JP5206601B2 - 排気還流制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、還流流路を通って排気流路から吸気流路に還流される還流排気ガスを還流流路に設置された冷却装置で冷却する排気再循環システムに適用され、冷却装置の冷却性能の低下を判定する排気還流制御装置に関する。

従来、内燃機関の排気流路から吸気流路に排気ガスを還流させる排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）システムにより、内燃機関の気筒内において燃焼を抑制し、ＮＯｘの排出量を低減することが知られている。

排気流路と吸気流路とを接続する還流流路を通って排気側から吸気側に還流される還流排気ガス（ＥＧＲガスとも言う。）はＥＧＲクーラで冷却される（例えば、特許文献１参照）。ＥＧＲクーラでＥＧＲガスの温度を低下することにより、気筒内における燃焼温度が低下して燃焼がさらに抑制されるとともに、同じＥＧＲガス量であれば、より多くの質量の排気ガスを排気側から吸気側に還流させることができる。

ところで、ＥＧＲクーラを通過するときにＥＧＲガス中のパティキュレートがＥＧＲクーラの冷却フィン等に付着して堆積すると、ＥＧＲクーラの冷却性能が低下する。
そこで、特許文献１では、ＥＧＲクーラの入口と出口とのＥＧＲガスの温度差、あるいはＥＧＲクーラに冷却水を流す冷却水流路の入口と出口との冷却水の温度差、つまりＥＧＲクーラがＥＧＲガスを冷却したことによりＥＧＲガスの温度がどれだけ低下したか、あるいは冷却水の温度がどれだけ上昇したかというＥＧＲクーラの冷却性能を表す検出温度差と、ＥＧＲクーラの冷却性能が低下しているか否かを判定するための閾値である基準温度差との偏差を求めている。この偏差が基準偏差以上に大きいときには、ＥＧＲクーラの冷却性能が低下したと判定される。特許文献１では、エンジン回転数と燃料噴射量とから基準温度差を求めている。

特開２００６−３０００２６号公報

ところで、ＥＧＲクーラの入口と出口とのＥＧＲガスの温度差または冷却水の温度差は、ＥＧＲクーラ自体の冷却性能だけでなく、ＥＧＲクーラを通過するＥＧＲガス量または冷却水量によっても変化する。

例えば、ＥＧＲガス量が多い場合にはＥＧＲガス量が少ない場合よりもＥＧＲガスの温度が下がりにくくなるので、ＥＧＲクーラの入口と出口とのＥＧＲガスの温度差は小さくなる。また、冷却水量が少ない場合には、冷却水量が多い場合よりもＥＧＲガスの温度が下がりにくくなるので、ＥＧＲクーラの入口と出口とのＥＧＲガスの温度差は小さくなる。

このように、ＥＧＲクーラ自体の冷却性能だけでなく、ＥＧＲガス量または冷却水量によっても変化するＥＧＲクーラの入口と出口とのＥＧＲガスの温度差または冷却水の温度差と、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて設定される基準温度差とを比較してＥＧＲクーラの冷却性能の低下を判定すると、ＥＧＲクーラの冷却性能がパティキュレートの堆積等の経時変化により実際に低下しているのか、ＥＧＲガス量または冷却水量の変化のために低下しているのかを区別できない。したがって、ＥＧＲクーラの冷却性能の低下原因を誤判定する恐れがある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、排気流路から吸気流路に還流される還流排気ガスを冷却する冷却装置の冷却性能の低下を高精度に判定する排気還流制御装置を提供することを目的とする。

請求項１から６に記載の発明によると、冷却性能検出手段は還流排気ガスを冷却する冷却装置の冷却性能を検出し、相関値検出手段は、冷却装置の冷却性能と相関する冷却性能相関値として、還流排気ガスのガス量および冷却装置を流れる冷却水の冷却水量を検出し、閾値算出手段は、相関値検出手段が検出する冷却性能相関値に基づいて冷却性能閾値を算出する。そして、冷却性能判定手段は、冷却性能検出手段が検出する冷却性能検出値と冷却性能閾値とに基づいて冷却性能の低下を判定する。

このように、冷却装置の冷却性能と密接に相関する還流排気ガス（ＥＧＲガス）のガス量および冷却水量を冷却性能相関値として検出するので、冷却性能相関値であるガス量および冷却水量の増減に応じて冷却性能閾値を算出できる。

これにより、ガス量および冷却水量の増減による冷却装置の冷却性能の変化を考慮して冷却性能閾値を算出できるので、冷却性能検出値と冷却性能閾値とに基づいて、ガス量および冷却水量の増減による冷却装置の冷却性能の変化を排除した状態で、冷却装置の冷却性能の低下を判定できる。その結果、経時変化等による冷却装置自体の冷却性能の低下を誤判定することなく高精度に判定できる。

請求項２に記載の発明によると、冷却性能検出手段は、冷却装置の排気上流側の排気上流温度と排気下流側の排気下流温度と冷却装置を流れる冷却水の水温とに基づいて冷却装置の冷却効率を冷却性能検出値として検出する。

冷却効率は、冷却装置の排気上流側の排気上流温度と排気下流側の排気下流温度と冷却装置を流れる冷却水の水温とに基づいて、例えば次式から検出できる。
冷却効率＝（排気上流温度−排気下流温度）／（排気上流温度−水温） ・・・（１）
これにより、冷却装置の排気上流温度と排気下流温度と冷却装置を流れる冷却水の水温とに基づいて、冷却性能検出値として冷却効率を高精度に検出できる。

ここで、冷却性能検出値として式（１）から検出される冷却効率は、ガス量が増加し、冷却装置が還流排気ガスを冷却しにくくなるにしたがい小さくなる。
そこで、請求項２に記載の発明によると、閾値算出手段は、ガス量が増加するにしたがい冷却性能閾値を小さくする
このように、高精度に検出された冷却性能検出値と、ガス量の増加により小さくなる冷却効率を考慮した冷却性能閾値とに基づいて、冷却装置の冷却性能の低下を高精度に判定できる。

請求項３に記載の発明によると、冷却性能検出手段は、冷却装置の排気上流温度と排気下流温度との温度差を冷却性能検出値として検出し、閾値算出手段は、ガス量が増加するにしたがい冷却性能閾値を小さくする。

ここで、冷却装置の排気上流温度と排気下流温度との温度差は、冷却性能検出値として、冷却装置により還流排気ガスの温度が何度冷却されたかを示す低下量を表している。そして、排気上流温度と排気下流温度との温度差は、ガス量の増加により小さくなる。

このように、冷却装置の排気上流温度と排気下流温度との温度差が表す冷却性能検出値と、ガス量の増加により小さくなる温度差を考慮した冷却性能閾値とに基づいて、冷却装置の冷却性能の低下を高精度に判定できる。

請求項４に記載の発明によると、冷却性能検出手段は、冷却装置の排気下流側の排気下流温度を冷却性能検出値として検出し、閾値算出手段は、ガス量が増加するにしたがい冷却性能閾値を大きくする。

ここで、冷却装置の排気下流温度は、冷却性能検出値として、冷却装置により還流排気ガスが何度に冷却されたかを表している。そして、排気下流温度は、ガス量が増加し冷却装置が還流排気ガスを冷却しにくくなるにしたがい高くなる。言い換えれば、排気下流温度に基づいて算出された冷却性能閾値は、ガス量の増加にしたがい大きくなる。

このように、冷却装置の排気下流温度が表す冷却性能検出値と、ガス量の増加により高くなる排気下流温度を考慮した冷却性能閾値とに基づいて、冷却装置の冷却性能の低下を高精度に判定できる。

請求項５に記載の発明によると、冷却性能判定手段は、ガス量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合、ならびにガス量が所定量よりも大きい場合の少なくともいずれかの条件が成立する場合に冷却性能の低下判定を実施する。

ガス量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合には、冷却装置の冷却性能の変動は小さい。また、ガス量が所定量よりも大きい場合には、ガス量が所定量以下の場合に比べ、例えば冷却装置を流れる還流排気ガスの流速が変化することにより生じる冷却性能の変動は小さい。

したがって、ガス量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合、ならびにガス量が所定量よりも大きい場合の少なくともいずれかの条件が成立する場合には、冷却装置の冷却性能を高精度に判定できる。

請求項６に記載の発明によると、冷却性能判定手段は、ガス量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合、ならびにガス量が所定量よりも大きい場合、ならびに冷却水量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合の少なくともいずれかの条件が成立する場合に冷却性能の低下判定を実施する。

ガス量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合には、冷却装置の冷却性能の変動は小さい。また、ガス量が所定量よりも大きい場合には、ガス量が所定量以下の場合に比べ、例えば冷却装置を流れる還流排気ガスの流速が変化することにより生じる冷却性能の変動は小さい。また、冷却水量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合には、冷却装置の冷却性能の変動は小さい。

したがって、ガス量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合、ならびにガス量が所定量よりも大きい場合、ならびに冷却水量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合の少なくともいずれかの条件が成立する場合には、冷却装置の冷却性能を高精度に判定できる。

請求項７に記載の発明によると、冷却性能検出手段は還流排気ガスを冷却する冷却装置の冷却性能を検出し、相関値検出手段は、冷却装置の冷却性能と相関する冷却性能相関値として冷却水量を検出し、閾値算出手段は、相関値検出手段が検出する冷却性能相関値に基づいて冷却性能閾値を算出する。そして、冷却性能判定手段は、冷却性能検出手段が検出する冷却性能検出値と冷却性能閾値とに基づいて冷却性能の低下を判定する。

このように、冷却装置の冷却性能と密接に相関する冷却水量を冷却性能相関値として検出するので、冷却性能相関値である冷却水量の増減に応じて冷却性能閾値を算出できる。
これにより、冷却水量の増減による冷却装置の冷却性能の変化を考慮して冷却性能閾値を算出できるので、冷却性能検出値と冷却性能閾値とに基づいて、冷却水量の増減による冷却装置の冷却性能の変化を排除した状態で、冷却装置の冷却性能の低下を判定できる。その結果、経時変化等による冷却装置自体の冷却性能の低下を高精度に判定できる。

請求項８に記載の発明によると、冷却性能検出手段は、冷却装置の排気上流側の排気上流温度と冷却装置の排気下流側の排気下流温度と冷却装置を流れる冷却水の水温とに基づいて冷却装置の冷却効率を冷却性能検出値として検出する。

前述したように、冷却効率は、冷却装置の排気上流側の排気上流温度と排気下流側の排気下流温度と冷却装置を流れる冷却水の水温とに基づいて、式（１）から検出できる。これにより、冷却装置の排気上流温度と排気下流温度と冷却装置を流れる冷却水の水温とに基づいて、冷却性能検出値として冷却効率を高精度に検出できる。

ここで、冷却性能検出値として式（１）から検出される冷却効率は、冷却水量が増加し、冷却装置が還流排気ガスを冷却し易くなるにしたがい大きくなる。
そこで、請求項８に記載の発明によると、閾値算出手段は、冷却水量が増加するにしたがい冷却性能閾値を大きくする
このように、高精度に検出された冷却性能検出値と、冷却水量の増加により大きくなる冷却効率を考慮した冷却性能閾値とに基づいて、冷却装置の冷却性能の低下を高精度に判定できる。

請求項９に記載の発明によると、冷却性能検出手段は、冷却装置の排気上流側の排気上流温度と冷却装置の排気下流側の排気下流温度との温度差を冷却性能検出値として検出し、閾値算出手段は、冷却水量が増加するにしたがい前記冷却性能閾値を大きくする。
ここで、冷却装置の排気上流温度と排気下流温度との温度差は、冷却性能検出値として、冷却装置により還流排気ガスの温度が何度冷却されたかを示す低下量を表している。そして、排気上流温度と排気下流温度との温度差は、冷却水量の増加により大きくなる。

このように、冷却装置の排気上流温度と排気下流温度との温度差が表す冷却性能検出値と、冷却水量の増加により大きくなる温度差を考慮した冷却性能閾値とに基づいて、冷却装置の冷却性能の低下を高精度に判定できる。

請求項１０に記載の発明によると、冷却性能検出手段は、冷却装置の排気下流側の排気下流温度を冷却性能検出値として検出し、閾値算出手段は、冷却水量が増加するにしたがい冷却性能閾値を小さくする。

ここで、冷却装置の排気下流温度は、冷却性能検出値として、冷却装置により還流排気ガスが何度に冷却されたかを表している。そして、排気下流温度は、冷却水量が増加し還流排気がスを冷却装置が冷却し易くなるにしたがい低くなる。言い換えれば、排気下流温度に基づいて算出された冷却性能閾値は、冷却水量の増加にしたがい小さくなる。

このように、冷却装置の排気下流温度が表す冷却性能検出値と、冷却水量の増加により低くなる排気下流温度を考慮した冷却性能閾値とに基づいて、冷却装置の冷却性能の低下を高精度に判定できる。

請求項１１に記載の発明によると、冷却性能判定手段は冷却水量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合に冷却性能の低下判定を実施する。
冷却水量の変化量の絶対値が小さい場合には、冷却装置の冷却性能の変動は小さい。したがって、冷却水量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合には、冷却装置の冷却性能を高精度に判定できる。

尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。

本実施形態を適用した排気再循環システムを示すブロック図。 （Ａ）はエンジン回転数と燃料噴射量とから冷却性能の基準閾値を求めるマップ、（Ｂ）はＥＧＲガス量に応じて基準閾値を補正する補正係数を求める特性図、（Ｃ）は冷却水量に応じて基準閾値を補正する補正係数を求める特性図。 冷却性能の低下判定ルーチンを示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１に、本発明の一実施形態による排気還流制御装置としてＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０を適用した排気再循環（ＥＧＲ）システムを示す。

（ＥＧＲシステム２０）
燃料噴射弁４から噴射された燃料は内燃機関（以下、「エンジン」とも言う。）２で燃焼し、エンジン２から排気流路２１０に排気ガスが排出される。ＥＧＲシステム２０は、エンジン２から排気流路２１０に排出される排気ガスを、還流流路２２０を通って排気流路２１０から吸気流路２００に還流するシステムである。エンジン２は、例えば４気筒のディーゼルエンジンである。

吸気流路２００に吸入された吸気はエアクリーナ１０で異物を除去され、エアフロメータ１２により吸気量を検出される。エアフロメータ１２は、還流流路２２０が吸気流路２００に接続する位置よりも吸気上流側に設置されている。つまり、エアフロメータ１２が検出する吸気量は、排気側から吸気側に還流排気ガス（ＥＧＲガス）が還流される位置よりも吸気上流側の吸気量である。

エアクリーナ１０で異物を除去された吸気は、スロットル弁１４で流量を調整される。スロットル弁１４は、軽負荷領域ではＥＧＲガスをより多く入れるために絞られるが、高負荷領域では吸気量増大やポンピングロスの低減等のために、ほぼ全開状態に保持される。スロットル弁１４を通過した吸気はエンジン２の各気筒に吸入される。

ＥＧＲシステム２０は、還流流路２２０、ＥＧＲクーラ２２、ＥＧＲ弁２４、およびＥＣＵ６０等から構成されている。ＥＧＲクーラ２２、ＥＧＲ弁２４は、排気側からこの順番で還流流路２２０に設置されている。

還流流路２２０は、吸気流路２００と排気流路２１０とを接続しており、還流流路２２０を通り排気側から吸気側に排気ガスが還流される。還流流路２２０は、ＤＰＦ(Diesel Particulate filter)４０よりも排気上流側の排気流路２１０と、スロットル弁１４よりも吸気下流側の吸気流路２００とを接続している。

ＥＧＲクーラ２２は、例えば、排気上流側から下流側に向けて延びる薄板が所定の間隔をおいて積層されている積層構造で形成されている。薄板と薄板との間には、冷却水が流れる層と、波状のフィンが設置されている層とが交互に形成されている。フィンが設置されている層は冷却流路を形成している。ＥＧＲクーラ２２は、冷却流路を流れる冷却水によりＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲクーラ２２に供給される冷却水は、車両のラジエータ等で冷却される。そして、冷却水は、エンジン２の回転に同期し、エンジントルクにより駆動される機械式のポンプによりＥＧＲクーラ２２に供給される。

ＥＧＲ弁２４は、デューティ比または供給電力量により開度を制御される電磁弁である。ＥＧＲ弁２４の開度が制御されることにより、還流流路２２０を通り排気側から吸気側に還流される排気ガスの還流量であるＥＧＲガス量が調整される。

ＥＧＲクーラ２２の排気上流側、排気下流側の還流流路２２０に、排気温センサ３０、３２がそれぞれ設置されている。また、吸気流路２００と還流流路２２０との接続部よりも吸気下流側の吸気流路２００に、吸気圧センサ３４および吸気温センサ３６が設置されている。

ＤＰＦ４０は、排気流路２１０と還流流路２２０との接続部よりも排気下流側に設置されている。ＤＰＦ４０は、多孔質のセラミックに白金等の酸化触媒が担持されたハニカム構造体で形成されている。ＤＰＦ４０のハニカム構造体の排気流れ方向に形成された流路の入口側および出口側は、互い違いに封止されている。排気ガス中の有害成分であるパティキュレートは、入口側が封止されておらず出口側が封止されている流路から流入し、流路を形成するハニカム構造体の隔壁を通過する際に隔壁の細孔に捕集される。そして、排気ガスは、入口側が封止されており出口側が封止されていない流路から流出する。

ＥＣＵ６０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、通信インタフェース等を有するマイクロコンピュータにより主に構成されている。ＥＣＵ６０は、ＥＣＵ６０のＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、エンジン運転状態を制御する。

ＥＣＵ６０は、エアフロメータ１２、排気温センサ３０、３２、吸気圧センサ３４、吸気温センサ３６、水温センサ５０、エンジン回転数（ＮＥ）センサ５２、アクセル開度センサ５４、ならびにその他の各種センサの出力信号からエンジン運転状態を取得する。そして、ＥＣＵ６０は、取得したエンジン運転状態に基づき、燃料噴射弁４の噴射時期および噴射量を制御する。また、ＥＣＵ６０は、エンジン運転状態に基づいて、エンジンの主なトルクを発生するメイン噴射を含み、メイン噴射の前のパイロット噴射、メイン噴射の後のポスト噴射等の多段噴射を実施する。

パイロット噴射は、メイン噴射による着火の前に空気と微少量の燃料とを予め混合させておくために実施される。ポスト噴射は、微少量の燃料を噴射してＤＰＦ４０が捕集しているパティキュレートを燃焼するために実施される。

また、ＥＣＵ６０は、ＥＧＲ弁２４の開度を制御することにより、排気側から吸気側に還流するＥＧＲガス量を調整する。
（ＥＧＲクーラ２２の冷却性能低下）
排気流路２１０の排気ガスはＥＧＲクーラ２２を通って吸気流路２００に還流されるので、排気ガス中のパティキュレートがＥＧＲクーラ２２の冷却フィン等に付着することがある。ＥＧＲクーラ２２にパティキュレートが付着して堆積すると、ＥＧＲクーラ２２を流れるＥＧＲガスと冷却水との熱交換が妨げられ、ＥＧＲクーラ２２の冷却効率が低下する。ＥＧＲクーラ２２の冷却性能検出値としての冷却効率は、例えば、前述したように式（１）により算出して検出される。

式（１）において、排気上流温度、排気下流温度、水温は、それぞれ排気温センサ３０、排気温センサ３２、水温センサ５０の出力信号から検出される。式（１）の分母は、ＥＧＲガスが最大で水温まで冷却される場合の低下温度を示し、分子はＥＧＲクーラ２２によりＥＧＲガスが実際に冷却される低下温度を表している。つまり、式（１）の冷却効率は、最大冷却性能に対する実際の冷却性能の割合を表している。このように式（１）からＥＧＲクーラ２２の冷却効率を算出することにより、ＥＧＲクーラ２２の実際の冷却性能を高精度に検出できる。

ここで、ＥＧＲガスの冷却効率は、パティキュレートの付着等の経時変化により変化するだけでなく、ＥＧＲクーラ２２を流れるＥＧＲガス量および冷却水量によっても変化する。

例えば、ＥＧＲガス量が多い場合にはＥＧＲガス量が少ない場合よりもＥＧＲガスの温度が下がりにくくなるので、ＥＧＲクーラ２２の入口と出口とのＥＧＲガスの温度差は小さくなる。また、冷却水量が少ない場合には、冷却水量が多い場合よりもＥＧＲガスの温度が下がりにくくなるので、ＥＧＲクーラ２２の入口と出口とのＥＧＲガスの温度差は小さくなる。つまり、ＥＧＲガス量および冷却水量は、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能と密接に相関する冷却性能相関値である。

ここで、エンジン回転数と燃料噴射量とからＥＧＲガス量および冷却水量を推定できる。そして、前述したように、ＥＧＲガス量および冷却水量はＥＧＲクーラ２２の冷却性能と密接に相関しているので、ＥＧＲガス量と冷却水量とに基づいて、言い換えればエンジン回転数と燃料噴射量とのマップに基づいて、図２の（Ａ）に示すように、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能が低下していると判定する場合に基準となる冷却効率を表す基準閾値Ｃ０を算出することができる。

ただし、基準閾値Ｃ０は、エンジン回転数と燃料噴射量とのマップから算出される値であるから、実際のＥＧＲガス量または冷却水量がエンジン回転数と燃料噴射量とから推定される基準値からずれる場合には、実際のＥＧＲガス量または冷却水量に基づいて基準閾値Ｃ０を補正する必要がある。

そこで、図２の（Ｂ）、（Ｃ）の特性図に基づいて、エンジン回転数と燃料噴射量とから推定されたＥＧＲガス量、冷却水量の基準値における基準閾値Ｃ０の補正係数を１とし、推定されたＥＧＲガス量、冷却水量の基準値に対して実際のＥＧＲガス量、冷却水量の検出値における補正係数ｋ１、ｋ２をそれぞれ算出する。

ＥＧＲガス量が増加するとＥＧＲクーラ２２の冷却性能は低下するので、図２の（Ｂ）に示すように補正係数ｋ１は小さくなる。また、冷却水量が増加するとＥＧＲクーラ２２の冷却性能は上昇するので、図２の（Ｃ）に示すように補正係数ｋ２は大きくなる。

これにより、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能が低下していると判定する場合に基準となる冷却性能閾値Ｃを、次式（２）から算出できる。
Ｃ（冷却性能閾値）＝Ｃ０×ｋ１×ｋ２ ・・・（２）
そして、式（１）から算出したＥＧＲクーラ２２の実際の冷却効率と、式（２）から算出した冷却性能閾値とを比較して、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の低下を高精度に判定できる。

（ＥＧＲクーラ２２の冷却性能判定条件）
ＥＧＲガス量の変化量の絶対値が小さい場合には、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の変化も小さい。また、冷却水量の変化量の絶対値が小さい場合には、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の変化も小さい。また、ＥＧＲガス量が多い場合には、ＥＧＲクーラを流れるＥＧＲガスの流速が変化しても、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の変化は小さい。このように、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の変化が小さい場合には、ＥＧＲクーラ２２の実際の冷却効率と冷却性能閾値とを比較して、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の低下を高精度に判定できる。

そこで、ＥＧＲガス量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合、ならびにＥＧＲガス量が所定量よりも大きい場合、ならびに冷却水量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合の少なくともいずれかの条件が成立する場合に、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の低下判定を実施する。尚、上記３個の条件が全て成立しているときに、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の低下判定を実施することがより望ましい。

（ＥＧＲガス量および冷却水量の検出）
エンジン２に吸入される吸気量は、エアフロメータ１２で検出される吸気量と、エアフロメータ１２の下流側に還流されるＥＧＲガス量との和である。したがって、還流流路２２０を流れるＥＧＲガス量は、エンジン２に吸入される吸気量から、エアフロメータ１２で検出される吸気量を減算して検出することができる。

エンジン２に吸入される吸気量は、吸気流路２００と還流流路２２０との接続部よりも吸気下流側の吸気圧と吸気温度とエンジン回転数とに基づいて、気体状態方程式等の物理モデルから算出できる。吸気圧および吸気温は、吸気圧センサ３４、吸気温センサ３６の出力信号からそれぞれ検出できる。

また、前述したように、冷却水はエンジントルクにより駆動される機械式のポンプによりＥＧＲクーラ２２に供給される。したがって、ＥＧＲクーラ２２を流れる冷却水量は、エンジン回転数センサ５２の出力信号から検出されるエンジン回転数に基づいて物理モデルから算出して検出できる。そして、ＥＧＲガス量および冷却水量の変化量は、微分によって算出される。

（冷却性能判定ルーチン）
ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の低下判定ルーチンを図３に示す。図３のルーチンは常時実行される。図３において「Ｓ」は、ステップを表している。

図３のＳ４００においてＥＣＵ６０は、前述したようにＥＧＲガス量および冷却水量を物理モデルから算出して検出する。そして、Ｓ４０２においてＥＣＵ６０は、ＥＧＲガス量および冷却水量をそれぞれ微分してＥＧＲガス量および冷却水量の変化量の絶対値を算出する。

Ｓ４０４においてＥＣＵ６０は、ＥＧＲガス量が所定量よりも多く、かつＥＧＲガス量および冷却水量の変化量の絶対値がそれぞれ所定値よりも小さいか否かを判定する。
ＥＧＲガス量が所定量以下であるか、あるいはＥＧＲガス量または冷却水量の変化量の絶対値のいずれかが所定値以上の場合には（Ｓ４０４：Ｎｏ）、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能を高精度に判定することが困難であると判断し、ＥＣＵ６０は本ルーチンを終了する。

ＥＧＲガス量が所定量よりも多く、かつＥＧＲガス量および冷却水量の変化量の絶対値がそれぞれ所定値よりも小さい場合（Ｓ４０４：Ｙｅｓ）、Ｓ４０６においてＥＣＵ６０は、ＥＧＲクーラ２２に対する冷却性能の低下判定を許可する。

Ｓ４０８においてＥＣＵ６０は、式（１）に基づいてＥＧＲクーラ２２の実際の冷却効率を冷却性能検出値として算出して検出する。そして、Ｓ４１０においてＥＣＵ６０は、冷却効率と比較するために、Ｓ４００において検出したＥＧＲガス量および冷却水量に基づいて、冷却性能閾値Ｃを式（２）から算出する。

Ｓ４１２においてＥＣＵ６０は、冷却性能検出値が冷却性能閾値よりも小さいか、つまりＥＧＲクーラ２２の冷却性能が低下しているか否かを判定する。冷却性能検出値が冷却性能閾値以上の場合（Ｓ４１２：Ｎｏ）、ＥＣＵ６０はＥＧＲクーラ２２の冷却性能は低下していないと判断し、本ルーチンを終了する。

冷却性能検出値が閾値よりも小さい場合（Ｓ４１２：Ｙｅｓ）、Ｓ４１４においてＥＣＵ６０は、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能は低下していると判定し、本ルーチンを終了する。

本実施形態において、エンジン２は本発明の内燃機関に相当し、ＥＧＲクーラ２２は本発明の冷却装置に相当し、ＥＣＵ６０は本発明の排気還流制御装置に相当する。
また、図３のＳ４００、Ｓ４０２は相関値検出手段が実行する機能に相当し、Ｓ４０４、Ｓ４０６、Ｓ４１２、Ｓ４１４は冷却性能判定手段が実行する機能に相当し、Ｓ４０８は冷却性能検出手段が実行する機能に相当し、Ｓ４１０は閾値算出手段が実行する機能に相当する。そして、ＥＣＵ６０は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶された制御プログラムが図３のＳ４００〜Ｓ４１４の処理を実行することにより、冷却性能検出手段、相関値検出手段、閾値算出手段、および冷却性能判定手段として機能する。

以上説明した本実施形態では、エンジン回転数と燃料噴射量とから算出される基準閾値Ｃ０をＥＧＲガス量と冷却水量とに基づいて補正して冷却性能閾値Ｃを算出した。そして、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能の低下を、ＥＧＲクーラ２２の実際の冷却性能を表す冷却効率と冷却性能閾値とを比較することにより判定した。

これにより、エンジン回転数と燃料噴射量とから算出される基準閾値と冷却効率とを比較する場合に比べ、ＥＧＲガス量および冷却水量の変化によるＥＧＲクーラの冷却性能の変動を考慮し、ＥＧＲガス量および冷却水量の変化によるＥＧＲクーラの冷却性能の変動を排除した状態で、経時変化等によるＥＧＲクーラ自体の冷却性能の低下を判定できる。

その結果、パティキュレートの堆積等の経時変化等によるＥＧＲクーラ自体の冷却性能の低下を、誤判定することなく高精度に判定できる。
［他の実施形態］
上記実施形態では、エンジン回転数と燃料噴射量とから算出される基準閾値をＥＧＲガス量と冷却水量とに基づいて補正して冷却性能閾値を算出した。これに対し、ＥＧＲガス量または冷却水量の一方だけに基づいて基準閾値を補正して冷却性能閾値を算出してもよい。

また、ＥＧＲクーラ２２の冷却性能検出値として、式（１）から算出する冷却効率に代えて、ＥＧＲクーラ２２の排気上流側のＥＧＲガス温度（排気上流温度）と排気下流側のＥＧＲガス温度（排気下流温度）との温度差、あるいは排気下流側のＥＧＲガス温度をＥＧＲクーラ２２の冷却性能検出値として検出し、対応する冷却性能閾値と比較してもよい。

また、エンジントルクにより駆動される機械式のポンプに代えて、電動ポンプによりＥＧＲクーラ２２に冷却水を供給してもよい。
また、冷却性能相関値としてのＥＧＲガス量および冷却水量を、物理モデルから算出して検出するのではなく、流量センサで直接検出してもよい。

上記実施形態では、ディーゼルエンジンのＥＧＲシステムに本発明を適用した例について説明した。これに対し、排気側から吸気側に還流させる排気ガスをＥＧＲクーラで冷却するのであれば、ディーゼルエンジンに限らず、直噴式のガソリンエンジン等、どのような内燃機関用のＥＧＲシステムにも本発明を適用できる。

上記実施形態では、冷却性能検出手段、相関値検出手段、閾値算出手段、および冷却性能判定手段の機能を、制御プログラムにより機能が特定されるＥＣＵ６０により実現している。これに対し、ＥＣＵ６０が実行している機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。

このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

２：ディーゼルエンジン（内燃機関機）、２０：ＥＧＲ（排気再循環）システム、２２：ＥＧＲクーラ（冷却装置）、２４：ＥＧＲ弁、６０：ＥＣＵ（排気還流制御装置、冷却性能検出手段、相関値検出手段、閾値算出手段、冷却性能判定手段）、２００：吸気流路、２１０：排気流路、２２０：還流流路

Claims (11)

1. 内燃機関の排気流路と吸気流路とを還流流路で接続し、前記還流流路を通って前記排気流路から前記吸気流路に還流される還流排気ガスを前記還流流路に設置された冷却装置で冷却する排気再循環システムに適用され、前記冷却装置の冷却性能の低下を判定する排気還流制御装置において、
   前記冷却装置の前記冷却性能を検出する冷却性能検出手段と、
   前記冷却性能と相関する冷却性能相関値として、前記還流排気ガスのガス量および前記冷却装置を流れる冷却水の冷却水量を検出する相関値検出手段と、
   前記相関値検出手段が検出する前記冷却性能相関値に基づいて冷却性能閾値を算出する閾値算出手段と、
   前記冷却性能検出手段が検出する冷却性能検出値と前記閾値算出手段が算出する前記冷却性能閾値とに基づいて前記冷却性能の低下を判定する冷却性能判定手段と、
   を備えることを特徴とする排気還流制御装置。
2. 前記冷却性能検出手段は、前記冷却装置の排気上流側の排気上流温度と前記冷却装置の排気下流側の排気下流温度と前記冷却装置を流れる冷却水の水温とに基づいて前記冷却装置の冷却効率を前記冷却性能検出値として検出し、
   前記閾値算出手段は、前記ガス量が増加するにしたがい前記冷却性能閾値を小さくする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気還流制御装置。
3. 前記冷却性能検出手段は、前記冷却装置の排気上流側の排気上流温度と前記冷却装置の排気下流側の排気下流温度との温度差を前記冷却性能検出値として検出し、
   前記閾値算出手段は、前記ガス量が増加するにしたがい前記冷却性能閾値を小さくする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気還流制御装置。
4. 前記冷却性能検出手段は、前記冷却装置の排気下流側の排気下流温度を前記冷却性能検出値として検出し、
   前記閾値算出手段は、前記ガス量が増加するにしたがい前記冷却性能閾値を大きくする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気還流制御装置。
5. 前記冷却性能判定手段は、前記ガス量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合、ならびに前記ガス量が所定量よりも大きい場合の少なくともいずれかの条件が成立する場合に前記冷却性能の低下判定を実施することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の排気還流制御装置。
6. 前記冷却性能判定手段は、前記ガス量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合、ならびに前記ガス量が所定量よりも大きい場合、ならびに前記冷却水量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合の少なくともいずれかの条件が成立する場合に前記冷却性能の低下判定を実施することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の排気還流制御装置。
7. 内燃機関の排気流路と吸気流路とを還流流路で接続し、前記還流流路を通って前記排気流路から前記吸気流路に還流される還流排気ガスを前記還流流路に設置された冷却装置で冷却する排気再循環システムに適用され、前記冷却装置の冷却性能の低下を判定する排気還流制御装置において、
   前記冷却装置の前記冷却性能を検出する冷却性能検出手段と、
   前記冷却性能と相関する冷却性能相関値として前記冷却装置を流れる冷却水の冷却水量を検出する相関値検出手段と、
   前記相関値検出手段が検出する前記冷却性能相関値に基づいて冷却性能閾値を算出する閾値算出手段と、
   前記冷却性能検出手段が検出する冷却性能検出値と前記閾値算出手段が算出する前記冷却性能閾値とに基づいて前記冷却性能の低下を判定する冷却性能判定手段と、
   を備えることを特徴とする排気還流制御装置。
8. 前記冷却性能検出手段は、前記冷却装置の排気上流側の排気上流温度と前記冷却装置の排気下流側の排気下流温度と前記冷却装置を流れる冷却水の水温とに基づいて前記冷却装置の冷却効率を前記冷却性能検出値として検出し、
   前記閾値算出手段は、前記冷却水量が増加するにしたがい前記冷却性能閾値を大きくする、
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の排気還流制御装置。
9. 前記冷却性能検出手段は、前記冷却装置の排気上流側の排気上流温度と前記冷却装置の排気下流側の排気下流温度との温度差を前記冷却性能検出値として検出し、
   前記閾値算出手段は、前記冷却水量が増加するにしたがい前記冷却性能閾値を大きくする、
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の排気還流制御装置。
10. 前記冷却性能検出手段は、前記冷却装置の排気下流側の排気下流温度を前記冷却性能検出値として検出し、
    前記閾値算出手段は、前記冷却水量が増加するにしたがい前記冷却性能閾値を小さくする、
    ことを特徴とする請求項６または７に記載の排気還流制御装置。
11. 前記冷却性能判定手段は前記冷却水量の変化量の絶対値が所定値よりも小さい場合に前記冷却性能の低下判定を実施することを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の排気還流制御装置。

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