JP4967993B2 - 内燃機関の排気還流診断装置 - Google Patents

Description

本発明に係る排気還流診断装置は、内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気還流装置の異常診断装置に関する。

特許文献１には、ＥＧＲ量を調整するアクチュエータと、ＥＧＲクーラーとを備えるＥＧＲ装置を診断対象とし、エアーフローメータの検出値に基づいてＥＧＲ量、吸入新気状態量、排出排気状態量のいずれかを検出し、運転領域に応じた目標値と対応するアクチュエータの操作基準値と、いずれかの量の検出結果と目標値との間で算出された偏差をゼロとするようにアクチュエータを操作したときの操作量と基準値との比較に基づき、ＥＧＲクーラーの異常の有無を診断する技術が開示されている。
特開２００６−２４２０８０号公報

この特許文献１では、ＥＧＲクーラーの冷却能力の低下によるＥＧＲの減少をフィードバック制御して、その制御量によって異常診断するとしているが、図１４及び図１５に示すように、ＥＧＲクーラーの冷却能力の低下によってＥＧＲの体積流量は変化しない。

すなわち、経時変化により冷却能力が変化した同一形式の３つのＥＧＲクーラーにおいては、図１４に示すように、ＥＧＲクーラーを通過することによる排気ガスの温度低下代（ｄｅｌｔａ Ｔｅｍｐ）が異なっており、冷却能力が低下しているものほど温度低下代は小さくなっている。一方、経時変化により冷却能力が変化した同一形式の３つのＥＧＲクーラー間ではＥＧＲの体積流量に変化はないので、図１５に示すように、冷却能力が低下していても体積効率は変化しない。

したがってエアーフローメータの検出値は変わらないため、ＥＧＲクーラーの冷却能力の低下を診断できないという問題がある。

ここで、図１４及び図１５における特性線Ａは、冷却能力が正常なもの、つまり経時変化により冷却能力が低下していないＥＧＲクーラーの特性線であり、特性線Ｂは、正常なものに比べて冷却能力が少し低下したもの、つまり経時変化により正常なものに比べて冷却能力が少し低下しているＥＧＲクーラーの特性線であり、特性線Ｃは、正常なものに比べて冷却能力が大きく低下したもの、つまり経時変化により正常なものに比べて冷却能力が大きく低下しているＥＧＲクーラーの特性線である。

また、エアーフローメータは質量流量を検出するため、空気の温度や圧力の変化によっても検出値が変動する。エアーフローメータそのものの性能低下や、吸気系の変化（洩れ）やＥＧＲ系の変化（ＥＧＲ弁開度の制御誤差や通路の詰まり）があると吸入空気量が変化してエアーフローメータの検出値が変化する。

そして、エアーフローメータの異常診断、およびＥＧＲ系路の異常診断をＥＧＲクーラーの異常（冷却能力低下）診断と分離して実施しないとＥＧＲクーラーの異常（冷却能力低下）診断ができず、ＥＧＲシステムの制御精度が向上できないという問題がある。

そこで、本発明に係る内燃機関の排気還流診断装置は、図１に示すように、内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、内燃機関の排気系から排気ガスの一部を吸気系へ還流するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲ弁と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーとを設けた内燃機関において、運転条件検出手段によって検出された運転条件に応じて、少なくとも体積流量である吸入空気目標流量（Ｖａｉｒ）、ＥＧＲ弁開度目標値（ＥＧＲｄｅｇ）、ＥＧＲクーラー目標放熱量（Ｑｃｌｒ）、体積流量であるシリンダ吸入ガス目標流量（Ｖｃｙｌ）を設定する制御目標値設定手段と、体積流量である吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）を検出する吸入空気流量検出手段と、少なくとも検出された運転条件と検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）とから体積流量である吸入空気流量基準値（Ｖａｉｒ０）を検出するとともに、吸入空気流量検出手段の異常診断を行う吸入空気基準値検出手段と、検出された運転条件と、検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）と、制御目標値設定手段によって設定された制御目標値とから、ＥＧＲクーラー放熱量(Ｑｃｌｒ１)を検出するＥＧＲクーラー放熱量検出手段と、検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）からＥＧＲ系路の異常診断を行うＥＧＲ系路診断手段と、制御目標値設定手段によって設定された制御目標値と、ＥＧＲクーラー放熱量検出手段によって検出されたＥＧＲクーラー放熱量（Ｑｃｌｒ１）と、ＥＧＲ系路診断手段の診断結果とに基づいてＥＧＲクーラーの異常診断を行うＥＧＲクーラー診断手段と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、吸入空気流量検出手段の異常診断、ＥＧＲ系路の異常診断、およびＥＧＲクーラーの異常（冷却能力低下）診断を夫々分離して実施できる。
このため、吸入空気流量検出手段の性能劣化（あるいは吸気系からのリーク）、ＥＧＲ系路のトラブル（系路の煤による詰まり、ＥＧＲ弁開度制御精度の悪化）が診断できる。もちろん、ＥＧＲクーラーが煤に被覆されることによる冷却能力低下も診断できるので、ＥＧＲシステム全体に係わる制御精度が向上できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図２は、本発明に係る排気還流診断装置を備えたディーゼルエンジンのシステム構成図であり、このディーゼルエンジンは軽油を燃料としている。

図２において、１はディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記述する）を示し、３はこのエンジン１の排気通路を示す。

エンジン１の排気通路３の上流側部分を構成する排気出口通路３ａは、過給機のタービン３ｂに接続されており、その下流に、排気浄化のため、排気中の粒子状物質であるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦという）１６を配置してある。このＤＰＦ１６には、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比がリッチのときに脱離浄化することのできるＮＯｘトラップ触媒および酸化触媒（貴金属）を担持させて、流入する排気成分（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）を除去する機能を持たせてもよい。

排気還流装置として、吸気通路２の吸気コレクタ２ｃと排気出口通路３ａとの間には、排気の一部を還流するためのＥＧＲ通路（排気還流通路）４が設けられており、ＥＧＲ通路４の途中に排気を冷却するＥＧＲクーラー１７が設けられている。このＥＧＲクーラー１７の前後のＥＧＲ通路４には、温度センサー３６と３７が設けられており、夫々ＥＧＲクーラー１７通過前後の排気温度Ｔ１とＴ２を検出する。また、ＥＧＲ通路４の吸気コレクタ２ｃ接続部にステッピングモータにて開度が連続的に制御可能なＥＧＲ弁５が介装されている。

吸気通路２は、上流位置にエアクリーナ２ａを備え、その下流に、吸入新気量Ｇａｉｒ検出用であり新気量検出手段としてのエアフローメータ７、吸気温度Ｔａｉｒ検出用の温度センサー８、吸気圧力Ｐａｉｒ検出用の圧力センサー９、そして過給機のコンプレッサ２ｂが配置されているとともに、このコンプレッサ２ｂと吸気コレクタ２ｃとの間に、アクチュエータ（例えばステッピングモータ式）によって開閉駆動される吸気絞り弁６が介装されている。

エンジン１の燃料噴射装置１０は、公知のコモンレール式燃料噴射装置であって、サプライポンプ１１と、コモンレール（蓄圧室）１４と、気筒毎に設けられた燃料噴射弁１５と、から大略構成され、サプライポンプ１１により加圧された燃料が燃料供給通路１２を介してコモンレール１４にいったん蓄えられたあと、コモンレール１４内の高圧燃料が各気筒の燃料噴射弁１５に分配される。

上記コモンレール１４には、該コモンレール１４内の燃料の圧力Ｐｃｒおよび温度Ｔｆを検出するために、圧力センサ３４および温度センサ３５が設けられている。また、コモンレール１４内の燃料圧力を制御するために、サプライポンプ１１からの吐出燃料の一部が圧力制御弁１３を介して図示しないオーバーフロー通路に戻されるようになっており、この圧力制御弁１３がエンジンコントロールユニット３０からのデューティ信号に応じてオーバーフロー通路の流路面積を変化させる。これにより、サプライポンプ１１からコモンレール１４への実質的な燃料吐出量が調整され、コモンレール１４内の燃料圧力が制御される。

燃料噴射弁１５は、エンジンコントロールユニット３０からのＯＮ−ＯＦＦ信号によって開閉される電子式の噴射弁であって、ＯＮ信号によって燃料を燃焼室に噴射し、ＯＦＦ信号によって噴射を停止する。そして、燃料噴射弁１５へ印加されるＯＮ信号の期間が長いほど燃料噴射量が多くなり、またコモンレール１４の燃料圧力が高いほど燃料噴射量が多くなる。

また、エンジン１の適宜位置には、内燃機関の温度を代表するものとして、冷却水温度を検出する水温センサ３１が取り付けられている。

エンジンコントロールユニット３０には、水温センサ３１の信号（冷却水温度Ｔｗ）、クランク角度検出用クランク角センサ３２の信号（エンジン回転数Ｎｅの基礎となるクランク角度信号）、気筒判別用クランク角センサ３３の信号（気筒判別信号Ｃｙｌ）、コモンレール１４の燃料圧力を検出する圧力センサ３４の信号（コモンレール圧力Ｐｃｒ）、燃料温度を検出する温度センサ３５の信号（燃料温度Ｔｆ）、負荷に相当するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ４０の信号（アクセル開度（負荷）Ａｃｃ）、エアフローメータ７の信号（吸入新気量Ｇａｉｒ）、吸気温度センサー８の信号（吸気温度Ｔａｉｒ）、圧力センサー９の信号（吸気圧力Ｐａｉｒ）、排気温度センサー３６、３７の信号（排気温度Ｔ１、Ｔ２）がそれぞれ入力される。

また、排気通路３のＤＰＦ１６入口側にて排気圧力（Ｐｄｐｆ）を検出する排気圧力センサ３８、ＤＰＦ１６の温度（Ｔｄｐｆ）を検出するＤＰＦ温度センサ３９が設けられ、これらの信号もエンジンコントロールユニット３０に入力されている。

尚、エンジンコントロールユニット３０には、例えば、車輪の回転を検知する車輪回転センサ（図示せず）からの信号が入力されており、エンジンコントロールユニット３０は、この信号を基に、車両の走行距離を積算し、記憶している。

エンジンコントロールユニット３０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射の噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁１５への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁６への開度指令信号、ＥＧＲ弁５への開度指令信号等を出力する。

図３は、ディーゼルエンジン１全体の制御に関する基本制御ルーチンである。

Ｓ１０００では、吸入新気量Ｇａｉｒ、吸入空気温度Ｔａｉｒ、吸入空気圧力Ｐａｉｒ、水温Ｔｗ、エンジン回転数Ｎｅ、気筒判別信号Ｃｙｌ、コモンレール圧力Ｐｃｒ、燃料温度Ｔｆ、アクセル開度Ａｃｃ、排気温度Ｔ１、Ｔ２、ＤＰＦ圧力Ｐｄｆ、ＤＰＦ温度Ｔｄｐｆをそれぞれ読み込む。

Ｓ２０００では、エンジン基本制御を行う。そして、Ｓ３０００では、本発明の要部である排気還流装置の診断制御を行う。

図４は、図３のＳ２０００を具体的に示したものであって、エンジン基本制御のサブルーチンである。

Ｓ２１００では、コモンレール圧力制御を行う。コモンレール圧力制御そのものは要部ではないので、簡単に説明する。すなわち、コモンレール圧力制御は、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃｃとをパラメータとして、エンジンコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索することによりコモンレール１４の目標基準圧力ＰＣＲ０を求め、この目標基準圧力ＰＣＲ０が得られるように圧力制御弁１３のフィードバック制御を実行する。

Ｓ２２００では、燃料の噴射時期制御を行う。例えばエンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃｃをパラメータとして、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎ、コモンレール圧力（噴射圧力）ＰＣＲ、パイロット噴射期間Ｐｐｅｒｉｏｄ、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄ、主噴射開始時期Ｍｓｔａｒｔ、パイロット噴射開始時期Ｐｓｔａｒｔ、そしてパイロット噴射間隔ＤＩＴ等を、エンジンコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップデータを検索してそれぞれ求める。そして、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎが供給されるように、クランク角度検出用クランク角センサ３２のクランク角度信号および気筒判別用クランク角センサ３３の気筒判別信号Ｃｙｌに基づいて、パイロット噴射開始時期ＰｓｔａｒｔよりＰｐｅｒｉｏｄの期間、主噴射開始時期ＭｓｔａｒｔよりＭｐｅｒｉｏｄの期間、噴射すべき気筒の燃料噴射弁１５を開弁駆動する。

Ｓ２３００では、ＥＧＲ制御を行う。ここでは、まず、排気還流が必要か否かを判定する。具体的には、エンジン回転数Ｎｅと主燃料噴射量Ｑｍａｉｎとをパラメータとして設定された所定のＥＧＲ領域内であるか否かを判定する。つまり、運転頻度が高く、かつ比較的空気過剰率が大きいため排気還流を実施してＮＯｘを低減しても他の排気成分や燃費が悪化しない常用運転領域（ＥＧＲ領域）であるか、排気還流を行うとスモークやＰＭ（排気微粒子）排出量の増加、あるいは出力低下が生じる領域（ＥＧＲ領域外）であるかを判定する。

そして、ＥＧＲ領域であれば、適切な排気還流を実行するための目標ＥＧＲデータ（ＥＧＲ弁５と吸気絞り弁６の駆動信号）を、例えばエンジン回転数Ｎｅと主燃料噴射量Ｑｍａｉｎをパラメータとして、エンジンコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して求める。また、冷却水温Ｔｗが低いときには、排気還流を減量補正し、ＥＧＲ弁５および吸気絞り弁６を、それぞれの補正された駆動信号に基づいて駆動制御して排気還流を行なう。ＥＧＲ領域外で排気還流の必要がなければ、排気還流を停止もしくは停止保持（ＥＧＲ弁５および吸気絞り弁６の作動を停止）する。

Ｓ２４００では、排気後処理制御を行う。例えば、ＤＰＦ１６の入口圧力Ｐｄｐｆを監視しながら、再生時期にポスト噴射（主噴射後に行われる少量の燃料の噴射）等を行ってＤＰＦ温度Ｔｄｐｆを上昇させ、ＤＰＦ１６に捕捉したＰＭを燃焼除去さえる。あるいはＮＯｘトラップ触媒の再生時期に、吸気絞りの強化（吸気絞り弁６の開度小）、排気還流の強化、あるいはポスト噴射（主噴射後に行われる少量の燃料の噴射）、を単独もしくは組み合わせて実行することで、機関が排出する排気の空燃比をリッチにしてＮＯｘ再生を行なうようにしている。

図５は、図３のＳ３０００を具体的に示したものであって、排気還流装置診断のサブルーチンである。

Ｓ３１００では、制御目標値を設定する。換言すれば、このＳ３１００は、図１における制御目標値設定手段に相当するものであり、吸入空気目標流量Ｖａｉｒ、ＥＧＲ弁開度目標値ＥＧＲｄｅｇ、ＥＧＲクーラー目標放熱量Ｑｃｌｒ及び、シリンダ吸入ガス目標流量Ｖｃｙｌを算出するものである。

Ｓ３２００では、吸入空気流量Ｖａｉｒ１を検出する。換言すれば、このＳ３１００は、図１における吸入空気流量検出手段に相当するものである。

Ｓ３３００では、吸入空気流量基準値Ｖａｉｒ０を検出する。換言すれば、このＳ３３００は、図１における吸入空気基準値検出手段の一部に相当するものである。

Ｓ３４００では、エアフローメータ７の異常診断を実施する。換言すれば、このＳ３４００は、図１における吸入空気基準値検出手段の一部に相当するものである。

Ｓ３５００では、ＥＧＲ系路の異常診断を実施する。換言すれば、このＳ３５００は、図１におけるＥＧＲ経路診断手段に相当するものである。

Ｓ３６００では、ＥＧＲクーラー１７の放熱量を検出する。換言すれば、このＳ３６００は、図１におけるＥＧＲクーラー放熱量検出手段に相当するものである。

Ｓ３７００では、ＥＧＲクーラー１７の異常診断を実施する。換言すれば、このＳ３７００は、図１におけるＥＧＲクーラー診断手段に相当するものである。

Ｓ３８００では、警告制御を実施する。換言すれば、このＳ３８００は、図１における警告手段に相当するものである。

図６は、図５のＳ３１００を具体的に示したものであって、制御目標値設定のサブルーチンである。

Ｓ３１１０〜Ｓ３１４０では、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃｃをパラメータとして、吸入空気目標流量Ｖａｉｒ、ＥＧＲ弁開度目標値ＥＧＲｄｅｇ（あるいは開度信号）、シリンダ吸入ガス目標流量Ｖｃｙｌ、ＥＧＲクーラー目標放熱量Ｑｃｌｒを、エンジンコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップデータを検索してそれぞれ求める。尚、Ｓ３１１０は、図１における吸入空気目標流量設定手段に相当し、Ｓ３１２０は、図１におけるＥＧＲ弁開度目標値設定手段に相当し、Ｓ３１３０は、図１におけるシリンダ吸入ガス目標流量設定手段に相当し、Ｓ３１４０は、図１におけるＥＧＲクーラー目標放熱量設定手段に相当する。

図７は、図５のＳ３２００を具体的に示したものであって、吸入空気流量検出のサブルーチンである。

この吸入空気流量検出のサブルーチンでは、式（１）及び式（２）を用いて吸入空気流量Ｖａｉｒ１を演算する。尚、式（１）中のＰ０及びＴ０は標準状態における圧力と温度であり、Ｐ０＝１ｂａｒ（１００ｋＰａ）、Ｔ０＝２５℃（２９８．１６Ｋ）、とする。
（数１）
γａｉｒ＝γ０×（Ｐａｉｒ／Ｐ０）×（Ｔ０／Ｔａｉｒ） …（１）
（数２）
Ｖａｉｒ１＝Ｇａｉｒ／γａｉｒ …（２）
詳述すると、Ｓ３２１０では、温度Ｔａｉｒと圧力Ｐａｉｒを用いて、上述した式（１）から実際の吸入空気の比重γａｉｒを演算する。

Ｓ３２２０では、状エアフローメータ７で検出された吸入新気量Ｇａｉｒと、空気比重γａｉｒを用いて、上述した式（２）から吸入空気流量Ｖａｉｒ１を演算する。

図８は、図５のＳ３３００を具体的に示したものであって、吸入空気流量基準値検出のサブルーチンである。

Ｓ３３１０では、エンジンコントロールユニット３０に記憶されている現在の通算走行距離Ｒｕｎが予め設定された所定値Ｒｕｎ１未満であるか否かを判定し、通算走行距離Ｒｕｎが所定値Ｒｕｎ１よりも小さい場合にはＳ３３２０に進み、通算走行距離Ｒｕｎが所定値Ｒｕｎ１以上の場合には今回のルーチンを終了する。尚、所定値Ｒｕｎ１としては、例えば２０００〜５０００ｋｍ程度の値が設定されている。

Ｓ３３２０では、所定運転領域にあるか、すなわち運転条件がＥＧＲ停止領域にあるか否かを判定し、運転条件がＥＧＲ停止領域である場合にはＳ３３３０に進み、運転条件がＥＧＲ停止領域ではない場合には今回のルーチンを終了する。

Ｓ３３３０では、現在設定されている吸入空気流量基準値Ｖａｉｒ０に対する吸入空気流量Ｖａｉｒ１の誤差Ｄｅｆｆを演算する。尚、工場出荷時には、吸入空気流量基準値Ｖａｉｒ０の初期値が設定されている。

Ｓ３３４０では、誤差Ｄｅｆｆと予め設定された所定値Ｄｅｆｆ１を比較し、誤差Ｄｅｆｆが所定値Ｄｅｆｆ１以上であればＳ３３６０に進んで、吸入空気流量基準値Ｖａｉｒ０の値を現在の吸入空気流量Ｖａｉｒ１の値に書き換える。

一方、誤差Ｄｅｆｆが所定値Ｄｅｆｆ１より小さい場合には、Ｓ３３５０に進み、吸入空気流量基準値Ｖａｉｒ０の書き換えを行わない。

図９は、図５のＳ３４００を具体的に示したものであって、エアフローメータ異常診断のサブルーチンである。

Ｓ３４１０では、エンジンコントロールユニット３０に記憶されている現在の通算走行距離Ｒｕｎが予め設定された所定値Ｒｕｎ１未満であるか否かを判定し、通算走行距離Ｒｕｎが所定値Ｒｕｎ１よりも小さい場合にはＳ３４２０に進み、通算走行距離Ｒｕｎが所定値Ｒｕｎ１以上の場合には今回のルーチンを終了する。

Ｓ３４２０では、所定運転領域にあるか、すなわち運転条件がＥＧＲ停止領域にあるか否かを判定し、運転条件がＥＧＲ停止領域である場合にはＳ３４３０に進み、運転条件がＥＧＲ停止領域ではない場合には今回のルーチンを終了する。

Ｓ３４３０では、現在設定されている吸入空気流量基準値Ｖａｉｒ０に対する吸入空気流量Ｖａｉｒ１の偏差Ｖａｄｌｔを演算する。

Ｓ３４４０では、偏差Ｖａｄｌｔと予め設定された所定偏差Ｖａｄｌｔ１を比較し、偏差Ｖａｄｌｔが所定偏差Ｖａｄｌｔ１以上であればＳ３４６０に進んで、エアフローメータ７に異常（あるいは吸気通路に異常）があると診断する。

一方、偏差Ｖａｄｌｔが所定偏差Ｖａｄｌｔ１より小さい場合には、Ｓ３４５０に進み、エアフローメータ７に異常がないと診断する。

図１０は、図５のＳ３５００を具体的に示したものであって、ＥＧＲ系路異常診断のサブルーチンである。

Ｓ３５１０では、所定運転領域にあるか、すなわち運転条件がＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定し、運転条件がＥＧＲ運転領域である場合にはＳ３５２０に進み、運転条件がＥＧＲ運転領域ではない場合には今回のルーチンを終了する。

Ｓ３５２０では、現在の吸入空気目標流量Ｖａｉｒに対する吸入空気流量Ｖａｉｒ１の偏差Ｖｄｅｌｔａを演算する。

Ｓ３５３０では、偏差Ｖｄｅｌｔａと予め設定された吸入空気流量偏差としての所定偏差Ｖｄｅｌｔａ１を比較し、偏差Ｖｄｅｌｔａが所定偏差Ｖｄｅｌｔａ１以上であればＳ３５５０に進んで、ＥＧＲ系路に異常（通路の詰まり、あるいはＥＧＲ弁開度に異常）があると診断する。

一方、偏差Ｖｄｅｌｔａが所定偏差Ｖｄｅｌｔａ１より小さい場合には、Ｓ３５４０に進み、ＥＧＲ系路に異常がないと診断する。

図１１は、図５のＳ３６００を具体的に示したものであって、ＥＧＲクーラー放熱量検出のサブルーチンである。

Ｓ３６１０では、式（３）を用いてＥＧＲ体積流量Ｖｅｇｒ１を演算する。
（数３）
Ｖｅｇｒ１＝Ｖｃｙｌ−Ｖａｉｒ１ …（３）
すなわち、シリンダ吸入ガス目標流量Ｖｃｙｌから吸入空気流量Ｖａｉｒ１を減じてＥＧＲ体積流量Ｖｅｇｒ１を演算する。

Ｓ３６２０では、運転条件により定められた排気比重γｅｇｒをマップデータから決定する。

Ｓ３６３０では、式（４）を用いてＥＧＲ質量流量Ｇｅｇｒ１を演算する。
（数４）
Ｇｅｇｒ１＝Ｖｅｇｒ１×γｅｇｒ …（４）
すなわち、Ｓ３６１０で演算したＥＧＲ体積流量Ｖｅｇｒ１にＳ３６２０で求めた排気比重γｅｇｒを乗じてＥＧＲ質量流量Ｇｅｇｒ１を演算する。

Ｓ３６４０では、式（５）を用いてＥＧＲクーラー放熱量Ｑｃｌｒ１を演算する。
（数５）
Ｑｃｌｒ１＝Ｇｅｇｒ１×Ｃｐ×（Ｔ１−Ｔ２） …（５）
すなわち、ＥＧＲ質量流量Ｇｅｇｒ１と、ＥＧＲクーラー１７前後のガス温度（Ｔ１、Ｔ２）からＥＧＲクーラー１７の放熱量Ｑｃｌｒ１を求める。ここで、ＣｐはＥＧＲ体積流量Ｖｅｇｒ１と排気比重γｅｇｒに対応して予め設定された排気ガス比熱（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）である。

図１２は、図５のＳ３７００を具体的に示したものであって、ＥＧＲクーラー異常診断のサブルーチンである。

Ｓ３７１０では、所定運転領域にあるか、すなわち運転条件がＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定し、運転条件がＥＧＲ運転領域である場合にはＳ３７２０に進み、運転条件がＥＧＲ運転領域ではない場合には今回のルーチンを終了する。

Ｓ３７２０では、現在のＥＧＲクーラー目標放熱量Ｑｃｌｒに対するＥＧＲクーラー放熱量Ｑｃｌｒ１の偏差Ｑｄｅｌｔａを演算する。

Ｓ３７３０では、偏差Ｑｄｅｌｔａと予め設定された放熱量偏差としての所定偏差Ｑｄｅｌｔａ１を比較し、偏差Ｑｄｅｌｔａが所定偏差Ｑｄｅｌｔａ１以上であればＳ３７５０に進んで、ＥＧＲクーラー１７に異常（煤の被覆あるいは堆積による冷却効率低下よる異常）があると診断する。

一方、偏差Ｑｄｅｌｔａが所定偏差Ｑｄｅｌｔａ１より小さい場合には、Ｓ３７４０に進み、ＥＧＲクーラー１７に異常がないと診断する。

図１３は、図５のＳ３８００を具体的に示したものであって、警告制御のサブルーチンである。

エアフローメータ７の異常、ＥＧＲ系路の異常、ＥＧＲクーラー１７の異常に対して、例えばモニター用のそれぞれの警告灯を点灯させ、修理点検を促す。

詳述すると、Ｓ３８１０では、エアフローメータ７の異常の有無を判定し、異常があればＳ３８２０ヘ進みエアフローメータ異常警告灯を点灯し、異常がなければＳ３８３０へ進みエアフローメータ異常警告灯を消灯する。

Ｓ３８４０では、ＥＧＲ系路の異常の有無を判定し、異常があればＳ３８５０ヘ進みＥＧＲ経路異常警告灯を点灯し、異常がなければＳ３８６０へ進みＥＧＲ系路異常警告灯を消灯する。

Ｓ３８７０では、ＥＧＲクーラー１７の異常の有無を判定し、異常があればＳ３８８０ヘ進みＥＧＲクーラー異常警告灯を点灯し、異常がなければＳ３８９０へ進みＥＧＲクーラー異常警告灯を消灯する。

以上説明してきたように、本実施形態においては、エアフローメータ７の異常診断、ＥＧＲ系路の異常診断、およびＥＧＲクーラー１７の異常診断を夫々分離して実施できるため、エアフローメータ７の性能劣化（あるいは吸気系からのリーク）、ＥＧＲ系路のトラブル（系路の煤による詰まり、ＥＧＲ弁開度制御精度の悪化）、及びＥＧＲクーラー１７が煤に被覆されることによる冷却能力低下、をそれぞれ個別に診断できるので、ＥＧＲシステム全体に係わる制御精度を向上させることができる。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１） 内燃機関の排気還流診断装置は、内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、内燃機関の排気系から排気ガスの一部を吸気系へ還流するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲ弁と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーとを設けた内燃機関において、運転条件検出手段によって検出された運転条件に応じて、少なくとも体積流量である吸入空気目標流量（Ｖａｉｒ）、ＥＧＲ弁開度目標値（ＥＧＲｄｅｇ）、ＥＧＲクーラー目標放熱量（Ｑｃｌｒ）、体積流量であるシリンダ吸入ガス目標流量（Ｖｃｙｌ）を設定する制御目標値設定手段と、体積流量である吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）を検出する吸入空気流量検出手段と、少なくとも検出された運転条件と検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）とから体積流量である吸入空気流量基準値（Ｖａｉｒ０）を検出するとともに、吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）と吸入空気流量基準値（Ｖａｉｒ０）とを用いて吸入空気流量検出手段の異常診断を行う吸入空気基準値検出手段と、検出された運転条件と、検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）と、制御目標値設定手段によって設定された制御目標値とから、ＥＧＲクーラー放熱量(Ｑｃｌｒ１)を検出するＥＧＲクーラー放熱量検出手段と、検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）からＥＧＲ系路の異常診断を行うＥＧＲ系路診断手段と、制御目標値設定手段によって設定された制御目標値と、検出されたＥＧＲクーラー放熱量（Ｑｃｌｒ１）と、に基づいてＥＧＲクーラーの異常診断を行うＥＧＲクーラー診断手段と、を有する。

これによって、吸入空気流量検出手段の異常診断、ＥＧＲ系路の異常診断、およびＥＧＲクーラーの異常（冷却能力低下）診断を夫々分離して実施できる。このため、吸入空気流量検出手段の性能劣化（あるいは吸気系からのリーク）、ＥＧＲ系路のトラブル（系路の煤による詰まり、ＥＧＲ弁開度制御精度の悪化）が診断できる。もちろん、ＥＧＲクーラーが煤に被覆されることによる冷却能力低下も診断できるので、ＥＧＲシステム全体に係わる制御精度が向上できる。

（２） 上記（１）に記載の内燃機関の排気還流診断装置において、吸入空気流量検出手段は、内燃機関の吸入新気量（Ｇａｉｒ）を検出する吸入新気量検出手段（エアフローメータ）と、吸入新気温度を検出する吸入新気温度検出手段と、吸入新気圧力を検出する吸入新気圧力検出手段を備えるとともに、検出された吸入新気量（Ｇａｉｒ）と吸入新気温度と吸入新気圧力に基づいて、吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）を演算する吸入空気流量演算手段を備える構成である。

（３） 上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気還流診断装置において、吸入空気基準値検出手段は、車両の新車状態からの通算走行距離（Ｒｕｎ）を検出する車両走行距離検出手段を有し、検出された通算走行距離（Ｒｕｎ）が所定値（Ｒｕｎ１）以下の場合に、検出された運転条件と検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）とに基づいて、所定の運転条件で吸入空気流量基準値（Ｖａｉｒ０）を学習して設定するとともに、走行距離が上記所定値（Ｒｕｎ１）を超えた場合に、現在設定されている吸入空気流量基準値（Ｖａｉｒ０）に対して、検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）の偏差（Ｖａｄｌｔ）が、所定偏差（Ｖａｄｌｔ１）以下であれば吸入空気流量検出手段に異常がなく、所定偏差（Ｖａｄｌｔ１）以上であれば吸入空気流量検出手段に異常があると診断する吸入空気基準値設定診断手段を有する。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の排気還流診断装置において、ＥＧＲクーラー放熱量検出手段は、制御目標値設定手段によって設定されたシリンダ吸入ガス目標流量（Ｖｃｙｌ）と検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）に基づいてＥＧＲ体積流量（Ｖｅｇｒ１）を演算するとともに、予め運転条件により定めた排気の比重と演算されたＥＧＲ体積流量（Ｖｅｇｒ１）に基づいてＥＧＲ質量流量（Ｇｅｇｒ１）を演算するＥＧＲ流量演算手段と、ＥＧＲクーラー前後のＥＧＲガス温度を検出するＥＧＲクーラー前後排温検出手段と、演算されたＥＧＲ質量流量（Ｇｅｇｒ１）と検出されたＥＧＲクーラー前後排温からＥＧＲクーラー放熱量（Ｑｃｌｒ１）を演算するＥＧＲクーラー放熱量演算手段と、を有する。

（５） 上記（１）〜（４）のいずれかに記載の内燃機関の排気還流診断装置において、ＥＧＲ系路診断手段は、運転条件により定められた吸入空気目標流量（Ｖａｉｒ）に対して、検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）の偏差（Ｖｄｅｌｔａ）が許容される吸入空気流量偏差（Ｖｄｅｌｔａ１）以下であればＥＧＲ系路に異常がないと診断し、吸入空気流量偏差（Ｖｄｅｌｔａ１）以上であればＥＧＲ系路に異常があると診断する。

（６） 上記（１）〜（５）のいずれかに記載の内燃機関の排気還流診断装置において、ＥＧＲクーラー診断手段は、運転条件により定められたＥＧＲクーラー目標放熱量（Ｑｃｌｒ）に対して、検出されたＥＧＲクーラー放熱量（Ｑｃｌｒ１）の偏差（Ｑｄｅｌｔａ）が許容される放熱量偏差（Ｑｄｅｌｔａ１）以下であればＥＧＲクーラーの冷却効率に異常がないと診断し、放熱量偏差（Ｑｄｅｌｔａ１）以上であればＥＧＲクーラーの冷却効率に異常があると診断する。

（７） 上記（１）〜（６）のいずれかに記載の内燃機関の排気還流診断装置において、吸入空気流量検出手段に異常があると診断されたとき、またはＥＧＲ系路診断手段によってＥＧＲ系路に異常があると診断されたとき、またはＥＧＲクーラー診断手段によってＥＧＲクーラーの冷却効率に異常があると診断されたときには、警告を行う警告手段を有する。

本発明に係る内燃機関の排気還流診断装置を表すブロック図。 本発明に係る排気還流診断装置を備えたディーゼルエンジンのシステム構成図。 ディーゼルエンジンの基本制御ルーチンを示すフローチャート。 エンジン基本制御のサブルーチンを示すフローチャート。 排気還流装置診断のサブルーチンを示すフローチャート。 制御目標値設定のサブルーチンを示すフローチャート。 吸入空気流量検出のサブルーチンを示すフローチャート。 吸入空気流量基準値検出のサブルーチンを示すフローチャート。 エアフローメータ異常診断のサブルーチンを示すフローチャート。 ＥＧＲ系路異常診断のサブルーチンを示すフローチャート。 ＥＧＲクーラー放熱量検出のサブルーチンを示すフローチャート。 ＥＧＲクーラー異常診断のサブルーチンを示すフローチャート。 警告制御のサブルーチンを示すフローチャート。 経時変化により冷却能力が変化した同一形式の３つのＥＧＲクーラーの冷却能力を示した特性線図。 経時変化により冷却能力が変化した同一形式の３つのＥＧＲクーラーを通過するＥＧＲの体積流量を示した特性線図。

符号の説明

１…エンジン
４…ＥＧＲ通路
７…エアフローメータ
１０…燃料噴射装置
１７…ＥＧＲクーラー
３０…エンジンコントロールユニット

Claims (7)

1. 内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、内燃機関の排気系から排気ガスの一部を吸気系へ還流するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲ弁と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーとを設けた内燃機関において、
   運転条件検出手段によって検出された運転条件に応じて、少なくとも体積流量である吸入空気目標流量（Ｖａｉｒ）、ＥＧＲ弁開度目標値（ＥＧＲｄｅｇ）、ＥＧＲクーラー目標放熱量（Ｑｃｌｒ）、体積流量であるシリンダ吸入ガス目標流量（Ｖｃｙｌ）を設定する制御目標値設定手段と、
   体積流量である吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）を検出する吸入空気流量検出手段と、
   少なくとも検出された運転条件と検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）とから体積流量である吸入空気流量基準値（Ｖａｉｒ０）を検出するとともに、吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）と吸入空気流量基準値（Ｖａｉｒ０）とを用いて吸入空気流量検出手段の異常診断を行う吸入空気基準値検出手段と、
   検出された運転条件と、検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）と、制御目標値設定手段によって設定された制御目標値とから、ＥＧＲクーラー放熱量(Ｑｃｌｒ１)を検出するＥＧＲクーラー放熱量検出手段と、
   検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）からＥＧＲ系路の異常診断を行うＥＧＲ系路診断手段と、
   制御目標値設定手段によって設定された制御目標値と、検出されたＥＧＲクーラー放熱量（Ｑｃｌｒ１）と、に基づいてＥＧＲクーラーの異常診断を行うＥＧＲクーラー診断手段と、を有することを特徴とする内燃機関の排気還流診断装置。
2. 吸入空気流量検出手段は、内燃機関の吸入新気量（Ｇａｉｒ）を検出する吸入新気量検出手段と、吸入新気温度を検出する吸入新気温度検出手段と、吸入新気圧力を検出する吸入新気圧力検出手段を備えるとともに、検出された吸入新気量（Ｇａｉｒ）と吸入新気温度と吸入新気圧力に基づいて、吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）を演算する吸入空気流量演算手段を備える構成であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流診断装置。
3. 吸入空気基準値検出手段は、車両の新車状態からの通算走行距離（Ｒｕｎ）を検出する車両走行距離検出手段を有し、検出された通算走行距離（Ｒｕｎ）が所定値（Ｒｕｎ１）以下の場合に、検出された運転条件と検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）とに基づいて、所定の運転条件で吸入空気流量基準値（Ｖａｉｒ０）を学習して設定するとともに、走行距離が上記所定値（Ｒｕｎ１）を超えた場合に、現在設定されている吸入空気流量基準値（Ｖａｉｒ０）に対して、検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）の偏差（Ｖａｄｌｔ）が、所定偏差（Ｖａｄｌｔ１）以下であれば吸入空気流量検出手段に異常がなく、所定偏差（Ｖａｄｌｔ１）以上であれば吸入空気流量検出手段に異常があると診断する吸入空気基準値設定診断手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気還流診断装置。
4. ＥＧＲクーラー放熱量検出手段は、制御目標値設定手段によって設定されたシリンダ吸入ガス目標流量（Ｖｃｙｌ）と検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）に基づいてＥＧＲ体積流量（Ｖｅｇｒ１）を演算するとともに、予め運転条件により定めた排気の比重と演算されたＥＧＲ体積流量（Ｖｅｇｒ１）に基づいてＥＧＲ質量流量（Ｇｅｇｒ１）を演算するＥＧＲ流量演算手段と、ＥＧＲクーラー前後のＥＧＲガス温度を検出するＥＧＲクーラー前後排温検出手段と、演算されたＥＧＲ質量流量（Ｇｅｇｒ１）と検出されたＥＧＲクーラー前後排温からＥＧＲクーラー放熱量（Ｑｃｌｒ１）を演算するＥＧＲクーラー放熱量演算手段と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気還流診断装置。
5. ＥＧＲ系路診断手段は、運転条件により定められた吸入空気目標流量（Ｖａｉｒ）に対して、検出された吸入空気流量（Ｖａｉｒ１）の偏差（Ｖｄｅｌｔａ）が許容される吸入空気流量偏差（Ｖｄｅｌｔａ１）以下であればＥＧＲ系路に異常がないと診断し、吸入空気流量偏差（Ｖｄｅｌｔａ１）以上であればＥＧＲ系路に異常があると診断することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気還流診断装置。
6. ＥＧＲクーラー診断手段は、運転条件により定められたＥＧＲクーラー目標放熱量（Ｑｃｌｒ）に対して、検出されたＥＧＲクーラー放熱量（Ｑｃｌｒ１）の偏差（Ｑｄｅｌｔａ）が許容される放熱量偏差（Ｑｄｅｌｔａ１）以下であればＥＧＲクーラーの冷却効率に異常がないと診断し、放熱量偏差（Ｑｄｅｌｔａ１）以上であればＥＧＲクーラーの冷却効率に異常があると診断することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の排気還流診断装置。
7. 吸入空気流量検出手段に異常があると診断されたとき、またはＥＧＲ系路診断手段によってＥＧＲ系路に異常があると診断されたとき、またはＥＧＲクーラー診断手段によってＥＧＲクーラーの冷却効率に異常があると診断されたときには、警告を行う警告手段を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の排気還流診断装置。

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