JP2012087624A - 内燃機関の異常検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】EGR系を備える過給機付きの内燃機関において、EGR弁の閉異常を高精度に検出する。
【解決手段】ツインエントリ型のターボチャージャ30と、第1,第2の気筒群の排気ガスをタービン301のそれぞれの入口に流入させる第1,第2の排気マニホールド32,34と、第1の排気マニホールド32と吸気マニホールド12とを接続するEGR通路42の途中に配設されたEGR弁44と、第1,第2の気筒群の気筒にそれぞれ設けられた筒内圧センサ20と、を備え、EGR弁44への全閉要求が出されているときに、筒内圧センサ20を用いて第1,第2の気筒群の気筒の吸入空気量をそれぞれ算出する(ステップ100〜102)。第1,第2の気筒群の気筒の吸入空気量の差が所定の基準値よりも大きい場合に、EGR弁44に閉異常が発生していることを判定する(ステップ104〜106)。
【選択図】図3
【解決手段】ツインエントリ型のターボチャージャ30と、第1,第2の気筒群の排気ガスをタービン301のそれぞれの入口に流入させる第1,第2の排気マニホールド32,34と、第1の排気マニホールド32と吸気マニホールド12とを接続するEGR通路42の途中に配設されたEGR弁44と、第1,第2の気筒群の気筒にそれぞれ設けられた筒内圧センサ20と、を備え、EGR弁44への全閉要求が出されているときに、筒内圧センサ20を用いて第1,第2の気筒群の気筒の吸入空気量をそれぞれ算出する(ステップ100〜102)。第1,第2の気筒群の気筒の吸入空気量の差が所定の基準値よりも大きい場合に、EGR弁44に閉異常が発生していることを判定する(ステップ104〜106)。
【選択図】図3
Description
この発明は、内燃機関の異常検出装置に係り、特に、EGR系を備える内燃機関の異常検出装置に関する。
従来、例えば、特開2002−227727号公報に開示されているように、排気ガスの一部を吸気系へ還流させる排気還流(EGR)装置を有する内燃機関の異常検出装置が知られている。この装置では、エンジンの回転速度に基づき算出された吸気圧力の推定値と検出された実測値との偏差が所定値以上となった場合に、EGR装置が異常であると判定される。
ところで、過給機を備える内燃機関においては、吸気圧(過給圧)が背圧よりも高くなる運転領域が存在する。このような運転領域において、異物の噛み込み等に起因するEGR弁の全閉異常が発生すると、新気がEGR通路を介して排気通路へ流れてしまい、触媒の異常過熱(以下、「触媒OT」と称する)を引き起こす可能性がある。そこで、過給機を備える内燃機関に対して上記従来の技術を適用し、EGR弁の閉異常を検出することが考えられる。しかしながら、吸気圧(過給圧)が背圧よりも高くなる運転領域においては、EGR弁の閉異常の発生に起因する吸気圧力の変化が小さい。このため、吸気圧力の実測値と推定値とを比較してEGR装置の異常を判定する上記従来の装置では、高精度にEGR弁の閉異常を検出できないおそれがある。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、EGR系を備える過給機付きの内燃機関において、EGR弁の閉異常を高精度に検出することのできる内燃機関の異常検出装置を提供することを目的とする。
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の異常検出装置であって、
複数気筒を有する内燃機関と、
二つの入口を有するタービンを備えたターボチャージャと、
前記複数気筒を2群に分けた第1,第2の気筒群のうち、前記第1の気筒群の排気ガスを前記タービンの一方の入口に流入させる第1の排気通路と、
前記第2の気筒群の排気ガスを前記タービンの他方の入口に流入させる第2の排気通路と、
前記第1の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するEGR通路と、
前記EGR通路の途中に配設されたEGR弁と、
前記第1,第2の気筒群の気筒にそれぞれ設けられた筒内圧センサと、
前記EGR弁への全閉要求が出されているときに、前記筒内圧センサによって検出される筒内圧に基づいて前記第1,第2の気筒群の気筒の吸入空気量をそれぞれ算出する吸入空気量算出手段と、
前記第1の気筒群の気筒の吸入空気量と前記第2の気筒群の気筒の吸入空気量との差が所定の基準値よりも大きい場合に、前記EGR弁に閉異常が発生していることを判定する判定手段と、
を備えることを特徴としている。
複数気筒を有する内燃機関と、
二つの入口を有するタービンを備えたターボチャージャと、
前記複数気筒を2群に分けた第1,第2の気筒群のうち、前記第1の気筒群の排気ガスを前記タービンの一方の入口に流入させる第1の排気通路と、
前記第2の気筒群の排気ガスを前記タービンの他方の入口に流入させる第2の排気通路と、
前記第1の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するEGR通路と、
前記EGR通路の途中に配設されたEGR弁と、
前記第1,第2の気筒群の気筒にそれぞれ設けられた筒内圧センサと、
前記EGR弁への全閉要求が出されているときに、前記筒内圧センサによって検出される筒内圧に基づいて前記第1,第2の気筒群の気筒の吸入空気量をそれぞれ算出する吸入空気量算出手段と、
前記第1の気筒群の気筒の吸入空気量と前記第2の気筒群の気筒の吸入空気量との差が所定の基準値よりも大きい場合に、前記EGR弁に閉異常が発生していることを判定する判定手段と、
を備えることを特徴としている。
第1の発明によれば、二つの入口を有するタービンを備えたツインエントリーターボチャージャを有する内燃機関において、EGR通路に連通する第1の排気通路に連通する第1の気筒群の気筒の吸入空気量と、EGR通路に連通していない第2の排気通路に連通する第2の気筒群の気筒の吸入空気量と差が所定の基準値よりも大きい場合に、EGR弁の閉異常の発生が判定される。EGR弁に閉異常が発生している場合には、EGR通路に連通している第1の気筒群の排気脈動がエンジン回転一次の周波数で吸気脈動に影響を与える。このため、本発明によれば、第1の気筒群の気筒の吸入空気量と第2の気筒群の気筒それとを比較することにより、EGR弁の閉異常を高精度に検出することが可能となる。
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1としてのシステム構成を説明するための簡易図である。図1に示すように、本実施の形態のシステムは内燃機関10を備えている。内燃機関10は、#1→#3→#4→#2の順に爆発を繰り返す4気筒エンジンとして構成されている。内燃機関10には、吸気マニホールド12を介して、吸気通路14が接続されており、吸気通路14の途中には、インタークーラ16、スロットルバルブ18等が設けられている。スロットルバルブ18は、アクセル開度等に基づいて吸気通路14を開閉し、その開度に応じて吸入空気量を増減させる。また、内燃機関10の各気筒には、筒内圧を検出するための筒内圧センサ(CPS)20がそれぞれ設けられている。
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1としてのシステム構成を説明するための簡易図である。図1に示すように、本実施の形態のシステムは内燃機関10を備えている。内燃機関10は、#1→#3→#4→#2の順に爆発を繰り返す4気筒エンジンとして構成されている。内燃機関10には、吸気マニホールド12を介して、吸気通路14が接続されており、吸気通路14の途中には、インタークーラ16、スロットルバルブ18等が設けられている。スロットルバルブ18は、アクセル開度等に基づいて吸気通路14を開閉し、その開度に応じて吸入空気量を増減させる。また、内燃機関10の各気筒には、筒内圧を検出するための筒内圧センサ(CPS)20がそれぞれ設けられている。
本実施形態の内燃機関10には、ターボチャージャ30が備えられている。ターボチャージャ30は、内燃機関10の排気ガスのエネルギによって作動するタービン301と、
このタービン301によって駆動されるコンプレッサ302と、を有している。コンプレッサ302には、上述した吸気通路14が接続されている。コンプレッサ302により、吸入空気を圧縮することができる。
このタービン301によって駆動されるコンプレッサ302と、を有している。コンプレッサ302には、上述した吸気通路14が接続されている。コンプレッサ302により、吸入空気を圧縮することができる。
タービン301は、二つの入口を有している。すなわち、このターボチャージャ30は、ツインエントリ型(ツインスクロール型)のものである。タービン301の一方の入口には、第1の排気マニホールド32が接続されており、他方の入口には、第2の排気マニホールド34が接続されている。第1の排気マニホールド32は、#2気筒および#3気筒に接続されている。すなわち、#2気筒から排出される排気ガスと、#3気筒から排出される排気ガスとは、第1の排気マニホールド32において合流し、タービン301の一方の入口に流入する。以下、#2気筒および#3気筒で構成される気筒群を「第1の気筒群」と称する。
一方、第2の排気マニホールド34は、#1気筒および#4気筒に接続されている。すなわち、#1気筒から排出される排気ガスと、#4気筒から排出される排気ガスとは、第2の排気マニホールド34において合流し、タービン301の他方の入口に流入する。以下、#1気筒および#4気筒で構成される気筒群を「第2の気筒群」と称する。このようなツインエントリ型のターボチャージャ30によれば、気筒間の排気脈動の干渉を抑制することができ、優れた過給特性が得られる。
タービン301の出口には、排気通路36が接続されている。排気通路36の途中には、排気ガスを浄化する触媒38が設置されている。触媒38は、例えば、酸素吸蔵機能を有する三元触媒で構成される。
また、内燃機関10は、排気ガスを吸気系に還流させるEGR手段としてのEGR装置を備えている。EGR装置は、第1の排気マニホールド32と吸気マニホールド12との間に接続されたEGR通路42と、該EGR通路42の途中に配設されたEGR弁44、およびEGRクーラ46により構成されている。EGR弁44は、その開度に応じて吸気系に還流される排気ガス(EGRガス)の量を調整したり、排気ガスの還流動作を停止させること(全閉)が可能となっている。
更に、本実施の形態のシステムは、図1に示すとおり、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50の入力部には、上述した筒内圧センサ20他、クランク軸の回転位置を検知するためのクランク角センサ等の各種センサが接続されている。また、ECU50の出力部には、上述したスロットルバルブ18、EGR弁44等の各種アクチュエータが接続されている。ECU50は、入力された各種の情報に基づいて、内燃機関10の運転状態を制御する。
[実施の形態1の動作]
次に、図1および図2を参照して、本実施の形態のシステムの動作について説明する。排気還流(EGR)は、EGR通路42を通して、第1の排気マニホールド32を流通する排気ガス(既燃ガス)の一部を吸気マニホールド12へ還流させることにより行われる。より具体的には、内燃機関10の機関回転数や機関負荷率等の運転状態に応じてEGR弁44の開度が調整されて、排気ガスの一部が筒内へ導入される。EGRが行われると冷損を低減させることができるため、燃料消費率(燃費)を効果的に向上させることができる。
次に、図1および図2を参照して、本実施の形態のシステムの動作について説明する。排気還流(EGR)は、EGR通路42を通して、第1の排気マニホールド32を流通する排気ガス(既燃ガス)の一部を吸気マニホールド12へ還流させることにより行われる。より具体的には、内燃機関10の機関回転数や機関負荷率等の運転状態に応じてEGR弁44の開度が調整されて、排気ガスの一部が筒内へ導入される。EGRが行われると冷損を低減させることができるため、燃料消費率(燃費)を効果的に向上させることができる。
ここで、本実施の形態のシステムのように、ターボチャージャ30を備える内燃機関10においては、過給圧(吸気圧)が背圧よりも高くなる運転領域が存在する。このような高過給運転領域では、EGR弁44を開弁してもEGRガスを還流させることができないため、通常EGR弁44は全閉状態に制御される。
しかしながら、このようなEGR弁44を全閉に制御する運転領域において、異物の噛み込み等に起因するEGR弁44の全閉異常が発生すると、第1の排気マニホールド32と吸気マニホールド12とが意図せずに連通してしまう。この場合、過給圧(吸気圧)が背圧よりも高い場合には、新気がEGR通路42を介して触媒38へ流れてしまい、触媒OTを引き起こす可能性がある。
そこで、本出願の発明者は、EGR弁44の閉異常が発生しているときには、第1の排気マニホールド32の排気脈動が吸気脈動に影響を与えることに着目し、鋭意研究を重ねた。図2は、クランク角に対する吸気管圧力の変化を示す図である。尚、この図における鎖線はEGR弁44の閉弁異常が発生していない場合を、実線は閉弁異常が発生している場合をそれぞれ示している。
図2に鎖線で示すとおり、EGR弁44の閉異常が発生していない場合においては、吸気脈動がほぼ一定の振幅で発生する。各気筒に吸入される吸入空気量は、吸気行程時の吸気管圧力によって変化する。このため、上述したEGR弁44の閉異常が発生していない場合においては、気筒間の吸入空気量に大きなバラツキが発生することなない。
一方、図2に実線で示すとおり、EGR弁44の閉異常が発生している場合においては、大きな振幅と小さな振幅とが交互に発生する吸気脈動が発生している。これは、EGR通路42の一端が接続されている第1の排気マニホールド32の排気脈動が関係している。すなわち、第1の排気マニホールド32の排気脈動は、第1の気筒群の排気行程の周期(360°CA周期)で発生する。そして、EGR弁44の閉異常が発生している場合には、この第1の排気マニホールド32の排気脈動がエンジン回転一次の周波数として吸気脈動に重畳する。その結果、第1の気筒群の気筒の排気行程時(すなわち第2の気筒群の気筒の吸気行程時)の吸気管圧力は、第2の気筒群の気筒の排気行程時(すなわち第1の気筒群の気筒の吸気行程時)のそれよりも高くなる。上述したとおり、各気筒に吸入される吸入空気量は、吸気行程時の吸気管圧力によって変化する。このため、EGR弁44の閉異常が発生している場合には、吸入空気量が高い気筒(すなわち第2の気筒群の気筒)と低い気筒(すなわち第1の気筒群の気筒)とが存在することとなる。
そこで、本実施の形態では、EGR弁44の全閉指令が出されている状態において、第1の気筒群の吸入空気量の平均値と第2の気筒群の吸入空気量の平均値との差が所定の基準値よりも大きい場合に、EGR弁44に閉異常が発生していると判定することとする。各気筒の吸入空気量は、圧縮行程や吸気行程での筒内圧センサ20の出力を利用した公知の方法で精度よく算出することができる。このため、係る吸入空気量を用いることにより、EGR弁44の閉異常を高精度に検出することが可能となる。
[実施の形態1の具体的処理]
次に、図3を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図3は、ECU50が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図3に示すルーチンは、内燃機関10の運転中に繰り返し実行されるものとする。
次に、図3を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図3は、ECU50が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図3に示すルーチンは、内燃機関10の運転中に繰り返し実行されるものとする。
図3に示すルーチンでは、先ず、EGR弁44への開度指令値が全閉か否かが判定される(ステップ100)。その結果、EGR弁44への全閉指令が出ていないと判断された場合には、該EGR弁44の異常検出を行うことができないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。一方、上記ステップ100において、EGR弁44への全閉指令が出ていないと判断された場合には、該EGR弁44の異常検出を実行可能と判断されて、次のステップに移行し、気筒別の吸入空気量が算出される(ステップ102)。ここでは、具体的には、先ず、各気筒に設けられた筒内圧センサ20の検出値がそれぞれ取り込まれる。そして、各気筒の圧縮行程の筒内圧に基づいて吸入空気量が算出される。
次に、第1気筒群(#2および#3気筒)の吸入空気量の平均値と第2気筒群(#1および#4気筒)の吸入空気量の平均値との差が所定の基準値よりも大きいか否かが判定される(ステップ104)。その結果、当該吸入空気量の差が所定の基準値よりも大きいと判定された場合には、第1気筒群の排気脈動が第2気筒群の吸気脈動に影響を与えていると判断されて、次のステップに移行し、EGR弁44の閉異常が判定される(ステップ106)。
一方、上記ステップ104において、当該吸入空気量の差が所定の基準値以下であると判定された場合には、第1気筒群の排気脈動が第2気筒群の吸気脈動に影響を与えていないと判断されて、次のステップに移行し、EGR弁44の正常が判定される(ステップ108)。
以上説明したとおり、本実施の形態1のシステムによれば、筒内圧センサ20を用いて各気筒の吸入空気量を精度よく算出することができる。このため、係る吸入空気量を用いることにより、EGR弁44の閉異常を高精度に判定することが可能となる。
ところで、上述した実施の形態1のシステムでは、第1の気筒群の吸入空気量として、当該第1の気筒群の属する#2および#3気筒の吸入空気量の平均値を用いることとしているが、使用する吸入空気量はこれに限られない。すなわち、第1の気筒群に属する気筒の中から選択された1つの気筒の吸入空気量を用いることとしてもよい。尚、このことは、第2の気筒群の吸入空気量に関しても同様である。また、この場合においては、全ての気筒に筒内圧センサ20を設ける必要はなく、吸入空気量を算出する気筒のみに筒内圧センサ20を設ければよい。
尚、上述した実施の形態1においては、#2および#3気筒が前記第1の発明における「第1の気筒群」に、#1および#4気筒が前記第1の発明における「第2の気筒群」に、吸気マニホールド12が前記第1の発明における「吸気通路」に、第1の排気マニホールド32が前記第1の発明における「第1の排気通路」に、第2の排気マニホールド34が前記第1の発明における「第2の排気通路」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ102の処理を実行することにより、前記第1の発明における「吸入空気量算出手段」が、上記ステップ104および106の処理を実行することにより、前記第1の発明における「判定手段」が、それぞれ実現されている。
10 内燃機関
12 吸気マニホールド
14 吸気通路
16 インタークーラ
18 スロットルバルブ
20 筒内圧センサ
30 ターボチャージャ
301 タービン
302 コンプレッサ
32 第1の排気マニホールド
34 第2の排気マニホールド
36 排気通路
38 触媒
42 EGR通路
44 EGR弁
46 EGRクーラ
50 ECU(Electronic Control Unit)
12 吸気マニホールド
14 吸気通路
16 インタークーラ
18 スロットルバルブ
20 筒内圧センサ
30 ターボチャージャ
301 タービン
302 コンプレッサ
32 第1の排気マニホールド
34 第2の排気マニホールド
36 排気通路
38 触媒
42 EGR通路
44 EGR弁
46 EGRクーラ
50 ECU(Electronic Control Unit)
Claims (1)
- 複数気筒を有する内燃機関と、
二つの入口を有するタービンを備えたターボチャージャと、
前記複数気筒を2群に分けた第1,第2の気筒群のうち、前記第1の気筒群の排気ガスを前記タービンの一方の入口に流入させる第1の排気通路と、
前記第2の気筒群の排気ガスを前記タービンの他方の入口に流入させる第2の排気通路と、
前記第1の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するEGR通路と、
前記EGR通路の途中に配設されたEGR弁と、
前記第1,第2の気筒群の気筒にそれぞれ設けられた筒内圧センサと、
前記EGR弁への全閉要求が出されているときに、前記筒内圧センサによって検出される筒内圧に基づいて前記第1,第2の気筒群の気筒の吸入空気量をそれぞれ算出する吸入空気量算出手段と、
前記第1の気筒群の気筒の吸入空気量と前記第2の気筒群の気筒の吸入空気量との差が所定の基準値よりも大きい場合に、前記EGR弁に閉異常が発生していることを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の異常検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010232280A JP2012087624A (ja) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | 内燃機関の異常検出装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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