(57)【要約】  吸気圧力が排気圧力よりも高くなる高吸気圧条件下において、ＥＧＲ弁の閉め切り故障を良好に判定できるようにした内燃機関の制御装置を提供する。  吸気ポート（１２ａ）に燃料を噴射するポート燃料噴射弁（３６）を備える。吸気通路（１２）と排気通路（１４）とを接続するＥＧＲ通路（５０）を備える。ＥＧＲ通路（５０）の開閉を担うＥＧＲ弁（５８）を備える。内燃機関（１０）の筒内から排出される排気ガスの実空燃比を検出するメイン空燃比センサ（４６）を備える。ＥＧＲ弁（５８）を閉め切る閉め切り指令時に高吸気圧条件および過渡条件が成立する場合において、メイン空燃比センサ（４６）により検出される排気ガスの空燃比の実測値が排気ガスの空燃比の目標値よりも所定のリーン判定値以上リーンな値である場合に、ＥＧＲ弁（５８）の閉め切り故障が生じていると判定する。
2012059984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、
吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の開閉を担うＥＧＲ弁と、
前記吸気通路内の圧力が前記排気通路内の圧力よりも高い高吸気圧条件であるか否かを判定する圧力条件判定手段と、
内燃機関の運転状態が変化する過渡条件であるか否かを判定する過渡条件判定手段と、
前記内燃機関の筒内から排出される排気ガスの実空燃比を検出する空燃比センサと、
前記ＥＧＲ弁を閉め切る閉め切り指令時に前記高吸気圧条件および前記過渡条件が成立する場合において、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の実測値が排気ガスの空燃比の目標値よりも所定のリーン判定値以上リーンな値である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定するＥＧＲ弁故障判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合にリッチ出力を発生し、当該排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合にリーン出力を発生する酸素濃度センサを更に備え、
前記ＥＧＲ弁故障判定手段は、前記閉め切り指令時に前記高吸気圧条件および前記過渡条件が成立する場合において、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の前記実測値が排気ガスの空燃比の前記目標値よりも前記リーン判定値以上リーンな値である場合であって、前記酸素濃度センサの出力がリッチ出力になった時点からリーン出力に反転する時点までの期間における当該酸素濃度センサの出力の軌跡長が所定の軌跡長判定値以下である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合にリッチ出力を発生し、当該排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合にリーン出力を発生する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサが検出する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量を補正するフィードバック手段と、
を更に備え、
前記ＥＧＲ弁故障判定手段は、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の前記実測値が排気ガスの空燃比の前記目標値よりも前記リーン判定値以上リーンな値である場合であって、前記酸素濃度センサの出力がリーン出力からリッチ出力に切り替わるまでに要する時間が所定の所要時間判定値以上である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、吸気圧力が排気圧力よりも高くなる高吸気圧条件下においてＥＧＲ弁の閉め切り故障を判定するうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、当該ＥＧＲ通路の開閉を担うＥＧＲ弁とを備える自然吸気エンジンのための排気還流装置の異常検出装置が開示されている。この従来の異常検出装置では、少なくともスロットル開度とＥＧＲ弁開度とエンジン回転数等とに基づいて吸気圧力の推定値を算出したうえで、吸気圧力センサにより検出された実際の吸気圧力と、推定された吸気圧力との差に基づいて、ＥＧＲ装置の異常を検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００２−２２７７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば過給機を備える内燃機関においては、吸気圧力が排気圧力よりも高くなる運転条件（以下、「高吸気圧条件」と称する）が成立することがある。このような高吸気圧条件下においてＥＧＲ弁の閉め切りが正常に行われない閉め切り故障が発生した場合には、吸気通路を流れる新気の一部が、ＥＧＲ通路を介して排気通路に流入することになる。上記高吸気圧条件下では、内燃機関の負荷率が高いため、触媒の温度が高くなっている。このような状態においてＥＧＲ通路を介して新気（酸素）が触媒に流入すると、酸化反応によって触媒の温度が過上昇し、触媒の劣化を促進させるおそれがある。従って、上記高吸気圧条件下においては、ＥＧＲ弁の閉め切り故障の有無を常時判定できるようになっていることが好ましい。【０００５】
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、吸気圧力が排気圧力よりも高くなる高吸気圧条件下において、ＥＧＲ弁の閉め切り故障を良好に判定できるようにした内燃機関の制御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】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、
吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の開閉を担うＥＧＲ弁と、
前記吸気通路内の圧力が前記排気通路内の圧力よりも高い高吸気圧条件であるか否かを判定する圧力条件判定手段と、
内燃機関の運転状態が変化する過渡条件であるか否かを判定する過渡条件判定手段と、
前記内燃機関の筒内から排出される排気ガスの実空燃比を検出する空燃比センサと、
前記ＥＧＲ弁を閉め切る閉め切り指令時に前記高吸気圧条件および前記過渡条件が成立する場合において、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の実測値が排気ガスの空燃比の目標値よりも所定のリーン判定値以上リーンな値である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定するＥＧＲ弁故障判定手段と、
を備えることを特徴とする。【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合にリッチ出力を発生し、当該排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合にリーン出力を発生する酸素濃度センサを更に備え、
前記ＥＧＲ弁故障判定手段は、前記閉め切り指令時に前記高吸気圧条件および前記過渡条件が成立する場合において、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の前記実測値が排気ガスの空燃比の前記目標値よりも前記リーン判定値以上リーンな値である場合であって、前記酸素濃度センサの出力がリッチ出力になった時点からリーン出力に反転する時点までの期間における当該酸素濃度センサの出力の軌跡長が所定の軌跡長判定値以下である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定することを特徴とする。【０００８】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記内燃機関の筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合にリッチ出力を発生し、当該排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合にリーン出力を発生する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサが検出する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量を補正するフィードバック手段と、
を更に備え、
前記ＥＧＲ弁故障判定手段は、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の前記実測値が排気ガスの空燃比の前記目標値よりも前記リーン判定値以上リーンな値である場合であって、前記酸素濃度センサの出力がリーン出力からリッチ出力に切り替わるまでに要する時間が所定の所要時間判定値以上である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
ＥＧＲ弁の閉め切り指令時に上記高吸気圧条件および上記過渡条件が成立する場合において、ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じている場合には、吸気通路を流れる新気の一部が、ＥＧＲ通路を介して排気通路に流入することになる。このため、吸気ポートを流れるガス量が減少し、これに伴い、吸気ポートの壁面に付着する燃料のうちの筒内に持ち去られる燃料量が減少する。その結果、空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比は、正常時と比べてリーンとなる。第１の発明によれば、このような現象を利用して、高吸気圧条件におけるＥＧＲ弁の閉め切り故障を良好に判定することが可能となる。【００１０】
第２および第３の発明によれば、上記第１の発明における判定に加え、上記高吸気圧条件および上記過渡条件が成立する場合に閉め切り故障が生じた際の酸素濃度センサの出力変化を利用した判定をも行うことにより、高吸気圧条件におけるＥＧＲ弁の閉め切り故障の判定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための模式図である。
【図２】トルクとエンジン回転数との関係で内燃機関の運転領域を表した図である。
【図３】吸気ポートに付着する燃料（ポートウェット）の挙動を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるＥＧＲ弁の閉め切り故障の判定手法を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２におけるＥＧＲ弁の閉め切り故障の判定手法を説明するためのタイムチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための模式図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。
【００１３】
吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。エアフローメータ１８の下流には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが設置されている。コンプレッサ２０ａは、排気通路１４に配置されたタービン２０ｂと連結軸を介して一体的に連結されている。
【００１４】
コンプレッサ２０ａの下流には、電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ２４が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ２６が配置されている。また、インタークーラ２４の上流および下流には、吸入空気の温度および圧力を検出するための吸気温度センサ２８、３２および吸気圧力センサ３０、３４がそれぞれ設置されている。
【００１５】
また、内燃機関１０の各気筒には、吸気ポート１２ａに燃料を噴射するためのポート燃料噴射弁３６と、筒内に燃料を直接噴射するための筒内燃料噴射弁３８とが設けられている。更に、内燃機関１０の各気筒には、混合気に点火するための点火プラグ４０が設けられている。
【００１６】
また、タービン２０ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒（ここでは三元触媒）として、上流側から順に、上流触媒（ＳＣ：スタートキャタリスト）４２および下流触媒（ＵＦＣ：床下触媒）４４が直列に配置されている。また、上流触媒４２の上流には、上流触媒４２に流入する排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発するメイン空燃比センサ４６が配置されている。更に、上流触媒４２と下流触媒４４との間（上流触媒４２の直下）には、上流触媒４２から流出してくる排気ガスが理論空燃比に対してリッチである場合にリッチ出力を発生し、また、その排気ガスが理論空燃比に対してリーンである場合にリーン出力を発生するサブＯ２センサ４８が配置されている。
【００１７】
また、内燃機関１０は、インタークーラ２４よりも下流側の吸気通路１２と、タービン２０ｂよりも上流側の排気通路１４とを接続するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路５０を備えている。ＥＧＲ通路５０の途中には、ＥＧＲ通路５０を流れる排気ガス（ＥＧＲガス）を浄化するためのＥＧＲ触媒５２が設けられている。ＥＧＲ触媒５２よりも吸気通路１２側のＥＧＲ通路５０には、上記サブＯ２センサ４８と同様の構成を有するＯ２センサ５４が設けられている。また、Ｏ２センサ５４よりも吸気通路１２側のＥＧＲ通路５０には、ＥＧＲ通路５０を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５６が設けられている。更に、ＥＧＲ通路５０における吸気通路１２側の接続口付近には、ＥＧＲ通路５０の開閉を担うＥＧＲ弁５８が設けられている。このＥＧＲ弁５８の開度を変えることにより、ＥＧＲ通路５０を流れるＥＧＲガスの流量を変化させて、ＥＧＲ率を調整することができる。
【００１８】
また、クランクシャフト６０の近傍には、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ６２が設けられている。更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)７０を備えている。ＥＣＵ７０の入力部には、上述したエアフローメータ１８、メイン空燃比センサ４６およびサブＯ２センサ４８等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサに加え、車両に搭載されたアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検知するためのアクセル開度センサ７２が接続されている。また、ＥＣＵ７０の出力部には、上述したスロットルバルブ２２、ポート燃料噴射弁３６およびＥＧＲ弁５８等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。
【００１９】
本実施形態のシステムでは、メイン空燃比センサ４６およびサブＯ２センサ４８の出力を利用した以下のような空燃比のフィードバック制御を実行することによって、空燃比を理論空燃比近傍の値に制御するようにしている。すなわち、本実施形態のシステムでは、上流側のメイン空燃比センサ４６の出力に基づいてメインのフィードバック制御が実行される。そして、下流側のサブＯ２センサ４８の出力に基づいてサブのフィードバック制御が実行される。メインフィードバック制御では、上流触媒４２に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比（理論空燃比）と一致するように燃料噴射量の制御が行われる。また、サブフィードバック制御では、上流触媒４２の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、メインフィードバック制御の内容が修正される。
【００２０】
図２は、トルクとエンジン回転数との関係で内燃機関１０の運転領域を表した図である。
ターボ過給機２０を備える内燃機関１０では、図２に示すように、内燃機関１０のトルク（負荷）が高くなるに従って、背圧（排気圧力）と吸気圧力との差が小さくなる。そして、負荷が更に高い運転領域では、排気圧力と吸気圧力との大小関係が逆転し、図２中にハッチングを付して示す領域において、吸気圧力が背圧よりも高くなる条件（以下、「高吸気圧条件」と称する）が成立することになる。
【００２１】
図３は、吸気ポート１２ａに付着する燃料（ポートウェット）の挙動を説明するための図である。
ポート燃料噴射弁３６により燃料が吸気ポート１２ａ内に噴射されると、噴射された燃料の一部が筒内に流入し、その残りが吸気ポート１２ａの壁面（より具体的には、これに加え吸気弁の傘部）に吸着（付着）する。ポート燃料噴射弁３６の噴射サイクル（すなわち、内燃機関１０のサイクル）毎に吸気ポート１２ａの壁面に吸着する燃料量は、図３に示すように、燃料噴射量に比例する。
【００２２】
また、各噴射サイクルでは、ポートウェットの一部が吸気行程において吸気ポート１２ａを流れるガスとともに筒内に吸入され、吸気ポート１２ａの壁面から筒内に持ち去られることになる。このように筒内に持ち去られる燃料量は、吸気ポート１２ａを流れるガスの流速および流量、並びに吸気ポート１２ａの壁面温度および上記ガスの温度に比例する。その一方で、ポートウェットの中には、各噴射サイクルにおいて、筒内に持ち去られずに吸気ポート１２ａの壁面に付着し続ける燃料が存在する。このように、吸気ポート１２ａの壁面に残留する燃料量は、吸気ポート１２ａの壁面温度および上記ガスの温度に依存し、また、吸気ポート１２ａの壁面形状に依存する。
【００２３】
［実施の形態１におけるＥＧＲ弁の閉め切り故障の判定手法］
図４は、本発明の実施の形態１におけるＥＧＲ弁５８の閉め切り故障の判定手法を説明するためのタイムチャートである。より具体的には、図４は、内燃機関１０が搭載された車両に加速が要求されたことに伴って、内燃機関１０の運転領域が上記高吸気圧条件の成立する高負荷側の運転領域を通過するように変化する状況における各種パラメータの変化を表したものである。
【００２４】
すなわち、図４（Ａ）に示すようにアクセルペダルが踏み込まれると、図４（Ｂ）に示すようにスロットルバルブ２２の開度が拡大される。その結果、図４（Ｃ）に示すように吸気圧力が高くなっていくとともに図４（Ｄ）に示すようにエンジン回転数が高くなっていく。図４は、内燃機関１０の負荷の上昇に伴って、同図中に示す範囲内で高吸気圧条件が成立するケースを示している。
【００２５】
また、図４に示す加速時には、吸気圧力の上昇に伴って吸入空気量が増えるので、図４（Ｅ）に示すように、燃料噴射量が増やされる。ここで、加速時の燃料噴射量には、負荷率とエンジン回転数により規定される内燃機関１０の運転状態に応じた基本噴射量に対して、ポートウェット量の変化を考慮したポートウェット補正量が加算される。つまり、加速時には、このようなポートウェット補正量を含めた合計の燃料噴射量によって、図４（Ｆ）中に実線で示すように、メイン空燃比センサ４６の出力値が所定の制御目標空燃比（ここでは理論空燃比）と一致するように制御されている。
【００２６】
既述したように、吸気ポート１２ａの壁面に吸着する燃料量（ポート壁面吸着量）は燃料噴射量に比例するため、加速時のポート壁面吸着量は、図４（Ｇ）に示すように、図４（Ｅ）に示す燃料噴射量の傾向に沿った値となる。また、加速時には、吸気圧力とエンジン回転数の上昇に伴って、吸気ポート１２ａを流れるガスの流量が多くなり、当該ガスの流速が高くなる。このため、吸気ポート１２ａの壁面に付着した燃料のうちの持ち去り量は、図４（Ｇ）中に実線で示すように、吸気圧力とエンジン回転数の上昇に伴って増加する。尚、各噴射サイクルにおいて吸気ポート１２ａの壁面に残留する燃料量は、加速に伴う内燃機関１０の運転状態の過渡的な変化によっては基本的に変化しないものと考えられる。
【００２７】
図４（Ｇ）中に実線で示すような加速時のポートウェット量（ポート壁面吸着量および持ち去り量）の変化の影響を受けて、筒内に吸入される吸入燃料量は、図４（Ｈ）中に実線で示すように、図４（Ｅ）に示す燃料噴射量に対して変化することになる。
【００２８】
ところで、車両の加速時には、内燃機関１０の筒内により多くの新気を導入して良好な加速性能を得るために、ＥＧＲ弁５８を閉め切るための閉め切り指令が発せられることになる。しかしながら、加速中に上記高吸気圧条件が成立している状況下で、上記閉め切り指令が発せられているにもかかわらずＥＧＲ弁５８の閉め切りが正常に行われない閉め切り故障が発生した場合には、吸気通路１２を流れる新気の一部が、ＥＧＲ通路５０を介して排気通路１４に流入することになる。
【００２９】
上記高吸気圧条件下では、内燃機関１０の負荷率が高いため、上流触媒４２の温度が高くなっている。このような状態においてＥＧＲ通路５０を介して新気（酸素）が上流触媒４２に流入すると、酸化反応によって上流触媒４２の温度が過上昇し、上流触媒４２の劣化を促進させるおそれがある。従って、上記高吸気圧条件下においては、ＥＧＲ弁５８の閉め切り故障の有無を常時判定できるようになっていることが好ましい。
【００３０】
加速中に上記高吸気圧条件が成立している状況下で、ＥＧＲ弁５８の閉め切り故障が発生すると、エアフローメータ１８により検出されたガス量よりも少ない量のガスが吸気ポート１２ａから筒内に流入することになる。このように、吸気ポート１２ａを通過するガスの流量が減少すると、既述した理由により、図４（Ｇ）中に破線で示すように、吸気ポート１２ａの壁面に付着した燃料のうちの持ち去り量が過渡的に減少することになる。また、基本燃料噴射量の算出の基礎となる負荷率は、エアフローメータ１８により検出される吸入空気量を基礎として算出されるものである。その結果、図４（Ｈ）中に破線で示すように、筒内に吸入される吸入燃料量が予め適合された量（図４（Ｅ）に示す燃料噴射量）よりも減少することになる。
【００３１】
そして、ＥＧＲ弁５８の閉め切り故障時においては、メイン空燃比センサ４６では、吸気ポート１２ａおよび筒内を通過した後に排気通路１４に流入した吸入空気と、ＥＧＲ通路５０を介して排気通路１４に流入した吸入空気と、持ち去り量分だけ減少した上記吸入燃料量とからなるガスの空燃比が検出されることになる。このため、メイン空燃比センサ４６により検出される排気ガスの空燃比は、図４（Ｆ）中に破線で示すように、予め適合された値よりも上記持ち去り量分だけリーンとなる。
【００３２】
そこで、本実施形態では、閉め切り指令が発せされる加速時（過渡条件の成立時）であって高吸気圧条件が成立する場合において、メイン空燃比センサ４６により検出される排気ガスの空燃比の実測値が、排気ガスの空燃比の目標値（上記制御目標空燃比）よりも所定のリーン判定値以上リーンな値である場合に、ＥＧＲ弁５８の閉め切り故障が生じていると判定するようにした。そして、当該閉め切り故障が生じていると判定された場合には、図４（Ｉ）に示すように、閉め切り故障フラグをＯＮにセットするようにした。
【００３３】
図５は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ７０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
図５に示すルーチンでは、先ず、高吸気圧条件が成立するか否かが判定される（ステップ１００）。具体的には、ＥＣＵ７０は、図２に示すような関係、すなわち、内燃機関１０の運転領域（負荷率とエンジン回転数とに基づく領域）との関係で高吸気圧条件となる運転領域を規定したマップ（図示省略）を記憶している。本ステップ１００では、そのようなマップを参照して、現在の運転領域が、高吸気圧条件が成立する運転領域であるか否かが判定される。尚、高吸気圧条件の成立の有無の判定は、上記手法に限らず、例えば、排気通路に排気圧力を検出する排気圧力センサを備えている場合であれば、吸気圧力センサ３４により検出される吸気圧力と、上記排気圧力センサにより検出される排気圧力とを比較して行うものであってもよい。
【００３４】
上記ステップ１００において高吸気圧条件が成立すると判定された場合には、次いで、加速過渡条件が成立するか否かが判定される（ステップ１０２）。具体的には、この加速過渡条件は、アクセル開度の変化量が所定の判定値以上となった時からその後に内燃機関１０が定常運転状態に到達する時まで成立する条件である。また、既述したように、本実施形態のシステムでは、加速時にはＥＧＲ弁５８の閉め切り指令が発せられるようになっている。このため、本ステップ１０２において、アクセル開度の変化量が所定の判定値以上となったことを検知した場合には、ＥＧＲ弁５８の閉め切り指令を伴う加速過渡条件が成立したと判断することができる。
【００３５】
上記ステップ１０２において加速過渡条件が成立すると判定された場合には、現在のメイン空燃比センサ４６の出力値が取得される（ステップ１０４）。次いで、取得されたメイン空燃比センサ４６の出力値が現在の制御目標空燃比よりも所定のリーン値以上リーンな値であるか否かが判定される（ステップ１０６）。本ステップ１０６におけるリーン判定値は、高吸気圧条件かつ加速過渡条件の成立時の持ち去り量の過渡的な変化を考慮してＥＧＲ弁５８の閉め切り故障の有無を判断可能な値として、予め実験等により定められた値である。
【００３６】
上記ステップ１０６における判定が成立した場合には、ＥＧＲ弁５８の閉め切り故障が生じていると判断され、閉め切り故障フラグがＯＮにセットされる（ステップ１０８）。
【００３７】
以上説明した図５に示すルーチンによれば、高吸気圧条件と加速過渡条件とが成立する時のポートウェット量（具体的には持ち去り量）の過渡的な変化を利用して、高吸気圧条件下におけるＥＧＲ弁５８の閉め切り故障を判定することができる。また、本手法によれば、故障判定のための新たなハードウェア構成を備える必要なしに、システムに既存のメイン空燃比センサ４６を利用して、故障判定を行うことができる。
【００３８】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「圧力条件判定手段」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「過渡条件判定手段」が、上記ステップ１０６および１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「ＥＧＲ弁故障判定手段」が、それぞれ実現されている。また、メイン空燃比センサ４６が前記第１の発明における「空燃比センサ」に相当している。
【００３９】
実施の形態２．
次に、図６および図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ７０に図５に示すルーチンに代えて後述の図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００４０】
図６は、本発明の実施の形態２におけるＥＧＲ弁５８の閉め切り故障の判定手法を説明するためのタイムチャートである。尚、図６は、サブＯ２センサ４８の出力の波形が追加されている点を除き、図４と同じものである。
【００４１】
既述した空燃比のフィードバック制御によれば、上流触媒４２から流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍の値となるように制御される。その結果、ＥＧＲ弁５８に閉め切り故障が生じていない正常時であれば、図６（Ｇ）中に実線で示すように、サブＯ２センサ４８の出力は、リッチ出力とリーン出力との間で規則的に交互に反転するようになる。
【００４２】
一方、高吸気圧条件かつ加速過渡条件の成立時にＥＧＲ弁５８の閉め切り故障が生じた場合には、持ち去り量の過渡的な減少によって、既述したように、メイン空燃比センサ４６の出力がリーン側に変化する。更に、この場合には、高吸気圧条件下のサブＯ２センサ４８の出力が、図６（Ｇ）中に破線で示すように、正常時よりも速やかにリッチ出力からリーン出力に変化することになる。このため、ＥＧＲ弁５８の閉め切り故障時には、高吸気圧条件かつ加速過渡条件の成立時のサブＯ２センサ４８の出力がリッチ出力になった時点からリーン出力に反転する時点までの期間におけるサブＯ２センサ４８の出力の軌跡長が正常時のそれよりも短くなる。より具体的には、ここでいうサブＯ２センサ４８の出力の軌跡長とは、当該センサ出力がリッチ出力になった時点からリーン出力に反転する時点までの期間（リーン側の半周期）において、所定のサンプリング時間毎にセンサ出力の変化量を積算して得られる値である。
【００４３】
そこで、本実施形態では、閉め切り指令が発せされる加速時（過渡条件の成立時）であって高吸気圧条件が成立する場合において、上述した実施の形態１におけるメイン空燃比センサ４６の出力を利用した判定（すなわち、メイン空燃比センサ４６により検出される排気ガスの空燃比の実測値が排気ガスの空燃比の目標値（上記制御目標空燃比）よりも所定のリーン判定値以上リーンな値であるか否かの判定）が成立し、かつ、サブＯ２センサ４８の出力の上記軌跡長が所定の軌跡長判定値以下である場合に、ＥＧＲ弁５８の閉め切り故障が生じていると判定するようにした。そして、当該閉め切り故障が生じていると判定された場合には、図４（Ｊ）に示すように、閉め切り故障フラグをＯＮにセットするようにした。
【００４４】
図７は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ７０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図７において、実施の形態１における図５に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４５】
図７に示すルーチンでは、ステップ１０６において、メイン空燃比センサ４６の出力値が現在の制御目標空燃比よりも上記リーン判定値以上リーンな値であると判定された場合には、次いで、サブＯ２センサ４８の出力がリッチ出力になった時点からリーン出力に反転する時点までの期間におけるサブＯ２センサ４８の出力の軌跡長が所定の軌跡長判定値以下であるか否かが判定される。
【００４６】
その結果、上記ステップ２００における判定が成立した場合には、ＥＧＲ弁５８の閉め切り故障が生じていると判断され、閉め切り故障フラグがＯＮにセットされる（ステップ１０８）。
【００４７】
以上説明した図７に示すルーチンによれば、高吸気圧条件と加速過渡条件とが成立する時において、メイン空燃比センサ４６の出力についての判定に加え、サブＯ２センサ４８の軌跡長の判定をも行って、ＥＧＲ弁５８の閉め切り故障の有無が判定される。このため、本実施形態の判定手法によれば、高吸気圧条件と加速過渡条件とが成立する際のＥＧＲ弁５８の閉め切り故障の判定精度を向上させることが可能となる。
【００４８】
ところで、上述した実施の形態２においては、実施の形態１における判定に加え、サブＯ２センサ４８の出力の軌跡長を利用した判定を行うようにしている。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、このようなサブＯ２センサ４８の出力の軌跡長を利用した判定に代え、例えば、以下のような判定を行うようにしてもよい。
【００４９】
高吸気圧条件かつ加速過渡条件の成立時にＥＧＲ弁５８の閉め切り故障が生じた場合には、図６（Ｇ）中に破線で示すように、高吸気圧条件下のサブＯ２センサ４８の出力がリーン出力を維持する状態となってしまう。このように、リーン側に貼り付いたサブＯ２センサ４８の出力は、その後に高吸気圧条件かつ加速過渡条件が不成立となったことで持ち去り量の過渡的な変化が収まった後に、空燃比のフィードバック制御の作用によってリッチ出力に切り替わるようになる。つまり、図６（Ｇ）に示すように、ＥＧＲ弁５８の閉め切り故障時には、正常時と比べ、高吸気圧条件かつ加速過渡条件の成立後にサブＯ２センサ４８の出力がリーン出力からリッチ出力を切り替わるまでに要する時間が長くなることになる。そこで、閉め切り指令が発せされる加速時（過渡条件の成立時）であって高吸気圧条件が成立する場合において、上述した実施の形態１の判定が成立し、かつ、高吸気圧条件かつ加速過渡条件の成立後にサブＯ２センサ４８の出力がリーン出力からリッチ出力を切り替わるまでに要する時間が所定の所要時間判定値以上である場合に、ＥＧＲ弁５８の閉め切り故障が生じていると判定するようにしてもよい。
【００５０】
尚、上述した実施の形態２およびその変形例においては、サブＯ２センサ４８が前記第２または第３の発明における「酸素濃度センサ」に相当している。また、ＥＣＵ７０が既述した空燃比のフィードバック制御（メインフィードバック制御およびサブフィードバック制御）を実行することにより、前記第３の発明における「フィードバック手段」が実現されている。
【００５１】
ところで、上述した実施の形態１および２においては、吸入空気を過給する過給機として、ターボ過給機２０を例に挙げて説明を行ったが、本発明の対象となる過給機は、ターボ過給機に限定されるものではなく、例えば、内燃機関の軸出力を利用する機械式の過給機や、モータによりコンプレッサを駆動する電気式の過給機などであってもよい。更には、本発明の対象となる内燃機関は、運転中に吸気通路内の圧力が排気通路内の圧力よりも高い高吸気圧条件が成立し得るものであれば、過給機付き内燃機関に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５２】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１２ａ  吸気ポート
１４  排気通路
１８  エアフローメータ
２０  ターボ過給機
２０ａ  コンプレッサ
２０ｂ  タービン
２２  スロットルバルブ
３６  ポート燃料噴射弁
３８  筒内燃料噴射弁
４０  点火プラグ
４２  上流触媒
４４  下流触媒
４６  メイン空燃比センサ
４８  サブＯ２センサ
５０  ＥＧＲ通路
５８  ＥＧＲ弁
６２  クランク角センサ
７０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
７２  アクセル開度センサ
【図１】
2012059984.tif 000003
【図２】
2012059984.tif 000004
【図３】
2012059984.tif 000005
【図４】
2012059984.tif 000006
【図５】
2012059984.tif 000007
【図６】
2012059984.tif 000008
【図７】
2012059984.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月22日(2012.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、
排気通路内に配置された排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流に配置され、内燃機関の筒内から排出される排気ガスの実空燃比を検出する空燃比センサと、
前記空燃比センサよりも上流の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の開閉を担うＥＧＲ弁と、
前記吸気通路内の圧力が前記排気通路内の圧力よりも高い高吸気圧条件であるか否かを判定する圧力条件判定手段と、
前記内燃機関の運転状態が変化する過渡条件であるか否かを判定する過渡条件判定手段と、
前記ＥＧＲ弁を閉め切る閉め切り指令時に前記高吸気圧条件および前記過渡条件が成立する場合において、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の実測値が排気ガスの空燃比の目標値よりも所定のリーン判定値以上リーンな値である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定するＥＧＲ弁故障判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記排気浄化触媒の下流に配置され、前記内燃機関の筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合にリッチ出力を発生し、当該排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合にリーン出力を発生する酸素濃度センサを更に備え、
前記ＥＧＲ弁故障判定手段は、前記閉め切り指令時に前記高吸気圧条件および前記過渡条件が成立する場合において、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の前記実測値が排気ガスの空燃比の前記目標値よりも前記リーン判定値以上リーンな値である場合であって、前記酸素濃度センサの出力がリッチ出力になった時点からリーン出力に反転する時点までの期間における当該酸素濃度センサの出力の軌跡長が所定の軌跡長判定値以下である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記排気浄化触媒の下流に配置され、前記内燃機関の筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合にリッチ出力を発生し、当該排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合にリーン出力を発生する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサが検出する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量を補正するフィードバック手段と、
を更に備え、
前記ＥＧＲ弁故障判定手段は、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の前記実測値が排気ガスの空燃比の前記目標値よりも前記リーン判定値以上リーンな値である場合であって、前記酸素濃度センサの出力がリーン出力からリッチ出力に切り替わるまでに要する時間が所定の所要時間判定値以上である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
がある。従って、上記高吸気圧条件下においては、ＥＧＲ弁の閉め切り故障の有無を常時判定できるようになっていることが好ましい。
［０００５］
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、吸気圧力が排気圧力よりも高くなる高吸気圧条件下において、ＥＧＲ弁の閉め切り故障を良好に判定できるようにした内燃機関の制御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
［０００６］
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、
排気通路内に配置された排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流に配置され、内燃機関の筒内から排出される排気ガスの実空燃比を検出する空燃比センサと、
前記空燃比センサよりも上流の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の開閉を担うＥＧＲ弁と、
前記吸気通路内の圧力が前記排気通路内の圧力よりも高い高吸気圧条件であるか否かを判定する圧力条件判定手段と、
前記内燃機関の運転状態が変化する過渡条件であるか否かを判定する過渡条件判定手段と、
前記ＥＧＲ弁を閉め切る閉め切り指令時に前記高吸気圧条件および前記過渡条件が成立する場合において、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の実測値が排気ガスの空燃比の目標値よりも所定のリーン判定値以上リーンな値である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定するＥＧＲ弁故障判定手段と、
を備えることを特徴とする。
［０００７］
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記排気浄化触媒の下流に配置され、前記内燃機関の筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合にリッチ出力を発生
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
し、当該排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合にリーン出力を発生する酸素濃度センサを更に備え、
前記ＥＧＲ弁故障判定手段は、前記閉め切り指令時に前記高吸気圧条件および前記過渡条件が成立する場合において、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の前記実測値が排気ガスの空燃比の前記目標値よりも前記リーン判定値以上リーンな値である場合であって、前記酸素濃度センサの出力がリッチ出力になった時点からリーン出力に反転する時点までの期間における当該酸素濃度センサの出力の軌跡長が所定の軌跡長判定値以下である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定することを特徴とする。
［０００８］
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記排気浄化触媒の下流に配置され、前記内燃機関の筒内から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合にリッチ出力を発生し、当該排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合にリーン出力を発生する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサが検出する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量を補正するフィードバック手段と、
を更に備え、
前記ＥＧＲ弁故障判定手段は、前記空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比の前記実測値が排気ガスの空燃比の前記目標値よりも前記リーン判定値以上リーンな値である場合であって、前記酸素濃度センサの出力がリーン出力からリッチ出力に切り替わるまでに要する時間が所定の所要時間判定値以上である場合に、前記ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じていると判定することを特徴とする。
発明の効果
［０００９］
ＥＧＲ弁の閉め切り指令時に上記高吸気圧条件および上記過渡条件が成立する場合において、ＥＧＲ弁の閉め切り故障が生じている場合には、吸気通路を流れる新気の一部が、ＥＧＲ通路を介して排気通路に流入することになる。このため、吸気ポートを流れるガス量が減少し、これに伴い、吸気ポートの壁面に付着する燃料のうちの筒内に持ち去られる燃料量が減少する。その結果、空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比は、正常時と比べ
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月2日(2012.10.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
上記ステップ１０２において加速過渡条件が成立すると判定された場合には、現在のメイン空燃比センサ４６の出力値が取得される（ステップ１０４）。次いで、取得されたメイン空燃比センサ４６の出力値が現在の制御目標空燃比よりも所定のリーン判定値以上リーンな値であるか否かが判定される（ステップ１０６）。本ステップ１０６におけるリーン判定値は、高吸気圧条件かつ加速過渡条件の成立時の持ち去り量の過渡的な変化を考慮してＥＧＲ弁５８の閉め切り故障の有無を判断可能な値として、予め実験等により定められた値である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図７に示すルーチンでは、ステップ１０６において、メイン空燃比センサ４６の出力値が現在の制御目標空燃比よりも上記リーン判定値以上リーンな値であると判定された場合には、次いで、サブＯ２センサ４８の出力がリッチ出力になった時点からリーン出力に反転する時点までの期間におけるサブＯ２センサ４８の出力の軌跡長が所定の軌跡長判定値以下であるか否かが判定される（ステップ２００）。
【国際調査報告】
2012059984.tif 000010
2012059984.tif 000011
2012059984.tif 000012