WO2012039308A1 - 内燃機関の排ガス再循環装置 - Google Patents

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広江 隆治
和成 井手
知秀 山田
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三菱重工業株式会社
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    • Y02T10/40Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas recirculation device (hereinafter abbreviated as EGR) of an internal combustion engine, and more particularly to accurately performing failure determination of an EGR control valve.
  • EGR exhaust gas recirculation device
  • EGR has been provided to reduce NOx emissions from internal combustion engines.
  • an EGR gas control valve that controls the amount of EGR gas is provided in an EGR gas passage that connects the exhaust gas passage and the intake passage to each other, and the target determined according to the operating state of the internal combustion engine with respect to the EGR control valve.
  • the valve opening amount is controlled by outputting an EGR control valve opening command signal so that the EGR valve opening is obtained.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-122058
  • Patent Document 1 when an EGR operation condition in which the target opening of the EGR control valve changes by a predetermined amount or more is satisfied, the target opening is changed after the target opening starts changing.
  • the device including the EGR control valve is A technique for determining that a failure has occurred.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-255251 (Patent Document 2) includes an EGR control valve provided with a valve shaft, and a reciprocating drive shaft disposed on an extension of the valve shaft.
  • the reciprocating drive shaft is reciprocated in the axial direction.
  • the reciprocating drive shaft of the drive means is configured to release the EGR control valve by pressing the tip of the central axis of the EGR control valve when the drive means is operated,
  • a control valve failure is often caused by an increase in sliding frictional resistance of the valve drive unit.
  • a stick slip phenomenon that repeats being caught or slipped in the middle of the opening change occurs, and a deviation is likely to occur especially for a minute opening change. For this reason, paying attention to the tracking error with respect to a small change in the opening degree is advantageous for early detection of an abnormal phenomenon.
  • Patent Documents 1 and 2 show a technique for determining an abnormality based on a deviation from an actual opening or a range of a duty ratio of a drive control signal, and a minute opening change No technology has been disclosed for determining an abnormal phenomenon by paying attention to the following error. As described above, it is necessary to improve the determination technique with a more accurate accuracy when determining the failure of the EGR control valve.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that can improve the accuracy of failure determination of an EGR control valve provided in the exhaust gas recirculation device. .
  • the present invention provides an exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine having an EGR control valve that is provided in an EGR gas passage that connects an exhaust passage and an intake passage and controls the amount of EGR gas.
  • An opening command signal output means for outputting an opening command signal for the EGR control valve based on the operating state of the engine, and a valve opening command signal from the opening command signal output means is superimposed on the basic component and the valve basic component
  • the fluctuation component separating means for separating the fluctuation component generated in this manner, and whether the EGR control valve is in a steady state or a transient state based on the magnitude of the fluctuation component separated by the fluctuation component separation means It is characterized by comprising: a fluctuation component determination means for determining; and an EGR control valve diagnosis device for diagnosing abnormality of the EGR control valve when it is determined that the fluctuation component determination means is in a steady state.
  • the EGR control valve diagnosis device for diagnosing the abnormality of the EGR control valve since the EGR control valve diagnosis device for diagnosing the abnormality of the EGR control valve is executed only when the EGR control valve is in a steady state, the determination is based on the signal in the transient state. A misjudgment can be prevented. That is, in a transient state where the opening command value of the EGR control valve fluctuates greatly, even if the EGR control valve is healthy, the opening command signal and the actual opening signal are changed due to the follow-up delay of the EGR control valve. Deviations are inevitable. Such inevitable deviation can be removed from the target of abnormality diagnosis, and the accuracy of abnormality diagnosis can be improved.
  • failure of the EGR control valve is often caused by an increase in the sliding frictional resistance of the valve drive unit.
  • a stick-slip phenomenon that repeatedly catches and slides during the change in the opening degree is caused. Deviation tends to occur especially for minute changes in opening. For this reason, paying attention to the tracking error with respect to a small change in the opening degree is advantageous for early detection of an abnormal phenomenon.
  • the present invention by using an opening command signal and an actual opening signal in a steady state that is not a transient state, it is possible to perform an accurate abnormality determination focusing on a tracking error with respect to a minute opening change, and early detection of an abnormal phenomenon It is effective for.
  • the fluctuation component separating unit calculates a basic component of a valve opening command signal from the valve opening command signal, and calculates the basic component from the valve opening command signal. And an adder / subtracter that subtracts the basic component calculated by the unit, and the adder / subtracter calculates the valve opening command signal fluctuation component by subtracting the basic component from the valve opening command signal.
  • the fluctuation component separation means includes a basic component calculation unit and an adder / subtracter that subtracts the basic component calculated by the basic component calculation unit from the valve opening command signal.
  • a valve opening command signal fluctuation component is calculated and generated by subtracting the basic component from the opening command signal.
  • the basic component calculation unit includes a fluctuation component removal dead zone device, a correction gain device that corrects the output signal of the fluctuation component removal dead zone device, and an integrator that integrates the output signal of the correction gain device. It should be configured. In this way, the basic component calculation unit multiplies the signal from which the fluctuation component has been removed by the fluctuation component elimination dead band by the correction gain, thereby stopping the rise time of the signal and reducing the fluctuation compared to removing the noise component by simple filtering. Has excellent properties in removing components.
  • the fluctuation component determination means is a signal in which a signal of the valve opening command signal fluctuation component generated by subtracting the basic component from the valve opening command signal by the adder / subtracter is within a threshold value. It is preferable to include a steady-state determination device that determines whether or not and an on-delay timer that is turned on when an output within the threshold value continues for a certain period of time. By comprising in this way, a steady state can be determined correctly and the precision of abnormality diagnosis can be improved.
  • the EGR control valve diagnosis device performs diagnosis based on a valve opening command signal input to the EGR control valve and an actual opening signal of the EGR control valve
  • the input valve opening command signal may be a valve opening command signal from the opening command signal output means.
  • the EGR control valve diagnosis device performs diagnosis based on a valve opening command signal input to the EGR control valve and an actual opening signal of the EGR control valve, and
  • the input valve opening command signal may be a basic component signal separated by the fluctuation component separation means.
  • valve opening command signal input to the EGR control valve is a signal of the basic component of the valve opening command signal separated by the fluctuation component separation means
  • the EGR control valve uses the valve opening command signal. Since it is not affected by the included fluctuation component, the EGR control valve is prevented from moving in small increments by the fluctuation component, and unnecessary movement of the EGR control valve is prevented, thereby improving durability and life.
  • FIG. 9 shows the operating characteristics of the EGR control valve, and shows the characteristics of the valve flow rate with respect to the valve opening.
  • a dead zone R where the valve flow rate hardly changes with respect to the valve opening when the valve opening becomes larger than a certain opening.
  • the valve opening b must be changed greatly even with a small flow rate change a, and the EGR control valve is frequently opened and closed because the valve opening change is required even with a minute flow rate change. Operates in small increments.
  • a hysteresis characteristic having a difference in the opening degree of the opening / closing operation is provided to prevent the EGR control valve from moving in small increments.
  • the opening command signal of the EGR control valve provided with the hysteresis
  • the opening command signal for turning ON the hysteresis characteristic and the opening command signal for turning OFF are fixed, the actual valve opening command signal and the hysteresis characteristic When the valve opening command signal after passing through is viewed as a time average, a steady deviation occurs. If a steady deviation occurs, there is a risk that a continuous vibration occurs in the valve opening.
  • the opening degree command signal input to the EGR control valve is a basic component signal separated by the fluctuation component separation means, as described above, vibration based on small-scale movement or hysteresis characteristic operation is performed. It can be suppressed and durability and life can be improved.
  • the opening command signal output means for outputting the opening command signal for the EGR control valve based on the operating state of the internal combustion engine, and the valve opening command signal from the opening command signal output means as basic components.
  • Component separating means that separates into a fluctuation component generated by superimposing on the valve basic component, and the EGR control valve is in a steady state based on the magnitude of the fluctuation component separated by the fluctuation component separating means
  • a fluctuation component determining means for determining whether the EGR control valve is in a transient state
  • an EGR control valve diagnostic device for diagnosing an abnormality of the EGR control valve when the fluctuation component determining means determines that it is in a steady state.
  • failure of the control valve is often caused by an increase in sliding frictional resistance of the valve drive unit.
  • a stick-slip phenomenon that repeatedly catches and slides during the opening change occurs.
  • deviations are likely to occur with respect to minute changes in the opening.
  • it is advantageous for early detection of an abnormal phenomenon when paying attention to a tracking error with respect to a minute opening change and in the present invention, by using a valve opening command signal and an actual opening signal in a steady state that is not a transient state, It is possible to make an abnormality determination focusing on a tracking error with respect to a minute opening change, which is effective for early detection of an abnormal phenomenon.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a configuration block diagram of an EGR control device showing a first embodiment.
  • FIG. It is a block diagram of the configuration of an EGR control device showing a second embodiment.
  • It is explanatory drawing explaining the action
  • It is explanatory drawing which shows the fundamental component wave in a numerical simulation confirmation test.
  • It is the F section enlarged view of FIG.
  • It is explanatory drawing which shows the valve opening degree and valve flow characteristic of an EGR control valve.
  • It is a characteristic view of the fluctuation component removal dead zone device which shows 3rd Embodiment.
  • It is a characteristic view of the fluctuation component removal dead zone device which shows 4th Embodiment.
  • a diesel engine (hereinafter referred to as an engine) 1 includes an exhaust turbocharger 7 having an exhaust turbine 3 and a compressor 5 driven coaxially with the exhaust turbine 3.
  • the air discharged from the compressor 5 passes through the air supply passage 9 and enters the intercooler 11, where the air supply is cooled, and then the intake air flow rate is controlled by the intake throttle valve 13. From the provided intake port, it flows into the combustion chamber via the intake valve of the engine 1.
  • the engine 1 is provided with a fuel injection control device 19 that controls the fuel injection timing, the injection amount, and the injection pressure, and injects fuel into the combustion chamber.
  • a fuel controlled to a predetermined fuel pressure is supplied to the fuel injection valve 21 at a predetermined fuel injection timing.
  • an EGR (exhaust gas recirculation) passage 25 is branched from the middle of the exhaust passage 23, and a part of the exhaust gas is cooled by the EGR cooler 27 and is introduced into the downstream portion of the intake throttle valve 13 via the EGR control valve 29. It has come to be.
  • the intake throttle valve 13 is provided with a throttle valve control device path 31 to control opening and closing
  • the EGR control valve 29 is provided with an EGR control device (exhaust gas recirculation control device) 33 to control opening and closing.
  • the combustion gas that is, the exhaust gas 35 combusted in the combustion chamber of the engine 1 passes through the exhaust manifold 39 and the exhaust passage 23 in which exhaust ports provided for each cylinder are gathered, and passes through the exhaust turbine 3 of the exhaust turbo supercharger 7. After being driven to become a power source for the compressor 5, it flows into the exhaust gas aftertreatment device (not shown) through the exhaust passage 23.
  • An engine speed signal is input from the engine speed sensor 42 and an engine load signal is input from the engine load sensor 44 to the control unit (ECU) 41. Further, a detection signal from the intake manifold temperature sensor 46 provided in the intake manifold 15 is input. The detection signal from the intake manifold pressure sensor 48 and the detection signal from the air flow meter 50 are input.
  • the EGR control device (exhaust gas recirculation control device) 33 calculates the EGR flow rate corresponding to the operation state based on the signal from each sensor using a preset EGR amount map or calculation formula, Based on the calculated EGR amount, the opening command signal output means 52 for outputting the opening command signal of the EGR control valve 29, and the valve opening command signal from the opening command signal output means 52 as the basic component and the The fluctuation component separating means 54 for separating the fluctuation component generated by superimposing on the valve basic component, and the EGR control valve 29 based on the magnitude of the valve opening command signal fluctuation component separated by the fluctuation component separation means. And fluctuation component determination means 56 for determining whether is a steady state or a transient state.
  • the fluctuation component determining means 56 determines that the EGR control valve 29 is in a steady state, it outputs a steady state signal for causing the EGR control valve diagnostic device 58 that performs an abnormality diagnosis of the EGR control valve 29 to perform diagnosis. It has become.
  • the fluctuation component separating unit 54 includes a basic component calculation unit 60 that calculates a basic component of the valve opening command signal from the valve opening command signal output from the opening command signal output unit 52, and a basic component from the valve opening command signal.
  • An adder / subtractor 62 that subtracts the basic component calculated by the calculation unit 60 is used to calculate the valve opening command signal fluctuation component by subtracting the basic component from the valve opening command signal.
  • the basic component calculation unit 60 includes a fluctuation component removal dead zone device 64, a basic component correction gain device (correction gain device) 66 that corrects an output signal of the fluctuation component removal dead zone device 64, and an output of the correction gain device 66. And an integrator 68 for integrating the signal. Further, the fluctuation component determination means 56 determines whether the signal of the valve opening command signal fluctuation component generated by subtracting the basic component from the valve opening command signal by the adder / subtractor 62 is a signal within a threshold value. And an on-delay timer 72 that determines and outputs that the output within the threshold value has continued for a certain period of time.
  • u, z 1 , and y are added to the signal for the description of the basic component calculation unit 60 described in more detail.
  • the basic component of the EGR control valve opening command signal u is zero and fluctuates irregularly around it.
  • the value of the setting threshold value d 1 of the fluctuation component removal dead zone device 64 is set to 1, the output signal z 1 becomes as shown in FIG. It can be seen that z 1 changes only when the size of u exceeds 1, and a minute fluctuation component included in u is removed.
  • the fluctuation component removal dead zone device 64 has a function of removing minute fluctuation components included in u. This d 1 is adjusted according to the size of the minute fluctuation component included in u.
  • the fluctuation component of the EGR control valve opening command signal u can be removed only by the fluctuation component removal dead zone device 64.
  • the fundamental wave component of the EGR control valve opening command signal u is zero and not constant, the dead zone is exceeded only by the fundamental wave component of the EGR control valve opening command signal u.
  • the basic component y of the EGR control valve opening command signal is estimated and used from the EGR control valve opening command signal u in order for the fluctuation component removal dead zone device 64 to function effectively. By subtracting, the input signal to the fluctuation component removal dead zone device 64 is changed around zero regardless of the value of the fundamental wave component of the EGR control valve opening command signal u.
  • Basic component correction gain k 2 of the basic component correction gain 66 is the adjustment factor of the estimated speed of the fundamental component. If the output signal z 1 of the variation component removal dead band unit 64 to output a positive value, it by a value multiplied by K 2 Increase basic component y. If z 1 outputs a negative value, the basic component is reduced by a value obtained by multiplying it by k 2 . By repeating this operation, it converges to the steady value of the EGR control valve opening command signal u. Convergence converges faster the larger the correction gain k 2.
  • the solid line X in FIG. 6 is the EGR control valve opening command signal used for the simulation, while the solid line Y is the basic component y of the EGR control valve opening command signal.
  • FIG. 7 which is an enlarged view of the E part in FIG. 6, it can be seen that the fluctuation component is removed.
  • a filter such as a first-order lag is used to remove the fluctuation component.
  • the solid line Z in FIGS. 6, 7 and 8 is the estimated value of the basic component by the first-order lag filter It is.
  • the arithmetic expression is expressed as follows.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a portion F in FIG. 6 and shows a rising portion.
  • the fluctuation component determination unit 56 includes the steady state determination unit 70 and the on-delay timer 72 that determines and outputs that the output within the threshold has continued for a certain period of time.
  • the state determination unit 70 receives an ERG control valve opening command signal fluctuation component (fluctuation component) e obtained by removing the basic component y of the EGR control valve opening command signal from the EGR control valve opening command signal u. the signal is determined based on whether a signal within the set threshold value d 2 whether fluctuation component in a steady state in which it can not be said fluctuation component or a transient state of a transient state.
  • the output of on-delay timer 72 is steady-state decision unit 70, i.e., determines that the output of the set threshold value d 2 has continued for a predetermined time. Therefore, when an ON signal is output from the on-delay timer 72, it is output as a signal of a determination result determined to be in a steady state. Since the steady state is determined when the on-delay timer is maintained for a certain period of time, the steady state can be accurately determined, and the accuracy of abnormality diagnosis can be improved.
  • the steady-state signal output from the on-delay timer 72 is output to the EGR control valve diagnostic device 58.
  • the EGR control valve diagnosis device 58 takes in the signal of the EGR control valve opening command signal u in order to diagnose whether the EGR control valve 29 is operating normally, that is, a command in a steady state that is not a transient state.
  • a value and an actual measurement value of the EGR control valve 29 are taken in, a valve opening deviation h is calculated, and a diagnosis is made based on whether or not the absolute value
  • This allowable value means an upper limit value of
  • the EGR control valve diagnosis device 58 that performs abnormality diagnosis of the EGR control valve 29 is executed only when the EGR control valve is in a steady state, Incorrect determination due to determination based on the signal at can be prevented. That is, in a transient state in which the opening command value of the EGR control valve 29 varies greatly, even if the EGR control valve 29 is healthy, the opening command signal and the actual opening are not detected due to the follow-up delay of the EGR control valve 29. Since the deviation
  • failure of the EGR control valve 29 is often caused by an increase in sliding frictional resistance of the valve drive unit.
  • a stick-slip phenomenon in which the EGR control valve 29 repeatedly catches and slides during the change in opening degree. Deviations are likely to occur especially for minute changes in the opening degree. For this reason, paying attention to the tracking error with respect to a small change in the opening degree is advantageous for early detection of an abnormal phenomenon. Therefore, by using the opening command signal and actual opening signal in a steady state that is not a transient state, it is possible to accurately determine an abnormality focusing on a tracking error with respect to a minute opening change, which is effective for early detection of an abnormal phenomenon. is there.
  • the opening command signal input to the EGR control valve 29 is a basic component signal of the valve opening command signal separated by the fluctuation component separation means 54, EGR Since the control valve 29 is not affected by the fluctuation component included in the valve opening command signal, the EGR control valve 29 is prevented from moving little by little and the EGR control valve 29 is prevented from unnecessary movement. Thus, durability can be improved and the life of the EGR control valve 29 can be extended.
  • the opening degree command signal input to the EGR control valve 29 is based on the basic valve opening degree command signal separated by the fluctuation component separation means 54. Since the operation is based on the signal of the component, such small movements and continuous vibrations can be avoided, the durability of the EGR control valve can be improved, and the life of the EGR control valve 29 can be extended.
  • the valve opening control of the EGR control valve 29 is executed accurately and reliably. Is done.
  • the signal of the basic component of the valve opening command signal separated by the fluctuation component separating means 54 is higher than the conventional first-order lag filter system in terms of signal rise.
  • the response of the operation of the EGR control valve 29 itself is improved, and the exhaust gas performance of the engine is improved and the output performance of the engine is also improved. It is effective.
  • the durability of the EGR control valve thus, the life can be extended and the exhaust gas purification action by the EGR control valve 29 itself can be improved.
  • the fluctuation component removal dead zone device 64 is used in the basic component calculation unit 60.
  • effects of the present application is not limited to the characteristics to be zero by setting the threshold value d 1 such as fluctuation component removal function is set to the fluctuation component is removed dead band 64 to the threshold.
  • the third embodiment uses a fluctuation component removal function in which the inclination near the origin is set small instead of the zero dead band, as in the fluctuation component elimination dead band 74 shown in FIG. As a result, the same effects as those of the first embodiment and the second embodiment can be obtained.
  • the zero or the gradient be small in the vicinity of the origin. If such characteristics are set, the effect of the present application can be obtained.
  • the accuracy of the failure determination of the EGR control valve provided in the exhaust gas recirculation device can be improved, which is suitable for use in an exhaust gas recirculation device of an internal combustion engine.

Abstract

内燃機関の運転状態に基づき前記EGR制御弁の開度指令信号を出力する開度指令信号出力手段52と、該開度指令信号出力手段52からの弁開度指令信号を基本成分と該弁基本成分に重畳して生成されている変動成分とに分離する変動成分分離手段54と、該変動成分分離手段54で分離された変動成分の大きさに基づいてEGR制御弁が定常状態にあるか過渡状態にあるかを判定する変動成分判定手段56と、前記変動成分判定手段によって定常状態にあると判定したときに前記EGR制御弁の異常診断を行うEGR制御弁診断装置58とを備えたことを特徴とする。

Description

内燃機関の排ガス再循環装置
 本発明は、内燃機関の排ガス再循環装置(以下EGRと略す)に関し、特に、EGR制御弁の故障判定を精度良く行うことに関する。
 内燃機関からのNOx排出低減として、EGRを設けることが従来から行われている。
 そして、従来から排ガス通路と吸気通路とを互いに連結するEGRガス通路内にEGRガス量を制御するEGRガス制御弁を設け、該EGR制御弁に対して、内燃機関の運転状態に応じて定まる目標EGR弁開度になるようにEGR制御弁開度指令信号を出力して開弁量を制御している。
 しかし、このEGR制御弁が故障してEGR制御弁開度指令信号に対して目標とする正確なEGR弁開度が得られない場合には、内燃機関の排ガス浄化性能、及び内燃機関の出力性能が発揮されない問題がある。そのため、従来からEGR制御弁の故障を正確に精度よく診断する技術に関して、種々の提案がされている。
 例えば、特開平10-122058号公報(特許文献1)には、EGR制御弁の目標開度が所定量以上変化するEGR運転条件成立時に、目標開度が変化を開始してから目標開度の変化に追従して変化する実開度を実開度検出手段により検出し、検出した実開度が目標開度に追従して変化していないことを確認したとき、EGR制御弁を含む装置が故障したとものと判定する技術が開示されている。
 また、特開2007-255251号公報(特許文献2)には、バルブシャフトを備えたEGR制御弁と、前記バルブシャフトの延長上に配置され往復駆動軸を備え該往復駆動軸は軸方向に往復動をなす駆動手段と、制御手段とを有し、前記駆動手段の往復駆動軸は駆動手段作動時にEGR制御弁の中心軸先端を押圧することによってEGR制御弁を解放するように構成され、前記制御手段が駆動手段に対して発信する制御信号のデューティー比が許容範囲内か、或いは範囲を超えているかによって、EGR制御弁に故障が発生しているかを判定する技術が開示されている。
特開平10-122058号公報 特開2007-255251号公報
 一般的に、制御弁の故障は、弁駆動部の摺動摩擦抵抗の増大に起因することが多い。弁摺動摩擦の影響を受けると、開度変化の途中でひっかかったり滑ったりを繰り返すステックスリップ現象がおきるなど、特に微小な開度変化に対して偏差が出やすくなる。このため、微小な開度変化に対する追従誤差に着目すると異常現象の早期発見に有利である。
 しかし、前記特許文献1、2の技術では、実開度との偏差や、駆動制御信号のデューティー比の範囲に基づいて、異常を判定する技術を示しているものであり、微小な開度変化に対する追従誤差に着目しての異常現象の判定技術までは開示されていない。
 このように、EGR制御弁の故障判定についは、一層正確な精度での判定技術の改良が必要である。
 従って、本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、排ガス再循環装置に備えられるEGR制御弁の故障判定の精度を向上できる内燃機関の排ガス再循環装置を提供することを目的とする。
 前記目的を達成するため、本発明は、排気通路と吸気通路とを連結するEGRガス通路に設けられてEGRガス量を制御するEGR制御弁を備えた内燃機関の排ガス再循環制御装置において、内燃機関の運転状態に基づき前記EGR制御弁の開度指令信号を出力する開度指令信号出力手段と、該開度指令信号出力手段からの弁開度指令信号を基本成分と該弁基本成分に重畳して生成されている変動成分とに分離する変動成分分離手段と、該変動成分分離手段で分離された変動成分の大きさに基づいてEGR制御弁が定常状態にあるか過渡状態にあるかを判定する変動成分判定手段と、前記変動成分判定手段によって定常状態にあると判定したときに前記EGR制御弁の異常診断を行うEGR制御弁診断装置と、を備えたことを特徴とする。
 かかる発明によれば、EGR制御弁の異常診断を行うEGR制御弁診断装置を、EGR制御弁が定常状態にあるときにのみ実行されるため、過渡的な状態における信号を基に判定することによる誤判定を防止できる。
 すなわち、EGR制御弁の開度指令値が大きく変動するような過渡状態においては、たとえEGR制御弁が健全であったとしても、EGR制御弁の追従遅れにより開度指令信号と実開度信号に偏差が発生することは不可避である。このような不可避な偏差を異常診断の対象から除去して異常診断の精度を高めることができる。
 また、EGR制御弁の故障は、弁駆動部の摺動摩擦抵抗の増大に起因することが多く、弁摺動摩擦の影響を受けると、開度変化の途中でひっかかったり滑ったりを繰り返すステックスリップ現象がおきるなど、特に微小な開度変化に対して偏差が出やすくなる。このため、微小な開度変化に対する追従誤差に着目すると異常現象の早期発見に有利である。
 本発明では、過渡状態ではない定常状態における開度指令信号と実開度信号を用いることで、微小な開度変化に対する追従誤差に着目した精度のよい異常判定が可能になり異常現象の早期発見に有効である。
 また、本発明において、好ましくは、前記変動成分分離手段は、弁開度指令信号から弁開度指令信号の基本成分を算出する基本成分算出部と、前記弁開度指令信号から前記基本成分算出部で算出された基本成分を差し引く加減算器とを有し、該加減算器で前記弁開度指令信号から前記基本成分を差し引いて弁開度指令信号変動成分を算出するとよい。
 このように、変動成分分離手段を、基本成分算出部と、前記弁開度指令信号から前記基本成分算出部で算出された基本成分を差し引く加減算器とを有して、該加減算器で前記弁開度指令信号から前記基本成分を差し引いて弁開度指令信号変動成分を算出して生成する。
 そして、この前記基本成分算出部は、変動成分除去不感帯器と、該変動成分除去不感帯器の出力信号を補正する補正ゲイン器と、該補正ゲイン器の出力信号を積分する積分器とを備えて構成されるとよい。
 このように基本成分算出部では、変動成分除去不感帯器によって変動成分を除去された信号に補正ゲインを乗算することで、単なるフィルター処理によるノイズ成分の除去に比べて信号の立ち上がり時間をはやめ且つ変動成分の除去においてすぐれた特性を有する。
 また、本発明において好ましくは、前記変動成分判定手段は、前記加減算器で前記弁開度指令信号から前記基本成分を差し引いて生成された前記弁開度指令信号変動成分の信号が閾値内の信号であるかを判定する定常状態判定器と、該閾値内の出力が一定時間継続したときオンにするオンディレイタイマとを備えて構成されるとよい。
 このように構成することによって、定常状態を正確に判定でき、異常診断の精度を高めることができる。
 また、本発明において好ましくは、前記EGR制御弁診断装置は、EGR制御弁に入力される弁開度指令信号とEGR制御弁の実開度信号とに基づいて診断するとともに、前記EGR制御弁に入力される弁開度指令信号が前記開度指令信号出力手段からの弁開度指令信号であるとよい。
 このように構成することによって、EGR制御弁へ入力される弁開度指令信号と、EGR制御弁の実開度信号との偏差に基づくEGR制御弁診断装置における異常診断の精度が高められる。
 また、本発明において好ましくは、前記EGR制御弁診断装置は、EGR制御弁に入力される弁開度指令信号とEGR制御弁の実開度信号とに基づいて診断するとともに、前記EGR制御弁に入力される弁開度指令信号が前記変動成分分離手段によって分離された基本成分の信号であるとよい。
 このように、EGR制御弁に入力される弁開度指令信号が前記変動成分分離手段によって分離された弁開度指令信号の基本成分の信号であるので、EGR制御弁は弁開度指令信号に含まれる変動成分の影響を受けないので、EGR制御弁が変動成分によって小刻みに動くことが防止されて、EGR制御弁の不要な動きが防止されることで耐久性および寿命を向上できる。
 図9には、EGR制御弁の作動特性を示し、弁開度に対しての弁流量の特性を示している。
 弁開度がある開度以上大きくなると弁開度に対して弁流量がほとんど変化しない不感帯領域Rが存在する。この領域においては、小流量変化aに対しても弁開度bを大きく変化させなければならず、微小流量変化に対しも弁開度変化が必要であるためEGR制御弁の開閉作動が頻繁に小刻みに作動する。この小刻みの作動を防止するために開閉作動の開弁度に差を持たせたヒステリシス特性を設けてEGR制御弁が無駄に小刻みに動くことを抑えている。
 しかし、前記ヒステリシスを設けてのEGR制御弁の開度指令信号では、ヒステリシス特性がONする開度指令信号、OFFする開度指令信号が固定であるため、実際の弁開度指令信号とヒステリシス特性を経た後の弁開度指令信号は、時間平均として見た場合、定常偏差が発生する。定常偏差が発生することにより、弁開度に持続的な振動が発生する恐れがある。
 本発明においては、EGR制御弁に入力される開度指令信号が変動成分分離手段によって分離された基本成分の信号であるため、前記のように小刻みの動きや、ヒステリシス特性の作動に基づく振動を抑えることができ、耐久性および寿命を向上できる。
 本発明によれば、内燃機関の運転状態に基づき前記EGR制御弁の開度指令信号を出力する開度指令信号出力手段と、該開度指令信号出力手段からの弁開度指令信号を基本成分と該弁基本成分に重畳して生成されている変動成分とに分離する変動成分分離手段と、該変動成分分離手段で分離された変動成分の大きさに基づいてEGR制御弁が定常状態にあるか過渡状態にあるかを判定する変動成分判定手段と、前記変動成分判定手段によって定常状態にあると判定したときに前記EGR制御弁の異常診断を行うEGR制御弁診断装置と、を備えたので、すなわち、EGR制御弁の開度指令値が大きく変動するような過渡状態においては、たとえEGR制御弁が健全であったとしても、EGR制御弁の追従遅れにより開度指令信号と実開度信号に偏差が発生することは不可避である。このような不可避な偏差を異常診断の対象から除去して異常診断の精度を高めることができる。
 また、制御弁の故障は、弁駆動部の摺動摩擦抵抗の増大に起因することが多く、弁摺動摩擦の影響を受けると、開度変化の途中でひっかかったり滑ったりを繰り返すステックスリップ現象がおきるなど、特に微小な開度変化に対して偏差が出やすくなる。このため、微小な開度変化に対する追従誤差に着目すると異常現象の早期発見に有利であり、本発明では、過渡状態ではない定常状態における弁開度指令信号と実開度信号を用いることで、微小な開度変化に対する追従誤差に着目した異常判定が可能になり異常現象の早期発見に有効である。
本発明の実施形態に係る内燃機関の排ガス再循環装置の全体構成図である。 第1実施形態を示すEGR制御装置の構成ブロック図である。 第2実施形態を示すEGR制御装置の構成ブロック図である。 変動成分除去不感帯器の作動を説明する説明図である。 数値シミュレーション確認試験における基本成分波を示す説明図である。 数値シミュレーション確認試験結果を示す説明図である。 図6のE部拡大図である。 図6のF部拡大図である EGR制御弁の弁開度と弁流量の特性を示す説明図である。 第3実施形態を示す変動成分除去不感帯器の特性図である。 第4実施形態を示す変動成分除去不感帯器の特性図である。
 以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
(第1実施形態)
 図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る内燃機関の排ガス再循環装置について説明する。
 図1に示すように、ディーゼルエンジン(以下エンジンという)1は、排気タービン3とこれに同軸駆動されるコンプレッサ5を有する排気ターボ過給機7を備えており、該排気ターボ過給機7のコンプレッサ5から吐出された空気は給気通路9を通って、インタークーラ11に入り給気が冷却された後、吸気スロットルバルブ13で給気流量が制御され、その後、インテークマニホールド15からシリンダ毎に設けられた吸気ポートからエンジン1の吸気弁を介して燃焼室内に流入するようになっている。
 また、エンジン1においては、燃料の噴射時期、噴射量、噴射圧力を制御して燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射制御装置19が設けられており、該燃料噴射制御装置19によって、各気筒の燃料噴射弁21に対して所定の燃料噴射時期に、所定の燃料圧力に制御された燃料が供給される。
 また、排気通路23の途中から、EGR(排ガス再循環)通路25が分岐されて、排ガスの一部がEGRクーラ27によって冷却されて吸気スロットルバルブ13の下流部位にEGR制御弁29を介して投入されるようになっている。吸気スロットルバルブ13にはスロットルバルブ制御装置路31が設けられ開閉が制御され、EGR制御弁29に対してはEGR制御装置(排ガス再循環制御装置)33が設けられて、開閉が制御される。
 エンジン1の燃焼室で燃焼された燃焼ガス即ち排ガス35は、シリンダ毎に設けられた排気ポートが集合した排気マニホールド39及び排気通路23を通って、前記排気ターボ過給機7の排気タービン3を駆動してコンプレッサ5の動力源となった後、排気通路23を通って排ガス後処理装置(不図示)に流入する。
 制御装置(ECU)41には、エンジン回転数センサ42からエンジン回転数信号、エンジン負荷センサ44からエンジン負荷信号がそれぞれ入力され、さらに、インテークマニホールド15に設けられたインマニ温度センサ46からの検出信号、インマニ圧力センサ48からの検出信号、エアフローメータ50からの検出信号がそれぞれ入力される。
 EGR制御装置(排ガス再循環制御装置)33には、前記各センサからの信号を基に運転状態に応じたEGR流量を、予め設定されたEGR量マップ、または算出式を用いて算出し、該算出されたEGR量に基づいて、EGR制御弁29の開度指令信号を出力する開度指令信号出力手段52と、該開度指令信号出力手段52からの弁開度指令信号を基本成分と該弁基本成分に重畳して生成されている変動成分とに分離する変動成分分離手段54と、該変動成分分離手段によって分離された弁開度指令信号変動成分の大きさに基づいてEGR制御弁29が定常状態であるか過渡状態であるかを判定する変動成分判定手段56と、を備えている。
 そして、該変動成分判定手段56によって定常状態にあると判定したときにEGR制御弁29の異常診断を行うEGR制御弁診断装置58に対して診断を実行させるための定常状態信号を出力するようになっている。
 図2を参照して、変動成分分離手段54および変動成分判定手段56について説明する。
 変動成分分離手段54は、開度指令信号出力手段52から出力される弁開度指令信号から弁開度指令信号の基本成分を算出する基本成分算出部60と、弁開度指令信号から基本成分算出部60で算出した基本成分を差し引く加減算器62とを有し、該加減算器62で弁開度指令信号から基本成分を差し引いて弁開度指令信号変動成分を算出するようになっている。
 さらに、基本成分算出部60は、変動成分除去不感帯器64と、該変動成分除去不感帯器64の出力信号を補正する基本成分補正ゲイン器(補正ゲイン器)66と、該補正ゲイン器66の出力信号を積分する積分器68とを備えて構成されている。
 また、変動成分判定手段56は、加減算器62で弁開度指令信号から基本成分を差し引いて生成された弁開度指令信号変動成分の信号が閾値内の信号であるかを判定する定常状態判定器70と、閾値内の出力が一定時間継続したことを判定して出力するオンディレイタイマ72とを備えて構成されている。
 次に、変動成分分離手段54の基本成分算出部60について、さらに詳細に説明する基本成分算出部60の説明のために信号にu、z、yを付ける。
なお、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
はyを時間微分した信号である。
 EGR制御弁開度指令信号uの基本成分は零であり、その周りに不規則に変動しているとする。このとき、変動成分除去不感帯器64の設定閾値dの値を1にしたとき出力信号zは図4に示すようになる。uの大きさが1を超えたときだけzが変化しており、uに含まれる微小な変動成分が除去されることが分かる。このように、変動成分除去不感帯器64は、uに含まれる微小な変動成分を除去する機能がある。なお、このdは、uに含まれる微小な変動成分の大きさに応じて調整する。
 このように、EGR制御弁開度指令信号uは時間平均値が零であるならば、変動成分除去不感帯器64のみによって、EGR制御弁開度指令信号uの変動成分を除去することができる。しかし現実には、EGR制御弁開度指令信号uの基本波成分が零で一定ではないので、EGR制御弁開度指令信号uの基本波成分のみで不感帯を超えてしまう。
 このため、変動成分を除去できないので、変動成分除去不感帯器64を有効に機能させるために、EGR制御弁開度指令信号の基本成分yを推定し、それをEGR制御弁開度指令信号uから差し引くことにより、EGR制御弁開度指令信号uの基本波成分の値によらず、変動成分除去不感帯器64への入力信号が零を中心にして変動するようにしている。
 基本成分補正ゲイン器66の基本成分補正ゲインkは、基本成分の推定速さの調整係数である。変動成分除去不感帯器64の出力信号zが正の値を出力すれば、それにKを乗じた値だけ基本成分yを増やす。zが負の値を出力すれば、それにkを乗じた値だけ基本成分を減じる。この操作を繰り返すことで、EGR制御弁開度指令信号uの定常値に収束する。収束は補正ゲインkを大きくするほど早く収束する。
 次に、この基本成分算出部60の効果を数値シミュレーションによって確認した結果を説明する。
 シミュレーションには、図5に示すその基本波成分に、変動成分として白色雑音を重畳している。図6の実線Xがシミュレーションに使ったEGR制御弁開度指令信号であり、これに対して、実線YがEGR制御弁開度指令信号の基本成分yである。図6のE部の拡大図である図7によると、変動成分が除去されていることが分かる。
 一般に、変動成分の除去には一次遅れなどのフィルターが使われる。図6、7、8の実線Zは、一次遅れフィルターによる基本成分の推定値
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
である。例えば、フィルターは時定数0.2秒の一次遅れとした場合には演算式は、次のようにあらわされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
 図8は、図6のF部拡大図であり、立ち上がり部分を示している。一次遅れによる
基本成分の推定値
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
は本実施形態の方式に比べて立ち上がり速度が明らかに遅い。本シミュレーションと同等の立ち上がり速度を得るには、フィルターの時定数を小さくすることが必須であるが、図8に示す通り、一次遅れによる基本成分の推定値
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
には、変動成分が残っているので、フィルターの時定数を小さくすると変動成分がさらに強く表れるという不都合が生じる。
 このシミュレーション結果から、本実施形態の方式は従来のフィルター方式に比して、信号の立ち上がりの点おいても、また変動成分の除去においても優れた特性を有していることが確認できた。
 次に、図2の全体構成ブロック図に戻って、変動成分判定手段56について説明する。この変動成分判定手段56は、前述したように、定常状態判定器70と、閾値内の出力が一定時間継続したことを判定して出力するオンディレイタイマ72とを備えて構成されており、定常状態判定器70には、EGR制御弁開度指令信号uからEGR制御弁開度指令信号の基本成分yが除かれたERG制御弁開度指令信号変動成分(変動成分)eが入力されて、その信号が、過渡状態の変動成分か過渡状態とは言えない定常状態の変動成分かを設定閾値d内の信号であるかを基に判定する。
 また、オンディレイタイマ72は定常状態判定器70の出力が、すなわち、設定閾値d内の出力が一定時間継続したことを判定する。
 従って、オンディレイタイマ72からON信号が出力された場合には、定常状態にあると判定された判定結果の信号として出力される。
 オンディレイタイマによって一定時間の継続を維持した場合に定常状態と判定するため、定常状態を正確に判定でき、異常診断の精度を高めることができる。
 そして、図2に示すように、オンディレイタイマ72から出力された定常状態の信号は、EGR制御弁診断装置58に出力される。EGR制御弁診断装置58は、EGR制御弁29が正常に作動しているかを診断するために、EGR制御弁開度指令信号uの信号を取り込み、すなわち、過渡状状態ではない定常状態時の指令値とEGR制御弁29の実測値とを取り込み、弁開度偏差hを算出して、該偏差hの絶対値|h|が許容値より大きいか否かによって診断する。
 この許容値は、EGR制御弁29の使用時において、許容される|h|の上限値を意味する。また、この許容値はEGR制御弁29の個々において予め設定されている。
 |h|が許容値より大きい場合に、その状態が一定時間継続したときは、EGR制御弁29が異常と判断してその結果を報知する。
 以上のような、第1実施形態によれば、EGR制御弁29の異常診断を行うEGR制御弁診断装置58を、EGR制御弁が定常状態にあるときにのみ実行されるため、過渡的な状態における信号を基に判定することによる誤判定を防止できる。
 すなわち、EGR制御弁29の開度指令値が大きく変動するような過渡状態においては、たとえEGR制御弁29が健全であったとしても、EGR制御弁29の追従遅れにより開度指令信号と実開度信号に偏差|h|が発生すると共に、大きい偏差として発生するため、異常と誤判定することは避けられない。このような不可避な偏差を異常診断の対象から除去して異常診断の精度を高めることができる。
 また、EGR制御弁29の故障は、弁駆動部の摺動摩擦抵抗の増大に起因することが多く、弁摺動摩擦の影響を受けると、開度変化の途中でひっかかったり滑ったりを繰り返すステックスリップ現象がおきるなど、特に微小な開度変化に対して偏差が出やすくなる。このため、微小な開度変化に対する追従誤差に着目すると異常現象の早期発見に有利である。
 従って、過渡状態ではない定常状態における開度指令信号と実開度信号を用いることで、微小な開度変化に対する追従誤差に着目した精度良い異常判定が可能になり異常現象の早期発見に有効である。
(第2実施形態)
 第2実施形態を、図3の構成ブロック図を参照して説明する。第2実施形態は、第1実施形態のEGR制御弁29に入力されていたEGR制御弁開度指令信号uに代えて、変動成分分離手段54を通過して分離されたEGR制御弁開度指令信号の基本成分の信号をEGR制御弁29に入力するものである。その他の構成は、第1実施形態と同様であり説明は省略する。
 図3に示すように、第2実施形態では、EGR制御弁29に入力される開度指令信号が変動成分分離手段54によって分離された弁開度指令信号の基本成分の信号であるので、EGR制御弁29は弁開度指令信号に含まれる変動成分の影響を受けないため、EGR制御弁29変動成分によって小刻みに動くことが防止されて、EGR制御弁29の不要な動きが防止されることで耐久性を向上でき、EGR制御弁29の寿命を延ばすことができる。
 図9に示すように、EGR制御弁の特性には不感帯領域Rが存在し、その領域においては無駄な小刻みな動き、さらには、この小刻みな動きを防止するためにヒステリシス機能を付与しても持続的な振動が生じる問題があるが、本第2実施形態によれば、EGR制御弁29に入力される開度指令信号が、変動成分分離手段54によって分離された弁開度指令信号の基本成分による信号で作動するため、このような小刻みの動きや、持続的な振動を回避することができ、EGR制御弁の耐久性を向上し、EGR制御弁29の寿命を延長できる。
 また、変動成分分離手段54によって分離された弁開度指令信号の基本成分の信号によってEGR制御弁29の作動が制御されるため、EGR制御弁29の弁開度の制御が正確かつ確実に実行される。
 さらに、前記第1実施形態で説明したように、変動成分分離手段54によって分離された弁開度指令信号の基本成分の信号は、従来の一次遅れフィルター方式に比して、信号の立ち上がりの点おいても、また変動成分の除去においても優れた特性を有しているため、EGR制御弁29の作動自体の応答性が向上し、エンジンの排ガス性能の向上さらにエンジンの出力性能の向上にも効果的である。
 すなわち、第2実施形態によれば、第1実施形態によって得られるEGR制御弁29の異常診断を行うEGR制御弁診断装置58の故障判定精度を向上する作用効果に加えて、EGR制御弁の耐久性を向上して寿命を延長でき、さらに、EGR制御弁29自体による排ガス浄化作用の向上をも得ることができる。
(第3実施形態)
 第3実施形態を、図10を参照して説明する。第1実施形態および第2実施形態では、基本成分算出部60において変動成分除去不感帯器64を用いている。
 しかし、本願の作用効果は前記変動成分除去不感帯器64に設定される変動成分除去関数のような設定閾値dを閾値にしてゼロになる特性に限るものではない。第3実施形態は、図10に示す変動成分除去不感帯器74のように、ゼロの不感帯に替えて原点付近の傾きを小さく設定した変動成分除去関数を用いている。
 これによって、第1実施形態および第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第4実施形態)
 第4実施形態を、図11を参照して説明する。第4実施形態は、変動成分除去不感帯器76に設定される変動成分除去関数が、図11のように設定閾値dからステップ状に立ち上がってから傾斜状に上昇する特性のものである。このような変動成分除去関数を用いても、第1実施形態および第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
 第1実施形態~第4実施形態のように、原点付近でゼロまたは、勾配を小さくことが本質的であり、そのような特性に設定すれば、本願の効果を得ることは可能となる。
 本発明によれば、排ガス再循環装置に備えられるEGR制御弁の故障判定の精度を向上できるので、内燃機関の排ガス再循環装置への利用に適している。
 

Claims (6)

  1.  排気通路と吸気通路とを連結するEGRガス通路に設けられてEGRガス量を制御するEGR制御弁を備えた内燃機関の排ガス再循環装置において、
     内燃機関の運転状態に基づき前記EGR制御弁の開度指令信号を出力する開度指令信号出力手段と、
     該開度指令信号出力手段からの弁開度指令信号を基本成分と該弁基本成分に重畳して生成されている変動成分とに分離する変動成分分離手段と、
     該変動成分分離手段で分離された変動成分の大きさに基づいてEGR制御弁が定常状態にあるか過渡状態にあるかを判定する変動成分判定手段と、
     前記変動成分判定手段によって定常状態にあると判定したときに前記EGR制御弁の異常診断を行うEGR制御弁診断装置と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排ガス再循環装置。
  2.  前記変動成分分離手段は、弁開度指令信号から弁開度指令信号の基本成分を算出する基本成分算出部と、前記弁開度指令信号から前記基本成分算出部で算出された基本成分を差し引く加減算器とを有し、該加減算器で前記弁開度指令信号から前記基本成分を差し引いて弁開度指令信号変動成分を算出することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排ガス再循環装置。
  3.  前記基本成分算出部は、変動成分除去不感帯器と、該変動成分除去不感帯器の出力信号を補正する補正ゲイン器と、該補正ゲイン器の出力信号を積分する積分器とを備えて構成されることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の排ガス再循環装置。
  4.  前記変動成分判定手段は、前記加減算器で前記弁開度指令信号から前記基本成分を差し引いて生成された前記弁開度指令信号変動成分の信号が閾値内の信号であるかを判定する定常状態判定器と、該閾値内の出力が一定時間継続したときオンにするオンディレイタイマとを備えて構成されることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の排ガス再循環装置。
  5.  前記EGR制御弁診断装置は、EGR制御弁に入力される弁開度指令信号とEGR制御弁の実開度信号とに基づいて診断するとともに、前記EGR制御弁に入力される弁開度指令信号が前記開度指令信号出力手段からの弁開度指令信号であることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排ガス再循環装置。
  6.  前記EGR制御弁診断装置は、EGR制御弁に入力される弁開度指令信号とEGR制御弁の実開度信号とに基づいて診断するとともに、前記EGR制御弁に入力される弁開度指令信号が前記変動成分分離手段によって分離された基本成分の信号であることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排ガス再循環装置。
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