JPH05340311A - 排気ガス還流装置の故障診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気環流弁の故障診断を正確に行い、全体の
構造を簡略化する。 【構成】 吸気管２の分岐管路５と排気管７の分岐管７
Ａとによって環流路８を構成し、環流路８の途中には弁
体１５が弁座５Ｂに離着座する排気環流弁９を設ける。
電磁弁１８を開弁させると、排気環流弁９の制御圧室１
１内に負圧導入部６から負圧が導入されて弁体１５が開
弁し、エンジン本体１からの排気ガスが矢示Ａ方向に環
流する。そして、この排気ガスの流量を流量センサ１９
で検出し、この流量に基づいて排気還流弁９の故障診断
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用エンジ
ン等に好適に用いられる排気ガス還流装置の故障診断装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジン本体と、該エンジン本
体の吸気側に接続され、途中部位にスロットル弁が設け
られた吸気管と、前記エンジン本体の排気側に接続さ
れ、該エンジン本体から排気ガスを排出する排気管と、
該排気管内の排気ガスを還流すべく、一端側が該排気管
の途中部位に接続され、他端側が前記スロットル弁の下
流側で前記吸気管に接続された排気ガスの還流路と、該
還流路の途中に設けられ、開弁時に前記排気ガスの一部
を排気管から吸気管に還流させ、閉弁時に前記排気ガス
の還流を停止させる排気還流弁と、前記エンジン本体の
運転状態に基づき、該排気還流弁を開，閉弁させる還流
弁制御手段とからなる排気ガス還流装置は、例えば特開
昭６３−２６１１３４号公報等によって知られている。

【０００３】この種の従来技術による排気ガス還流装置
では、エンジン本体が所定の運転状態に達したときに、
還流弁制御手段によって排気還流弁を開弁させ、排気管
内を流れる排気ガスの一部を還流路を介して吸気管内に
還流させることにより、この還流した排気ガスを吸入空
気と共にエンジン本体の燃焼室内に吸込ませる所謂ＥＧ
Ｒ制御を行うようにしている。そして、このＥＧＲ制御
により、燃焼室内に還流された排気ガスは、吸入空気と
燃料との混合気が燃焼室内で燃焼するときに、燃焼ガス
を冷却することによって燃焼ガスの燃焼温度が、例えば
２０００°Ｋ以上の高温になるのを抑え、排気ガス中の
有害成分である窒素酸化物（ＮＯx ）の濃度を低減させ
る。

【０００４】また、この種の従来技術による排気ガス還
流装置では、還流させる排気ガス中に含まれるカーボン
等の異物が排気還流弁の弁座等にデポジットとして堆積
し、このデポジットにより排気還流弁を開弁させること
ができなくなることがあり、この場合には排気ガスの一
部を燃焼室内に還流できないために、排気ガス中の窒素
酸化物を低減させることが困難になってしまう。

【０００５】そこで、従来技術では、前記排気還流弁の
下流側に位置して還流路の途中に温度センサを設け、該
温度センサによって排気ガスの温度を検出することによ
り、排気還流弁の故障診断を行うようにしている。

【０００６】即ち、還流路内を流れる排気ガスの温度は
排気還流弁の近傍で通常１００〜２００℃であり、エン
ジンの高負荷時には３００〜４００℃程度まで上昇する
ので、還流弁制御手段によって排気還流弁を開弁制御し
たときに、前記温度センサで検出した温度が所定温度を
越えているか否かで、排気還流弁の故障診断を行うよう
にしている。

【０００７】また、吸入空気自体の温度が高いときに
は、排気還流弁の故障時でも排気ガスが還流していると
誤って判定することがあるので、吸気管側に吸気温セン
サを設けるようにしている上に、高地等では大気圧が低
くなって排気ガス自体の温度が低下し、還流路内に還流
する排気ガスの温度も下がってしまうので、誤検出を防
止するために大気圧センサを設けるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】然るに、上述した従来
技術では、排気還流弁の下流側で還流路の途中に設けた
温度センサにより該還流路内の温度を検出し、排気還流
弁の故障診断を行うようにしているから、誤診断を防止
するためには吸気温センサや大気圧センサ等をさらに設
ける必要があり、部品点数が増加するばかりか、故障診
断の制御処理等も複雑になってしまうという問題があ
る。

【０００９】また、温度センサの取付部位が排気ガス等
の熱によって高温になると、排気還流弁が開弁できなく
なったときにも、温度センサによる検出温度は高い温度
となってしまい、排気還流弁の故障時を早期に判定でき
なくなるという問題がある。

【００１０】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は還流路内を流れる排気ガスの流
量を検出することにより、排気還流弁の故障時を確実に
判別でき、全体の構造を大幅に簡略化できるようにした
排気ガス還流装置の故障診断装置を提供することを目的
としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明が採用する構成は、エンジン本体と、該エ
ンジン本体の吸気側に接続され、途中部位にスロットル
弁が設けられた吸気管と、前記エンジン本体の排気側に
接続され、該エンジン本体から排気ガスを排出する排気
管と、該排気管内の排気ガスを還流すべく、一端側が該
排気管の途中部位に接続され、他端側が前記スロットル
弁の下流側で前記吸気管に接続された排気ガスの還流路
と、該還流路の途中に設けられ、開弁時に前記排気ガス
の一部を排気管から吸気管に還流させ、閉弁時に前記排
気ガスの還流を停止させる排気還流弁と、前記エンジン
本体の運転状態に基づき、該排気還流弁を開，閉弁させ
る還流弁制御手段と、前記還流路の途中に設けられ、該
還流路内を流れる排気ガスの流量を検出すべく、耐熱性
の炭化珪素繊維からなる流量検出手段と、該流量検出手
段で検出した流量に基づき前記排気還流弁の動作特性を
判定する特性判定手段とからなる。

【００１２】

【作用】上記構成により、還流路内を流れる排気ガスが
高温であっても、耐熱性を有する炭化珪素繊維からなる
流量検出手段を用いて、排気ガスの流量を長期に亘り検
出でき、検出流量に基づく排気還流弁の動作特性から該
排気還流弁の故障診断を高い信頼性をもって行うことが
できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図５に基
づき説明する。

【００１４】図において、１は自動車用エンジンのエン
ジン本体、２は該エンジン本体１の吸気側に接続された
吸気管を示し、該吸気管２の上流側にはエアクリーナ
（図示せず）が設けられ、その途中にはエアフロメータ
３（図３参照）の下流側に位置して吸入空気量Ｑを制御
するスロットル弁４が設けられている。また、該吸気管
２にはエンジン本体１の吸気側近傍に位置して噴射弁
（図示せず）等が設けられ、この噴射弁から噴射された
燃料は吸入空気と共にエンジン本体１の燃焼室（図示せ
ず）内に吸込まれる。そして、この燃料と吸入空気との
混合気は燃焼室内で燃焼されることにより、燃焼ガスと
なって高い燃焼圧を発生させ、エンジン本体１のクラン
ク軸（図示せず）から回転出力を導出させる。

【００１５】５はスロットル弁４よりも下流側で吸気管
２から分岐した分岐管路を示し、該分岐管路５の先端側
には後述する排気還流弁９用の弁軸挿通穴５Ａおよび弁
座５Ｂが形成され、該弁座５Ｂの上流側には後述の排気
管７に接続される排気ガスの流入口５Ｃが形成されてい
る。６は吸気管２のベンチュリ部２Ａとスルットル弁４
との間に位置して吸気管２に設けられた負圧導入部を示
し、該負圧導入部６は後述の電磁弁１８を介して後述す
る排気還流弁９の制御圧室１１内に負圧を発生させ、こ
の排気還流弁９を開弁させる。

【００１６】７はエンジン本体１の排気側に接続された
排気管を示し、該排気管７の下流側には排気ガス中の有
害成分を削減する触媒装置および消音器としてのマフラ
（いずれも図示せず）等が設けられ、その途中部位には
排気管７よりも小径の分岐管７Ａが設けられている。こ
こで、該分岐管７Ａは分岐管路５の流入口５Ｃに接続さ
れ、分岐管路５と共に排気ガスの還流路８を構成してい
る。そして、該還流路８はエンジン本体１から排気管７
内に排出される排気ガスの一部を分岐管７Ａを介して分
岐管路５の流入口５Ｃ内に流入させ、排気還流弁９の開
弁時にこの排気ガスを分岐管路５を介して矢示Ａ方向に
吸気管２内へと還流させる。

【００１７】９は還流路８の途中に設けられた排気還流
弁を示し、該排気還流弁９は分岐管路５の先端側に外部
に突出して設けられた弁ケーシング１０と、該弁ケーシ
ング１０に設けられ、該弁ケーシング１０内を制御圧室
１１と大気圧程度の圧力室１２とに画成したダイヤフラ
ム１３と、基端側が該ダイヤフラム１３に固定され、先
端側が分岐管路５内に弁軸挿通穴５Ａを介して摺動可能
に挿通された弁軸１４と、該弁軸１４の先端側に設けら
れ、弁座５Ｂに離着座する弁体１５と、該弁体１５を常
時閉弁方向に付勢すべく、制御圧室１１内に位置して弁
ケーシング１０とダイヤフラム１３との間に配設された
ばね１６とから大略構成されている。

【００１８】また、該排気還流弁９の弁ケーシング１０
には制御圧室１１内と常時連通する接続部１０Ａが設け
られ、該接続部１０Ａはエア導管１７を介して吸気管２
の負圧導入部６に接続されている。ここで、エア導管１
７の途中には後述のコントロールユニット３３と共に還
流弁制御手段を構成する電磁弁１８が設けられ、該電磁
弁１８はコントロールユニット３３からの制御信号によ
り開，閉弁される。

【００１９】そして、該電磁弁１８の開弁時には、吸気
管２内を流れる吸入空気によって負圧導入部６に負圧が
発生するので、該負圧導入部６からの負圧により制御圧
室１１内が負圧となって、ダイヤフラム１３は圧力室１
２内の圧力によりばね１６に抗して上向きに変位し、弁
体１５を開弁させる。また、電磁弁１８の閉弁時にはエ
ア導管１７が負圧導入部６に対して遮断されるので、制
御圧室１１内は大気圧に近い圧力状態となり、ダイヤフ
ラム１３はばね１６により下向きに押圧され、弁体１５
が図示の如く閉弁されて排気ガスの還流を停止させる。

【００２０】１９は排気還流弁９の弁体１５よりも下流
側に位置して分岐管路５の途中に設けられた流量検出手
段としての流量センサを示し、該流量センサ１９は図２
にも示す如く、先端２０Ａ側に取付部となるおねじ部２
０Ｂを有し、該おねじ部２０Ｂを介して分岐管路５に螺
着された段付筒状のケーシング２０と、例えばアルミナ
等の耐熱性材料により該ケーシング２０内を延びる長尺
な平板状に形成され、ケーシング２０内から分岐管路５
内に所定長さをもって突出した支持板２１と、該支持板
２１の両面側で幅方向中間部に蒸着等の手段を用いて形
成されたヒータ２２と、該ヒータ２２から図２中の左右
方向に離間して支持板２１の長さ方向に両面側で伸長
し、支持板２１の先端で略Ｕ字状に巻回された一対の温
度検出部２３，２４とから大略構成されている。

【００２１】ここで、該温度検出部２３，２４はサーミ
スタ特性を有する耐熱性の炭化珪素繊維により形成さ
れ、その基端側はケーシング２０の基端側から突出する
端子ピン２５，２６，２７に接続され、中央の端子ピン
２６は温度検出部２３，２４の共通端子となっている。
そして、端子ピン２５，２６間で温度検出部２３からの
検出信号を取出し、端子ピン２６，２７間で温度検出部
２４からの検出信号を取出す。また、ヒータ２２は他の
端子ピン（図示せず）を介して外部から通電され、温度
検出部２３，２４を所定温度（排気ガスの温度よりも高
い）まで均等に加熱する構成となっている。

【００２２】一方、支持板２１の突出端側には温度検出
部２３，２４およびヒータ２２を外側から覆うように窒
化アルミニウム等からなる温度伝達用被膜２８が形成さ
れ、該被膜２８は排気ガスが直接温度検出部２３，２４
に接触するのを防止すると共に、矢示Ａ方向に流れる排
気ガスによって温度検出部２３，２４がその流量に応じ
て冷却されるのを補償している。そして、排気ガスが図
２中の矢示Ａ方向に流れるときには、ヒータ２２によっ
て加熱された温度検出部２３，２４のうち、上流側の温
度検出部２４は排気ガスの流量に応じて冷却され、下流
側の温度検出部２３はヒータ２２からの熱により逆に過
熱されるようになるので、この温度検出部２３，２４間
の温度差、即ち抵抗値の差に基づき矢示Ａ方向に流れる
排気ガスの流量を検出する。

【００２３】次に図３中、２９はエンジン本体１の始動
スイッチ、３０はエンジン本体１の冷却水温度を検出す
る水温センサを示し、該水温センサ３０は冷却水温度を
図４に示す如く水温Ｔとして検出し、その検出信号をコ
ントロールユニット３３に出力することにより、エンジ
ン本体１が所要の暖機状態に達したか否かを判定させ
る。３１はエンジン本体１のエンジン回転数Ｎを検出す
るクランク角センサ、３２は排気還流弁９が故障したと
きにこれを報知する警報器を示し、該警報器３２は警報
ランプ、警報ブザーまたは音声合成装置等によって構成
される。

【００２４】３３はマイクロコンピュータ等によって構
成されるコントロールユニットを示し、該コントロール
ユニット３３はその入力側が始動スイッチ２９、水温セ
ンサ３０、クランク角センサ３１、エアフロメータ３お
よび流量センサ１９等に接続され、出力側が電磁弁１８
および警報器３２等に接続されている。そして、該コン
トロールユニット３３はその記憶回路内に図４、図５に
示すプログラム等を格納し、エンジン本体１が所定の運
転状態に達したときに排気ガスの一部を吸気側に還流さ
せる所謂ＥＧＲ制御処理および排気還流弁９の故障診断
処理等を行う。また、該コントロールユニット３３の記
憶回路にはその記憶エリア３３Ａ内に、水温Ｔの判定値
となる所定水温Ｔａ、カウンタＣの所定計数値Ｃｏおよ
び後述す

【００２５】本実施例による排気ガス還流装置の故障診
断装置は上述の如き構成を有するもので、次にコントロ
ールユニット３３によるＥＧＲ制御処理および排気還流
弁９の故障診断処理について図４および図５を参照して
説明する。

【００２６】まず、処理動作がスタートすると、ステッ
プ１で始動スイッチ２９が閉成されたか否かを判定し、
「ＹＥＳ」と判定したときにはエンジン本体１が始動さ
れているので、ステップ２に移って水温センサ３０から
水温Ｔを読込み、ステップ３に移って水温Ｔが所定水温
Ｔａよりも高いか否かを判定する。そして、ステップ３
で「ＹＥＳ」と判定したときにはエンジン本体１が所要
の暖機状態に達していると判定できるので、ステップ４
に移ってクランク角センサ３１からエンジン回転数Ｎを
読込むと共に、エアフロメータ３から吸入空気量Ｑを読
込み、ステップ５に移って基本噴射量Ｔｐを、

【００２７】

【数１】Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ ただし、Ｋ：定数として演算する。

【００２８】次に、ステップ６では基本噴射量Ｔｐとエ
ンジン回転数Ｎ等からエンジン本体１の負荷状態を判定
し、所謂ＥＧＲ制御が可能な領域に達しているか否かを
判定する。そして、ステップ６で「ＮＯ」と判定したと
きにはＥＧＲ制御が可能な領域に達していないので、ス
テップ７でリターンし、その後ステップ１〜６に亘る処
理動作を繰返すようにする。

【００２９】また、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定した
ときにはＥＧＲ制御が可能であるから、ステップ８に移
ってカウンタＣをＣ＝０に設定すると共に、流量センサ
１９のヒータ２２をＯＮとし、ステップ９で電磁弁１８
に制御信号を出力し、該電磁弁１８を開弁制御する。こ
れにより、図１に示す吸気管２の負圧導入部６から排気
還流弁９の制御圧室１１内にエア導管１７を介して負圧
が導入されるので、該排気還流弁９の弁体１５はばね１
６に抗して開弁するようになり、排気管７内を流れる排
気ガスの一部が分岐管７Ａおよび分岐管路５を介して矢
示Ａ方向に還流し、この排気ガスは吸気管２内を流れる
吸入空気と共にエンジン本体１の燃焼室内へと吸込まれ
る。

【００３０】そこで、ステップ１０に移って分岐管路５
内を矢示Ａ方向に還流する排気ガスの流量Ｑａを炭化珪
素繊維からなる流量センサ１９により検出し、このとき
の流量Ｑａを読込む。そして、ステップ１１で電磁弁１
８を閉弁させることにより、排気還流弁９の弁体１５を
閉弁させ、排気ガスの還流を中断させた状態で、ステッ
プ１２に移ってこのときの流量Ｑｂを流量センサ１９か
ら読込む。次に、ステップ１３では排気還流弁９の開弁
制御時の流量Ｑａと閉弁制御時の流量Ｑｂとの流量差Δ
Ｑを、

【００３１】

【数２】ΔＱ＝Ｑａ−Ｑｂ として演算し、ステップ１４でカウンタＣの計数値を
「１」だけ歩進する。

【００３２】次に、ステップ１５ではカウンタＣの計数
値が所定計数値Ｃｏ、例えば１回以上で、好ましくは２
〜４回程度に達したか否かを判定し、「ＮＯ」と判定さ
れる間はステップ９〜１５に亘る処理動作を繰返す。そ
して、ステップ１５で「ＹＥＳ」と判定したときには、
カウンタＣの計数値が所定計数値Ｃｏとなっているの
で、ステップ１６に移って前記ステップ１３により所定
計数値Ｃｏの回数分だけ

【００３３】

【数３】 として演算し、これによって排気環流弁９の開，閉弁特
性となる動作特性を識別できるようにする。

【００３４】次に、図５に示すステップ１７では前記排
気環流弁９の動作特性としての平均 したときには排気環流弁９の開，閉弁制御時に比較的大
きな流量差ΔＱが発生し、排気環流弁９は開弁制御時に
排気ガスの一部を分岐管路５を介して矢示Ａ方向に確実
に環流させており、排気環流弁９は正常動作していると
判定できるので、ステップ１８に移って電磁弁１８に制
御信号を出力し続け、該電磁弁１８の開，閉弁に応じて
排気環流弁９を開，閉弁制御することにより、所謂ＥＧ
Ｒ制御を行い、ステップ２０でリターンする。

【００３５】また、ステップ１７で「ＮＯ」と判定した
ときには、排気還流弁９の動作特性 御時にも排気ガスを矢示Ａ方向に所要流量以上に還流さ
せておらず、例えば排気ガス中のカーボン等がデポジッ
トとなって弁座５Ｂの周囲に堆積し、これにより弁体１
５が弁座５Ｂに固着されて異常動作していると故障診断
できるので、ステップ１９に移って警報器３２を作動さ
せ、排気還流弁９が故障していることを報知すると共
に、流量センサ１９のヒータ２２をＯＦＦとし、ＥＧＲ
制御を停止させてステップ２０でリターンする。

【００３６】かくして、本実施例によれば、排気還流弁
９を開，閉弁制御するときに、分岐管路５内を矢示Ａ方
向に還流する排気ガスの流量を流量センサ１９により検
出し 還流弁９の故障診断を行うようにしたから、矢示Ａ方向
に還流される排気ガスの温度や吸気温度等に影響される
ことなく、正確に故障診断を行うことができ、故障診断
の信頼性を大幅に向上できる上に、従来技術のように温
度センサに加えて吸気温センサや大気圧センサ等を用い
る必要がなくなり、全体の構造を大幅に簡略化できる。

【００３７】また、流量センサ１９には、ケーシング２
０の先端２０Ａ側から図２に示す如く所定長さをもって
突出する支持板２１にヒータ２２と共に炭化珪素繊維か
らなる温度検出部２３，２４を巻回し、矢示Ａ方向に還
流する排気ガスによって上流側の温度検出部２４が冷却
されるときに、下流側の温度検出部２３をヒータ２２か
らの熱によって加熱させ、該温度検出部２３，２４間の
温度差による抵抗値の差に基づき排気ガスの流量を検出
する構成としたから、１００〜４００℃程度の排気ガス
によっても炭化珪素繊維からなる温度検出部２３，２４
に十分な耐熱性を与えることができ、排気ガスの流量を
長期に亘り正確に検出できる等、種々の効果を奏する。

【００３８】なお、前記実施例では、図４、図５に示す
プログラムのうち、ステップ１６およびステップ１７が
本発明の構成要件である特性判定手段の具体例を示して
いる。

【００３９】また、前記実施例では、流量センサ１９を
弁座５Ｂよりも下流側で分岐管路５の途中位置に設ける
ものとして述べたが、これに替えて、例えば弁座５Ｂよ
りも上流側で流入口５Ｃまたは分岐管７Ａの途中に流量
センサ１９を設けるようにしてもよく、この場合でも排
気還流弁９の開，閉弁に応じて排気ガスが還流するとき
に流量を確実に検出できる。

【００４０】さらに、流量センサ１９としては実施例で
挙げたものに限らず、耐熱性を有する炭化珪素繊維を用
いた流量検出手段であれば、種々のものを使用できるも
のである。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述した通り本発明によれば、排気
管から吸気管に排気ガスを還流させる還流路の途中に、
炭化珪素繊維からなる流量検出手段を設け、検出した流
量に基づき排気還流弁の動作特性を判定する構成とした
から、排気還流弁の故障診断を排気ガスの流量に基づき
正確に行うことができ、故障診断の信頼性を向上できる
上に、従来技術のように温度センサ、吸気温センサおよ
び大気圧センサ等を用いる必要がなくなり、全体の構造
を大幅に簡略化することができる。また、炭化珪素繊維
からなる流量検出手段によって高温の排気ガス流量を長
期に亘り正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による排気ガス還流装置の故障
診断装置を示す縦断面図である。

【図２】図１に示す流量センサの詳細図である。

【図３】排気ガス還流装置の故障診断装置を示す制御ブ
ロック図である。

【図４】ＥＧＲ制御処理および故障診断処理を示す流れ
図である。

【図５】図４に続く流れ図である。

【符号の説明】

１ エンジン本体 ２ 吸気管 ４ スルットル弁 ５ 分岐管路 ７ 排気管 ７Ａ 分岐管 ８ 還流路 ９ 排気還流弁 １３ ダイヤフラム １４ 弁軸 １５ 弁体 １８ 電磁弁（還流弁制御手段） １９ 流量センサ（流量検出手段） ２１ 支持板 ２２ ヒータ ２３，２４ 温度検出部（炭化珪素繊維） ３２ 警報器 ３３ コントロールユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン本体と、該エンジン本体の吸気
   側に接続され、途中部位にスロットル弁が設けられた吸
   気管と、前記エンジン本体の排気側に接続され、該エン
   ジン本体から排気ガスを排出する排気管と、該排気管内
   の排気ガスを還流すべく、一端側が該排気管の途中部位
   に接続され、他端側が前記スロットル弁の下流側で前記
   吸気管に接続された排気ガスの還流路と、該還流路の途
   中に設けられ、開弁時に前記排気ガスの一部を排気管か
   ら吸気管に還流させ、閉弁時に前記排気ガスの還流を停
   止させる排気還流弁と、前記エンジン本体の運転状態に
   基づき、該排気還流弁を開，閉弁させる還流弁制御手段
   と、前記還流路の途中に設けられ、該還流路内を流れる
   排気ガスの流量を検出すべく、耐熱性の炭化珪素繊維か
   らなる流量検出手段と、該流量検出手段で検出した流量
   に基づき前記排気還流弁の動作特性を判定する特性判定
   手段とから構成してなる排気ガス還流装置の故障診断装
   置。