(57)【要約】【課題】ＥＧＲ弁の開き側の故障を検出し、その状態においても可能な限り適正な中心空燃比を維持し、排気の悪化や触媒の溶損を抑制する内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】排気側タービン、フロント酸素濃度センサ、排気浄化触媒、リア酸素濃度センサ、吸気側コンプレッサー、排気ガス還流通路、排気ガス還流制御弁を備え、フロント酸素濃度センサの出力に基づいてフロント中心空燃比となるようフィードバックし、リア酸素濃度センサの出力に基づいてフロント中心空燃比を制御する内燃機関の制御装置は、ＥＧＲ弁が開き側に故障した場合に、フロント中心空燃比補正量の挙動から故障を検出し、故障を検出後は中心空燃比制御を、理論空燃比を所定時間フロント側のみ制御した後、所定時間リア側のみ制御し、再びフロント側のみを制御するという制御を繰り返す特殊モードとする。【選択図】図２
2014005778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気流路に設けた排気側タービンと、該排気側タービンの下流側に設けられたフロント酸素濃度センサと、該フロント酸素濃度センサの下流側に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の下流側に設けられたリア酸素濃度センサと、吸気流路に設けられ前記排気側タービンによって駆動される吸気側コンプレッサーと、前記排気浄化触媒下流側の排気流路の排気ガス取り込み口から前記吸気側コンプレッサーより上流の前記吸気流路に排気ガスを還流する排気ガス還流通路と、該排気ガス還流通路に設けられ前記排気流路を流れる排気ガス量を制御する排気ガス還流制御弁とを備え、前記フロント酸素濃度センサの出力に基づいてフロント中心空燃比となるようフィードバックし、前記リア酸素濃度センサの出力に基づいて前記フロント中心空燃比を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、前記排気ガス取り込み口より前記吸気側コンプレッサーの上流側の方が圧力の大きい運転状態において、前記排気ガス還流制御弁が開き側に故障した場合には、フロント中心空燃比補正量の挙動により故障を検出し、故障を検出後は前記中心空燃比制御を特殊モードに切り替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記リア酸素濃度センサは、前記排気ガス取り込み口より下流側に設置されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記排気ガス還流制御弁が開き側に故障の場合には、前記リア酸素濃度センサにより前記フロント中心空燃比補正量を算出し、前記フロント中心空燃比補正量が異常判定値を超えた状態が所定時間経過時に、前記排気ガス還流制御弁が開き側に故障していると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記中心空燃比制御の特殊モードは、まず所定時間フロント側のみ前記中心空燃比を理論空燃比になるよう制御するフロント側制御と、次に所定時間リア側のみ前記中心空燃比制御を理論空燃比となるよう制御するリア側制御と、その後も交互にフロント側制御又はリア側制御を繰り返すことを特徴とする請求項１に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】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、例えば、排気側タービンの下流部より分流した排気ガスをクーラにて冷却した後に吸気側コンプレッサーの上流部へ還流させる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関の制御装置としては、排気ガス還流通路（以下、ＥＧＲ通路という。）に設置され排気ガスの流量を制御する排気ガス還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁という。）が開き側に故障した際にその故障を検出し、さらにＥＧＲ弁が開き側に故障した際でも可能な限りフロント排気浄化触媒およびリア排気浄化触媒において適正な中心空燃比を維持できるように中心空燃比を制御している。
【０００３】
最近の内燃機関においては、小型化、低燃費、低排気ガスの観点から過給機を用いて内燃機関に供給される空気を加圧しており、このような過給機を用いた内燃機関としては特開２００９−２５０２０９号公報（特許文献１）に記載されているようなものが知られている。
【０００４】
特許文献１においては可変動弁機構と過給機とを備えた内燃機関において、排気側タービン（以下、タービンという。）の上流部より分流した排気ガスを吸気側コンプレッサー（以下、コンプレッサーという。）の上流側へ導入する第１排気ガス還流通路と、排気ガスをコンプレッサーの下流側に導入する第２排気ガス還流通路とを設け、運転状態に応じて設定される目標排気ガス還流量が得られるように、上流側排気ガス量と下流側排気ガス量とを制御弁によって調整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２００９−２５０２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一般に過給機を備えた内燃機関においてはコンプレッサーの上流部へ排気ガスを還流させる構成では、排気圧力が比較的小さい低負荷領域等、排気ガスの取り込み口よりコンプレッサーの上流部の方が圧力の大きい時にＥＧＲ弁が開き側に故障した場合、新気が排気ガスの取り込み口側へ流れてしまう現象があった。そのため、この新気の不適正な流入によって中心空燃比の変動による排気の悪化を生じるほか、最悪の場合は触媒溶損にいたるといった課題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＥＧＲ弁の開き側の故障を検出し、その状態においても可能な限り適正な中心空燃比を維持し、排気の悪化や触媒の溶損を抑制する内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気流路に設けた排気側タービンと、該排気側タービンの下流側に設けられたフロント酸素濃度センサと、該フロント酸素濃度センサの下流側に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の下流側に設けられたリア酸素濃度センサと、吸気流路に設けられ前記排気側タービンによって駆動される吸気側コンプレッサーと、前記排気浄化触媒下流側の排気流路の排気ガス取り込み口から前記吸気側コンプレッサーより上流の前記吸気流路に排気ガスを還流する排気ガス還流通路と、該排気ガス還流通路に設けられ前記排気流路を流れる排気ガス量を制御する排気ガス還流制御弁とを備え、前記フロント酸素濃度センサの出力に基づいてフロント中心空燃比となるようフィードバックし、前記リア酸素濃度センサの出力に基づいて前記フロント中心空燃比を制御する内燃機関の制御装置であって、前記制御装置は、前記排気ガス取り込み口より前記吸気側コンプレッサーの上流側の方が圧力の大きい運転状態において、前記排気ガス還流制御弁が開き側に故障した場合には、フロント中心空燃比補正量の挙動により故障を検出し、故障を検出後は前記中心空燃比制御を特殊モードに切り替え、理論空燃比を所定時間フロント側のみ制御した後、所定時間リア側のみ制御し、再びフロント側のみを制御するという制御を繰り返す状態にするようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＥＧＲ弁の開き側の故障を検出でき、中心空燃比変動にともなう排気悪化や触媒溶損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関の制御システムの全体的な構成を示す構成図である。
【図２】ＥＧＲ弁の開故障検出方法および故障検出後の理論空燃比制御の一例を示したチャート図である。
【図３】図２のチャート図において、ＥＧＲ弁の開故障が発生した場合のフロント中心空燃比補正量の挙動からＥＧＲ弁の開故障を判定し、その後ＥＧＲ弁の開故障状態における理論空燃比制御に移行する動作を説明するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の内燃機関の制御装置は、排気側タービンと吸気側コンプレッサーとを有する過給機を備え、コンプレッサーの上流部へ排気ガスを還流させる内燃機関の構成において、ＥＧＲ弁の開き側の故障を検出し、その状態においても可能な限り適正な中心空燃比を維持することを、制御ロジックの構築により実現したことにある。
【００１２】
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の一実施形態を図面を参照しながら説明する。図１において、参照番号１は制御対象とする内燃機関であり、内燃機関１には吸気流路１Ａ及び排気流路１Ｂが連通している。吸気流路１Ａには吸気温度センサを備えたエアフローセンサ２が組付けられている。吸気流路１Ａと排気流路１Ｂにはターボ式の過給機３が備え付けられており、過給機３のコンプレッサー３ａが吸気流路１Ａに、タービン３ｂが排気流路１Ｂにそれぞれ接続されている。
【００１３】
過給機３は、排気ガスの有するエネルギをタービン翼の回転運動に変換するためのタービン３ｂと、タービン翼に連結されたコンプレッサー翼の回転によって吸入空気を圧縮するためのコンプレッサー３ａとで構成されている。過給機３のコンプレッサー３ａ側の下流には、断熱圧縮されて上昇した吸気温度を冷却するためのインタークーラ５が備えられている。
【００１４】
インタークーラ５の下流には、冷却後の吸気温度を計測するための吸気温度センサ６が組付けられている。吸気温度センサ６の下流には、吸気流路１Ａの流路断面積を絞り、シリンダに流入する吸入空気量を制御するためのスロットルバルブ７が備えられている。
【００１５】
スロットルバルブ７はアクセル踏み込み量とは独立にスロットル開度を制御することができる電子制御式スロットルバルブである。スロットルバルブ７の下流には吸気マニホールド８が連通している。尚、インタークーラ５をスロットルバルブ７の下流の吸気マニホールド８に一体化させて備える構成としてもよい。それによってコンプレッサー下流からシリンダまでの容積を小さくすることができ、加減速の応答性を向上させることができる。
【００１６】
吸気マニホールド８には過給圧センサ９が組付けられている。吸気マニホールド８の下流には、吸気に偏流を生じさせることによって、シリンダ内流れの乱れを強化する流動強化弁１０と、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁１１が配置されている。燃料噴射弁１１はシリンダに直接燃料を噴射する方式としてもよい。
【００１７】
内燃機関１は、吸気弁１２ａ及び排気弁１４ａの開閉の位相を連続的に可変とする位相可変機構１２及び１４を吸気弁１２ａ及び排気弁１４ａにそれぞれ備えている。また、吸気弁１２ａ及び排気弁１４ａにはそのリフトを連続的に可変とするリフト可変機構も備えられている。吸気弁１２ａ及び排気弁１４ａのリフト可変機構には、バルブの開閉位相を検知するための吸気弁位置センサ１３及び排気弁位置センサ１５が、吸気弁１２ａおよび排気弁１４ａにそれぞれ組付けられている。
【００１８】
内燃機関１のシリンダヘッド部にはシリンダ内に電極部を露出させ、スパークによって可燃混合気を引火する点火プラグ１６が組付けられている。さらにシリンダにはノックの発生を検知するノックセンサ１７が組付けられている。
【００１９】
クランク軸にはクランク角度センサ１８が組付けられている。クランク角度センサ１８から出力される信号にもとづき、内燃機関１の回転速度を検出することができる。排気流路１Ｂには、排気側タービンの下流側にフロント酸素濃度センサ２０が組付けられており、フロント酸素濃度センサ２０の検出結果に基づき燃料噴射弁１１より供給される燃料噴射量が目標空燃比となるように、フィードバック制御が行われる。
【００２０】
フロント酸素濃度センサ２０の下流には、フロント排気浄化触媒２１が設けられており、一酸化炭素、窒素酸化物および未燃炭化水素などの有害排出ガス成分が触媒反応によって浄化される。
【００２１】
フロント排気浄化触媒２１の下流には、リア酸素濃度センサ２８が組付けられており、リア酸素濃度センサ２８の検出結果に基づきフロント酸素濃度センサ２０が理論空燃比となるように、フロント酸素濃度センサ２０の中心空燃比のフィードバック制御が行われる。リア酸素濃度センサ２８の下流側の排気流路にはリア排気浄化触媒２９が設けられている。リア排気浄化触媒２９も、フロント排気浄化触媒２１と同様に、有害排出ガス成分が触媒反応によって浄化される。
【００２２】
過給機３には、エアバイパスバルブ４およびウェストゲートバルブ１９が備えられている。エアバイパスバルブ４はコンプレッサー３ａの下流部からスロットルバルブ７の上流部の圧力が過剰に上昇するのを防ぐために備えられている。過給状態においてスロットルバルブ７を急激に閉止した場合に、エアバイパスバルブ４を開くことでコンプレッサー３ａ下流部の吸気（空気と排気ガスが混合したガス）をコンプレッサー上流部へ逆流させて過給圧を下げることができる。
【００２３】
一方、ウェストゲートバルブ１９は内燃機関１が過剰な過給レベルとなるのを防ぐために設けられている。過給圧センサ９により検知された過給圧が所定の値に達した場合に、ウェストゲートバルブ１９を開くことで、タービン３ｂを迂回するように排気ガスがバイパスされて過給圧の上昇を抑制あるいは保持することができる。
【００２４】
フロント排気浄化触媒２１の下流側の排気流路の排気ガス取り込み口より排気ガスを分流し、過給機３のコンプレッサー３ａの上流部へと排気ガスを還流させる排気ガス還流通路（以下、ＥＧＲ通路という。）２２が連通している。ＥＧＲ通路２２には排気ガスを冷却するための排気ガスクーラ２３が備えられている。
【００２５】
排気ガスクーラ２３の下流のＥＧＲ通路２２には、排気ガス流量を制御するための排気ガス還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁という。）２４が備えられている。ＥＧＲ弁２４の上流部の排気ガスの温度を検出するための温度センサ２５およびＥＧＲ弁２４の前後の差圧を検出するための差圧センサ２６が組み付けられている。
【００２６】
これらの各制御要素は制御ユニット（以下、ＥＣＵという。）２７によって制御されるものである。ＥＣＵ２７には上述した各種センサと各種アクチュエータが接続されており、具体的にはスロットルバルブ７、燃料噴射弁１１、位相可変機構１２及び１４、吸気弁位置センサ１３及び排気弁位置センサ１５、ＥＧＲ弁２４などのアクチュエータはＥＣＵ２７により制御されている。
【００２７】
更に、上述した各種センサより入力された信号にもとづき、内燃機関１の運転状態を検知して運転状態に応じてＥＣＵ２７により決定されたタイミングで点火プラグ１６が点火を行うと共に、燃料噴射弁１１から吸気ポート内に燃料を噴射することができる。
【００２８】
図２はＥＧＲ弁２４が開き側に故障した場合にその故障を検出し、さらにはその故障状態においても可能な限り適正な理論空燃比となるように制御することを説明する図である。排気ガスの取り込み口よりコンプレッサーの上流部の方が圧力の大きい運転状態時にＥＧＲ弁２４が開き側に故障した場合、新気が排気ガスの取り込み口側へ流入しリア酸素濃度センサ２８は極端なリーンと検知する。そうするとフロント中心空燃比補正量は異常な値を示し、その結果フロント中心空燃比は極端なリッチとなり、排気ガスを悪化させる。さらにそのリッチ状態で急に排気ガスが高温となる高負荷の運転状態となった場合、最悪の場合触媒溶損の可能性もある。よって、フロント中心空燃比補正量が異常判定値を超えて所定時間経過した場合には、ＥＧＲ弁２４が開き側に故障していると判断し故障判定を実施する。
【００２９】
故障判定がなされた後は、まず所定時間リッチとなっているフロント側のみ中心空燃比を理論空燃比になるように制御を許可してフロント酸素濃度センサ近傍をストイキにするフロント側制御を実施する。その間リア側はリーンとなっているので、次に所定時間リア側のみ中心空燃比を理論空燃比になるように制御を許可してリア酸素濃度センサ近傍をストイキにするリア側制御を実施する。この間フロント側はリッチとなっているので、次は再び所定時間フロント側のみ理論空燃比を制御しフロント側をストイキにするフロント側制御を実施する。
【００３０】
このフロント側制御のみ又はリア側制御のみの制御を繰り返し実施することにより、排気ガス取り込み口より吸気側コンプレッサーの上流側の方が圧力の大きい運転状態において、ＥＧＲ弁２４が開き側に故障した時に新気が排気ガスの取り込み口側へ流入する運転状態においても、排気ガスの悪化や触媒溶損を抑制できる。
【００３１】
図３は図２に示した例において、ＥＣＵ２７が実行するＥＧＲ弁開故障検出およびＥＧＲ弁開故障時理論空燃比制御のルーチンの一例を説明するフローチャート図である。
【００３２】
ステップ３０１でＥＧＲ弁の開故障が発生すると、ステップ３０２のフロント中心空燃比補正量は、排気ガスの取り込み口よりコンプレッサーの上流部の方が圧力の大きい運転状態時に異常な値を示す。
【００３３】
そこでステップ３０３に進み、異常判定値を超えていると判断した場合ステップ３０４に進み、異常判定値を超えていない場合はステップ３０７に進み処理を終了する。
【００３４】
ステップ３０４では異常判定値を超えている状態が所定時間経過したと判断されると、ステップ３０５に進んでＥＧＲ弁開故障と判定する。所定時間経過しない場合はステップ３０７に進み処理を終了する。
【００３５】
ステップ３０６ではステップ３０５のＥＧＲ弁開故障判定を受けて、ＥＧＲ弁開故障時における理論空燃比制御を実施する。その後エンジン停止時まで実施しステップ３０７に進んで処理を終了する。ステップ３０６における理論空燃比制御は図２に示す制御であり、ＥＧＲ弁が開故障判定された後、所定時間フロントのみ理論空燃比制御を行い、次にリアのみ理論空燃比制御を行い、これを繰り返す。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００３７】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１…内燃機関、２…エアフローセンサおよび吸気温センサ、３…ターボ過給機、３ａ…コンプレッサー、３ｂ…タービン、４…エアバイパスバルブ、５…インタークーラ、６…温度センサ、７…スロットルバルブ、８…吸気マニホールド、９…圧力センサ、１０…流動強化弁、１１…燃料噴射弁、１２…位相可変機構、１３…吸気弁位置センサ、１４…位相可変機構、１５…排気弁位置センサ、１６…点火プラグ、１７…ノックセンサ、１８…クランク角度センサ、１９…ウェストゲートバルブ、２０…フロント酸素濃度センサ、２１…フロント排気浄化触媒、２２…排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）、２３…排気ガスクーラ、２４…ＥＧＲ弁、２５…温度センサ、２６…差圧センサ、２７…ＥＣＵ（Electronic…Control…Unit）、２８…リア酸素濃度センサ、２９…リア排気浄化触媒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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