JP5241842B2 - 排気ガス再循環回路の熱交換器バイパスフラップの診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのＥＧＲ回路の故障を診断する方法、更に詳しくはＥＧＲ熱交換器のバイパスフラップの不動化を診断する方法に関する。

バイパスフラップは排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムの重要な要素である。

バイパスフラップの機能は、触媒の準備に高温ガスを利用するために、ＥＧＲガスを熱交換器のバイパス回路に向けることである。

従って、フラップの正しい操作は、現在のディーゼルエンジンのエミッションコントロールを保証することができる。バイパスモードまたは冷却モードでのフラップの不動化はエンジン出口から放出される汚染物質に直接的な影響を及ぼす。

汚染の閾値が益々厳しくなっているので、次の基準を満たすために、フラップのこのような故障を診断することはきわめて重要である。

フラップの不動化に関連する危険は単独では汚染につながらない。フラップの故障は実際には、周囲の構成要素の信頼性に影響を及ぼし（ＥＧＲ弁とその取付け部の高すぎる温度による機能低下）、かつフラップを使用する（例えば弁や熱交換器の清掃または触媒の準備のような）エンジン制御戦略の完全性に影響を及ぼす。

可変の性能レベルを有する多数の故障診断方法が既に開発された。

特許文献１に開示された第１の方法は、吸気分配器の入口に配置された温度センサを備え、冷却モードとバイパスモードの間の温度差を測定することによってフラップの不動化を診断することができる。しかしながら、２つの温度の間の簡単な差に基づくこの方法は、ＥＧＲ回路の慣性に関連するばらつきおよび変化に関してあまり強くない。更に、この方法は作動後のラップの正しい閉鎖をチェックすることができないという欠点がある。従って、作動した位置でのフラップの不動化は、次の診断のときにのみ検出される。更に、この方法は比較的に不正確である。というのは、吸気分配器の入口に配置された温度センサが低温吸気の影響を受けるからである。

特許文献２に記載された他の方法は、バイパスフラップ、吸気フラップおよび完全に開放しているＥＧＲ弁の動作開始前後の空気流量の監視に基づく戦略を実施する。この解決策の主たる利点は、低温吸気ダクトに配置された流量計を使用するので簡単であることである。しかしながら、使用される技術的手段に依存して、この戦略は、ＥＧＲ環境（高い温度連結部の汚れ）とフラップ制御の制限される反応性とに起因して、誤った検出の比率がかなり高い。実際、圧力波現象はバイパスフラップの真空による制御を遅らせる。

他の出願はフラップの開放／閉鎖位置を知ることができる接触器を使用する。しかしながら、この戦略はＥＧＲ環境のために、誤った検出の比率が高い。

特開２００６−２９１９２１号公報 特開２００３−２４７４５９号公報

そこで、本発明の１つの目的は、バイパスフラップのすべての故障を検出することができる簡単で信頼性のある方法を提供することである。本発明の別の目的は冷却機能の全損を検出することである。

本発明の第１の対象は、エンジンのＥＧＲ回路がＥＧＲ熱交換器と、ＥＧＲ弁と、ＥＧＲ熱交換器のバイパス通路と、バイパス通路を通過する排気ガスの割合を制御するために、ＥＧＲ熱交換器およびバイパス通路の上流に配置されたいわゆるバイパスフラップとを備え、ＥＧＲ回路はフラップが閉じているいわゆる冷却モードとフラップが開放しているいわゆるバイパスモードに従って動作開始可能である、ＥＧＲ回路の故障を診断する方法であり、この方法は、診断段階の間、フラップの２つの動作開始を行うことと、診断段階の間、ＥＧＲ熱交換器の出口で、ＥＧＲガスの温度変化の平均を測定することを特徴とする。

本発明の他の特徴によれば、
− 第１動作開始の目的がフラップを開放することであり、第２動作開始の目的がフラップを閉鎖することである。
− 診断段階の間の最高温度を測定する。
− 上記最高温度と第１動作開始の瞬間に測定した温度との間で、第１温度差を計算し、上記最高温度と診断段階の終わりに測定した温度との間で、第２温度差を計算する。
− 第１温度差と第２温度差の平均を計算する。
− 平均を予め定めた閾値と比較し、
− 平均が閾値よりも大きいと、フラップが機能している、
− 平均が閾値よりも小さいと、フラップが故障している。

本発明の他の対象は、エンジンのＥＧＲ回路がＥＧＲ熱交換器と、ＥＧＲ弁と、ＥＧＲ熱交換器のバイパス通路と、バイパス通路を通過する排気ガスの割合を制御するために、ＥＧＲ熱交換器およびバイパス通路の上流に配置されたいわゆるバイパスフラップとを備え、ＥＧＲ回路はフラップが閉じているいわゆる冷却モードとフラップが開放しているいわゆるバイパスモードに従って動作開始可能である、ＥＧＲ回路の故障を診断するための装置に関し、この装置は、
− 熱交換器から出るＥＧＲガスの温度を測定するように配置された温度センサ（３４）と、
− 測定温度を取得する手段と、
− 測定された温度の平均を計算する手段と、
− 予め定めた閾値（Ｓ）と比較する手段とを備えている。

本発明の第３の対象は、本発明による診断方法を実施することができる温度測定手段および計算手段を備えている自動車に関する。

本発明の他の目的、特徴および効果は、添付の図を参照して、本発明の次の詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。

本発明を適用したＥＧＲガス再循環装置を図式的に示す。 本発明の作動原理を示すグラフである。 診断実施のフローチャートである。 機能しているバイパスフラップで実施した試験の結果の曲線である。 動いていないバイパスフラップで実施した試験の結果の曲線である。

図１を参照すると、エンジン１は吸気ダクト２１と空気流量計２２とを有する低温吸気回路２を備えている。吸気分配器４への低温吸気はエアフラップ２３によって調節される。

エンジンは更に、排気ガスから取り出されたＥＧＲガスを再循環するためのダクト３０と、ＥＧＲ熱交換器３１と、ＥＧＲ弁と呼ばれる弁３３とを有するＥＧＲガス再循環回路３を備えている。この弁は吸気分配器４に入るＥＧＲガスの流量を制御することができる。熱交換器３１に対して平行にバイパス通路３５が配置されている。バイパス通路の上流にパイパスフラップ３２が次のように配置されている。すなわち
− フラップ３２が閉じているときに、ＥＧＲガスが熱交換器を通過し、熱交換器内で冷却される（いわゆる「冷却モード」）、
− フラップ３２が開放しているときに、ＥＧＲガスがバイパス通路を通って流れ、実質的にその高温を保つ（いわゆる「バイパス」モード）。

図１において、バイパス通路３５は熱交換器３１内に組み込まれているように図示してあるがしかし、この図示に限定されず、ＥＧＲ熱交換器からバイパス通路を分離することができる。

更に、熱交換器から出るＥＧＲガスの温度（ＴｓＥＧＲで表した）を測定するために、温度センサ３４が熱交換器３１の出口とＥＧＲ弁３３の間に配置されている。変形実施の形態では、センサ３４をＥＧＲ弁３３の下流に配置することができる。

診断戦略は、熱交換器バイパスの動作開始前と動作開始後のＥＧＲ温度の監視に基づいている。実際には、
− フラップの動作開始（開放）と閉鎖の間におけるＴｓＥＧＲの大きな変化は、フラップ３２が機能していることを示す。
− 逆に言えば、ＴｓＥＧＲの小さな変化はフラップ３２が動いていないことを意味する。

図２を参照して本発明による診断原理を説明する。

最初、診断の実施に必要な領域と条件を特定することが重要である。ＥＧＲバイパスフラップの故障の検出は、温度変動および慣性をろ波するために、動作状態が安定しているときにのみ可能である。戦略の動作点はヨーロッパ型式承認サイクル（ＮＥＤＣ）のレベルで観察される温度差関数として決定される。すなわち、最大温度差を有する動作点が選択される。

診断戦略は、バイパスフラップ３２を作動させた後の、ＥＧＲ交換器３１の出口の温度ＴｓＥＧＲの変化の監視に基づいている。

図２において、パルスの形をした曲線Ｃ１は、診断段階の間のバイパスフラップ３２の制御傾向を示している。低い値は冷却モード（すなわち、フラップ３２が閉じ、それによってすべてのＥＧＲガスが熱交換器３１を通過する）に相当する。高い値はバイパスモード（フラップ３２が開放し、それによってＥＧＲガスはバイパス通路３５を通って流れる）に相当する。

曲線Ｃ２は、フラップ３２が機能しているときの、診断段階の間の温度ＴｓＥＧＲの理論的傾向を、Ｃ１と同じ時間的尺度で示している。

曲線Ｃ３は、フラップ３２が故障しているときの、診断段階の間の温度ＴｓＥＧＲの理論的傾向を、Ｃ１と同じ時間的尺度で示している。

診断条件に達すると、バイパスフラップ３２が作動させられ、それによってシステムが冷却モードからバイパスモード（曲線Ｃ１において矢印Ａ１で示した）に切り替わる。その瞬間に、温度ＴｓＥＧＲの最初の取得（Ｔ１で示す）が行われる。

従って、フラップは第１時間ｔの間開放位置に駆動される。この第１時間はフラップが完全に開くことができるようにする平均時間に相当する。この時間はケース毎に決定され、かつエージングの観点から制御される。

そして、フラップはバイパスモードから冷却モードに切り替わるように作動させられる（曲線Ｃ１の矢印Ａ２）。第２時間ｔの間、フラップは閉鎖保持される。この時間の終わりに、温度ＴｓＥＧＲの取得（Ｔ３で示す）が行われる。従って、診断段階の時間は２ｔである。

診断段階全体にわたって、ＥＧＲ熱交換器の出口の最高温度（Ｔ２で示す）が求められる。これにより、ＥＧＲ回路の熱慣性を無視することができる。

そして、第１温度差ΔＴ１＝Ｔ２−Ｔ１を計算することができる。この計算は曲線Ｃ２の点１（フラップ開放瞬間）と、点２（診断段階の間の最高温度ＴｓＥＧＲ）との間で行われる。

更に、第２温度差ΔＴ１＝Ｔ２−Ｔ３が計算される。この計算は曲線Ｃ２の点２と、点３（診断段階の終了およびフラップの完全閉鎖に相当する）との間で行われる。

診断基準は車両の日常の使用で出会う外乱（道路状況、ばらつき等）を無視することを可能にする、これら２つの温度差の平均である。この診断基準はΔＴｍｏｙ＝（ΔＴ１＋ΔＴ２）／２によって表される。

ΔＴ１は最初の動作開始時に計算される。しかしながら、この計算自体は診断の進行中のフラップの早すぎる不動を検出することはできない。従って、フラップが本当にその元の位置に戻ったかどうかをチェックすることが重要である。第２動作開始時に計算される第２差ΔＴ２は、これを検出することを可能にする。

さらに、第２差の計算により検出の信頼性が増す。

フラップが機能していると（曲線Ｃ２）、フラップの動作開始は温度ＴｓＥＧＲに対して目に見える影響を与える。この影響は比較的に大きな差ΔＴ１とΔＴ２で表される。この差は一般的には低効率の熱交換器の場合２５°Ｃのオーダーであり、高効率の熱交換器の場合には恐らく１００°Ｃまで増大する。

しかしながら、フラップが故障すると（曲線３）、フラップの動作開始は温度ＴｓＥＧＲに影響を与えない。この温度は０〜１０°Ｃのオーダーの非常に小さな温度差で表される。

統計分析を用いて、閾値Ｓが次のように決定される。
− ΔＴｍｏｙ＝（ΔＴ１＋ΔＴ２）／２がＳよりも大きい場合には、バイパスフラップが機能している。
− ΔＴｍｏｙ＝（ΔＴ１＋ΔＴ２）／２がＳよりも小さい場合には、バイパスフラップが故障していると考えられる。考えられる故障の原因は機械的な焼付き、バイパス電磁弁からのホースのはずれまたは制御問題である。

図３を参照すると、診断を行うために使用される論理プロセスは次のステップからなっている。
− 車両を始動すると、装置が初期化される（ボックス１０１）。
− 状態が安定するまで（ボックス１０２）、診断は休止される。
− 状態が安定すると（ボックス１０３）、バイパス制御が行われ、温度ＴｓＥＧＲ １が記憶される（ボックス１０４）。
− そして、バイパス制御が停止される（ボックス１０５）。
− 温度ＴｓＥＧＲ ２が記憶される（ボックス１０６）。
− 温度ＴｓＥＧＲ ３が記憶される（ボックス１０７）。
− 次の温度差が計算される。
ΔＴ１＝｜ＴｓＥＧＲ １＝ＴｓＥＧＲ ２｜
ΔＴ２＝｜ＴｓＥＧＲ ２＝ＴｓＥＧＲ ３｜
そして、差（ΔＴｍｏｙ＝（ΔＴ１＋ΔＴ２）／２）の平均が予め定めた閾値Ｓと比較される（ボックス１０８）。
・もしΔＴｍｏｙ＜Ｓの場合には、障害が信号化される（ボックス１０９）。
・もしΔＴｍｏｙ＞Ｓの場合には、診断が停止される（ボックス１０２）。

障害が確認されるときには、情報項目（ＤＴＣまたは診断トラブルコードと呼ばれる）がコンピュータのメモリに記憶される。サービスランプが点灯する。最後に、低下モードが働く。この低下モードはＥＧＲ弁の末端の温度を低下するために、ＥＧＲ弁の閉鎖を含む。

図４はフラップが機能しているときのＴｓＥＧＲの測定結果を示す。

図５はバイパス制御が切断されているときのＴｓＥＧＲの測定結果を示す。

概要を述べた診断方法は、非常に安定した戦略に基づく利点を生じる。非常に低い効率のＥＧＲ熱交換器に適用して行った試験では実際に、判断基準ΔＴｍｏｙの際立った性質を示した。

更に、提案した方法は、診断段階の間でも弁の正しい閉鎖をチェックすることができる。

最後に、温度ＴｓＥＧＲの測定は温度センサの使用を必要とするがしかし、この測定はバイパスフラップの診断だけでなく、他の診断、例えばＥＧＲ熱交換器の診断、特に冷却機能の全損、この全損に至る故障、例えば（よりまれではあるが）水漏れの診断のために使用可能である。

Claims (6)

1. エンジンのＥＧＲ回路（３）がＥＧＲ熱交換器（３１）と、ＥＧＲ弁（３３）と、ＥＧＲ熱交換器のバイパス通路（３５）と、バイパス通路を通過する排気ガスの割合を制御するために、ＥＧＲ熱交換器（３１）およびバイパス通路（３５）の上流に配置されたいわゆるバイパスフラップ（３２）とを備え、ＥＧＲ回路（３）はフラップ（３２）が閉じているいわゆる冷却モードと、フラップ（３２）が開放しているいわゆるバイパスモードに従って動作開始可能である、ＥＧＲ回路の故障を診断する方法において、
   診断段階の間、フラップ（３２）の２つの動作開始（Ａ１，Ａ２）、すなわち冷却モードからバイパスモードへの切り替え（Ａ１）と、バイパスモードから冷却モードへの切り替え（Ａ２）を行うことと、診断段階の間、ＥＧＲ熱交換器（３１）の出口で、ＥＧＲガスの温度変化（ＴｓＥＧＲ）を測定し、第１動作開始時（Ａ１）の温度（Ｔ１）と、診断段階の最高温度（Ｔ２）と、診断終了時の温度（Ｔ３）と、に基づいてＥＧＲ回路の故障を判断することを特徴とする方法。
2. 前記最高温度（Ｔ２）と第１動作開始（Ａ１）の瞬間に測定した温度（Ｔ１）との間で、第１温度差（ΔＴ１）を計算することと、前記最高温度（Ｔ２）と診断段階の終わりに測定した温度（Ｔ３）との間で、第２温度差（ΔＴ２）を計算することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 第１温度差と第２温度差の平均（ΔＴｍｏｙ）を計算することを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 平均（ΔＴｍｏｙ）を予め定めた閾値（Ｓ）と比較し、
   − ΔＴｍｏｙがＳよりも大きいと、フラップが機能している、
   − ΔＴｍｏｙがＳよりも小さいと、フラップが故障していることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. エンジンのＥＧＲ回路（３）がＥＧＲ熱交換器（３１）と、ＥＧＲ弁（３３）と、ＥＧＲ熱交換器のバイパス通路（３５）と、バイパス通路を通過する排気ガスの割合を制御するために、ＥＧＲ熱交換器（３１）およびバイパス通路（３５）の上流に配置されたいわゆるバイパスフラップ（３２）とを備え、ＥＧＲ回路（３）はフラップ（３２）が閉じているいわゆる冷却モードとフラップ（３２）が開放しているいわゆるバイパスモードに従って動作開始可能である、ＥＧＲ回路の故障を診断するための装置において、
   − フラップ（３２）を閉じて冷却モードにする手段と、フラップ（３２）を開放してバイパスモードにする手段と、
   − 熱交換器から出るＥＧＲガスの温度を測定するように配置された温度センサ（３４）と、
   − 測定温度を取得する手段と、
   − 冷却モードからパイパスモードへ切り替え時点（Ａ１）の温度（Ｔ１）と、診断段階の最高温度（Ｔ２）と、診断終了時の温度（Ｔ３）と、に基づいて、ＥＧＲ回路の故障を判断する手段とを備えていることを特徴とする装置。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法を実施することができる温度測定手段および計算手段を備えていることを特徴とする自動車。

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