JP3089390B2 - 内燃機関の排気還流装置における診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気還流装置
における診断装置に関し、特に、排気還流量を変化させ
たときの燃焼圧変化に基づいて診断を行う装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、自動車用内燃機関において、
機関排気中のＮＯｘを低減するための装置として、機関
排気の一部を吸気マニホールドへ還流させることによ
り、最高燃焼温度を下げて、ＮＯｘの生成を減少させる
排気還流装置（ＥＧＲ）が知られている。

【０００３】ここで、前記排気還流装置の故障によって
所期の排気還流が行えなくなると、ＮＯｘ排出量を増大
させることになってしまうため、排気還流装置の故障を
診断し得る装置が必要となる。そこで、本出願人は、排
気還流のＯＮ・ＯＦＦによって機関の出力トルクが変化
する特性に着目し、排気還流を強制的にＯＮ・ＯＦＦ制
御させたときの燃焼圧の変化に基づいて診断を行う診断
装置を先に提案した（特願平５−７８１７７号参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
診断装置は、機関の出力変化を招くことになる排気還流
のＯＮ・ＯＦＦ制御を行って診断を行う構成であるか
ら、正常に排気還流量が変化すれば実際に出力変化が発
生し、診断制御に伴って運転性を悪化させることになっ
てしまうという問題があった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、排気還流量制御に伴って発生する燃焼圧変化に基
づく診断を行わせつつ、出力変動の発生を回避できる排
気還流装置の診断装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１の発明
にかかる診断装置は、機関排気の一部を排気還流制御弁
が介装された排気還流通路を介して機関の吸気系に還流
させる内燃機関の排気還流装置における診断装置であっ
て、図１に示すように構成される。図１において、筒内
圧検出手段は、機関の特定気筒の筒内圧を検出する。

【０００７】また、強制開閉手段は、前記排気還流制御
弁を所定の診断条件成立時に強制的に開閉制御する。そ
して、診断手段は、強制開閉手段による前記排気還流制
御弁の開閉制御に伴って前記筒内圧検出手段で検出され
た前記特定気筒における筒内圧の変化に基づいて、排気
還流装置における異常の有無を判別する。

【０００８】ここで、点火時期補正手段は、強制開閉手
段による前記排気還流制御弁の開閉制御時に、排気還流
量の変化による機関出力トルクの変化を抑制する方向
に、前記特定気筒以外の気筒の点火時期を補正する。請
求項２の発明にかかる内燃機関の排気還流装置における
診断装置では、前記強制開閉手段が、前記排気還流制御
弁の開度を段階的に徐々に変化させる構成とした。

【０００９】請求項３の発明にかかる内燃機関の排気還
流装置における診断装置では、前記診断手段が、筒内圧
検出手段で検出される筒内圧を所定積分区間で積分し、
前記排気還流制御弁の開閉制御に伴って発生した前記筒
内圧積分値の変化幅と運転条件に基づく前記変化幅の予
測値とを比較して異常の有無を判別する構成とした。

【００１０】

【作用】請求項１の発明にかかる内燃機関の排気還流装
置における診断装置によると、排気還流制御弁を強制的
に開閉制御して排気還流量を変化させるようにし、実際
に排気還流量が変化したか否かを、特定気筒における筒
内圧（燃焼圧）変化に基づいて判断する。

【００１１】一方、前記診断のために筒内圧が検出され
る特定気筒以外でも、そのままでは排気還流量の変化に
伴って燃焼圧変化が生じることになり、これでは、各気
筒で一斉に燃焼圧変化が同じように発生して大きな出力
変動を招くことになってしまう。ここで、診断とは無関
係な前記特定気筒以外では、排気還流量の変化に対応す
る燃焼圧変化を生じさせる必要はないから、前記特定気
筒以外で出力変動を抑制する方向に点火時期を補正し、
機関全体としては排気還流量の変化による出力変動が充
分に抑制されるようにした。

【００１２】請求項２の発明にかかる内燃機関の排気還
流装置における診断装置によると、排気還流制御弁の開
度を段階的に徐々に変化させ、排気還流量が大きく急変
することを抑制することで、点火時期の補正によるトル
ク変動抑制の効果が安定的に得られるようにした。排気
還流量の変化による出力トルクの変動を、点火時期の補
正によって完全に無くすことは困難であり、排気還流量
が急変する場合ほど補正しきれない比較的大きなトルク
変動を発生させてしまうことになるので、排気還流量の
変化を小さくして、補正しきれないで発生するトルク変
動を極力小さくするようにした。

【００１３】請求項３の発明にかかる内燃機関の排気還
流装置における診断装置によると、特定気筒で検出され
る筒内圧を用いた診断において、筒内圧の瞬時値を用い
るのではなく、所定の積分区間における積分値を用いる
ことで、ノイズ等の影響で誤診断が発生することを回避
する一方、排気還流量の変化による筒内圧（燃焼圧）の
変化は運転条件によって変化するので、運転条件から予
測される変化幅と実際に検出した変化幅とを比較するこ
とで、運転条件毎に高精度な診断が行えるようにした。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
のシステム構成を示す図２において、内燃機関１には、
エアクリーナ２，吸気ダクト３，吸気マニホールド４を
介して空気が吸入される。前記吸気ダクト３には、図示
しないアクセルペダルと連動するバタフライ式のスロッ
トル弁５が介装されており、該スロットル弁５によって
機関の吸入空気量が調整されるようになっている。

【００１５】また、前記吸気マニホールド４の各ブラン
チ部には、各気筒別に電磁式の燃料噴射弁６が設けられ
ており、該燃料噴射弁６から噴射供給される燃料量の電
子制御によって所定空燃比の混合気が形成される。シリ
ンダ内に吸気弁７を介して吸引された混合気は、点火栓
８による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は排気
弁９を介して排出され、排気マニホールド10によって図
示しない触媒，マフラーに導かれる。

【００１６】また、前記排気マニホールド10と吸気マニ
ホールド４とを連通させる排気還流通路11が設けられ、
該排気還流通路11にはＥＧＲ制御弁12（排気還流制御
弁）が介装されている。前記ＥＧＲ制御弁12が開かれる
と、排気系と吸気系との圧力差によって排気の一部が機
関吸気系に還流され、かかる排気還流により燃焼温度が
低下し、以て、ＮＯｘ排出量の減少が図られる。

【００１７】尚、前記排気還流通路11の有効開口面積を
制御する排気還流制御弁は、例えばダイヤフラム式バル
ブと、該バルブに対する動作圧（機関負圧）の供給をコ
ントロールする電磁弁との組み合わせなどであっても良
い。前記燃料噴射弁６及びＥＧＲ制御弁12を制御するコ
ントロールユニット13は、マイクロコンピュータを含ん
で構成され、エアフローメータ14からの吸入空気量信号
Ｑ，スロットルセンサ15からのスロットル弁開度信号Ｔ
ＶＯ，クランク角センサ16からのクランク角信号（機関
回転信号），筒内圧センサ17（筒内圧検出手段）からの
筒内圧信号等が入力される。

【００１８】前記エアフローメータ14は、例えば感温抵
抗の吸入空気量による抵抗変化に基づいて機関１の吸入
空気量を質量流量として検出するものである。前記スロ
ットルセンサ15は、スロットル弁５の開度ＴＶＯをポテ
ンショメータによって検出するものである。前記クラン
ク角センサ16は、例えばフライホイールのリングギヤを
検知する電磁ピックアップを含んでなり、単位角度毎の
検出パルスを出力する。ここで、前記クランク角センサ
16からの検出信号に基づいて機関回転速度Ｎｅを算出可
能である。

【００１９】前記筒内圧センサ17は、実開昭６３−１７
４３２号公報に開示されるように、圧電素子を含んで構
成されるリング状のセンサであって、点火栓８の座金と
して装着されるものであり、点火栓８が燃焼圧を受けて
リフトしてそのセット荷重が変化することで、燃焼圧に
対応する信号を出力するものである。本実施例では、４
気筒機関１において特定気筒としての＃１気筒にのみ前
記筒内圧センサ17を設けてある。尚、全気筒に筒内圧セ
ンサ17を設ける構成としても良いが、少なくとも後述す
る排気還流装置の診断においては、一部の気筒の筒内圧
のみを用いるため、診断用としては１気筒にのみ筒内圧
センサ17を備える構成で必要充分である。

【００２０】前記コントロールユニット13は、機関運転
条件に基づいて要求排気還流率を決定し、該要求排気還
流率に基づいて前記ＥＧＲ制御弁12の開度を制御すると
共に、前記燃料噴射弁６による燃料噴射量を制御する。
前記燃料噴射弁６の噴射量の制御は以下のようにして行
なわれる。即ち、前記熱線式エアフローメータ14で検出
された吸入空気量Ｑと、クランク角センサ16からの検出
信号から算出した機関回転速度Ｎｅとに基づいて基本燃
料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅ：Ｋは定数）を算出し、
該基本燃料噴射量Ｔｐに冷却水温度などの運転条件に応
じた補正を施して最終的な燃料噴射量Ｔｉを求める。そ
して、前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の駆動パ
ルス信号を前記燃料噴射弁６に所定タイミングで出力す
る。燃料噴射弁６には、図示しないプレッシャレギュレ
ータで所定圧力に調整された燃料が供給されるようにな
っており、前記駆動パルス信号のパルス幅に比例する量
の燃料を噴射供給する。

【００２１】一方、コントロールユニット13によるＥＧ
Ｒ制御弁12の制御（排気還流制御）は、基本的に、機関
負荷と機関回転速度Ｎｅとに応じて要求排気還流率を求
め、該要求排気還流率を前記ＥＧＲ制御弁12への制御信
号に変換して行なわれる。また、コントロールユニット
13は、前記排気還流通路11，ＥＧＲ制御弁12からなる排
気還流装置の異常診断を行う機能を有しており、図３の
フローチャートに従って、前記異常診断の詳細を説明す
る。

【００２２】尚、本実施例において、強制開閉手段，診
断手段，点火時期補正手段としての機能は、前記図３の
フローチャートに示すように、コントロールユニット13
がソフトウェア的に備えている。図３のフローチャート
において、ステップ１（図中ではＳ１としてある。以下
同様）では、診断の禁止条件が成立しているか否かを判
別する。

【００２３】ここで、始動時の冷却水温度が所定温度未
満であったときや、以下に示す診断によってＯＫ又はＮ
Ｇの判定がなされてからキースイッチがＯＦＦされるま
での間を、前記禁止条件とすることが好ましい。禁止条
件が成立していない場合には、ステップ２へ進み、所定
の診断領域に該当しているか否かを判別する。

【００２４】前記診断領域は、予め機関回転数，機関負
荷，冷却水温度がそれぞれ所定の範囲内の運転条件とし
て特定される。尚、前記診断領域は、通常制御によって
排気還流が行われる領域としてある。前記診断領域に該
当しているときには、次にステップ３で機関が定常運転
状態であるか否かを判別する。前記定常判別は、機関回
転数，機関負荷，スロットル弁開度の時間変化率が所定
範囲内であるか否かに基づいて行われる。

【００２５】定常判定されると、ステップ４へ進み、Ｅ
ＧＲ制御弁12を強制的に全閉にまで閉じて排気還流を停
止させる。本実施例の診断では、排気還流量を変化させ
たときにかかる変化に見合った筒内圧（燃焼圧）変化が
生じたか否かに基づいて、制御に見合った排気還流量の
変化が実際に発生した否かを判別するが、ＥＧＲ制御弁
12を全閉にして排気還流量を大きく変化させると、機関
出力トルクが急変することになってしまう。

【００２６】このため、本実施例では、排気還流量の変
化による機関出力トルクの変化を、点火時期の補正によ
って相殺して、機関出力トルクの変動を抑制するが、排
気還流量の変化に見合うだけの燃焼圧変化が発生したか
否で排気還流装置の診断を行うから、診断用に筒内圧が
検出される＃１気筒においても点火時期を補正してしま
うと、実質的に診断が行えないことになってしまう。

【００２７】そこで、次のステップ５では、診断用に筒
内圧を検出する＃１気筒を除く、＃２〜＃４気筒におい
て、排気還流の停止による出力トルクの増大を相殺すべ
く、点火時期を所定角度だけ遅角補正する（図４参
照）。これによって、診断のために排気還流を停止させ
ても、出力トルクが大きく変化することが抑制され、運
転性の悪化が回避される。

【００２８】尚、点火時期の補正は、診断用に筒内圧を
検出する＃１気筒を除く全ての気筒で行う必要はなく、
例えば＃２〜＃４気筒のうちの２つの気筒でのみ行う構
成であっても良い。更に、診断用の筒内圧を検出する気
筒を例えば２つの気筒として、点火時期補正をそれ以外
の２つの気筒で行う構成であっても良い。そして、ステ
ップ６では、前記ステップ４の処理による排気還流の停
止状態において、前記筒内圧センサ11で検出される＃１
気筒の筒内圧を、所定の積分区間（例えばＴＤＣ〜ＡＴ
ＤＣ100 °）で積分した筒内圧積分値ＩＭＥＰを求め
る。上記のように、筒内圧の瞬時値ではなく所定の積分
区間において筒内圧を積分させて診断に用いることで、
ノイズ等の影響を受けずに排気還流の影響による燃焼圧
変化を精度良く捉えることができる。

【００２９】尚、ＥＧＲ制御弁12を全閉してから所定時
間だけ経って、排気還流の停止状態で機関が安定してか
ら前記積分値ＩＭＥＰを算出させることが好ましい。排
気還流の停止状態において＃１気筒で筒内圧積分値ＩＭ
ＥＰを求めると、次にステップ７へ進み、ＥＧＲ制御弁
12を強制的に所定開度（全開又は所定中間開度）まで開
いて排気還流を再開させる。

【００３０】排気還流の再開は、機関出力トルクを低下
させることになるので、次のステップ８では、前記ステ
ップ５で＃２〜＃４気筒に与えていた遅角補正量を零に
戻すことで、排気還流停止中を基準にすれば点火時期を
進角補正し、前記排気還流の再開による出力低下を抑制
し、以て、出力トルクの変動が発生することを抑止す
る。

【００３１】そして、ステップ９では、排気還流再開後
の＃１気筒における筒内圧積分値ＩＭＥＰを、前記ステ
ップ６と同様にして求める。ステップ10では、前記点火
時期補正を行わなかった＃１気筒において、排気還流停
止時に求めた筒内圧積分値と排気還流中に求めた筒内圧
積分値との偏差（変化幅）ΔＩＭＥＰを算出する。即
ち、排気還流の実行によって燃焼圧が低下する傾向を示
すから、排気還流の強制的なＯＮ・ＯＦＦ制御によって
＃１気筒における筒内圧積分値ＩＭＥＰにも排気還流の
有無に見合った偏差が生じるはずであり、これをステッ
プ10で求めるものである。

【００３２】一方、ステップ11では、前記偏差ΔＩＭＥ
Ｐの予測値を、排気還流停止時に＃１気筒で求めた筒内
圧積分値ＩＭＥＰと排気還流率とに基づいて求める。こ
れは、排気還流率が大きくなるほど、ＥＧＲコントロー
ルバルブ５を強制的に開閉することによる筒内圧積分値
ＩＭＥＰの変化が大きくなり、また、同じ排気還流率で
あってもそのときの前記筒内圧積分値ＩＭＥＰ（シリン
ダ吸入空気量）が大きいと排気還流の有無による燃焼圧
変化、換言すれば、前記偏差ΔＩＭＥＰが小さくなるの
で、かかる特性に対応して前記偏差ΔＩＭＥＰを予測す
るものである。

【００３３】ステップ12では、前記ステップ８で求めた
実際に発生した偏差ΔＩＭＥＰを、前記ステップ９で求
めた予測値で除算した値ΔＮＲＺを求める。そして、ス
テップ13では、前記ΔＮＲＺと予め設定された所定値
（固定値）とを比較する。ここで、前記ΔＮＲＺは、排
気還流の強制的なＯＮ・ＯＦＦによる燃焼圧変化が予測
値に対して小さいときほど小さな値として設定され、燃
焼圧変化が予測値よりも小さいということは、排気還流
の強制的なＯＮ・ＯＦＦ制御に見合う排気還流量の変化
が実際には発生していないことを間接的に示すことにな
る。

【００３４】従って、ステップ13で、前記ΔＮＲＺが予
め設定された所定値未満であると判別されたときには、
排気還流装置に何らかの故障（排気還流通路４の詰ま
り，前記ＥＧＲ制御弁12の固着等）が生じたために、排
気還流の強制的なＯＮ・ＯＦＦ制御に見合う排気還流量
の変化が実際には発生していないものと見做し、ステッ
プ14へ進んで、排気還流装置の故障発生（ＮＧ）を判定
する。

【００３５】一方、ステップ13で前記ＡＶΔＮＲＺが予
め設定された所定値以上であると判別されたときには、
排気還流の強制的なＯＮ・ＯＦＦ制御に見合う排気還流
量の変化が実際に発生したものと推定されるから、ステ
ップ15へ進んで、排気還流装置の正常（ＯＫ）判定を行
う。前記診断結果は、例えば車両の運転席に設けた表示
装置によって運転者に知らせるようにすると良い。

【００３６】このように、本実施例では、排気還流量を
強制的に変化させたときの筒内圧変化に基づいて排気還
流装置の診断を行うが、前記排気還流量を強制的に変化
させることによって機関出力トルクが大きく変動するこ
とを回避でき、運転性を悪化させることなく診断が行え
るものである。ところで、上記実施例では、診断のため
に排気還流を停止させる際に、全閉まで一度にステップ
変化させる構成とし、排気還流停止時の筒内圧積分値を
求めると、所定開度までやはり一度にステップ変化させ
る構成としたが、前記診断用のＥＧＲ制御弁12の開閉制
御において、図５に示すように、ＥＧＲ制御弁12の開度
を段階的に徐々に変化させ、かかるＥＧＲ制御弁12の段
階的な開度変化に対応して点火時期の遅角補正量を徐々
に変化させる構成としても良い。

【００３７】かかる構成とすれば、排気還流量の変化が
複数回に分けて行われることになって、各段階における
排気還流量の変化が小さくなるから、点火時期補正によ
り補正しきれないで発生するトルク変動を極力小さくす
ることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明にか
かる内燃機関の排気還流装置における診断装置による
と、排気還流量を変化させたときの筒内圧変化に基づい
て排気還流装置の診断を行いつつ、排気還流量の変化に
よる出力変動の発生を充分に抑制して運転性の悪化を防
止できるという効果がある。

【００３９】請求項２の発明にかかる内燃機関の排気還
流装置における診断装置によると、診断において排気還
流制御弁の開度を段階的に徐々に変化させ、排気還流量
が大きく急変することを抑制するようにしたので、点火
時期の補正によるトルク変動抑制の効果が安定的に得ら
れるという効果がある。請求項３の発明にかかる内燃機
関の排気還流装置における診断装置によると、特定気筒
で検出される筒内圧を用いた診断において、筒内圧の瞬
時値を用いるのではなく、所定の積分区間における積分
値を用いることで、ノイズ等の影響で誤診断が発生する
ことを回避できる一方、排気還流量の変化による筒内圧
（燃焼圧）の変化は運転条件によって変化するので、運
転条件から予測される変化幅と実際に検出した変化幅と
を比較することで、運転条件毎に高精度な診断が行える
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の基本構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】実施例における診断制御を示すフローチャー
ト。

【図４】実施例における点火時期補正の様子を示すタイ
ムチャート。

【図５】他の実施例におけるＥＧＲ制御弁の開度変化及
び点火時期補正の様子を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ４ 吸気マニホールド ５ スロットル弁 ６ 燃料噴射弁 10 排気マニホールド 11 排気還流通路 12 ＥＧＲ制御弁（排気還流制御弁） 13 コントロールユニット 14 熱線式エアフローメータ 15 スロットルセンサ 16 クランク角センサ 17 筒内圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−288303（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−263718（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−159152（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−81557（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−347355（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−1254（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 25/07 550 F02D 45/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関排気の一部を排気還流制御弁が介装さ
   れた排気還流通路を介して機関の吸気系に還流させる内
   燃機関の排気還流装置における診断装置であって、 機関の特定気筒の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、 前記排気還流制御弁を所定の診断条件成立時に強制的に
   開閉制御する強制開閉手段と、 該強制開閉手段による前記排気還流制御弁の開閉制御に
   伴って前記筒内圧検出手段で検出された前記特定気筒に
   おける筒内圧の変化に基づいて、排気還流装置における
   異常の有無を判別する診断手段と、 前記強制開閉手段による前記排気還流制御弁の開閉制御
   時に、排気還流量の変化による機関出力トルクの変化を
   抑制する方向に、前記特定気筒以外の気筒の点火時期を
   補正する点火時期補正手段と、 を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の排気還
   流装置における診断装置。
2. 【請求項２】前記強制開閉手段が、前記排気還流制御弁
   の開度を段階的に徐々に変化させることを特徴とする請
   求項１記載の内燃機関の排気還流装置における診断装
   置。
3. 【請求項３】前記診断手段が、筒内圧検出手段で検出さ
   れる筒内圧を所定積分区間で積分し、前記排気還流制御
   弁の開閉制御に伴って発生した前記筒内圧積分値の変化
   幅と運転条件に基づく前記変化幅の予測値とを比較して
   異常の有無を判別することを特徴とする請求項１又は２
   に記載の内燃機関の排気還流装置における診断装置。