JPH10141150A - エンジンの排気還流制御装置の故障診断装置 - Google Patents

エンジンの排気還流制御装置の故障診断装置

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JPH10141150A
JPH10141150A JP8301669A JP30166996A JPH10141150A JP H10141150 A JPH10141150 A JP H10141150A JP 8301669 A JP8301669 A JP 8301669A JP 30166996 A JP30166996 A JP 30166996A JP H10141150 A JPH10141150 A JP H10141150A
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exhaust gas
gas recirculation
failure
egr
control device
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Akira Shirakawa
暁 白河
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で精度良く排気還流制御装置の故
障を検出する。 【解決手段】 エンジンの運転状態を検出する運転状態
検出手段Ａの検出結果に基づき、吸気圧演算手段Ｂでは
吸気系圧力を、排気圧演算手段Ｃでは排気系圧力を演算
し、また、目標排気還流率設定手段Ｄで目標排気還流率
を設定する。また、還流弁制御手段Ｅでは吸気系圧力と
排気系圧力と目標排気還流率とに応じて排気還流弁の開
度を制御する。一方、排気還流弁の実開度を検出する還
流弁実開度検出手段Ｆを設け、この排気還流弁の実開度
と吸気系圧力と排気系圧力とから排気還流率推定手段Ｇ
で排気還流率を推定する。そして、故障判断手段Ｈで目
標排気還流率と推定された排気還流率との比較に基づい
て排気還流率制御装置の故障の有無を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気還
流制御装置の故障診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】排気還流（以下、ＥＧＲという）制御装
置は排気ガスを還流することにより燃焼温度を下げ、窒
素酸化物（以下ＮＯx ）を低減させるために、特にディ
ーゼルエンジンでは不可欠の技術である。しかし、予期
せぬ要因によりＥＧＲ弁が固着したり、作動に渋りが生
じたりすると、通常であるならば排気が還流されない運
転条件、たとえば急加速や登坂時などの負荷の高い条件
でも排気が還流され、燃焼が悪化するため運転性に障害
が生じたり、高温の排気で吸気系の部品に悪影響を与え
ることも考えられる。
【０００３】このため、万一の故障に備えてＥＧＲ系の
状態を監視して、安全に運行できるようにする必要があ
る。ＥＧＲ制御装置の故障を診断するものとしては、Ｅ
ＧＲ弁を全開および全閉動作させたときに、圧力センサ
によって検出される吸気管圧力の変化に基づいてＥＧＲ
弁の故障を診断するものが特開平６−２４９０７７号公
報や特開平６−２２９３２３号公報に開示されている。
また、ＥＧＲ通路内に温度センサを設けて、ＥＧＲ温度
に基づいて故障診断を行うものが特開平７−４２６２２
号公報に開示されている。さらに、特開平６−１３７２
１９号公報に開示されたもののように、ＥＧＲ制御装置
の故障を検出するために設けたセンサを用いて実測した
ＥＧＲ量と予測したＥＧＲ量との比較に基づいて故障診
断を行うものもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術では、ＥＧＲ制御装置の故障を検出するた
めのセンサと複雑な診断ロジックとを新たに追加する必
要がありコスト面での負担が増大するという問題点があ
った。この場合、さらに、ＥＧＲ制御装置の故障を検出
するセンサ自身の故障に関する対策も必要となり、制御
システムが複雑になるという問題点もあった。
【０００５】また、故障診断の精度は前記センサの精度
に依存するが、故障診断装置に高価な高精度センサを用
いることはコスト面から現実的でない。一方、精度は低
いが安価なセンサで正確な診断を行うためには、ＥＧＲ
制御装置の正常時と異常時とで明確な差異が検出できな
ければならない。この点、たとえば特開平６−２４９０
７８号公報に記載されたもののように、一時的にＥＧＲ
弁を強制開閉し、その前後の吸気圧の差圧に基づいて故
障診断することで正確な診断を行おうとするものがある
が、ＥＧＲの急激な変化によってエンジン音や運転性が
変化するため、運転者が異常に感じるおそれがあるとい
う問題点があった。
【０００６】本発明はこのような従来の問題点に鑑み、
簡単な構成で精度よく故障を検出できるＥＧＲ制御装置
の故障診断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、図１に示すように、少なくとも回転速度と
吸入空気流量と燃料噴射量とを含むエンジンの運転状態
を検出する運転状態検出手段Ａと、前記運転状態に基づ
いて吸気系圧力を演算する吸気圧演算手段Ｂと、前記運
転状態に基づいて排気系圧力を演算する排気圧演算手段
Ｃと、前記運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率を設定する
目標ＥＧＲ率設定手段Ｄと、前記吸気系圧力と排気系圧
力と目標ＥＧＲ率とに応じてＥＧＲ弁の開度を制御する
還流弁制御手段Ｅと、を有するエンジンのＥＧＲ制御装
置において、ＥＧＲ弁の実開度を検出する還流弁実開度
検出手段Ｆと、前記吸気系圧力と前記排気系圧力と前記
ＥＧＲ弁の実開度とからＥＧＲ率を推定するＥＧＲ率推
定手段Ｇと、前記目標ＥＧＲ率と前記推定されたＥＧＲ
率との比較に基づいて前記ＥＧＲ率制御装置の故障の有
無を判断する故障判断手段Ｈと、を設けた構成とし、故
障診断のためのセンサを新たに追加することなくＥＧＲ
制御装置の故障を判断する。
【０００８】また、具体的な故障判断手段としては、請
求項２に係る発明のように、前記目標ＥＧＲ率と前記推
定されたＥＧＲ率との差が所定の範囲を逸脱した場合、
前記ＥＧＲ率制御装置が故障であると判断する構成とす
れば簡便である。さらに、この故障判断手段を請求項３
に係る発明のように、所定期間における前記目標ＥＧＲ
率と前記推定されたＥＧＲ率との差の積分値が所定の範
囲を逸脱した場合、前記ＥＧＲ制御装置が故障であると
判断する構成にすれば、運転条件に起因する誤差が減少
する。
【０００９】この故障判断手段には、請求項４に係る発
明のように、前記目標ＥＧＲ率と前記推定されたＥＧＲ
率との差に代えて、前記目標ＥＧＲ率と前記推定された
ＥＧＲ率との比を用いてもよい。また、請求項５に係る
発明では、前記目標ＥＧＲ率と前記推定されたＥＧＲ率
との比較に基づいて、前記ＥＧＲ制御装置の故障の程度
を予め定めた複数のレベルのいずれかに判定する故障レ
ベル判定手段を含んで前記故障判断手段を構成し、ＥＧ
Ｒ弁の「固着」や「渋り」といった故障の程度を特定す
る。
【００１０】そして、請求項６に係る発明では、前記Ｅ
ＧＲ制御装置の故障の程度が所定のレベル以上であると
きに、前記エンジンの運転を制限する運転制限手段を設
けて、２次的な障害の発生を防止する。また、請求項７
に係る発明では、前記目標ＥＧＲ率が時々刻々と変化す
る場合にエンジンが過渡運転状態にあると判断する過渡
運転判断手段を含んで構成し、ＥＧＲ制御装置の正常時
と故障時とで目標ＥＧＲ量と推定ＥＧＲ量との差がより
大きくなる過渡運転状態においてのみ前記故障判断手段
によって前記ＥＧＲ量制御装置の故障の有無を判断す
る。
【００１１】
【発明の効果】上述した請求項１に係る発明によれば、
従来から運転状態の検出等に用いられているセンサの出
力に基づいてＥＧＲ量を算出し、これと目標ＥＧＲ量と
の比較によってＥＧＲ制御装置の故障を判断するので、
新たなセンサを設ける必要がなく、容易に実施できると
いう効果がある。
【００１２】また、特別なセンサの追加を必要としない
ので、センサ故障等による診断ミスの危険性が減少する
という効果もある。さらに、運転状態に影響を与えずに
ＥＧＲ制御装置の故障診断を実施できるので、運転者が
異常に感じるおそれはなく、常にＥＧＲ弁の故障を検出
することができるという効果もある。
【００１３】また、請求項２に係る発明によれば、簡素
な診断ロジックで正確な故障診断ができるという効果が
ある。また、請求項３に係る発明によれば、判定の基礎
データを所定期間における積分値とすることで、運転状
態の変動等による誤差を減少させて、より正確な故障診
断が可能になるという効果がある。
【００１４】また、請求項４に係る発明によれば、前記
請求項２または請求項３と同様に正確な故障診断ができ
るという効果がある。また、請求項５に係る発明によれ
ば、ＥＧＲ弁の「固着」や「渋り」といった故障の程度
を特定し、それに応じた最適な対処をとることも可能に
なるという効果がある。
【００１５】また、請求項６に係る発明によれば、故障
の程度が所定のレベル以上では、前記エンジンの運転を
制限して２次的な障害の発生を防止することで、安全を
確保できるという効果がある。また、請求項７に係る発
明によれば、ＥＧＲ制御装置の正常時と故障時とにおけ
る目標ＥＧＲ量と推定ＥＧＲ量との差が顕著で判別が容
易な過渡運転時において故障診断することにより、ＥＧ
Ｒ制御装置の故障検出精度が向上し、より効率的な診断
ができるという効果がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図２は、本発明の故障検出装置を
有するＥＧＲ制御装置が適用されたエンジンの一例を示
すシステム構成図である。ディーゼルエンジン１の燃焼
室に装着された燃料噴射ノズル２には、高圧の燃料噴射
ポンプ３から多気筒に分配して燃料が圧送供給される。
そして、燃料噴射ノズル２から燃焼室に向けて噴射され
た燃料は圧縮行程末期に着火して燃焼される。
【００１７】また、吸気マニホールド４と排気マニホー
ルド５とを結ぶＥＧＲ通路６と、ＥＧＲ通路６中に設け
られ、ＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁７と、ＥＧＲ弁７の
開度（以下リフト量という）Ｌiftsを検出するためのリ
フトセンサ８とが設置されている。ＥＧＲ弁７はダイア
フラム式で、バキュームポンプで作られる負圧で作動
し、そのリフト量は制御負圧を調整するデューティ制御
弁９により制御される。このデューティ制御弁９に代え
てステップモータでＥＧＲ弁７を駆動・制御してもよ
い。
【００１８】一方、コントロールユニット10には、吸気
通路11に設けられ吸入空気流量Ｑasm を検出するエアフ
ローメータ（ＡＦＭ）12、エンジンの回転速度Ｎe を検
出する回転速度センサ13、前記燃料噴射ポンプ３のコン
トロールレバー開度ＣＬを検出するレバー開度センサ1
4、水温Ｔw を検出する水温センサ15および前記リフト
センサ８等の各種センサ（運転状態検出手段に相当）が
接続されており、これらの信号に基づいて演算処理し
て、各アクチュエータに指令信号を出力する。上述の燃
料噴射およびＥＧＲ弁７の開閉制御もコントロールユニ
ット10の出力に基づいて行われる。また、16は運転者に
ＥＧＲ制御装置の異常を知らせる警告灯である。
【００１９】本発明の故障診断の原理を図３〜図４を用
いて説明する。図３（ａ）は、目標ＥＧＲ率Ｍegr の演
算と、これに基づくＥＧＲ制御の流れとを説明する図で
ある。先ず、目標ＥＧＲ率Ｍegr が燃料噴射量Ｑsol と
エンジン回転速度Ｎe とに基づいて演算される（目標Ｅ
ＧＲ率Ｍegr は吸入空気量Ｑas0 とは無関係に決定され
る）。
【００２０】次に、目標ＥＧＲ率Ｍegr と１シリンダ当
たりの吸入空気量（以下シリンダ吸入空気量という）Ｑ
acとに基づいて目標ＥＧＲ量Ｔqeを演算し、さらに、目
標ＥＧＲ量Ｔqe、排気系圧力（ＥＧＲ取り出し口での圧
力、以下排気圧という）Ｐexh と吸気系圧力（吸気マニ
ホールドでの圧力、以下吸気圧という）Ｐm との差圧
（Ｐexh −Ｐm ）等に基づいてＥＧＲ弁要求流路面積Ｔ
avが演算される。
【００２１】そして、ＥＧＲ弁要求流路面積Ｔavから目
標リフト量Ｍliftが演算され、この値に応じてＥＧＲ弁
７のリフト量が制御される。図３（ｂ）は、推定ＥＧＲ
率Ｒegr を演算する内部モデルを説明する図である。先
ず、吸気圧Ｐm と排気圧Ｐexh とを演算する。吸気圧Ｐ
m は、シリンダ吸入空気量Ｑac、１シリンダ当たりの吸
入ＥＧＲ量（以下シリンダ吸入ＥＧＲ量という）Ｑec、
吸入空気温度Ｔa 、ＥＧＲ温度Ｔe 、および体積効率相
当値Ｋin等に基づいて演算し、排気圧Ｐexh は、１シリ
ンダから排出される排気量（以下シリンダ排気量とい
う）Ｑexh 、シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑec、排気温度Ｔex
h 、およびエンジン回転速度Ｎe 等に基づいて演算す
る。
【００２２】次に、排気圧Ｐexh と吸気圧Ｐm との差圧
（Ｐexh −Ｐm ）、リフトセンサ８の出力から演算され
る実際のＥＧＲ流路面積Ａve等に基づいて推定ＥＧＲ量
Ｑeを演算する。目標値を与えれば実際のリフト量が一
義に決定されるステップモータを用いてＥＧＲ弁７を駆
動するような装置では、目標リフト量Ｍliftの値からＥ
ＧＲ流路面積Ａveを演算してもよい。
【００２３】そして、推定ＥＧＲ量Ｑe を吸入空気量Ｑ
as0 で割った値を推定吸入ＥＧＲ率Ｒegr とする。この
ように、本発明の故障診断では、目標ＥＧＲ率Ｍegr か
らＥＧＲ弁要求流路面積Ｔavを算出する一方、逆に、実
際のＥＧＲ弁開口面積Ａveから推定ＥＧＲ率Ｒegr を算
出しているので、設定された目標リフト量Ｍliftに基づ
いてＥＧＲ弁７が正常に作動し、ＥＧＲ弁要求流路面積
Ｔavと実際のＥＧＲ弁開口面積Ａveとが一致している状
態では、推定ＥＧＲ率Ｒegr と前述の目標ＥＧＲ率Ｍeg
r とは一致することになる。
【００２４】一方、ＥＧＲ弁７に故障が発生し、例え
ば、開口面積の大きい状態で弁体が固着したような場
合、目標ＥＧＲ率Ｍegr の値が小さいときでも意図しな
い大量のＥＧＲが行われ、その分エアフローメータ12の
出力から検出される吸入空気量Ｑas0 （および、シリン
ダ吸入空気量Ｑac）が大きく減少する。このような場合
のＥＧＲ制御の流れを図４（ａ）に示す。前述したよう
に目標ＥＧＲ率Ｍegr は吸入空気量Ｑas0 とは無関係に
決定されるため、ＥＧＲ弁７の故障の影響を直接受ける
ことはない。
【００２５】これに対し、シリンダ吸入空気量Ｑacが減
少するため、目標ＥＧＲ量Ｔqeの演算値は減少する。ま
た、シリンダ吸入空気量Ｑacを含んで演算される排気圧
Ｐexh および吸気圧Ｐm も変化するが、吸気圧の変化の
方が大きく、差圧（Ｐexh −Ｐm ）は実際よりも小さな
値が算出される。結局、目標ＥＧＲ量Ｔqeの減少と差圧
（Ｐexh −Ｐm ）の減少とが相殺されて、ＥＧＲ弁要求
流路面積Ｔavの演算値はあまり変化しない。
【００２６】ところが、リフトセンサ８からは、固着し
開口したままの状態に応じた値が出力されるので、図４
（ｂ）に示すように、算出されるＥＧＲ弁開口面積Ａve
は大きな値となり、これを基に算出される推定ＥＧＲ量
Ｑe の値も大きなものになる（このとき、差圧（Ｐexh
−Ｐm ）の変化はＡveの値の変化に比較して小さいた
め、推定ＥＧＲ量Ｑe の値に関してはＥＧＲ弁開口面積
Ａveの影響が支配的である）。
【００２７】従って、ＥＧＲ弁７が開口面積の大きい状
態で固着した場合、推定ＥＧＲ量Ｑe と吸入空気量Ｑas
0 との比である推定ＥＧＲ率Ｒegr は大きな値をとるよ
うになる。また、目標リフト量Ｍliftの値からＥＧＲ流
路面積Ａveを演算する構成では、ＥＧＲ流路面積Ａveの
値はあまり影響を受けず、差圧（Ｐexh −Ｐm ）の減少
により推定ＥＧＲ量Ｑe はやや減少する。しかし、推定
ＥＧＲ量Ｑe の減少量よりも吸入空気量Ｑas0 の減少量
の方がはるかに大きいため、やはり推定ＥＧＲ率Ｒegr
は目標ＥＧＲ率Ｍegr よりも大きな値をとるようにな
る。
【００２８】このようにして、ＥＧＲ弁７の弁体が固着
したような場合には、推定ＥＧＲ率Ｒegr と目標ＥＧＲ
率Ｍegr とは異なる値を示すようになる。以上より、目
標ＥＧＲ率Ｍegr と推定ＥＧＲ率Ｒegr とを比較するこ
とで、容易にＥＧＲ制御装置の故障を診断することが可
能になる。次に、上述した原理に基づく故障診断の一例
をフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００２９】図５は、本発明のＥＧＲ制御装置の故障診
断ルーチンを示すフローチャートである。このルーチン
が故障判断手段に相当する。まず、ステップ１（図中Ｓ
１と表記。以下同様）で目標ＥＧＲ率Ｍegr を読み込
み、続くステップ２では推定ＥＧＲ率Ｒegr を読み込
む。このＭegr およびＲegr は後に詳述する方法（図
６、図13）で算出された値を用いる。
【００３０】そして、ステップ３では、目標ＥＧＲ率Ｍ
egr と推定ＥＧＲ率Ｒegr との差（絶対値）ΔＥＧＲ＝
｜Ｍegr −Ｒegr ｜を計算する。ステップ４では、コン
トロールユニット内に記憶された所定のＥＧＲ故障診断
閾値Ｄegr とΔＥＧＲとを比較する。ΔＥＧＲがＥＧＲ
故障診断閾値Ｄegr 以上のときには、ステップ５に進
み、ＥＧＲ制御装置が故障していると判断する。そし
て、ステップ６でＥＧＲ故障の警告のため、たとえば車
室内の警告灯16を点灯させて、処理を終了する。
【００３１】一方、ステップ４でΔＥＧＲがＥＧＲ故障
診断閾値Ｄegr よりも小さい場合には、ステップ７へ進
みＥＧＲ制御装置は正常であると判断して、処理を終了
する。図６は、前記目標ＥＧＲ率Ｍegr を演算するフロ
ーチャートであり、このルーチンが目標ＥＧＲ率設定手
段に相当する。
【００３２】まずステップ11で、エンジン回転速度Ｎe
と後述する図８で算出される燃料噴射量Ｑsol とを読み
込む。そして、ステップ12で、たとえば図７に示すよう
な予め設定された目標ＥＧＲ率のマップを検索し、目標
ＥＧＲ率Ｍegr を得て処理を終了する。前記ステップ11
で読み込んだ燃料噴射量Ｑsol は、図８のフローチャー
トによって算出される。
【００３３】まず、ステップ21でエンジン回転速度Ｎe
およびコントロールレバー開度ＣＬを読み込む。ステッ
プ22では、このＮe およびＣＬから、図９に示すような
マップを検索して基本燃料噴射量Ｍqdrvを求める。そし
て、ステップ23では、水温等に基づいてＭqdrvに各種補
正を行いＱsol1とする。
【００３４】さらに、ステップ24でＱsol1に最大燃料噴
射量の制限を行いＱsol として処理を終了する。上述の
ようにして得られた目標ＥＧＲ率Ｍegr に基づいて、Ｅ
ＧＲ弁は以下のように制御される。図10は、目標ＥＧＲ
量Ｔqeを演算するフローチャートである。
【００３５】まず、ステップ31でエンジン回転速度Ｎe
と、目標ＥＧＲ率Ｍegr および後述（図17）するシリン
ダ吸入空気量Ｑacとを読み込む。ステップ32では、Ｑac
にＭegr を乗ずることによりシリンダへの目標吸入ＥＧ
Ｒ量Ｔqec0を求める。ステップ33では、Ｔqec0に吸気容
量分の進み処理を行い、吸気コレクタへの目標ＥＧＲ流
量Ｔqec を求める。
【００３６】そして、ステップ34でＴqec 、Ｎe 、およ
び定数ＫＣＯＮ♯から、次式によって目標ＥＧＲ量Ｔqe
を演算して終了する。 Ｔqe＝Ｔqec ×Ｎe ／ＫＣＯＮ♯ 図11はＥＧＲ弁の指令リフト量Ｌifttを演算するフロー
チャートである。まず、ステップ41では、後述する吸気
圧Ｐm （図15）および排気圧Ｐexh （図16）と、前記目
標ＥＧＲ量Ｔqeとを読み込む。
【００３７】次のステップ42では、次式によりＥＧＲ弁
要求流路面積Ｔavを演算する。 Ｔav＝｛Ｔqe／（Ｐexh −Ｐm ）1/2 ｝／ＫＲ♯ ここで、ＫＲ♯は定数で、ほぼ（２ρ）1/2 （ρは排気
密度）に等しい。ステップ43では、前段で求められたＴ
avより、例えば図12のような流路面積とリフト量の関係
を示すテーブルから目標リフト量Ｍliftを演算する。
【００３８】そして、ステップ44でＭliftにＥＧＲ弁の
作動遅れ分の進み処理を行い、その値を指令リフト量Ｌ
ifttとする。ＥＧＲ弁は、この指令リフト量Ｌifttの値
に応じてデューティ制御弁９によりリフト量を制御され
る。このステップ41〜ステップ44のルーチンとデューテ
ィ制御弁９とが還流弁制御手段に相当する。
【００３９】次に、前記推定ＥＧＲ率Ｒegr の算出方法
を図13のフローチャートにしたがって説明する。このル
ーチンがＥＧＲ率推定手段に相当する。まず、ステップ
51では、後述する方法で算出された吸気圧Ｐm （図1
5）、排気圧Ｐexh （図16）および吸入空気量Ｑas0
（図17）を読み込むと同時に、還流弁実開度検出手段と
してのリフトセンサ８からＥＧＲ制御弁の実リフト量Ｌ
iftsを読み込む。
【００４０】目標値を与えれば実際のリフト量が一義に
決定されるステップモータを用いてＥＧＲ弁７を駆動す
るような装置では、目標リフト量Ｍliftの値をそのまま
実リフト量Ｌiftsとしてもよい。通常、リフトセンサ８
は金属抵抗を用いた擦動式位置センサを用いるため、高
温下での擦動の繰り返しにより故障が起き易い。目標リ
フト量Ｍliftの値を実リフト量Ｌiftsとする構成では、
このような不都合を回避することができる。
【００４１】ステップ52では、Ｌiftsの値から、例えば
図14のようなテーブルによってＥＧＲ流路面積Ａveを演
算する。ステップ53では、次式によって推定ＥＧＲ量Ｑ
e を演算する。 Ｑe ＝Ａve×（Ｐexh −Ｐm ）1/2 ×ＫＲ♯ ここで、ＫＲ♯は前記図11のフローチャートのステップ
42で用いた値と同様である。
【００４２】そして、ステップ54で、この推定ＥＧＲ量
Ｑe を吸入空気量Ｑas0 で割った値を推定吸入ＥＧＲ率
Ｒegr として処理を終了する。この推定ＥＧＲ率Ｒegr
の演算に用いられる、吸気圧Ｐm および排気圧Ｐexhは
次のようにして求められる。図15は、吸気圧Ｐm を演算
するフローチャートであり、吸気圧演算手段に相当す
る。
【００４３】はじめに、ステップ61で、それぞれ後述す
る別ルーチンで演算された、シリンダ吸入空気量Ｑac、
１シリンダ当たりの吸入ＥＧＲ量（以下シリンダ吸入Ｅ
ＧＲ量という）Ｑec、吸入空気温度Ｔa 、ＥＧＲ温度Ｔ
e 、および体積効率相当値Ｋinを読み込む。ステップ62
では、上記各パラメータから次式を用いて吸気圧Ｐm を
演算し、処理を終了する。
【００４４】Ｐm ＝｛ (Ｑac×Ｔa ＋Ｑec×Ｔe)×Ｒ×
Ｋpm｝／ (Ｋin×Ｋvol)＋Ｏpm ここで、Ｒは気体定数、Ｋvol は（１シリンダの容積）
／（吸気系容積）、ＫpmおよびＯpmは定数である。図16
は、排気圧Ｐexh を演算するフローチャートであり、排
気圧演算手段に相当する。
【００４５】はじめに、ステップ71で、それぞれ後述す
る別ルーチンで演算された、１シリンダから排出される
排気量（以下シリンダ排気量という）Ｑexh 、シリンダ
吸入ＥＧＲ量Ｑec、排気温度Ｔexh 、およびエンジン回
転速度Ｎe を読み込む。ステップ72では、上記各パラメ
ータから次式を用いて排気圧Ｐexh を演算し、処理を終
了する。
【００４６】Ｐexh ＝（Ｑexh ＋Ｑec）×Ｔexh ×Ｎe
×Ｋpexh＋Ｏpexh ここで、ＫpexhおよびＯpexhは定数である。次に、上記
吸気圧Ｐm および排気圧Ｐexh の演算に用いられる各パ
ラメータを算出するルーチンを説明する。図17は、シリ
ンダ吸入空気量Ｑacを演算するフローチャートである。
【００４７】はじめに、ステップ81でエアフローメータ
12の出力電圧を読込み、続くステップ82で所定の変換テ
ーブルにより吸入空気流量Ｑasm を演算する。そして、
ステップ83では、Ｑasm に加重平均処理を行った吸入空
気量Ｑas0 を求める。次に、ステップ84でエンジン回転
速度Ｎe を読み込み、ステップ85でＱas0 とＮe と定数
ＫＣＯＮ♯とから１シリンダ当たりの基本吸入空気量Ｑ
ac0 を次式によって演算する。
【００４８】Ｑac0 ＝（Ｑas0 ／Ｎe ）×ＫＣＯＮ♯ さらに、ステップ86では次式によりＱac0 のｎ回演算分
のディレイ処理を行い、吸気コレクタ入口部の吸入空気
量Ｑacn を演算する。ここで、ＺはＺ変換の演算子で、
Ｚ-nはｎ回演算遅れを表す。具体的には、最新から過去
ｎ回前までのＱac0 を記憶しておき、ｎ回前のＱac0 値
をＱacn として取り出す。
【００４９】そして、ステップ87で容積比Ｋvol と体積
効率相当値Ｋinとを用い、Ｑacn に次式による遅れ処理
を行ってシリンダ吸入空気量Ｑacを求めて処理を終了す
る。 Ｑac＝Ｑacn-1 ×（１−Ｋvol ×Ｋin）＋Ｑacn ×Ｋvo
l ×Ｋin 図18は、シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecを演算するフローチ
ャートである。はじめに、ステップ91でＥＧＲ量の前回
値Ｑe n-1 を、ステップ92でエンジン回転速度Ｎe を読
み込む。
【００５０】ステップ93では、Ｑe n-1 とＮe と定数Ｋ
ＣＯＮ♯とから１シリンダ当たりの基本吸入ＥＧＲ量Ｑ
ecn を演算する。 Ｑecn ＝（Ｑe ／Ｎe ）×ＫＣＯＮ♯ そして、ステップ94で容積比Ｋvol と体積効率相当値Ｋ
inとを用いて、Ｑecnに次式による遅れ処理を行ってシ
リンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecを求めて処理を終了する。
【００５１】Ｑec＝Ｑecn-1 ×（１−Ｋvol ×Ｋin）＋
Ｑecn ×Ｋvol ×Ｋin 図19は吸入空気温度Ｔa を演算するフローチャートであ
る。まず、ステップ101 で前回求められた吸気圧Ｐm
n-1 を読み込み、ステップ102 で断熱変化の関係から次
式によって吸入空気温度Ｔa を算出して処理を終了す
る。
【００５２】Ｔa ＝ＴＡ♯×（Ｐm n-1 ／ＰＡ＃）
(K-1)/K ＋ＴＯＦＦ♯ ここで、ＴＡ♯、ＰＡ＃は標準状態の温度、圧力であ
り、ＴＯＦＦ♯は大気から吸気コレクタに空気が入るま
での温度上昇分であるが、これらの値を水温等に応じて
補正してもよい。尚、吸入空気温度Ｔa を検出するセン
サが設けられているような場合には、その実測値を用い
てもよい。
【００５３】図20は、ＥＧＲ通路６出口部におけるＥＧ
Ｒガスの温度Ｔe を演算するフローチャートである。ま
ず、ステップ111 で後述するルーチンで求められた排気
温度Ｔexh を読み込む。そして、ステップ112 で次式に
よりＴe を演算して処理を終了する。 Ｔe ＝Ｔexh ×ＫＴＬＯＳ♯ ここで、ＫＴＬＯＳ♯はＥＧＲ通路によるＥＧＲの温度
低下係数である。
【００５４】図21は体積効率相当値Ｋinを演算するフロ
ーチャートである。まず、ステップ121 で吸気圧の前回
値Ｐm n-1 とエンジン回転速度Ｎe とを読み込む。続く
ステップ122 ではＰm n-1 から、たとえば図22に示すよ
うな圧力補正テーブルを用いて圧力補正係数Ｋinp を演
算する。
【００５５】ステップ123 ではＮe からたとえば図23に
示すようなテーブルを用いて回転補正係数Ｋinn を演算
する。そして、ステップ124 で、Ｋinp およびＫinn を
用いて体積効率相当値Ｋinを次式により演算して処理を
終了する。 Ｋin＝Ｋinp ×Ｋinn 図24は、ＥＧＲ通路６入口部における排気温度Ｔexh を
演算するフローチャートである。
【００５６】まず、ステップ131 〜ステップ133 で、後
述する燃料噴射量サイクル処理値Ｑfoおよび吸気温度サ
イクル処理値Ｔnoと、排気圧の前回値Ｐexh n-1 とを読
み込む。次のステップ134 では、Ｑfoより、例えば図25
に示すようなテーブルから基本排気温度Ｔexhbを演算す
る。
【００５７】また、ステップ135 では、Ｔnoから次式に
より吸気温度補正係数Ｋtexh1 を演算する。 Ｋtexh1 ＝（Ｔno／ＴＡ♯）KN 吸気温度補正係数Ｋtexh1 は、上記のように標準温度
（ＴＡ♯）に対する吸気温度の比のＫＮ乗として求めら
れるものであり、吸気温度上昇による排気温度の上昇の
割合を示すものである。
【００５８】ステップ136 では、Ｐexh n-1 から断熱変
化の関係により、排気圧上昇による温度上昇補正係数Ｋ
texh2 を次式により演算する。 Ｋtexh2 ＝（Ｐexh n-1 ／ＰＡ♯）(Ke-1)/Ke そして、ステップ137 でＴexhb、Ｋtexh1 、およびＫte
xh2 から排気温度Ｔexh を次式により演算して処理を終
了する。
【００５９】Ｔexh ＝Ｔexhb×Ｋtexh1 ×Ｋtexh2 図26は、シリンダ吸入空気量Ｑac、燃料噴射量Ｑsol 、
およびシリンダ吸気温度Ｔn のサイクル処理のフローチ
ャートであり、１燃焼毎に発生するリファレンス信号に
同期して実行される。まず、ステップ141 でシリンダ吸
入空気量Ｑac、燃料噴射量Ｑsol 、およびシリンダ吸気
温度Ｔn を読み込む。Ｔn は、例えば次式で演算される
値とする。
【００６０】 Ｔn ＝（Ｑac×Ｔa ＋Ｑec×Ｔe ）／（Ｑac＋Ｑec） ステップ142 では、前記Ｑac、Ｑsol 、およびＴn にサ
イクル処理を施す。排気行程との位相合せのため、Ｑac
およびＴn についてはシリンダ数から１を引いた分、圧
縮行程におけるＱsol についてはシリンダ数から２を引
いた分のディレイ処理を行い、それぞれＱexh 、Ｔno、
Ｑfoとして処理を終了する。
【００６１】以上説明した本発明のＥＧＲ制御装置の故
障診断装置では、上述の各パラメータから吸気圧Ｐm お
よび排気圧Ｐexh を求め、これらとＥＧＲ弁７のリフト
量Ｌiftsとに基づいて推定ＥＧＲ率Ｒegr を演算するこ
とができる。そして、この推定ＥＧＲ率Ｒegr と目標Ｅ
ＧＲ率Ｍegr との差からＥＧＲ制御装置の故障診断を行
うことができる。
【００６２】上述した例ではリフトセンサ８の出力によ
ってＥＧＲ弁のリフト量を検出し、これに基づいて推定
ＥＧＲ率Ｒegr を演算しているが、リフトセンサ８は排
気還流装置に通常備えられているものであり、新たに設
ける必要はない。このように、新たなセンサを追加する
ことなく、比較的簡単な診断ロジックのみでＥＧＲ制御
装置の故障を検出することができるため、ＥＧＲ制御装
置の故障を検出するセンサ自身の故障に関する対策が不
要になり、制御システムを簡素に構成することができ
る。また、新たなセンサを付加する必要がないため、Ｅ
ＧＲ制御装置の製造コストを増加させることなく正確な
故障診断を行うことができる。
【００６３】尚、前記演算により求められた吸気圧Ｐm
と排気圧Ｐexh との差と、予め各回転負荷および目標Ｅ
ＧＲ率に応じて設定しておいた差圧とを比較する等して
もＥＧＲ制御装置の故障を検出できるようにも思われ
る。しかし、予め設定された値と、実際の運転状態に基
づいた複雑な処理を経て算出された値とを単純に比較し
たのではデータの適合が困難であり、製品のばらつきを
も考慮すると十分な精度を得ることができないおそれも
ある。
【００６４】この点、本発明のＥＧＲ制御装置では、目
標ＥＧＲ率と推定ＥＧＲ率とをそれぞれ同一条件で逐次
演算して比較しているため、製品のばらつきなどによる
影響を受けることはなく、精度の高い故障診断が可能で
ある。図27は、本発明の他の実施例を示すフローチャー
トである。この実施例では、図５の故障診断のフローチ
ャートに、目標ＥＧＲ率と推定ＥＧＲ率との差を所定期
間積分するステップ（ステップ154 ）を付加し、ΔＥＧ
Ｒの前記所定期間における積分値ΔＥＧＲi と所定のＥ
ＧＲ故障診断閾値Ｄegriとの比較によってＥＧＲ制御装
置の故障を判断する構成としている。
【００６５】本発明では、ＥＧＲ弁の故障により、目標
ＥＧＲ率に対して推定ＥＧＲ率がずれることを利用して
ＥＧＲ制御装置の故障診断を行っているため、所定時間
の移動平均で前記目標ＥＧＲ率と推定ＥＧＲ率との差を
計測すれば、運転条件の変化によるセンサやアクチュエ
ータの応答遅れに起因する誤差を低減し、より精度の高
い故障診断が可能となる。
【００６６】また、図28のフローチャートに示すよう
に、故障診断の冒頭に過渡運転中か否かを判定するステ
ップ（ステップ161 ；過渡運転判断手段に相当）を付加
し、回転負荷の変化から過渡運転状態にあるか否かを判
断して、過渡運転時にのみＥＧＲ制御装置の故障診断を
するように構成してもよい。定常運転状態では、たとえ
ば図29に示すように、たまたま目標ＥＧＲ率となる状態
でＥＧＲ制御装置が故障してＥＧＲ弁が固着したような
場合、目標ＥＧＲ率Ｍegr と推定ＥＧＲ率Ｒegr との差
が小さいために、故障を検出できないことも考えられ
る。
【００６７】この点、過渡運転時には目標ＥＧＲ率が時
々刻々と変化するため、ＥＧＲ弁が固着しているにもか
かわらず目標ＥＧＲ率Ｍegr と推定ＥＧＲ率Ｒegr との
差が小さい状態が生じる確率が極めて小さくなる。ま
た、一般に過渡運転時におけるＭegr とＲegr との差
は、ＥＧＲ制御装置の正常時と故障時とで大きく異な
り、定常運転時よりもその差が顕著で判別が容易である
ため、ＥＧＲ制御装置の故障検出精度が向上する。
【００６８】本発明のＥＧＲ制御装置では、さらに、異
なる値を有する複数のＥＧＲ故障診断閾値を設けて、故
障のレベルを判定できるように構成してもよい。図30の
フローチャートには、渋り閾値Ｄ１egr と固着閾値Ｄ２
egr とを設け、故障を２つのレベルに判別する例を示
す。ステップ175 では、目標ＥＧＲ率Ｍegr と推定ＥＧ
Ｒ率Ｒegr との差であるΔＥＧＲの所定期間における積
分値ΔＥＧＲi と渋り閾値Ｄ１egriとを比較し、ΔＥＧ
Ｒi が小さい場合にはステップ176 に進んで、ＥＧＲ制
御装置は正常であると判断する。
【００６９】一方、ステップ175 で渋り閾値Ｄ１egriの
方が大きい場合には、ステップ177に進み、ΔＥＧＲi
をさらに固着閾値Ｄ２egriと比較する。ここで、ΔＥＧ
Ｒi の方が固着閾値Ｄ２egriより小さい場合には、ステ
ップ178 に進んでＥＧＲ弁が渋っていると判断し、ステ
ップ179 で故障信号を出して警告灯16を点灯させると共
に、吸気系の部品が高温の排気で変形するなどの２次的
な問題が起こらないようにＥＧＲ弁を全閉にする。
【００７０】逆に、ΔＥＧＲi の方が大きい場合には、
ステップ180 でＥＧＲ弁が固着していると判断し、その
ままの運転を続けると前述のような２次的な問題が起こ
る可能性が高くなるので、ステップ181 で故障信号を出
して警告灯16を点灯させると共に、運転を制限するモー
ドに切り替える（運転制限手段に相当）。たとえば、最
大燃料噴射量を小さくすることにより、整備工場まで自
走できる程度まで運転制限する。
【００７１】この、ステップ175 〜ステップ178 および
ステップ180 が故障レベル判定手段に相当する。このよ
うに、故障のレベルを判別できる構成とすることによ
り、故障の程度に応じた適切な対応が可能になる。尚、
上述の例ではいずれも、故障診断に目標ＥＧＲ率Ｍegr
と推定ＥＧＲ率Ｒegr との差をＥＧＲ故障診断閾値と比
較する構成としたが、目標ＥＧＲ量Ｍegrと推定ＥＧＲ
率Ｒegr との比を用いても同様の効果を得られる。たと
えば、上述した図５の故障診断ルーチンでは、ステップ
３にある式ΔＥＧＲ＝｜Ｍegr −Ｒegr ｜を、式ΔＥＧ
Ｒ＝Ｒegr ／Ｍegr で置き換え、ステップ４の判定を、
ΔＥＧＲの値が所定の範囲内にあるか否か、すなわちＤ
egr-min ＜ΔＥＧＲ＜Ｄegr-max に置き換えればよい。
この場合、ΔＥＧＲが上記範囲外であるならば、ＥＧＲ
制御装置が故障したと判定される。また、図27、図28、
および図30の故障診断ルーチンでも該当するステップを
同様に置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明装置の構成を示す機能ブロック図
【図２】 本発明装置を適用したエンジンの一例を示す
システム構成図
【図３】 本発明の故障診断の原理を説明する図
【図４】 本発明の故障診断の原理を説明する図
【図５】 故障診断ルーチンのフローチャート
【図６】 目標ＥＧＲ率Ｍegr を演算するフローチャー
ト
【図７】 目標ＥＧＲ率の演算に使用するマップ
【図８】 燃料噴射量Ｑsol を演算するフローチャート
【図９】 基本燃料噴射量Ｍqdrvを検索するマップ
【図10】 目標ＥＧＲ量Ｔqeを演算するフローチャート
【図11】 ＥＧＲ弁の指令リフト量Ｌifttを演算するフ
ローチャート
【図12】 目標リフト量Ｍliftの演算に使用するテーブ
ル
【図13】 推定ＥＧＲ率Ｒegr を演算するフローチャー
ト
【図14】 ＥＧＲ流路面積Ａveの演算に使用するテーブ
ル
【図15】 吸気圧Ｐm を演算するフローチャート
【図16】 排気圧Ｐexh を演算するフローチャート
【図17】 シリンダ吸入空気量Ｑacを演算するフローチ
ャート
【図18】 シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecを演算するフロー
チャート
【図19】 吸入空気温度Ｔa を演算するフローチャート
【図20】 ＥＧＲガスの温度Ｔe を演算するフローチャ
ート
【図21】 体積効率相当値Ｋinを演算するフローチャー
ト
【図22】 圧力補正係数Ｋinp の演算に使用するテーブ
ル
【図23】 回転補正係数Ｋinn の演算に使用するテーブ
ル
【図24】 排気温度Ｔexh を演算するフローチャート
【図25】 基本排気温度Ｔexhbの演算に使用するテーブ
ル
【図26】 シリンダ吸入空気量Ｑac、燃料噴射量Ｑsol
、およびシリンダ吸気温度Ｔn のサイクル処理のフロ
ーチャート
【図27】 積分値を用いた故障診断ルーチンのフローチ
ャート
【図28】 過渡運転判断を含む故障診断ルーチンのフロ
ーチャート
【図29】 過渡運転状態における目標ＥＧＲ率と推定Ｅ
ＧＲ率との関係を示すグラフ
【図30】 故障レベル判定を含む故障診断ルーチンのフ
ローチャート
【符号の説明】 １ ディーゼルエンジン ２ 燃料噴射ノズル ３ 燃料噴射ポンプ ４ 吸気マニホールド ５ 排気マニホールド ６ ＥＧＲ通路 ７ ＥＧＲ弁 ８ リフトセンサ ９ デューティ制御弁 10 コントロールユニット 11 吸気通路 12 エアフローメータ 13 回転速度センサ 14 レバー開度センサ 15 水温センサ 16 警告灯
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/22 ３５１ Ｆ０２Ｄ 41/22 ３５１ 45/00 ３４５ 45/00 ３４５Ｚ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも回転速度と吸入空気流量と燃料
    噴射量とを含むエンジンの運転状態を検出する運転状態
    検出手段と、 前記運転状態に基づいて吸気系圧力を演算する吸気圧演
    算手段と、 前記運転状態に基づいて排気系圧力を演算する排気圧演
    算手段と、 前記運転状態に基づいて目標排気還流率を設定する目標
    排気還流率設定手段と、 前記吸気系圧力と排気系圧力と目標排気還流率とに応じ
    て排気還流弁の開度を制御する還流弁制御手段と、 を有するエンジンの排気還流制御装置において、 排気還流弁の実開度を検出する還流弁実開度検出手段
    と、 前記吸気系圧力と前記排気系圧力と前記排気還流弁の実
    開度とから排気還流率を推定する排気還流率推定手段
    と、 前記目標排気還流率と前記推定された排気還流率との比
    較に基づいて前記排気還流率制御装置の故障の有無を判
    断する故障判断手段と、 を設けたことを特徴とするエンジンの排気還流制御装置
    の故障診断装置。
  2. 【請求項２】前記故障判断手段は、前記目標排気還流率
    と前記推定された排気還流率との差が所定の範囲を逸脱
    した場合、前記排気還流率制御装置が故障であると判断
    することを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気還
    流制御装置の故障診断装置。
  3. 【請求項３】前記故障判断手段は、所定期間における前
    記目標排気還流率と前記推定された排気還流率との差の
    積分値が所定の範囲を逸脱した場合、前記排気還流率制
    御装置が故障であると判断することを特徴とする請求項
    １記載のエンジンの排気還流制御装置の故障診断装置。
  4. 【請求項４】前記目標排気還流率と前記推定された排気
    還流率との差に代えて、前記目標排気還流率と前記推定
    された排気還流率との比を用いることを特徴とする請求
    項２または請求項３記載のエンジンの排気還流制御装置
    の故障診断装置。
  5. 【請求項５】前記故障判断手段は、前記目標排気還流率
    と前記推定された排気還流率との比較に基づいて、前記
    排気還流制御装置の故障の程度を予め定めた複数のレベ
    ルのいずれかに判定する故障レベル判定手段を含んで構
    成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれ
    か１つに記載のエンジンの排気還流制御装置の故障診断
    装置。
  6. 【請求項６】前記排気還流制御装置の故障の程度が所定
    のレベル以上であるときに、前記エンジンの運転を制限
    する運転制限手段を設けたことを特徴とする請求項５記
    載のエンジンの排気還流制御装置の故障診断装置。
  7. 【請求項７】前記故障判断手段は、前記目標排気還流率
    が時々刻々と変化する場合にエンジンが過渡運転状態に
    あると判断する過渡運転判断手段を含んで構成され、 前記過渡運転状態においてのみ前記故障判断手段によっ
    て前記排気還流率制御装置の故障の有無を判断すること
    を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載
    のエンジンの排気還流制御装置の故障診断装置。
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