(57)【要約】      （修正有）【課題】正確にＥＧＲ装置の故障を診断する。【解決手段】エンジンＥＣＵは、モニタ条件が成立すると、ＥＧＲバルブを開状態にしてＥＧＲを導入し、ＥＧＲ導入から予め定められた時間が経過すると、吸気管内圧力の実測値をバキュームセンサの値に基づいて計測し、吸気管内圧力の推定値を物理モデルを用いて算出し、ＥＧＲバルブを開状態から閉状態に切換えてＥＧＲをカットし、ＥＧＲのカットから予め定められた時間が経過すると、ＥＧＲがＯＦＦ状態における吸気管内圧力の実測値をバキュームセンサからの入力値に基づいて計測し、ＥＧＲ装置がＯＦＦ状態における吸気管内圧力の推定値を物理モデルを用いて算出し、ＥＧＲ装置がＯＮ状態とＯＦＦ状態とにおける吸気管内圧力の推定値の差とＥＧＲ装置がＯＮ状態とＯＦＦ状態とにおける吸気管内圧力の実測値との差との差分が予め定められた判定値よりも小さいと、ＥＧＲ装置は正常であると判定する。【選択図】図５
2005256781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に設けられ、排気ガスの一部を還流弁を介して再度前記内燃機関の吸気管に還流させる排気ガス還流装置の故障診断装置であって、
前記内燃機関の吸気管内を流れる空気の実状態を検知するための検知手段と、
前記検知手段で前記実状態が検知されたときの前記内燃機関の運転状態に対応する吸気管内を流れる空気の状態を推定した推定状態を算出するための算出手段と、
前記実状態と前記推定状態とに基づいて、前記排気ガス還流装置の故障を診断するための診断手段とを含む、故障診断装置。
【請求項２】
前記検知手段は、前記内燃機関の吸気管に配設され、前記吸気管内の実吸気管内圧力を検知するための手段を含み、
前記算出手段は、前記吸気管内の推定吸気管内圧力を算出するための手段を含み、
前記診断手段は、
前記排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における推定吸気管内圧力と非還流時における推定吸気管内圧力と、
前記排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における実吸気管内圧力と非還流時における実吸気管内圧力とに基づいて、前記排気ガス還流装置の故障を診断するための手段を含む、請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項３】
前記診断手段は、
前記排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における推定吸気管内圧力と非還流時における推定吸気管内圧力との差、および
前記排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における実吸気管内圧力と非還流時における実吸気管内圧力との差を比較することにより、前記排気ガス還流装置の故障を診断するための手段を含む、請求項２に記載の故障診断装置。
【請求項４】
前記診断手段は、
前記排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における推定吸気管内圧力と還流時における実吸気管内圧力との差、および
前記排気ガス還流装置による還流ガスの非還流時における推定吸気管内圧力と非還流時における実吸気管内圧力との差を比較することにより、前記排気ガス還流装置の故障を診断するための手段を含む、請求項２に記載の故障診断装置。
【請求項５】
前記算出手段は、前記内燃機関の回転数、スロットルバルブの開度および吸入空気量の少なくとも１つに基づいて、前記吸気管内の推定吸気管内圧力を算出するための手段を含む、請求項２〜４のいずれかに記載の故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスの一部を再度内燃機関の吸気管へ還流させる排気ガス還流装置に関し、特に排気ガス還流装置の故障を診断する故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気ガスの一部を再度内燃機関の吸気管へ還流させる排気ガス還流装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置と記載する）は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ ）を低減させるとともに燃費を向上させるものとして、自動車用内燃機関等で広く利用されている。ところで、ＥＧＲバルブの作動不良やＥＧＲパイプの不良によりＥＧＲ装置に故障が生じた場合には、ＮＯｘが著しく増加しやすくなる。しかし、ＥＧＲ装置の故障は運転性能自体に影響が少ないために運転者が異常に気付きにくい。このため、ＮＯｘを多量に排出し、大気を汚染するおそれがある。
【０００３】
この対策として、このようなＥＧＲ装置の故障を検出する技術として、たとえば、特許文献１（特開平５−１６２４号公報）や特許文献２（特開平７−４３２０号公報）に開示される技術がある。
【０００４】
特許文献１（特開平５−１６２４号公報）は、ＥＧＲ装置のＯＮ／ＯＦＦでＥＧＲ装置の異常を検出する際に、その故障検出精度を高める排気ガス還流制御装置の故障診断装置を開示する。この排気ガス還流制御装置の故障診断装置は、内燃機関の排気ガスを吸気管へ還流させる還流管と、該還流管を流れる排気ガスの流量を制御する還流弁と、該還流弁の通路面積を制御する還流弁通路面積制御手段と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、還流弁通路面積制御手段により還流弁の通路面積が広い第１の状態であるときの運転状態検出手段より検出された第１の検出値を記憶する手段と、還流弁通路面積制御手段により還流弁の通路面積が狭いまたは零の第２の状態であるときの運転状態検出手段より検出された第２の検出値を記憶する手段と、少なくとも第１と第２の検出値に基づいて故障判定を行なう判定手段を備え、判定手段は、運転状態検出手段より検出した検出値が還流管内損失の大きい高負荷域と還流管を流れる排気ガスの流量の少ない低負荷域を除く所定領域内で故障判定を行なうようにしたことを特徴とする。
【０００５】
この排気ガス還流制御装置の故障診断装置によると、ＥＧＲ装置のＯＮ／ＯＦＦでＥＧＲ装置の異常を検出する際に、その故障判定領域を負荷に応じて限定することにより、ＥＧＲ装置のＯＮ領域でかつＥＧＲ装置のＯＮ／ＯＦＦのインテークマニホールド圧力差などの検出値の大きい領域で故障を検出できる。また、ＥＧＲ装置流量が所定値以下のときのみ故障を検出するため、ＥＧＲ装置のＯＮ／ＯＦＦ時のトルク変動を減少させることができる。
【０００６】
特許文献２（特開平７−４３２０号公報）は、排気ガス還流装置の異常判定を正確に行なうことができる排気ガス還流制御装置を開示する。この排気ガス還流制御装置は、内燃機関の排気ガスを吸気管へ還流させる還流管と、還流管を開閉する開閉手段と、吸気管内を流れる空気の状態を検出する吸気状態検出手段と、開閉手段を第１の開度とこの第１の開度より閉じ側の第２の開度とに変化させる第１の制御手段と、開閉手段を第１の制御手段により変化させたときに、吸気管内を流れる空気の状態の変化量を検出する第１の変化量検出手段と、第１の変化量検出手段の検出結果が所定値未満であるかを判定する第１の判定手段と、この第１の判定手段より第１の変化量検出手段により検出された変化量が所定値未満であると判定されたときには、第１の制御手段により変化させた開度差より大きな開度差で、開閉手段の開度を変化させる第２の制御手段と、開閉手段を第２の制御手段により変化させたときに、吸気管内を流れる空気の状態の変化量を検出する第２の変化量検出手段と、第２の変化量検出手段の検出結果が所定値未満であれば異常と判定する第２の判定手段とを備える。
【０００７】
この排気ガス還流制御装置によると、ＥＧＲ装置が正常に作動しているときには、ほとんどの場合、第１の判定手段により正常であることが検出できる。しかしながら、ＥＧＲ装置異常検出時に行なわれているＥＧＲ率が小さく、正常であるにもかかわらず、第１の判定手段で正常でないと判定されたときには、ＥＧＲ率を大きくしてから、もう一度、第２の判定手段により異常検出を行なうので、少なくともこのときに、正常であると判定される。これにより、ＥＧＲ装置が正常であるにもかかわらず、異常と判定されることを防ぐことができる。また、ＥＧＲ装置が異常であったときは当然のことながら、第２の判定手段で、異常であると確実に検出できる。さらに、本発明では、第１の判定手段で正常であると判定されなかったときにのみ、ＥＧＲ率をあげて再判定するので、むやみにＥＧＲ率を変更することにより生じる排気ガスの悪化を最小限に抑えることができる。
【特許文献１】特開平５−１６２４号公報
【特許文献２】特開平７−４３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された排気ガス還流制御装置の故障診断装置および特許文献２に開示された排気ガス還流制御装置のいずれにおいても、ＥＧＲ装置が正常に作動していると、排気ガスがインテークマニホールドに還流されるので、ＥＧＲ装置のＯＮ／ＯＦＦに対して、インテークマニホールド側における圧力変化や流量変化を検知して、その変化量に基づいてＥＧＲ装置の異常診断を行なうものである。
【０００９】
しかしながら、圧力変化や流量変化は、ＥＧＲ装置による変化の他に、エンジン回転数やスロットルバルブの開度の影響を受けるため、それらの影響を受けると、正確にＥＧＲ装置に故障が発生しても異常判定をすることができない場合がある。
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、正確に排気ガス還流装置の故障を診断することができる故障診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明に係る故障診断装置は、内燃機関に設けられ、排気ガスの一部を還流弁を介して再度内燃機関の吸気管に還流させる排気ガス還流装置の故障を診断する。この故障診断装置は、内燃機関の吸気管内を流れる空気の実状態を検知するための検知手段と、検知手段で実状態が検知されたときの内燃機関の運転状態に対応する吸気管内を流れる空気の状態を推定した推定状態を算出するための算出手段と、実状態と推定状態とに基づいて、排気ガス還流装置の故障を診断するための診断手段とを含む。
【００１２】
第１の発明によると、排気ガス還流装置を作動させて（還流ガスの還流時）検知手段により内燃機関の吸気管内を流れる空気の実状態（圧力や流量）を検知したり、排気ガス還流装置を非作動にして（還流ガスの非還流時）検知手段により内燃機関の吸気管内を流れる空気の実状態（圧力や流量）を検知したりする。また、算出手段は、還流ガスの還流時における内燃機関の吸気管内を流れる空気の推定状態（圧力や流量）を算出したり、還流ガスの非還流時における内燃機関の吸気管内を流れる空気の推定状態（圧力や流量）を算出したりする。たとえば、診断手段は、還流ガスの還流時と非還流時とで、それぞれ検知された空気の実状態の差を求める。また、診断手段は、還流ガスの還流時と非還流時とで、それぞれ算出された空気の推定状態の差を求める。排気ガス還流装置が故障していないで正常に動作していると、実状態の差も推定状態の差も、同じようなものとなる。ところが、排気ガス還流装置が故障していて正常に動作していないと、実状態の差は、推定状態の差よりも小さいものとなる。これは、排気ガス還流装置が故障していると、十分に排気ガスが吸気管に還流されないので、たとえば吸気管内の実圧力が上昇しないのに対して、推定圧力が上昇している値だからである。すなわち、実状態は、現実に検知手段により検知された値であるのに対して、推定状態は、排気ガス還流装置が故障していないことを想定して物理モデルを用いた計算式により算出される値だからである。その結果、正確に排気ガス還流装置の故障を診断することができる故障診断装置を提供することができる。
【００１３】
第２の発明に係る故障診断装置においては、第１の発明の構成に加えて、検知手段は、内燃機関の吸気管に配設され、吸気管内の実吸気管内圧力を検知するための手段を含む。算出手段は、吸気管内の推定吸気管内圧力を算出するための手段を含む。診断手段は、排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における推定吸気管内圧力（ＰＭＯＮ推定値）と非還流時における推定吸気管内圧力（ＰＭＯＦＦ推定値）と、排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における実吸気管内圧力（ＰＭＯＮ実測値）と非還流時における実吸気管内圧力（ＰＭＯＦＦ実測値）とに基づいて、排気ガス還流装置の故障を診断するための手段を含む。
【００１４】
第２の発明によると、排気ガス還流装置を作動させて還流ガスの還流させた時に、検知手段により内燃機関の吸気管内圧力を検知したり、排気ガス還流装置を非作動にして還流ガスの非還流させた時に、検知手段により内燃機関の吸気管内圧力を検知したりする。また、算出手段は、還流ガスの還流時における内燃機関の吸気管内を流れる空気の推定圧力を算出したり、還流ガスの非還流時における内燃機関の吸気管内を流れる空気の推定圧力を算出したりする。たとえば、診断手段は、還流ガスの還流時と非還流時とで、それぞれ検知された空気の実圧力の差を求める。また、診断手段は、還流ガスの還流時と非還流時とで、それぞれ算出された空気の推定圧力の差を求める。排気ガス還流装置が故障していないで正常に動作していると、実圧力の差も推定圧力の差も、同じような値となる。ところが、排気ガス還流装置が故障していて正常に動作していないと、実圧力の差は、推定圧力の差よりも小さい値となる。これは、排気ガス還流装置が故障していると、十分に排気ガスが吸気管に還流されないので、たとえば吸気管内の実圧力が上昇しないのに対して、推定圧力が上昇している値だからである。その結果、正確に排気ガス還流装置の故障を診断することができる故障診断装置を提供することができる。
【００１５】
第３の発明に係る故障診断装置においては、第２の発明の構成に加えて、診断手段は、排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における推定吸気管内圧力（ＰＭＯＮ推定値）と非還流時における推定吸気管内圧力（ＰＭＯＦＦ推定値）との差、および排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における実吸気管内圧力（ＰＭＯＮ実測値）と非還流時における実吸気管内圧力（ＰＭＯＦＦ実測値）との差を比較することにより、排気ガス還流装置の故障を診断するための手段を含む。
【００１６】
第３の発明によると、診断手段は、排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における推定吸気管内圧力（ＰＭＯＮ推定値）と非還流時における推定吸気管内圧力（ＰＭＯＦＦ推定値）との差（ＰＭＯＮ推定値−ＰＭＯＦＦ推定値）、および排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における実吸気管内圧力（ＰＭＯＮ実測値）と非還流時における実吸気管内圧力（ＰＭＯＦＦ実測値）との差（ＰＭＯＮ実測値−ＰＭＯＦＦ実測値）を比較する。このように差どうしを比較すると、検知手段である圧力センサが誤差を含んで吸気管内圧力を検知しても、還流ガスの還流時も非還流時も同じだけの誤差を含むので、差を算出することによりその誤差が相殺される。その結果、正確に排気ガス還流装置の故障を診断することができる故障診断装置を提供することができる。
【００１７】
第４の発明に係る故障診断装置においては、第２の発明の構成に加えて、診断手段は、排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における推定吸気管内圧力（ＰＭＯＮ推定値）と還流時における実吸気管内圧力（ＰＭＯＮ実測値）との差、および排気ガス還流装置による還流ガスの非還流時における推定吸気管内圧力（ＰＭＯＦＦ推定値）と非還流時における実吸気管内圧力（ＰＭＯＦＦ実測値）との差を比較することにより、排気ガス還流装置の故障を診断するための手段を含む。
【００１８】
第４の発明によると、診断手段は、排気ガス還流装置による還流ガスの還流時における推定吸気管内圧力（ＰＭＯＮ推定値）と還流時における実吸気管内圧力（ＰＭＯＮ実測値）との差（ＰＭＯＮ推定値−ＰＭＯＮ実測値）、および排気ガス還流装置による還流ガスの非還流時における推定吸気管内圧力（ＰＭＯＦＦ推定値）と非還流時における実吸気管内圧力（ＰＭＯＦＦ実測値）との差（ＰＭＯＦＦ推定値−ＰＭＯＦＦ実測値）を比較する。このような比較をしても、検知手段である圧力センサの誤差が相殺される。その結果、正確に排気ガス還流装置の故障を診断することができる故障診断装置を提供することができる。
【００１９】
第５の発明に係る故障診断装置においては、第２〜４のいずれかの発明の構成に加えて、算出手段は、内燃機関の回転数、スロットルバルブの開度および吸入空気量の少なくとも１つに基づいて、吸気管内の推定吸気管内圧力を算出するための手段を含む。
【００２０】
第５の発明によると、内燃機関の回転数、スロットルバルブの開度および吸入空気量の変化を考慮して吸気管内の推定吸気管内圧力を算出できるので、内燃機関の運転状態に依存しないで正確に排気ガス還流装置の故障を診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２２】
図１を参照して、本実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置を実現するエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）を含む車両のエンジンシステムについて説明する。
【００２３】
図１に示すように、このエンジンシステムにおいては、エアクリーナ２００を介した空気が、エンジンの燃焼室に導入される。その際、吸入空気量がエアフローメータ２０２により検知されて、エンジンＥＣＵ１０００に吸入空気量を表わす信号が入力される。また、スロットルバルブ３００の開度により、吸入空気量が変化する。このスロットルバルブ３００の開度は、エンジンＥＣＵ１０００からの信号に基づいて作動したスロットルモータ３０４により変化される。スロットルバルブ３００の開度は、スロットルポジションセンサ３０２により検知されて、エンジンＥＣＵ１０００にスロットルバルブ３００の開度を表わす信号が入力される。
【００２４】
燃料は、フューエルタンク４００に貯蔵され、フューエルポンプ４０２により高圧フューエルポンプ８００を介して高圧フューエルインジェクタ８０４から燃焼室に噴射される。インテークマニホールドから導入された空気と、フューエルタンク４００から高圧フューエルインジェクタ８０４を介して燃焼室に噴射された燃料との混合気が、エンジンＥＣＵ１０００から制御信号が入力されるイグナイタ一体式イグニッションコイル８０８を用いて着火されて燃焼する。
【００２５】
混合気が燃焼した後の排気ガスは、イグゾーストマニホールドを通り、三元触媒コンバータ９００および三元触媒コンバータ９０２を通って、大気に排出される。
【００２６】
このエンジンシステムは、図１に示すように、三元触媒コンバータ９００の下流側からＥＧＲパイプ５００を通ってＥＧＲバルブ５０２によりその流量が制御されるＥＧＲ装置を有する。このＥＧＲ装置は、排気ガス再循環装置とも呼ばれ、エンジンから排出される排気ガスの一部を吸気系へ再循環させ、新しい混合気と混ぜて燃焼温度を下げることにより、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制したり、ポンピングロスを抑制して燃費向上を図るものである。
【００２７】
図２に、図１のＥＧＲ装置の部分を拡大した図を、図３にＥＧＲ装置のＥＧＲバルブ５０２の部分を拡大した図を示す。
【００２８】
図２および図３に示すように、ＥＧＲガスは、三元触媒コンバータ９００を通過した後の排気ガスがＥＧＲパイプ５００を通ってＥＧＲバルブ５０２まで導入される。ＥＧＲバルブ５０２は、エンジンＥＣＵ１０００によりデューティ制御が実行されている。エンジンＥＣＵ１０００は、エンジン回転数、アクセルポジションセンサ１０２からの信号などの各種の信号に基づいて、ＥＧＲバルブ５０２の開度を制御する。
【００２９】
また、図３に示すように、ＥＧＲバルブ５０２は、エンジンＥＣＵ１０００からの制御信号により動作するステッピングモータ５０２Ａと、ステッピングモータ５０２Ａによりリニアにバルブ開度が制御されるポペットバルブ５０２Ｃと、リターンスプリング５０２Ｂとを含む。燃焼室に還流されるＥＧＲガスは高温のため、ＥＧＲバルブ５０２の性能や耐久性に悪影響を及ぼすため、エンジンの冷却水により冷却するための冷却水通路５０２Ｄが設けられている。
【００３０】
このようなＥＧＲ装置においては、ＥＧＲパイプ５００に詰りが発生したり、ポペットバルブ５０２Ｃが固着することなどにより、ＥＧＲ装置が故障する場合がある。本実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置は、エンジンＥＣＵ１０００で実行されるプログラムにより、このＥＧＲ装置の故障を正確に検知するものである。
【００３１】
このエンジンシステムには、このようなＥＧＲ装置の他に、以下に示すシステムが導入されている。
【００３２】
このエンジンシステムには、燃料噴射制御システムが導入され、エアフローメータ２０２およびバキュームセンサ３０６によって吸入空気量を検出し、燃料噴射量が制御される。エンジンＥＣＵ１０００は、各センサからの信号により、最適な燃焼状態となるように、エンジン回転数およびエンジン負荷に応じた燃料噴射量および燃料噴射時期の制御を行なう。
【００３３】
また、このエンジンシステムにおいては、エンジン回転数と吸入空気量（バキュームセンサ３０６およびエアフローメータ２０２により検出）により燃料噴射量が決定される。また、始動後の空燃比は、酸素センサ７１０，７１２からの信号によりフィードバック制御される。すなわち、燃料噴射制御は、エンジンの状態に応じて演算した基本噴射時間に、各センサの信号に補正を加え、燃料噴射時期制御および噴射量制御が実行される。
【００３４】
また、このエンジンシステムには、点火時期制御システムが導入されている。エンジンＥＣＵ１００は、各センサからの信号により最適な点火時期を算出し、イグナイタ一体式イグニッションコイル８０８に点火信号を出力する。点火時期は、初期セット点火時期または基本進角度および補正進角度により決定される。また、このエンジンシステムには、ノックセンサ７０４によりノッキングが検知されると、ノッキングが発生しなくなるまで一定角度ずつ点火時期を遅角させて、ノッキングが発生しなくなると一定角度ずつ進角させるノックコントロールシステムが導入されている。
【００３５】
エンジンの点火時期の算出は、エンジン回転数信号、カムポジションセンサからの信号、吸気流量の信号、スロットルバルブ開度信号、エンジン冷却水用信号などに基づいて、エンジンＥＣＵ１０００が運転状態に応じて算出して、イグナイタ一体型イグニッションコイル８０８へ点火信号を出力する。すなわち、点火時期制御は、エンジンの状態に応じて演算した基本点火時期に、各センサの信号による補正を加え、適正な点火時期を算出する。
【００３６】
また、このエンジンシステムには、スロットル制御システムが導入されている。このスロットル制御システムは、エンジンの状態に応じて演算したスロットルバルブ３００の開度に、各センサの信号による補正を加えて、適正な開度になるように制御される。すなわち、エンジンの燃焼状態に応じた適切なスロットルバルブ３００の開度になるように、エンジンＥＣＵ１０００がスロットルバルブ３００の開度をスロットルモータ３０４を用いて制御する。
【００３７】
また、このエンジンシステムは、アイドル回転数制御システムが導入されている。このアイドル回転数制御システムは、エンジン冷却水温に応じたファーストアイドル回転数、エンジン暖気後のアイドル回転数を制御する。アイドル回転数制御は、エアフローメータ２０２およびバキュームセンサ３０６からの信号に基づいて吸入空気量を算出し、エンジンＥＣＵ１０００が最適なスロットルバルブ３００の開度およびインジェクタ開弁時間を算出し、アイドル回転数を目標回転数に近づける。
【００３８】
また、図１には記載していないが、スロットルモータによるアイドル回転数制御の他に、アイドルスピードコントロールバルブによる制御方法もある。このアイドルスピードコントロールバルブは、スロットルバルブのバイパス通路に流れる空気量を調整して、アイドル回転数を制御する。
【００３９】
また、このエンジンシステムには、キャニスタパージ制御システムが導入されている。このキャニスタパージ制御システムは、フューエルタンク４００から発生する燃料蒸発ガスをインテークポートに吸引して燃焼させる。キャニスタパージ量は、エンジンＥＣＵ１０００が、キャニスタパージ用ＶＳＶ（Vacuum Switching Valve）４０６の開閉を制御することにより、運転状態に応じて制御される。このとき、エンジンＥＣＵ１０００は、キャニスタパージ用ＶＳＶ４０６にデューティ信号を出力して、キャニスタパージ用ＶＳＶ４０６の開度が制御される。
【００４０】
また、このエンジンシステムには、気流制御バルブシステムが導入されている。この気流制御バルブシステムは、エンジンの冷却水温およびエンジンの状態に応じて、２つある独立インテークポートの１つを閉じることで燃焼室内の気流を最適に制御し、燃焼の安定化および性能向上を図る。気流制御バルブ６００は、独立吸気ポートの片側に設けられており、エンジンＥＣＵ１０００からの信号により開閉制御される。一方のポートを閉じることにより、もう片方のポートを通過する吸気の流速が速くなり、燃焼室内の横方向の乱流を強化する。これにより、低水温時には燃料の霧化が促進され、燃焼の安定化が図れる。また、低回転高負荷域においても体積効率および燃焼効率が向上し、高性能化を図ることができる。エンジンＥＣＵ１０００は、エンジン回転数、エンジン冷却水温、負荷信号などに基づいて、気流制御バルブ６００の開度を決定し、気流制御バルブ用ＶＳＶ６０２を介してアクチュエータのダイヤフラム室にかかる負圧を切換えることにより、気流制御バルブ６００を開閉する。
【００４１】
図４に、このエンジンシステムを制御するエンジンＥＣＵ１０００、各種センサおよび各種アクチュエータを含む制御ブロック図を示す。
【００４２】
エンジンＥＣＵ１０００には、各種センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータ１０１０と、ＥＦＩ（Electronic Fuel Injection）＿ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２０と、ＥＣＴ（Electronically Controlled Automatic Transmission）＿ＣＰＵ１０３０と、これらのＣＰＵに電力を供給する定電圧電源１０４０と、ボデー多重通信２０００と通信するための通信ＩＣ（Integrated Circuit）１０５０とを含む。
【００４３】
次に、エンジンＥＣＵ１０００に各種信号を入力するセンサについて説明する。
【００４４】
アクセルポジションセンサ１０２は、アクセルペダルに配置され、アクセルペダル踏込み量を検知する。アクセルペダル踏込み量に対して直線的に出力電圧が得られるリニアタイプのアクセルポジションセンサなどが用いられる。
【００４５】
エアフローメータ２０２は、吸気温センサ内蔵のホットワイヤ式エアフローメータなどであって、吸入空気量を計測する。エンジンＥＣＵ１０００は、予め記憶されたエアフローメータ２０２の出力電圧と流量との関係から、エンジンへの吸入空気量を算出する。
【００４６】
スロットルポジションセンサ３０２は、たとえばスロットルボディに配置され、スロットバルブ３００の開度を検出する。たとえば、ホール素子を用いた電子式のポジションセンサが採用されることにより正確な制御と恒久的な信頼性を確保することができる。
【００４７】
バキュームセンサ３０６は、吸気管内の圧力を検出する圧力センサである。燃圧センサ７００は、各気筒における燃焼室内における燃焼時の圧力を検知する。
【００４８】
クランクポジションセンサ７０２は、クランク角度を検出するセンサであって、検出精度の高い電磁ピックアップ式センサなどが用いられる。クランクシャフトが回転することにより、クランクシャフトに取付けられたクランクシャフトタイミングロータ突起部とクランクポジションセンサのエアギャップが変化するためクランクポジションセンサのコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。この発生電圧は、タイミングロータ突起部がクランクポジションセンサに近づくときと離れるときとでは逆向きになるため、交流電圧として現われ、これにより、クランク位置およびクランク角速度を検出することができる。
【００４９】
水温センサ７０６は、エンジン冷却水の水温を検出する。カムポジションセンサ７０８は、シリンダヘッド後端に取付けられており、インテークカラムシャフトに固定された、カムシャフトタイミングロータの突起をカムポジションセンサ７０８が検知することにより、気筒判別および実カムシャフト角度を検出することができる。カムポジションセンサ７０８も、前述のクランクポジションセンサ７０２と同様、検出精度の高い電磁ピックアップ式センサが用いられる。
【００５０】
ノックセンサ７０４は、エンジンにおけるノッキングの状態を検出する。酸素センサ７１０は、上流側の触媒コンバータのエンジン側における排気ガスの酸素濃度を検出し、酸素センサ７１２は、上流側の触媒コンバータ７１０と下流側の三元触媒コンバータ９０２との間における排気ガスの酸素濃度を検知する。
【００５１】
次に、エンジンＥＣＵ１０００から制御信号が出力されるアクチュエータについて説明する。
【００５２】
ＥＧＲ用ステッピングモータ５０２は、ＥＧＲ装置のＥＧＲバルブ５０２の開度を調整するモータであって、エンジンＥＣＵ１０００から制御信号が出力される。気流制御バルブ用ＶＳＶ６０２には、エンジンの運転状態に応じて気流制御バルブ６００を開閉するバルブであって、エンジンＥＣＵ１０００から出力された制御信号に基づいてこの気流制御バルブ用ＶＳＶ６０２を介してアクチュエータのダイヤフラム室にかかる負圧を切換えることにより気流制御バルブ６００が開閉する。
【００５３】
キャニスタパージＶＳＶ４０６は、キャニスタパージ量を増減させるために、エンジンＥＣＵ１０００からの制御信号によりその開度が制御される。
【００５４】
ＶＶＴ（Variable Valve Timing）用ＯＣＶ（Oil Control Valve）８０２は、最適なバルブタイミングにインテークカムシャフトの位相を制御するためのオイルコントロールバルブである。ＶＶＴ用ＯＣＶ８０２からの油圧をＶＶＴコントローラの進角室および遅角室に作用させることにより、ベーン部を回転させ、インテークカムシャフトの位相を連続的に可変させる。このＶＶＴ用オイルコントロールバルブ８０２は、エンジンＥＣＵ１０００からのデューティ信号によりスプール弁の位置が制御されることにより、ＶＶＴコントローラの進角室および遅角室へのオイル供給を調整することができる。
【００５５】
高圧フューエルポンプ８００は、燃料を加圧するためのポンプであって、シリンダヘッドカバーに取付けられる。インテークカムシャフトに設けられたカムによって駆動される。エンジンＥＣＵ１０００が運転状態に応じた高圧燃料圧力になるように可変制御する。電磁弁の制御により必要な燃料のみを吐出するシステムである。これにより、駆動トルクの低減および低騒音化を実現している。
【００５６】
この高圧フューエルポンプ８００は、フューエルタンク４００からの低圧燃料の吸入通路を開閉する電磁弁、カムシャフトによって駆動される燃料を加圧するポンププランジャ、フューエルデリバリパイプへの通路を機械的に開閉するチェックバルブで構成される。ポンププランジャが上下することより燃料を吸入し加圧する。高圧フューエルインジェクタ８０４は、高圧スリットノズルフューエルインジェクタであって、スリットノズルの作用により高微粒化され扇状に大きく広がりつつ燃焼室に噴射される。
【００５７】
なお、高圧フューエルインジェクタ８０４を高速および精細に動作させるため、ＥＤＵ（Electronic Driver Unit）８０６が設けられる。ＥＤＵ８０６は、エンジンＥＣＵ１０００からの噴射要求信号を高電圧かつ高電流のインジェクタ信号に変換し、高圧フューエルインジェクタ８０４を制御する。
【００５８】
なお、上述した説明において、ＥＧＲ装置におけるＥＣＲバルブ５０２は、ステッピングモータ５０２Ａによりポペットバルブ５０２Ｃが駆動されるものとして説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、ステッピングモータ５０２Ａのような電気式アクチュエータではなく、ソレノイドバルブとダイヤフラムを有する空気アクチュエータとにより構成される空気制御式のＥＧＲバルブであってもよい。
【００５９】
図５を参照して、本実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置を実現するエンジンＥＣＵ１０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００６０】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ１０００は、モニタ条件が成立したか否かを判断する。このとき、エンジンＥＣＵ１０００は、たとえば、車速、エンジン回転数、吸入空気量、スロットル開度などに基づいて、モニタ条件が成立しているか否かを判断する。さらに詳しくは、たとえば、車両が停止中ではモニタ条件は不成立となる。モニタ条件が成立していると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００６１】
Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲバルブ５２０に対して制御信号（開弁信号）を出力して、ＥＧＲの作動を開始（ＥＧＲ導入）させる。
【００６２】
Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲを導入してから予め定められた時間が経過したか否かを判断する。ＥＧＲを導入してから予め定められた時間が経過すると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１２０へ戻され、ＥＧＲを導入してから予め定められた時間が経過するまで待つ。
【００６３】
Ｓ１３０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、バキュームセンサ３０６からの入力信号に基づいて、吸気管内圧力の実測値ＰＭＯＮ（実測値）を計測する。Ｓ１４０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、吸気管内の推定圧力値ＰＭＯＮ（推定値）を演算する。
【００６４】
ここで、Ｓ１４０における吸気管内圧力の推定値であるＰＭＯＮ（推定値）の演算の方法について説明する。まず、吸気管内の圧力の推定値であるＰＭＯＮ（推定値）を算出するために、吸気管内の空気量を算出する。吸気管内空気量＝吸気管内空気量（１サイクル前の演算結果）＋吸気管への流入空気量−吸気管からの流出空気量＝吸気管内空気量（１サイクル前の値）＋スロットル通過空気量＋ＥＧＲ流量−エンジン吸入空気量で表わされる。ここで、スロットル通過空気量は、大気圧、吸気管内圧力、スロットル開度から算出される。また、ＥＧＲ流量は、エンジン回転数、目標ＥＧＲバルブ開度、吸入管内圧力から算出される。またエンジン吸入空気量は、エンジン回転数、吸気管内圧力から算出される。吸気管内の推定圧力値であるＰＭＯＮ（推定値）は、上述した演算式により算出された吸気管内空気量、吸気管容積および吸気温から、気体の状態方程式を用いて算出する。なお、吸気管内空気量は１サイクル毎に演算が更新される。
【００６５】
Ｓ１５０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲバルブ５２０に対して制御信号（閉弁信号）を出力して、ＥＧＲの作動を停止（ＥＧＲカット）させる。
【００６６】
Ｓ１６０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲをカットしてから予め定められた時間が経過したか否かを判断する。ＥＧＲをカットしてから予め定められた時間が経過すると（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、処理はＳ１７０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１６０にてＮＯ）、処理はＳ１６０へ戻され、ＥＧＲをカットしてから予め定められた時間が経過するまで待つ。
【００６７】
Ｓ１７０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、バキュームセンサ３０６から入力された信号に基づいて、吸気管内の圧力の実測値であるＰＭＯＦＦ（実測値）を計測する。Ｓ１８０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、吸気管内の圧力の推定値であるＰＭＯＦＦ（推定値）を演算する。
【００６８】
Ｓ１９０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、｜（ＰＭＯＮ（推定値）−ＰＭＯＦＦ（推定値））−（ＰＭＯＮ（実測値）−ＰＭＯＦＦ（実測値））｜＜判定値であるか否かを判断する。｜（ＰＭＯＮ（推定値）−ＰＭＯＦＦ（推定値））−（ＰＭＯＮ（実測値）−ＰＭＯＦＦ（実測値））｜が予め定められた判定値よりも小さいと（Ｓ１９０にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１９０にてＮＯ）、処理はＳ２１０へ移される。
【００６９】
Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ１０００は、正常判定（正常時処理）を実行する。このとき、たとえば、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲ異常警告灯（ＥＧＲ異常警告を含むエンジン異常警告灯であってもよい）が点灯していれば消灯させたりする。Ｓ２１０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、異常判定（異常時処理）を実行する。このとき、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲ異常警告灯を点灯させたり、故障識別コード（ダイアグコード）をメモリに記憶したりする。
【００７０】
Ｓ１９０における処理において、ＥＧＲ装置が正常に作動していれば、ＥＧＲ装置がＯＮの状態（ＥＧＲバルブが開状態）からＥＧＲ装置がＯＦＦの状態（ＥＧＲバルブ５０２が閉の状態）のときの吸気管内の圧力の変化（ＰＭＯＮ（実測値）−ＰＭＯＦＦ（実測値））≒（ＰＭＯＮ（推定値）−ＰＭＯＦＦ（推定値））となるはずである。しかしながら、たとえば、ＥＧＲバルブ５０２のポペットバルブ５０２Ｃが固着するなどの異常が発生していると、ＥＧＲ装置がＯＮ状態におけるＥＧＲ流量と、ＥＧＲ装置がＯＦＦ時におけるＥＧＲ流量との差が小さくなり、（ＰＭＯＮ（実測値）−ＰＭＯＦＦ（実測値））が（ＰＭＯＮ（推定値）−ＰＭＯＦＦ（推定値））に比べて小さくなる。その結果、｜（ＰＭＯＮ（推定値）−ＰＭＯＦＦ（推定値））−（ＰＭＯＮ（実測値）−ＰＭＯＦＦ（実測値））｜≧判定値（Ｓ１９０にてＮＯ）となる。
【００７１】
また、Ｓ１９０における数式は、｜（ＰＭＯＮ（推定値）−ＰＭＯＮ（実測値））−（ＰＭＯＦＦ（推定値）−ＰＭＯＦＦ（実測値））｜と、判定値とを比較するようにしてもよい。
【００７２】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置であるエンジンＥＣＵ１０００の動作について説明する。なお、以下の動作の説明においては、ＥＧＲ故障診断装置がエンジンＥＣＵ１０００で実行されるプログラムにより実現されるものとして説明する。
【００７３】
車両の走行中にモニタ条件が成立すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、ＥＧＲ装置が導入される（Ｓ１１０）。このとき、ＥＧＲバルブ５２０が開状態にされる（ＥＧＲ導入）。ＥＧＲの導入から予め定められた時間が経過すると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、ＥＧＲ装置がＯＮ状態における吸気管内圧力の実測値ＰＭＯＮ（実測値）が計測される（Ｓ１３０）。
【００７４】
また、このときの大気圧、スロットル開度、エンジン回転数、目標ＥＧＲバルブ開度などから吸気管内の空気量を算出し、気体の状態方程式を用いてＥＧＲ装置がＯＮ状態における吸気管内圧力の推定値であるＰＭＯＮ（推定値）が演算される（Ｓ１４０）。
【００７５】
ＥＧＲがカットされ（Ｓ１５０）（このときＥＧＲバルブ５２０が開状態から閉状態に切換えられる）、ＥＧＲカットから予め定められた時間が経過すると（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、ＥＧＲ装置がＯＦＦ状態における吸気管内圧力の実測値であるＰＭＯＦＦ（実測値）がバキュームセンサ３０６からの信号に基づいて計測される（Ｓ１７０）。
【００７６】
また、このとき吸気管内の圧力の推定値であるＰＭＯＦＦ（推定値）が演算により算出される（Ｓ１８０）。
【００７７】
｜（ＰＭＯＮ（推定値）−ＰＭＯＦＦ（推定値））−（ＰＭＯＮ（実測値）−ＰＭＯＦＦ（実測値））｜と予め定められた判定値との大小関係が判断される（Ｓ１９０）。｜ＰＭＯＮ（推定値）−ＰＭＯＦＦ（推定値））−（ＰＭＯＮ（実測値）−ＰＭＯＦＦ（実測値））｜が予め定められた判定値よりも小さいと（Ｓ１９０にてＹＥＳ）、ＥＧＲ装置は正常であって故障していないと判断される（Ｓ２００）。一方、｜（ＰＭＯＮ（推定値）−ＰＭＯＦＦ（推定値））−（ＰＭＯＮ（実測値）−ＰＭＯＦＦ（実測値））｜が判定値以上であるとＥＧＲ装置は異常であると判定される（Ｓ２１０）。
【００７８】
図６を参照して、ＥＧＲバルブ５０２の開閉状態とそのときの吸気管内圧力の状態との関係についての時間的な変化を説明する。
【００７９】
図６に示すように、時刻Ｔ（１）においてＥＧＲバルブ５０２が閉状態から開状態になり、時刻Ｔ（２）でＥＧＲバルブ５０２が開状態から閉状態に変更される。このＥＧＲバルブ５０２の状態の変化により時刻Ｔ（１）においてＥＧＲ装置が正常である場合には、吸気管内圧力値がＰＭＯＦＦから次第に上昇し時刻Ｔ（２）でＰＭＯＮに到達する。その後、時刻Ｔ（２）を経過するとＥＧＲバルブ５０２が開状態から閉状態になるため、次第に吸気管内圧力値は、ＰＭＯＮからＰＭＯＦＦまで低下する（実線）。このときの実測値の差がΔＰＭ（１）（実測値）で表わされる。
【００８０】
ここで、実測値を計測するバキュームセンサ３０６の計測値が誤差を含んでいると推定する。バキュームセンサ３０６が真の値からずれる値を計測していると想定すると、前述の実測値であるＰＭＯＦＦおよびＰＭＯＮは同じようにずれており、（図６においては、バキュームセンサ３０６は、真の値Ｘ，Ｙ（推定値により表わされる）よりも低い値を出力している）、時刻Ｔ（１）における推定値は実測値よりも高い値（Ｘ）に、時刻Ｔ（２）における推定値は実測値よりも高い値（Ｙ）になっている。
【００８１】
この実測値のずれ量は、時刻Ｔ（１）と時刻Ｔ（２）とで同じようにずれるので、（ＰＭＯＮ（実測値）−ＰＭＯＮ（実測値））を演算することで、相殺されることになる。このようにバキュームセンサ３０６の誤差はΔＰＭ（１）（実測値）では相殺されているので、ΔＰＭ（１）（実測値）とΔＰＭ（２）（推定値）との差分を用いてＥＧＲ装置の異常診断を判断してもバキュームセンサ３０６の誤差は影響を及ぼさない。
【００８２】
一方、ＥＧＲ装置がＥＧＲバルブ５０２のポペットバルブ５０２Ｃが固着しているなどの異常が発生していると、図６の一点鎖線で示すように、時刻Ｔ（１）においてＥＧＲバルブ５０２が閉状態から開状態にされても圧力がΔＰＭ（３）程度しか上昇しないか、または全く上昇しない。これは、ＥＧＲバルブ５２０が固着していることなどにより、排気ガスが吸気管内に十分に還流されず、吸気管内圧力が上昇しないことによる。そのため、実測値の差であるΔＰＭ（３）と推定値の差であるΔＰＭ（２）とを比較すると、推定値の方が大きく、実測値と推定値が大きく開示された状態となる。このときに、ＥＧＲ装置が異常であると判定される。
【００８３】
以上のようにして、本実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置（エンジンＥＣＵにより実行されるプログラムにより実現される）によると、ＥＧＲ装置を作動させて、バキュームセンサにより吸気管内の圧力を検知したりＥＧＲ装置を非作動状態としてバキュームセンサにより吸気管内の圧力を検知したりする。また、ＥＧＲ装置の作動時における吸気管内の推定圧力やＥＧＲ装置の非作動時における吸気管内の推定圧力を物理モデルを用いて算出する。推定されたＥＧＲ装置がＯＮ状態における吸気管内圧力と、推定されたＥＧＲ装置がＯＦＦ時における吸気管内圧力との差と、ＥＧＲ装置がＯＮ状態における吸気管内の圧力の実測値とＥＧＲ装置がＯＦＦ状態における吸気管内圧力の実測値との差との差分を演算して、その差分が予め定められた判定値よりも小さいとＥＧＲ装置は正常であると判定される。一方、このような差分が予め定められた判定値以上であると、ＥＧＲ装置が異常であると判定される。
【００８４】
これは、ＥＧＲ装置が故障していると、十分に排気ガスが吸気管に還流されないので、たとえば吸気管内の実測圧力値が上昇しないのに対して、推定される圧力値は上昇しているためである。すなわち、実際の状態は、現実にバキュームセンサにより検知された値であるのに対して、推定された吸気管内圧力値はＥＧＲ装置が故障していないことを前提として物理モデルを用いた計算式により算出される値だからである。また、バキュームセンサが真の値からずれを生じている場合であっても、ＥＧＲ装置のＯＮ状態における実測値とＥＧＲ装置がＯＦＦ状態における実測値との差をとるためバキュームセンサの誤差は相殺されてしまう。その結果、正確にＥＧＲ装置の故障を診断することかできる。
【００８５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置が適用される車両のエンジンシステム図である。
【図２】図１のＥＧＲ装置の拡大図である。
【図３】図２のＥＧＲバルブの拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置が適用される車両の制御ブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置を実現するエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係るＥＧＲ故障診断装置で故障診断されるＥＧＲ装置による圧力の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１００  アクセルペダル、１０２  アクセルポジションセンサ、２００  エアクリーナ、２０２  エアフローメータ、３００  スロットルバルブ、３０２  スロットルポジションセンサ、３０４  スロットルモータ、３０６  バキュームセンサ、４００  フューエルタンク、４０２  フューエルポンプ、４０４  チャコールキャニスタ、４０６  キャニスタバージ用ＶＳＶ、５００  ＥＧＲパイプ、５０２  ＥＧＲバルブ、５０２Ａ  ステッピングモータ、５０２Ｂ  リターンスプリング、５０２Ｃ  ポペットバルブ、５０２Ｄ  冷却水通路、６００  気流制御バルブ、６０２  気流制御バルブ用ＶＳＶ、７００  燃圧センサ、７０２  クランクポジションセンサ、７０４  ノックセンサ、７０６  エンジン水温センサ、７０８  カムポジションセンサ、７１０，７１２  酸素センサ、８００  高圧フューエルポンプ、８０２  ＶＶＴ用ＯＣＶ、８０４  高圧フューエルインジェクタ、８０６  ＥＤＵ、８０８  イグナイタ一体式イグニッションコイル、９００，９０２  三元触媒コンバータ、１０００  エンジンＥＣＵ、１０１０  Ａ／Ｄコンバータ、１０２０  ＥＦＩ＿ＥＣＵ、１０３０  ＥＣＴ＿ＣＰＵ、１０４０  定電圧電源、１０５０  通信ＩＣ、２０００  ボデー多重通信。
【図１】
2005256781.tif 000003
【図２】
2005256781.tif 000004
【図３】
2005256781.tif 000005
【図４】
2005256781.tif 000006
【図５】
2005256781.tif 000007
【図６】
2005256781.tif 000008