は全閉状態に達してから所定時間が経過した旨判断された場合には（Ｓ３２０：ＹＥＳ）には、強制駆動を通じてＥＧＲ弁１５が全開状態又は全閉状態に達し、更にその後所定時間（図６のタイミングｔ６〜ｔ７）が経過したことになる。そして、こうした状況にあるにも関わらず、吸入空気量ＧＡが変化しておらず、或いは変化していてもその変化量ＤＧＡが上記異常判定値ＫＤＧＡに達していないため、排気再循環装置に異常ありと判定されて、異常フラグＸＦＡＩＬが「オン」に設定される（Ｓ３４０、図６のタイミングｔ７）。そして、このように異常フラグＸＦＡＩＬの操作が行われると、異常判定完了フラグＸＤＩＡＧが「オフ」から「オン」に変更されるとともに（ステップＳ３５０、図６のタイミングｔ７）、異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸは「オン」から「オフ」に変更されて（Ｓ３６０、図６のタイミングｔ７）、本処理は終了される。

以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
（１）排気再循環装置のＥＧＲ弁１５を強制駆動し、その強制駆動に伴って生じる吸入空気量ＧＡの変化量ＤＧＡに基づいて排気再循環装置の異常を診断するようにしている。より詳細には、変化量ＤＧＡが異常判定値ＫＤＧＡ以下の場合には、排気再循環装置に異常が生じていると判定するようにしている。

ここで、エンジン１では、フィルタ３２の再生制御を行う際に、機関負荷や機関回転速度が低く、排気温度が比較的低温になりやすい機関運転状態のときには、吸気絞り弁１６の開度及びＥＧＲ弁１５の開度をともに減少させる絞り制御も併せて行われる。この絞り制御の中止直後は、吸入空気量ＧＡの増大に遅れが生じ、ＥＧＲ弁１５の開度を強制的に変更しても吸入空気量ＧＡの変化量ＤＧＡは比較的小さく、排気再循環装置の異常診断を正確に行うことができない。この点、本実施形態では、絞り制御が中止されてから予め設定された期間、より詳細には、絞り制御が中止された後、ＥＧＲ弁１５の開度変更量に見合った吸入空気量ＧＡの変化が得られる程度にまで吸入空気量が増大するのに要する時間が経過するまで、排気再循環装置の異常判定が禁止される。そのため、フィルタ３２の再生時にあって吸気絞り弁１６及び排気再循環量を調量するＥＧＲ弁１５の絞り制御が行われるエンジン１に設けられた排気再循環装置の異常を適切に判定することができるようになる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・絞り制御が中止されてから上記判定値αに相当する時間が経過するまでは、排気再循環装置の異常診断を中止するようにしたが、再生制御が中止されてから予め設定された期間が経過するまでは排気再循環装置の異常診断を中止するようにしてもよい。この変形例は、先の図２に示した異常判定実行フラグＸＤＩＡＧＥＸの設定処理にあって、そのステップＳ１３０での処理を、「再生制御が中止されてからの経過時間が規定値以上である」といった条件が満たされているか否かを判定する処理に変更することで具体化される。すなわち上記第４の異常判定実行条件を「再生制御が中止されてからの経過時間が規定値以上である」といった条件に変更することで具体化される。

この変形例にあっては、先の図３に示した経過時間計測処理におけるステップＳ２００の処理を、図７に示すステップＳ４００の処理に変更する。すなわち、再生制御が実行されているか否かを判定し（Ｓ４００）、再生制御が実行されている場合には（Ｓ４００：ＹＥＳ）、経過時間カウンタＰＣを「０」にリセットする。一方、再生制御が実行されていない場合には（Ｓ４００：ＮＯ）、現在の経過時間カウンタＰＣに「１」を加算して、当該経過時間カウンタＰＣを更新する（Ｓ２１０）。この変形例にかかる経過時間計測処理が繰り返し実行されることにより、経過時間カウンタＰＣの値には、再生制御が中止されてからの経過時間が反映される。そして、同経過時間カウンタＰＣが予め設定された判定値βに達している場合に、「再生制御が中止されてからの経過時間が規定値以上である」といった条件が成立していると判断する。この判定値βとしては、再生制御の中止と同時に上記絞り制御が中止されたと仮定した場合に、その再生制御後の吸入空気量ＧＡや吸気圧が、排気再循環装置の異常判定を正確に行うことができる程度にまで増大するのに要する時間に相当する値を設定するとよい。換言すれば、強制駆動されるＥＧＲ弁１５の開度変更量に見合った吸入空気量ＧＡや吸気圧の変化が得られる程度にまで、再生制御中止後の吸入空気量ＧＡや吸気圧が増大するのに要する時間に相当する値を設定するとよい。なお、判定値βと上記判定値αとを同一の値にすることも可能である。

この変形例によれば、絞り制御が行われていた可能性のある再生制御が中止された直後であり、吸入空気量や吸気圧が低下している可能性のある状態、すなわちＥＧＲ弁１５の開度を強制的に変更しても吸入空気量や吸気圧の変化量が比較的小さく、異常診断を正確に行うことができない可能性のある状態では、異常診断が禁止されるようになる。従って、この変形例によっても、フィルタ３２の再生時にあって吸気絞り弁１６及びＥＧＲ弁１５の絞り制御が行われるエンジン１に設けられた排気再循環装置の異常を適切に判定することができるようになる。なお、上記再生制御の中止とは、再生制御の完了や一時的な実行中止を含むものである。

・ＥＧＲ弁１５を強制駆動したときの吸入空気量ＧＡの変化量ＤＧＡに基づいて排気再循環装置の異常を判断するようにしたが、こうした判断を吸気圧に基づいて行うようにしてもよい。

すなわち、ＥＧＲ弁１５の開度を小さくして排気再循環量を減量するほど、吸気通路３内の吸気圧は低くなる。このようにＥＧＲ弁１５の開度を変更する場合にあって、排気再循環装置に異常が生じていなければ、その開度の変更量に見合った分の吸気圧の変化が得られる。そこで、吸気通路３内の吸気圧ＰＩＭを検出する吸気圧センサを設ける。そして、先の図５に示した異常判定処理のステップＳ３３０では、吸入空気量ＧＡの変化量ＤＧＡが異常判定値ＫＤＧＡを超えているか否かを判定したが、この変形例にかかる異常判定処理では、ステップＳ３３０の処理に代えて、図８に示すステップＳ５００の処理を実行する。すなわち、ＥＧＲ弁１５の開度を制御する開度指令値ＤＥＧＲについてその値を所定量ずつ強制的に変化させたときに生じる吸気圧ＰＩＭの変化量ＤＰＩＭ（強制駆動が開始されてからの総変化量）が異常判定値ＫＤＰＩＭを超えているか否かを判定する。そして、吸気圧ＰＩＭの変化量ＤＰＩＭが異常判定値ＫＤＰＩＭを超えている場合には（Ｓ５００：ＹＥＳ）、先の図５に示した異常判定処理と同様に、排気再循環装置には異常なしと判断する。

一方、ＥＧＲ弁１５が全開状態又は全閉状態に達してから所定時間が経過している（Ｓ３２０：ＹＥＳ）にもかかわらず、前回の実行周期にて、吸気圧ＰＩＭの変化量ＤＰＩＭが異常判定値ＫＤＰＩＭ以下となっていた場合には（Ｓ５００：ＮＯ）、先の図５に示した異常判定処理と同様に、排気再循環装置に異常ありと判断する。こうした変形例によっても排気再循環装置の異常を診断することができる。

・強制駆動が開始されたときのＥＧＲ弁１５の開度に基づき、同ＥＧＲ弁１５の開度変更方向（開弁方向または閉弁方向）を設定するようにした。この他、ＥＧＲ弁１５が所定の開度γ（例えば５０％）よりも大きく、例えば略全開状態にあるような場合にのみ、ＥＧＲ弁１５の開度が減少するようにこれを強制駆動するようにしてもよい。また、ＥＧＲ弁１５が所定の開度γ以下であり、例えば略全閉状態にあるような場合にのみ、ＥＧＲ弁１５の開度が増大するようにこれを強制駆動するようにしてもよい。

・上記実施形態や各変形例で説明した排気再循環装置の異常判定態様は一例であり、要は、上記絞り制御が行われる内燃機関において、ＥＧＲ弁１５を強制駆動したときの吸入空気量の変化量及び吸気圧の変化量のうちのいずれか一方に基づいて排気再循環装置の異常判定を行う異常診断装置であれば、本発明は同様に適用することができる。

本発明にかかる排気再循環装置の異常診断装置についてその一実施形態が適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。 同実施形態における異常判定実行フラグの設定処理についてその手順を示すフローチャート。 同実施形態における経過時間計測処理についてその手順を示すフローチャート。 異常判定実行フラグの設定処理についてその一実行態様を説明するためのタイミングチャート。 同実施形態における異常判定処理についてその手順を示すフローチャート。 異常判定処理の一実行態様を説明するためのタイミングチャート。 同実施形態の変形例における経過時間計測処理についてその手順を示すフローチャート。 同実施形態の変形例における異常判定処理についてその手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホールド、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…スロットル開度センサ、２１…空燃比センサ、２３…機関回転速度センサ、２４…アクセルセンサ、２５…制御装置、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…排気浄化部材、３１…ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）、３２…フィルタ、３３…第１排気温度センサ、３４…第２排気温度センサ。

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通する排気再循環通路と前記排気再循環通路に設けられて前記吸気通路に戻される排気の量を調量する流量制御弁とからなる排気再循環装置、及び前記排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えるとともに、前記フィルタの再生制御の実行時にあって機関運転状態が所定の状態にあるときには、前記吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度及び前記流量制御弁の開度を機関運転状態に基づいて設定される開度よりも減少させる絞り制御が実行される内燃機関に適用されて、前記流量制御弁を強制駆動したときの吸入空気量の変化量及び吸気圧の変化量のうちのいずれか一方に基づいて前記排気再循環装置の異常判定を行う排気再循環装置の異常診断装置において、
   前記絞り制御が中止されてから予め設定された期間が経過するまでは前記異常判定を禁止する
   ことを特徴とする排気再循環装置の異常診断装置。
2. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通する排気再循環通路と前記排気再循環通路に設けられて前記吸気通路に戻される排気の量を調量する流量制御弁とからなる排気再循環装置、及び前記排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えるとともに、前記フィルタの再生制御の実行時にあって機関運転状態が所定の状態にあるときには、前記吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度及び前記流量制御弁の開度を機関運転状態に基づいて設定される開度よりも減少させる絞り制御が実行される内燃機関に適用されて、前記流量制御弁を強制駆動したときの吸入空気量の変化量及び吸気圧の変化量のうちのいずれか一方に基づいて前記排気再循環装置の異常判定を行う排気再循環装置の異常診断装置において、
   前記再生制御が中止されてから予め設定された期間が経過するまでは前記異常判定を禁止する
   ことを特徴とする排気再循環装置の異常診断装置。

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