内燃機関の排ガス再循環装置
【課題】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す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。
【解決手段】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。
【解決手段】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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２２０５８号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】変動成分除去不感帯器の作動を説明する説明図である。
【図５】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。
【図６】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７】図６のＥ部拡大図である。
【図８】図６のＦ部拡大図である
【図９】ＥＧＲ制御弁の弁開度と弁流量の特性を示す説明図である。
【図１０】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。
【図１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、ｚ１、ｙを付ける。
なお、
はｙを時間微分した信号である。
【００３４】
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ｄ１の値を１にしたとき出力信号ｚ１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ｚ１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ｄ１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。
【００３５】
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。
【００３６】
基本成分補正ゲイン器６６の基本成分補正ゲインk２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ｚ１が正の値を出力すれば、それにＫ２を乗じた値だけ基本成分ｙを増やす。ｚ１が負の値を出力すれば、それにk２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k２を大きくするほど早く収束する。
【００３７】
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。
【００３８】
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
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。
【００３９】
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
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
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。
【００４０】
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ｄ２内の信号であるかを基に判定する。
【００４１】
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ｄ２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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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ｄ１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。
【００５０】
（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ｄ１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。
【００５１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
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。
【符号の説明】
【００５３】
１ エンジン（内燃機関）
９ 吸気通路
１３ 吸気スロットルバルブ
１９ 燃料噴射制御手段
２３ 排気通路
２５ ＥＧＲガス通路
２９ ＥＧＲ制御弁
３３ ＥＧＲ制御装置
４１ 制御装置
５２ 開度指令信号出力手段
５４ 変動成分分離手段
５６ 変動成分判定手段
５８ ＥＧＲ制御弁診断装置
６０ 基本成分算出部
６２ 加減算器
６４、７４、７６ 変動成分除去不感帯器
６６ 基本成分補正ゲイン器
６８ 積分器
７０ 定常状態判定器
７２ オンディレイタイマ
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２２０５８号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】変動成分除去不感帯器の作動を説明する説明図である。
【図５】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。
【図６】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７】図６のＥ部拡大図である。
【図８】図６のＦ部拡大図である
【図９】ＥＧＲ制御弁の弁開度と弁流量の特性を示す説明図である。
【図１０】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。
【図１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、ｚ１、ｙを付ける。
なお、
はｙを時間微分した信号である。
【００３４】
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ｄ１の値を１にしたとき出力信号ｚ１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ｚ１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ｄ１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。
【００３５】
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。
【００３６】
基本成分補正ゲイン器６６の基本成分補正ゲインk２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ｚ１が正の値を出力すれば、それにＫ２を乗じた値だけ基本成分ｙを増やす。ｚ１が負の値を出力すれば、それにk２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k２を大きくするほど早く収束する。
【００３７】
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。
【００３８】
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
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。
【００３９】
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
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
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。
【００４０】
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ｄ２内の信号であるかを基に判定する。
【００４１】
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ｄ２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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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ｄ１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。
【００５０】
（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ｄ１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。
【００５１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
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。
【符号の説明】
【００５３】
１ エンジン（内燃機関）
９ 吸気通路
１３ 吸気スロットルバルブ
１９ 燃料噴射制御手段
２３ 排気通路
２５ ＥＧＲガス通路
２９ ＥＧＲ制御弁
３３ ＥＧＲ制御装置
４１ 制御装置
５２ 開度指令信号出力手段
５４ 変動成分分離手段
５６ 変動成分判定手段
５８ ＥＧＲ制御弁診断装置
６０ 基本成分算出部
６２ 加減算器
６４、７４、７６ 変動成分除去不感帯器
６６ 基本成分補正ゲイン器
６８ 積分器
７０ 定常状態判定器
７２ オンディレイタイマ
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−６７６３７（Ｐ２０１２−６７６３７Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１４０６（Ｐ２０１０−２１１４０６）
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]