JP5447334B2 - 排気還流装置の異常検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、排気還流装置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、排気還流装置（以下、「ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置」とも称す）の異常を検出するための異常検出装置が知られている。上記従来の技術にかかる異常検出装置は、ＥＧＲ装置が正常に作動した場合の吸気圧力の値（大きさ）を推定する機能を有している。仮にＥＧＲ装置に異常が生じていなければ、適正量の排気ガスが吸気通路に還流されることから、この推定値と吸気通路における実際の吸気圧力とが略同じ値になるはずである。そこで、上記従来の異常検出装置は、推定吸気圧力と吸気圧力センサの検出吸気圧力とを比較し、それらの偏差が所定値異常となった場合にＥＧＲ装置に異常があると判定している。

特開２００２−２２７７２７号公報 特開２０１０−１２７２０３号公報

上記従来の異常検出技術は、仮に、ＥＧＲ装置に異常が生じていなければ、適正量の排気ガスが吸気通路に還流される筈であるという前提に立っている。この前提のもとで、ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路を介して吸気通路にＥＧＲガスが再循環させられた際に吸気圧力が増加するという点を、異常検出に利用している。

ところで、内燃機関における吸排気ガスには、圧力値のほかに、吸気や排気の脈動という物理的情報が含まれている。内燃機関、特に複数気筒の内燃機関においては、各気筒の吸気行程が順次進行するのに伴って吸気通路内に吸気の規則的な脈動が発生する。また、燃焼後に排気ガスが各気筒から順次排出されるのに伴って排気通路内にも排気の規則的な脈動が生じ、この脈動はＥＧＲ通路内にも伝播する。この吸気の脈動と排気の脈動は、ＥＧＲ装置が作動することで吸気通路とＥＧＲ通路とが連通すると合成される。すなわち、ＥＧＲ装置の作動に応じて、脈動の態様に変化が生ずる。そこで、本願発明者は、この点について鋭意研究を進めたところ、これらの脈動の態様を利用してＥＧＲ装置の異常を検出するという新規な着想に至った。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、吸気の脈動と排気の脈動とを利用して排気還流装置の異常検出を行うことができる排気還流装置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、排気還流装置の異常検出装置であって、
複数の気筒を有する内燃機関における当該複数の気筒の一部の気筒に連通する第１排気通路と当該複数の気筒の他の気筒に連通する第２排気通路とのうち前記第１排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを結ぶＥＧＲ通路と、当該ＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁と、を備える排気還流装置の異常を検出する異常検出装置であって、
前記吸気通路の吸気脈動と前記第１排気通路の排気脈動とが合成された合成脈動を検出可能な位置に設けられた圧力センサと、
前記吸気脈動と前記排気脈動との間の周期の相違に基づいて、前記合成脈動を検出した前記圧力センサの出力値から前記吸気脈動に応じた周期の脈動成分と前記排気脈動に応じた周期の脈動成分のうち少なくとも一方の脈動成分を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段で抽出した前記少なくとも一方の前記脈動成分の大きさに基づいて、前記排気還流装置の異常を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記検出手段は、
前記抽出手段で抽出した前記少なくとも一方の前記脈動成分における脈動波形の接線の傾きの絶対値を積分した積分値を、当該脈動成分の前記大きさとして算出する算出手段と、
前記積分値を所定の値と比較した結果に基づいて前記排気還流装置の異常を検出する手段と、
を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記検出手段は、
前記抽出手段で抽出した前記少なくとも一方の前記脈動成分における振幅を、当該脈動成分の前記大きさとして取得する振幅取得手段と、
前記振幅取得手段で取得した前記振幅を所定の値と比較した結果に基づいて、前記排気還流装置の異常を検出する振幅比較検出手段と、
を含むことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか１つにおいて、
前記検出手段は、
前記ＥＧＲ弁が閉じるように当該ＥＧＲ弁への制御指令が行われている場合において、前記抽出手段で抽出した前記少なくとも一方の前記脈動成分の大きさを前記所定の値と比較した結果に基づいて、前記ＥＧＲ弁が前記制御指令どおりに閉じていない異常である全閉異常を検出する閉異常検出手段を、
含むことを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、
前記排気還流装置は、前記ＥＧＲ弁の開度を検出するためのＥＧＲ弁開度センサを含み、
前記検出手段は、前記閉異常検出手段で前記全閉異常を検出した場合には前記ＥＧＲ弁開度センサで検出した前記開度が前記ＥＧＲ弁が閉じていることを示すときであっても前記ＥＧＲ弁に前記全閉異常が生じていると判定する判定手段を、含むことを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至５の発明のいずれか１つにおいて、
前記圧力センサは、前記内燃機関の吸気圧に関する情報である吸気圧情報を取得する吸気圧センサを含み、
前記抽出手段は、前記吸気脈動と前記排気脈動との間の周期の相違に基づいて、前記合成脈動を検出した前記圧力センサの前記出力値から前記排気脈動に応じた脈動成分を抽出する排気脈動抽出手段を含むことを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至６の発明のいずれか１つにおいて、
前記内燃機関は、過給器と、前記過給器による過給圧を制御する制御手段と、を備え、
前記圧力センサ、前記抽出手段および前記検出手段を、前記内燃機関における吸気圧力＞排気圧力の領域および吸気圧力≦排気圧力の領域の両方の領域で共通に用いて、前記排気還流装置の異常検出を行うことを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至７の発明のいずれか１つにおいて、
前記内燃機関は、過給器およびウエイストゲートバルブを備え、
前記抽出手段は、前記脈動成分の抽出を行なう対象の前記合成脈動を前記圧力センサで検出するときに前記ウエイストゲートバルブの開度を小さくするようにまたは閉じるように前記ウエイストゲートバルブを制御する手段を、含むことを特徴とする。

また、第９の発明は、第１乃至８の発明のいずれか１つにおいて、
前記内燃機関の吸気容積を小さくする縮小手段を備え、
前記抽出手段は、前記脈動成分の抽出を行なう対象の前記合成脈動を前記圧力センサで検出するときに前記吸気容積を小さくするように前記縮小手段を制御する手段を、含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、合成脈動中の吸気脈動と排気脈動の周期が相違する構成において、当該周期の相違を利用して、圧力センサで検出した合成脈動から所定の脈動成分を抽出できる。抽出した脈動成分の大きさが適正であれば排気還流装置に異常が無いと考えることができるから、当該脈動成分の大きさに基づいて排気還流装置の異常検出を行うことができる。

第２の発明によれば、脈動成分の大きさとして、脈動波形の接線の傾きの絶対値の積分値の大きさを用いることにより、極端に大きさの異なる脈動が混在してしまった場合でも異常検出精度が低下することを抑制することができる。

第３の発明によれば、抽出した脈動の振幅に基づいて当該脈動の大小を判別することができる。

第４の発明によれば、圧力センサで検出した合成脈動に、本来は表れないはずの脈動成分の存在が認められる場合に、排気還流装置のＥＧＲ弁に全閉異常が生じているという判断をすることができる。

第５の発明によれば、ＥＧＲ弁開度センサでは判別が困難な僅かなＥＧＲ弁の開きを、全閉異常として検出することができる。

第６の発明によれば、吸気圧情報として表れる合成脈動から、排気脈動成分を抽出し、抽出した排気脈動の大きさに基づいて、排気還流装置の異常検出を行うことができる。通常、排気圧力は吸気圧力に比して高いため、吸気圧センサを利用して検出した吸気圧情報から排気脈動を良好な精度で抽出して異常検出を行うことができる。

第７の発明によれば、第1乃至第６の発明にかかる異常検出原理の利点を活かして、過給内燃機関において存在する吸気圧が背圧よりも高くなる運転領域を含む広範な領域にわたって、共通の検出手段を用いて排気還流装置の異常検出を行うことができる。

第８の発明によれば、過給内燃機関においてウエイストゲートバルブ開度を小さくすることで合成脈動の大きさを相対的に大きくすることができ、その状態における圧力センサの出力から得た合成脈動に対して抽出手段での抽出を行うことができる。

第９の発明によれば、吸気容積を小さくすることで合成脈動の大きさを相対的に大きくすることができ、その状態における圧力センサの出力から得た合成脈動に対して抽出手段での抽出を行うことができる。

本発明の実施の形態にかかる排気還流装置の異常検出装置の構成を、これが適用される内燃機関の構成とともに示す図である。 本発明の実施の形態にかかる排気還流装置の異常検出装置の検出原理を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態に関して本願発明者が検討した吸気管圧力特性を示す図である。 本発明の実施の形態においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態にかかる排気還流装置の異常検出装置の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる排気還流装置の異常検出装置の変形例を示す図である。

実施の形態．
［実施の形態の構成］
図１は、本発明の実施の形態にかかる排気還流装置の異常検出装置の構成を、これが適用される内燃機関の構成とともに示す図である。なお、以下、簡略化のため、排気還流装置を、「ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置」とも称す。本実施形態は、車両等の移動体に搭載される内燃機関のＥＧＲ装置の異常検出用に好適に用いることができる。図１には、＃１気筒乃至＃４気筒を備える直列４気筒型のエンジン本体１０（言い換えれば、シリンダブロック）が示されている。

各気筒のそれぞれの吸気ポートは、それぞれ図示しない吸気弁を介在させたうえで、インテークマニホールド３０に連通している。インテークマニホールド３０は、その上流に向かって、吸気通路部２０、２２、２４、２６を含む吸気通路に連通している。吸気通路部２０と吸気通路部２２の間には、ターボチャージャ６４を構成するコンプレッサ６０が介在している。吸気通路部２６とインテークマニホールド３０の間には、電子制御スロットル２８が介在している。

図１に示すように、エンジン本体１０は、吸気圧を検出するための吸気圧センサ３２を備えている。本実施形態では、吸気圧センサ３２は、インテークマニホールド３０の中央部（つまり、＃２気筒への分岐部と＃３気筒への分岐部との枝分かれ部位）に取り付けられている。

＃２気筒および＃３気筒のそれぞれの排気ポートは、それぞれ図示しない排気弁を介在させた上で、第１排気マニホールド４０に連通している。一方、＃１気筒および＃４気筒のそれぞれの排気ポートは、それぞれ図示しない排気弁を介在させた上で、第２排気マニホールド４２に連通している。

本実施形態では、エンジン本体１０における燃焼は、＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順番で行われるものとする。このような燃焼順序によれば、＃１気筒の排気ガスが第２排気マニホールド４２に排出され、次に、＃３気筒の排気ガスが第１排気マニホールド４０に排出される。次いで、＃４気筒の排気ガスが第２排気マニホールド４２に排出され、次に、＃２気筒の排気ガスが第１排気マニホールド４０に排出される。その結果、第１排気マニホールド４０内の排気の脈動の数は、吸気通路側での吸気の脈動の数のちょうど１／２である。

本実施形態にかかるエンジン本体１０は、過給内燃機関であり、具体的には過給器としてツインエントリーターボ機構を有している。第１排気マニホールド４０および第２排気マニホールド４２は、ともに、タービン６２に連通している。タービン６２は、排気管４４と接続している。排気管４４には触媒４６が備えられている。

本実施形態にかかる内燃機関は、排気還流（Exhaust Gas Recirculation：ＥＧＲ）を行うためのＥＧＲ装置を備えている。このＥＧＲ装置は、図１に示すように、ＥＧＲ管５２、ＥＧＲクーラ５４およびＥＧＲ弁５６を含んでいる。ＥＧＲ管５２の一端は、タービン６２手前位置のＥＧＲガス取出部５０において、第１排気マニホールド４０と接続している。ＥＧＲ管５２の他端は、ＥＧＲ弁５６を介して、インテークマニホールド３０と接続している。

本実施形態にかかるＥＧＲ装置は、「ＥＧＲ片側取り出し」および「ターボ前取り出し」という構成を有している。「ＥＧＲ片側取り出し」とは、第１排気マニホールド４０と第２排気マニホールド４２という２つの排気通路のうち、片側の排気通路のみからＥＧＲガスを取り出すという構成を意味する。「ターボ前取り出し」とは、タービン６２の手前においてＥＧＲ管５２を排気通路に接続させるという構成を意味する。

図１に示す内燃機関は、クランク角センサ、エアフローセンサ、空燃比センサ等の排気ガスセンサを含むセンサ系統（何れも図示せず）と、エンジン本体１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)７０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサは、クランク軸の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサは吸入空気量を検出する。空燃比センサは、触媒４６の上流側で排気空燃比を検出する排気ガスセンサである。

センサ系統には、エンジン本体１０及びこれを搭載した車両の制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジンの冷却水温を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等）も含まれている。これらのセンサはＥＣＵ７０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ７０の出力側には、スロットル２８や噴射弁等を含む各種のアクチュエータが接続されている。

ＥＣＵ７０は、内燃機関の運転情報をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動し、運転制御を実行する。具体的には、クランク角センサの出力に基づいてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサの出力に基づいて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基づいてエンジンの負荷を算出し、クランク角に基づいて燃料噴射時期等を決定する。さらに、吸入空気量、負荷等に基づいて燃料噴射量を算出する。そして、燃料噴射時期が到来したときに噴射弁を駆動し、点火プラグを駆動する。このようにして、筒内で混合気を燃焼させエンジンを運転することができる。

ＥＣＵ７０は、吸気圧センサ３２の出力値をクランク角（または時間）に応じて逐次的に取得する処理（サンプリング処理）を実行することができる。これにより、吸気圧センサ３２の出力値を、クランク角に応じた連続的な波形として取得することができる。本実施形態では、吸気圧センサ３２の出力に基づいて得た波形を、インテークマニホールド３０内で生ずる脈動を示す波形として取り扱う。ＥＣＵ７０が実行すべき当該サンプリング処理は、当該脈動の周期（周波数）を正確に反映させた形で吸気脈動の波形を精密に検出できる程度のサンプリング周期や分解能を有していることが好ましい。

ＥＣＵ７０は、吸気圧センサ３２の出力に基づいて得た脈動波を、フーリエ変換するための処理を実行することができる。具体的には、本実施形態では、ＥＣＵ７０は、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform；ＦＦＴ）アルゴリズムに基づく演算処理を記憶している。これにより、吸気圧センサ３２の出力に基づいて得た脈動から、所望の周波数の脈動成分を抽出することができる。

［実施の形態にかかる異常検出の動作］
以下、図２および図３を用いて、本実施形態にかかるＥＧＲ装置の異常検出装置における異常検出の動作について説明する。以下の説明では、吸気圧力の本来の脈動を、単に、「吸気脈動」とも称し、排気圧力の本来の脈動を、単に、「排気脈動」とも称する。吸気脈動と排気脈動とが合成された結果生ずる脈動を、「合成脈動」とも称す。

図２は、本実施形態にかかるＥＧＲ装置の異常検出装置の検出原理を説明するための模式図である。以下、図２のハードウェア構成は、基本的に、図１で述べた実施の形態にかかる内燃機関と同様に、複数の気筒を備えた内燃機関であり、「ＥＧＲ片側取り出し」および「ターボ前取り出し」の構成を有するものとして説明を行う。

図２には、ピストン１０２を備える気筒１００、吸気ポート１０８を開閉する吸気弁１０４、排気ポート１１４を開閉する排気弁１０６、排気ポート１１４下流位置とサージタンク１１０を接続するＥＧＲ管１２０、および当該ＥＧＲ管１２０に設けられたＥＧＲ弁１２２が図示されている。図２の構成においても、図１の本実施形態のハードウェア構成と同様に、これら２つの排気通路のうち片側のみにＥＧＲ管１２０が接続しているものとする。

図２に示すように、矢印方向への空気吸入に伴い、吸気脈動１３２吸気通路１１２を介してサージタンク１１０内に生じる。一方、ＥＧＲ管１２０内の排気ガスは図２の矢印方向に進行し、これに伴って排気脈動１３０が伝わってくる。

独立する排気通路の片側のみからＥＧＲを取り出す構成の場合、吸気に伴う脈動数とＥＧＲ管が接続する排気通路内の脈動数とが異なる。従って、吸気脈動とＥＧＲ管内の排気脈動との周期は異なるものとなる。ＥＧＲを取り出す排気通路内の排気脈動数が吸気通路側での吸気脈動数のちょうど１／２である構成であれば、エンジン回転数と脈動の関係では、吸気脈動１３２が回転二次の脈動となり、排気脈動１３０は回転一次の脈動となる。

これらの周期（周波数）が異なる複数の脈動は、ＥＧＲ弁１２２が開いている状態においては、ＥＧＲ管１２０と吸気通路１１２の合流するサージタンク１１０において合成される。そうすると、図２に模式的に示すように、吸気脈動１３２と排気脈動１３０とが合成された合成脈動１３４が生ずる。ＥＧＲ弁１２２が開いている状態（言い換えれば、完全には閉じていない状態）においては、吸気系内の圧力センサ（本実施形態では図１の吸気圧センサ３２、図２では図示を省略）は、この合成脈動１３４による圧力変化を検出することになる。

吸気脈動１３２と排気脈動１３０の周期は異なるため、合成脈動１３４に対して、吸気脈動１３２や排気脈動１３０のそれぞれの周期についてのフィルタリング（或いはフーリエ変換等により合成脈動の周波数領域表現を行ったうえで特定周波数の脈動成分を抽出）を行うことにより、合成脈動１３４から各脈動の成分を抽出することができる。つまり、吸気圧センサ３２の出力信号に対してＦＦＴ等の演算処理やフィルタリングを施すことによって、吸気圧センサ３２が検出した合成脈動から特定の脈動成分を抽出することができる。

合成脈動１３４中における吸気脈動１３２と排気脈動１３０の大きさは、ＥＧＲ弁１２２の動作状態（開度）に応じて変化し、これらは相関を有している。従って、吸気脈動１３２と排気脈動１３０の一方または両方の大きさを調べて、その結果、その大きさがＥＧＲ装置の正常時（ＥＧＲ弁の正常動作時）と有意に異なるのであれば、ＥＧＲ装置が異常状態にある（ＥＧＲ弁１２２が正常に動作していない）と考えることができる。つまり、抽出した脈動の大きさを所定の値と比較するなどして、抽出した脈動成分がＥＧＲ装置の正常時に示すべき特性と合致するかを判別できる。

具体的には、例えば、圧力センサの位置に本来は伝わってくるべきでない脈動成分（例えば、図２では、ＥＧＲ弁１２２が閉じている場合には、排気脈動１３０はサージタンク１１０内に伝わるべきではない）の存在が圧力センサ出力中に認められた場合には、その脈動成分の伝達経路が遮断されていないと判断できる。

以上説明したように、本実施形態にかかる異常検出原理によれば、吸気脈動と排気脈動を利用して、ＥＧＲ装置の異常検出を行うことができる。

なお、各脈動の周期の相違を利用すれば、吸気圧と排気圧の間の大小関係（例えば、吸気圧と排気圧の差が小さい場合や、吸気圧が排気圧よりも高い場合あるいはその逆など）が異なっても、特定の脈動を選択的に抽出できる。上記の検出原理によれば、吸気圧と排気圧の大小関係による影響を抑制しつつ、ＥＧＲ装置の異常検出を行うことができる。

［実施の形態についての分析結果］
図３は、本発明の実施の形態に関して本願発明者が検討した吸気管圧力特性を示す図である。図３の特性は、「過給内燃機関において過給圧（吸気管圧力）が背圧（排気管圧力）よりも大きく、ＥＧＲ弁が開いている場合にＥＧＲ管を介して排気通路へと新気が流れてしまう条件」における吸気管圧力特性を示す。このような条件下で、本願発明者は、「噛み込み」の有無に応じた吸気管圧力特性を検討した。ここでいう「噛み込み」とは、ＥＧＲ弁に異物が挟み込まれてＥＧＲ弁の全閉が妨げられることを意味する。

図３において、実線は「噛み込み有り」の場合の特性を示し、破線は「噛み込み無し」の場合の特性を示す。「噛み込み無し」を示す破線は、ＥＧＲ弁が閉じられているため吸気脈動のみの圧力特性を示している。
これに対し、「噛みこみ有り」を示す実線は、破線の特性とは異なり、図２で模式的に示した合成脈動１３４のごとき圧力特性を示している。回転一次の波である排気脈動が、噛み込みによって生じたＥＧＲ弁の開口部分を介して吸気系に伝わった後、吸気脈動と合成されたからである。

［実施の形態の具体的処理］
以下、図４を用いて、本発明の実施の形態にかかるＥＧＲ装置の異常検出装置が行う具体的処理を説明する。図４は、本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。図４のルーチンによれば、ＥＧＲ弁５６の全閉異常を検出することができる。「全閉異常」とは、例えば噛み込み等の諸要因により、ＥＧＲ弁５６が閉じられるべき場面で実際には完全に閉じていない異常を意味する。

図４に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ７０が、ＥＧＲ弁５６への指令値が閉弁の指示がされているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２００）。このステップでは、例えば、ＥＣＵ７０内におけるＥＧＲ弁５６の制御ステータスが全閉状態にあるか否かの判定や、ＥＣＵ７０がＥＧＲ弁５６に対して発している或いは最後に発した制御信号がＥＧＲ弁５６を閉じるための制御信号であるか否かの判定が行われる。本ステップの条件の成立が認められない場合には、異常検出を行うための環境が成立していないため、ステップＳ２０８で正常との判定を下した後今回のルーチンが終了する。

ステップＳ２００の条件の成立が認められた場合には、ＥＣＵ７０が、吸気管圧力値から脈動を取り出すための処理を実行する（ステップＳ２０２）。このステップの前提として、ＥＣＵ７０は、吸気圧センサ３２の出力値のサンプリング処理を実行している。本ステップでは、ＥＣＵ７０は、サンプリング処理により得られた吸気圧センサ３２の出力波形に対してＦＦＴ演算処理を施して、さらに、「排気脈動の周期に対応する周波数成分」を抽出する抽出処理を実行する。本実施形態において、抽出対象である「排気脈動の周期に相当する周波数」は、エンジン本体１０のエンジン回転数の一次の波が有する周波数である。
なお、エンジン回転数が高くなればなるほど、第１排気マニホールド４０内の排気脈動（ひいてはＥＧＲ管５２内の排気脈動）の周期は短くなり、これに応じて排気脈動波の周波数が高くなる。これに対処するため、本実施形態では、ステップＳ２０２における抽出処理が、エンジン回転数の増加に応じて抽出対象周波数を増大させる処理を含むものとする。

次に、ＥＣＵ７０が、ステップ２０２で抽出した脈動の大きさが閾値を上回っているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２０４）。このステップでは、本実施形態においては、先ず、ＥＣＵ７０が、脈動成分から振幅を算出する処理を実行する。次いで、ＥＣＵ７０は、算出した振幅の大きさを所定の閾値と比較し、「振幅の大きさ＞閾値」の関係が成立しているか否かを判定する処理を実行する。
この閾値は、予め実験等により決定しておけばよい。本実施形態では、図１のハードウェア構成下において、エンジン回転数に応じて、ＥＧＲ弁５６の全閉時の吸気脈動中における排気脈動の周波数成分を調べておき、その振幅値に対する閾値を、マップや数式でＥＣＵ７０に記憶しておく。

ＥＣＵ７０は、振幅の大きさが閾値を越えている場合には、ＥＧＲ弁に全閉異常が生じているとの判定を下す処理を実行する（ステップＳ２０６）。一方、ＥＣＵ７０は、振幅の大きさが閾値以下である場合には、ステップＳ２０８に移行して正常との判定を下す処理を実行する。その後、今回のルーチンを終了する。

以上の処理によれば、合成脈動中の吸気脈動と排気脈動の周期が相違する構成において、その周期の相違を利用して、吸気圧センサ３２で検出した合成脈動から排気脈動成分を抽出することができる。抽出した脈動の振幅の大きさを異常検出に用いることにより、ＥＧＲ装置の異常検出（具体的には、本実施形態では、ＥＧＲ弁５６の動作異常・全閉異常）を行うことができる。また、吸気圧と排気圧の大小関係による検出精度低下の影響を抑制することもできる。

また、吸気圧センサ３２で検出した合成脈動に、本来表れない脈動成分の存在が認められる場合に、ＥＧＲ弁５６に全閉異常が生じているという判断を下すことができる。

また、本実施形態によれば、吸気圧センサ３２を圧力センサとして用いて、合成脈動を検出したセンサ出力値から排気脈動に応じた脈動成分を抽出することができる。これにより、吸気圧情報として表れる合成脈動から排気脈動成分を抽出し、抽出した排気脈動の大きさに基づいてＥＧＲ装置の異常検出を行うことができる。通常、排気圧力は吸気圧力に比して十分に高いため、吸気圧センサを利用して検出した吸気圧情報から排気脈動を良好な精度で抽出して異常検出を行うことができる。さらに、吸気圧センサは吸気圧を計測するために内燃機関に一般的に取り付けられているため、吸気圧センサを利用することで新たな専用センサを追加しなくともよい。

なお、上述した実施の形態によれば、先行技術に対して有利な効果として、下記に述べる技術的効果も発揮することができる。

自然吸気（Natural Aspiration）型の内燃機関では、機関の運転中において、吸気圧力が背圧（排気圧）に比して十分に低い。このため、自然吸気型の内燃機関においては、仮にＥＧＲ装置に異常（具体的には、閉じるべきＥＧＲ弁が開いている異常など）が生じている場合には、吸気圧力の大きさの変化を根拠とする手法でも異常検出が可能と考えられる。具体的には、例えば特開２００２−２２７７２７号公報が開示する異常検出装置における、異常時の推定値と検出値との偏差が、識別が容易な程度に十分に大きいと考えられる。ゆえに、従来の自然吸気型の内燃機関においては、特開２００２−２２７７２７号公報に開示されているような、吸気圧力値の大小に基づく異常検出手法を使用することができた。また、仮に自然吸気型の内燃機関で噛み込み等による全閉異常が発生しても、アイドル等の低負荷領域以外はそれほど大きな問題にならないという事情もあった。

一方、近年、過給器とＥＧＲ装置の両方を備える内燃機関（以下、「過給ＥＧＲ内燃機関」とも称す）の研究開発が進められている。過給ＥＧＲ内燃機関では、過給圧＞背圧という関係が成立しているときにもＥＧＲ装置の異常検出を精度良く行うことが求められる。例えば、過給圧＞背圧という関係の成立時にＥＧＲ弁の全閉異常が生じていると、排気系へと新気が流れていき、排気触媒の過昇温（ＯＴ）を招くおそれがあるからである。
過給内燃機関が有する吸気圧が背圧よりも高くなる運転領域においては、ＥＧＲ装置の作動に応じた吸気圧力の大きさのみに依拠して異常検出を行うことが難しくなる。具体的には、特開２００２−２２７７２７号公報が開示する異常検出手法においては、異常時における上記推定値と上記検出値との間の偏差が小さくなり、ＥＧＲ装置の異常検出を高精度で行うことが難しい。過給圧＞背圧という領域はそもそも自然吸気型の内燃機関には生じ得ない領域であるため、自然吸気型の内燃機関を前提としている従来の技術では、上記のような過給ＥＧＲ内燃機関特有の課題を解決することは難しい。

この点、本実施形態によれば、上述したように、過給内燃機関にＥＧＲ装置を搭載した構成において、過給圧＞背圧の関係が成立していてもＥＧＲ弁の動作の異常を精度良く検出可能な装置が提供される。
しかも、本実施形態における異常検出手法は過給圧＞背圧の関係が成立していない領域においても異常検出を行うことができる。このため、吸気管圧力＞背圧および吸気管圧力≦背圧を含めた広範な領域（アイドル領域も含む）に渡って、共通の検出処理を用いて、ＥＧＲ装置の異常検出装置を行うことができる。

なお、上述した実施の形態おいては、第１排気マニホールド４０が、前記第１の発明における「第１排気通路」に、第２排気マニホールド４２が、前記第１の発明における「第２排気通路」に、ＥＧＲ管５２が、前記第１の発明における「ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲ弁５６が、前記第１の発明における「ＥＧＲ弁」に、吸気圧センサ３２が、前記第１の発明における「圧力センサ」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態における「ＥＧＲ片側取り出し」の構成が、「第１排気通路と第２排気通路とのうち前記第１排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを結ぶ」という構成に相当している。
また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ７０が図４のルーチンにおけるステップＳ２０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「抽出手段」が、ＥＣＵ７０が図４のルーチンにおけるステップＳ２０４およびＳ206の処理を実行することにより、前記第１の発明における「検出手段」が、それぞれ実現されている。そして、上述した実施の形態においては、ステップＳ２０２で抽出した排気脈動成分における脈動の振幅の大きさが、前記第１の発明における「脈動成分の大きさ」に、ステップＳ２０４で比較に用いた閾値が、前記第３の発明における「所定の値」に、それぞれ相当している。

［実施の形態の変形例］
（変形例１）
図５は、本発明の実施の形態にかかるＥＧＲ装置の異常検出装置の変形例を示す図であり、この変形例においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンは、ステップＳ３００を除き、図４に示したルーチンと同じ処理を実行する。本変形例では、図１に示したハードウェア構成に、ウエイストゲートバルブ（ＷＧＶ）が追加されているものとする。
図５のルーチンでは、ＥＣＵ７０が、ステップＳ２００の条件成立後であってステップＳ２０４の抽出処理の前に、ＷＧＶを閉じる処理を実行する（ステップＳ３００）。ＷＧＶを閉じることにより、合成脈動の大きさを相対的に大きくすることができる。ステップＳ２０２の抽出処理は、このようにして相対的に大きくされた合成脈動についてのセンサ出力値から、排気脈動成分を抽出する。これにより、吸気圧センサ３２の出力から得た合成脈動に基づく異常検出の精度を、高めることができる。

（変形例２）
図６は、本発明の実施の形態にかかるＥＧＲ装置の異常検出装置の変形例を示す図であり、この変形例においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。図に示すルーチンは、ステップＳ３０２を除き、図４に示したルーチンと同じ処理を実行する。本変形例では、図１に示したハードウェア構成に、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation valve）が追加されているものとする。
図６のルーチンでは、ＥＣＵ７０が、ステップＳ２００の条件成立後であってステップＳ２０４の抽出処理の前に、ＰＶＣを閉じる処理を実行する（ステップＳ３００）。ＰＶＣを閉じることにより、吸気容積を小さくすることができ、合成脈動の大きさを相対的に大きくすることができる。ステップＳ２０２の抽出処理は、このようにして相対的に大きくされた合成脈動についてのセンサ出力値から、排気脈動成分を抽出する。これにより、吸気圧センサ３２の出力から得た合成脈動に基づく異常検出の精度を、高めることができる。

（変形例３）
上述した実施の形態では、ツインエントリーターボを備えた過給内燃機関に対して、本発明にかかるＥＧＲ装置の異常検出装置を適用した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、過給器を備えない内燃機関（つまり、自然吸気型の内燃機関）に対しても本発明を適用できる。つまり、過給器を備えるか否かに関わらず、複数気筒を有し独立した複数の排気通路を有する内燃機関（例えば、Ｖ型の片側バンクのみからＥＧＲガスを取り出す構造）に対して、本発明を適用することができる。このような構成においても、上述した実施の形態の内燃機関と同様に吸気脈動と排気脈動の周期が異なるため、周期の相違に基づいて排気脈動成分を抽出できるからである。

なお、下記の構成（１）および構成（２）についても、実際のＥＧＲガス取り出しの場面では「ＥＧＲ片側取り出し」の状態となる。
構成（１） 別々の気筒と接続する独立した複数の排気通路を有しこの複数の排気通路のそれぞれにＥＧＲ通路が接続しているものの、ＥＧＲ通路と接続する排気通路を切り換えることにより、当該複数の排気通路のうち全部未満の特定の排気通路からＥＧＲガスを選択的に取り出す構成。
構成（２） 別々の気筒と接続する独立した複数の排気通路を有しこの複数の排気通路のそれぞれにＥＧＲ通路が接続しているものの、常にそれら複数の排気通路全てからＥＧＲガスを取り出すのではなく、運転条件等に応じて一定条件下で一部の排気通路のみからＥＧＲガスを取り出す構成。
これらの構成においても、実際のＥＧＲガス取り出しの場面で「ＥＧＲ片側取り出し」の接続関係が成立しているときに、吸気脈動と排気脈動の周期の相違が生ずる。従って、これらの構成（１）（２）も、吸気脈動と排気脈動の周期の相違を検出原理として利用する本発明を適用することができ、前記第１の発明における「排気還流装置」に含まれるものである。

（変形例４）
上述の実施の形態では、抽出した排気脈動成分の振幅の大きさに基づいて、ＥＧＲ装置の異常検出を行った。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。本発明における「脈動成分の大きさ」として、振幅の大きさ以外の、特定の周期の脈動が合成脈動中にどの程度含まれているかを量的に示すことのできる値を、適宜に用いることができる。
例えば、周期が同じ複数の脈動を比較した場合、通常、「脈動波形の接線の傾きの大きさ」（立ち上がりの鋭さ）が大きい脈動のほうがその振幅値も大きい。そこで、抽出した脈動成分における「脈動波形の接線の傾きの大きさ」を算出して、その値の絶対値が大きいほど、抽出した脈動成分が大きいものと判定してもよい。
また、例えば、「脈動成分の脈動波形の接線の傾きの絶対値の積分値」を、脈動成分の大きさを表す値として用いることができる。この積分値を所定値と比較した結果に基づいて、ＥＧＲ装置の異常検出を行っても良い。この積分値を用いることにより、極端に大きさの異なる脈動が混在してしまった場合でも異常検出精度が低下することを抑制することができる。

（変形例５）
ＥＧＲ弁は、通常、開度を検出するためのＥＧＲ弁開度センサを備えている。ＥＧＲ弁開度センサがＥＧＲ弁５６が閉じていること（開度零）を示すときには、当該センサの異常が疑われるなどの特段の事情がなければ、ＥＧＲ弁５６が閉じていると考えることもできる。
しかしながら、前述した「噛み込み」が、このＥＧＲ弁開度センサの検出精度では検出が困難なほどに微小なレベルでＥＧＲ弁の閉弁を妨げるおそれがある。
そこで、上述した実施の形態の具体的処理におけるステップＳ２００の処理に代えて、ＥＣＵ７０が、ＥＧＲ弁５６自身が備える開度センサが開度ゼロを示していることをもつてステップＳ２００の条件成立とする処理を実行してもよい。そして、ＥＣＵ７０が、図４に示すルーチンでＥＧＲ弁５６の異常が検出された場合には、このＥＧＲ弁開度センサで検出した開度がＥＧＲ弁５６が閉じていることを示すときであってもＥＧＲ弁５６に全閉異常が生じていると判定する判定処理を実行しても良い。これにより、ＥＧＲ弁開度センサでは判別が困難な僅かなＥＧＲ弁の開きを、全閉異常として検出することができる。

（変形例６）
なお、上述した実施の形態の具体的処理では、ＥＧＲ弁５６が制御指令に従って閉じていない異常（全閉異常）を検出したが、本発明はこれに限られるものではない。実施の形態の動作説明の欄で述べたように、合成脈動１３４中における吸気脈動１３２と排気脈動１３０の大きさは、ＥＧＲ弁１２２の動作状態（開度）に応じて変化する。よって、抽出した脈動の大きさを所定の値と比較するなどして、抽出した脈動成分がＥＧＲ弁の正常時に示すべき特性と合致するかを判別してもよい。このように、全閉異常に限らず、ＥＧＲ弁５６が制御指令に応じて正常な開度に開いているかどうかの検出（開度異常の検出）を行っても良い。

（変形例７）
上述した実施の形態では、ＥＣＵ７０がＦＦＴ演算処理を実行したが、これに変えて、周波数フィルタ（ソフトウェア、ハードウェアを問わない）を用いても良い。この場合には、フィルタリング対象の周波数を、エンジン回転数に応じて変更可能な周波数フィルタ機能を用いることが好ましい。

（変形例８）
上述した実施の形態では、インテークマニホールド３０の中央部に取り付けた吸気圧センサ３２を用いて合成脈動を検出したが、圧力センサの取り付けについて本発明がこの形態に限られるものではない。合成脈動は、吸気系内を広い範囲で伝わることができ、インテークマニホールド３０内の中央部以外の部位や例えば電子制御スロットル２８のさらに上流側においても検出されうる。そこで、内燃機関の吸気と排気の脈動が伝達可能な通路内において、ＥＧＲ弁５６開弁に応じて生ずる合成脈動を検出可能な位置を調べて、その結果に基づく所望位置に圧力センサを取り付けてこれを利用してもよい。

（変形例９）
上述した実施の形態では、合成脈動に含まれる脈動成分のうち、排気脈動成分を対象にして抽出および分析（つまり、脈動成分の大きさの比較判定）を行っている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。ＥＧＲ弁５６が閉じているときの吸気脈動とＥＧＲ弁５６の開弁中の吸気脈動とを比較すると、開弁中には吸気脈動がＥＧＲ管５２側へと伝わるため、脈動成分の大きさに相違がある。そこで、合成脈動に含まれる脈動成分のうち、吸気脈動成分を抽出して分析を行ってもよい。或いは、吸気脈動成分と排気脈動成分とに分解した後それらの両方の成分を対象に分析を行っても良い。

１０ エンジン本体
２０、２２、２４、２６ 吸気通路部
２８ 電子制御スロットル
３０ インテークマニホールド
３２ 吸気圧センサ
４０、４２ 排気マニホールド
４４ 排気管
４６ 触媒
５０ ガス取出部
５２ ＥＧＲ管
５４ ＥＧＲクーラ
５６ ＥＧＲ弁
６０ コンプレッサ
６２ タービン
６４ ターボチャージャ
１００ 気筒
１０２ ピストン
１０４ 吸気弁
１０６ 排気弁
１０８ 吸気ポート
１１０ サージタンク
１１２ 吸気通路
１１４ 排気ポート
１２０ ＥＧＲ管
１２２ ＥＧＲ弁
１３０ 排気脈動
１３２ 吸気脈動
１３４ 合成脈動

Claims (9)

1. 複数の気筒を有する内燃機関における当該複数の気筒の一部の気筒に連通する第１排気通路と当該複数の気筒の他の気筒に連通する第２排気通路とのうち前記第１排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを結ぶＥＧＲ通路と、当該ＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁と、を備える排気還流装置の異常を検出する異常検出装置であって、
   前記吸気通路の吸気脈動と前記第１排気通路の排気脈動とが合成された合成脈動を検出可能な位置に設けられた圧力センサと、
   前記吸気脈動と前記排気脈動との間の周期の相違に基づいて、前記合成脈動を検出した前記圧力センサの出力値から前記吸気脈動に応じた周期の脈動成分と前記排気脈動に応じた周期の脈動成分のうち少なくとも一方の脈動成分を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段で抽出した前記少なくとも一方の前記脈動成分の大きさに基づいて、前記排気還流装置の異常を検出する検出手段と、
   を備えることを特徴とする排気還流装置の異常検出装置。
2. 前記検出手段は、
   前記抽出手段で抽出した前記少なくとも一方の前記脈動成分における脈動波形の接線の傾きの絶対値を積分した積分値を、当該脈動成分の前記大きさとして算出する算出手段と、
   前記積分値を所定の値と比較した結果に基づいて前記排気還流装置の異常を検出する手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の排気還流装置の異常検出装置。
3. 前記検出手段は、
   前記抽出手段で抽出した前記少なくとも一方の前記脈動成分における振幅を、当該脈動成分の前記大きさとして取得する振幅取得手段と、
   前記振幅取得手段で取得した前記振幅を所定の値と比較した結果に基づいて、前記排気還流装置の異常を検出する振幅比較検出手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１または２記載の排気還流装置の異常検出装置。
4. 前記検出手段は、
   前記ＥＧＲ弁が閉じるように当該ＥＧＲ弁への制御指令が行われている場合において、前記抽出手段で抽出した前記少なくとも一方の前記脈動成分の大きさを前記所定の値と比較した結果に基づいて、前記ＥＧＲ弁が前記制御指令どおりに閉じていない異常である全閉異常を検出する閉異常検出手段を、
   含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の排気還流装置の異常検出装置。
5. 前記排気還流装置は、前記ＥＧＲ弁の開度を検出するためのＥＧＲ弁開度センサを含み、
   前記検出手段は、前記閉異常検出手段で前記全閉異常を検出した場合には前記ＥＧＲ弁開度センサで検出した前記開度が前記ＥＧＲ弁が閉じていることを示すときであっても前記ＥＧＲ弁に前記全閉異常が生じていると判定する判定手段を、含むことを特徴とする請求項４に記載の排気還流装置の異常検出装置。
6. 前記圧力センサは、前記内燃機関の吸気圧に関する情報である吸気圧情報を取得する吸気圧センサを含み、
   前記抽出手段は、前記吸気脈動と前記排気脈動との間の周期の相違に基づいて、前記合成脈動を検出した前記圧力センサの前記出力値から前記排気脈動に応じた脈動成分を抽出する排気脈動抽出手段を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の排気還流装置の異常検出装置。
7. 前記内燃機関は、過給器と、前記過給器による過給圧を制御する制御手段と、を備え、
   前記圧力センサ、前記抽出手段および前記検出手段を、前記内燃機関における吸気圧力＞排気圧力の領域および吸気圧力≦排気圧力の領域の両方の領域で共通に用いて、前記排気還流装置の異常検出を行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の排気還流装置の異常検出装置。
8. 前記内燃機関は、過給器およびウエイストゲートバルブを備え、
   前記抽出手段は、前記脈動成分の抽出を行なう対象の前記合成脈動を前記圧力センサで検出するときに前記ウエイストゲートバルブの開度を小さくするようにまたは閉じるように前記ウエイストゲートバルブを制御する手段を、含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の排気還流装置の異常検出装置。
9. 前記内燃機関の吸気容積を小さくする縮小手段を備え、
   前記抽出手段は、前記脈動成分の抽出を行なう対象の前記合成脈動を前記圧力センサで検出するときに前記吸気容積を小さくするように前記縮小手段を制御する手段を、含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の排気還流装置の異常検出装置。

Images