JP2010138788A - 内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲクーラの効率低下を適切に検出する内燃機関のＥＧＲ装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気通路５から給気通路３へＥＧＲクーラ１７及びＥＧＲバルブ１９を介してＥＧＲガスを戻すようにＥＧＲ配管１６を備えた内燃機関のＥＧＲ装置であって、
ＥＧＲバルブ１９の開度によりＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を前提条件とし、ＥＧＲクーラ１７の出口側ＥＧＲガス温度を閾値と比較してＥＧＲクーラ１７の効率低下を検出するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＧＲガスを供給してＮＯｘの発生を効果的に低減するようにした内燃機関のＥＧＲ装置に関する。

従来より、内燃機関において、排気ガスの一部（以下「ＥＧＲガス」という）を給気系に還流して燃焼を緩慢にし、燃焼温度を下げることによりＮＯｘの低減を図るようにした排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）が広く用いられている。

図４は過給機付き内燃機関の一例を示したもので、この内燃機関は、エンジン１のインテークマニホールド２に接続された給気通路３及びイクゾーストマニホールド４に接続された排気通路５を有している。前記排気通路５には排気ガス６により駆動されるタービン７を備えると共に前記給気通路３には該タービン７によって圧縮空気９を生成する圧縮機８を設け、タービン７及び圧縮機８によりターボチャージャからなる過給機１０を構成し、過給機１０の圧縮機８で圧縮した圧縮空気９を前記給気通路３に供給するようにしている。図４中、符号１１はエアクリーナ、１２はインタークーラ、１３はエンジン１の気筒、１４は燃料噴射装置である。

前記給気通路３と排気通路５との間にはＥＧＲ手段１５が設けられている。図４のＥＧＲ手段１５は、インテークマニホールド２と前記イクゾーストマニホールド４との間をＥＧＲ配管１６によって接続しており、該ＥＧＲ配管１６には、ＥＧＲクーラ１７が備えられると共に、アクチュエータ１８により開閉するＥＧＲバルブ１９が設けられている。

図示しない運転席のアクセルには、アクセル開度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ（負荷センサ）２０が備えられていると共に、エンジン１の適宜位置には、その回転数を検出する回転センサ２１が装備されており、これらアクセルセンサ２０及び回転センサ２１からのアクセル開度信号２０ａ及び回転数信号２１ａが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２２に対し入力されるようになっている。

一方、制御装置２２においては、ＥＧＲバルブ１９のアクチュエータ１８に対し開度を指令する開度指令信号１８ａが出力されるようになっている。また各気筒１３に燃料を噴射する燃料噴射装置１４に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号１４ａが出力されるようになっている。

エンジン１の運転時には、アクセル開度信号２０ａ及び回転数信号２１ａに基づいて制御装置２２からＥＧＲバルブ１９を制御し、ＥＧＲバルブ１９の開度をエンジン１の運転状態に応じた位置に保持し、これによりＥＧＲガスが給気通路３に再循環されて排気ガスのＮＯｘ低減が図られている。

また先行技術文献の中には、ＥＧＲ装置において煤の堆積に伴うＥＧＲクーラの故障を検出するものが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２１３４２３号公報

しかしながら、このような従来のＥＧＲ装置においては、ＥＧＲクーラ１７の効率低下を適切に検出することできないという問題があった。また先行技術文献のごとくＥＧＲクーラの故障を検出するものは、ＥＧＲバルブの開閉に伴ってＥＧＲクーラのクーラ温度がどのように変化するかを測定するものであるため、測定条件がＥＧＲバルブの開閉操作に依存し、ＥＧＲクーラの効率低下や故障を容易に測定することができないという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ＥＧＲクーラの効率低下を容易且つ適切に検出する内燃機関のＥＧＲ装置を提供することを目的としている。

本発明は、エンジンの排気通路から給気通路へＥＧＲクーラ及びＥＧＲバルブを介してＥＧＲガスを戻すようにＥＧＲ配管を備えた内燃機関のＥＧＲ装置であって、
ＥＧＲバルブの開度によりＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を前提条件とし、ＥＧＲクーラの出口側ＥＧＲガス温度を閾値と比較してＥＧＲクーラの効率低下を検出するように構成するものである。

本発明において、ＥＧＲクーラの出口側ＥＧＲガス温度が閾値を超え、且つ閾値を超えている状態が判定基準時間以上である場合に、ＥＧＲクーラに効率低下があると判断するように構成することが好ましい。

本発明において、ＥＧＲバルブの開度によりＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を、燃料の噴射量及びエンジン回転数が所定の領域内にあることに基づいて判定するように構成することが好ましい。

而して、ＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を前提条件とすることにより、ＥＧＲクーラが劣化して効率が低下した時の出口側ＥＧＲガス温度と、ＥＧＲクーラが正常である時の出口側ＥＧＲガス温度とについて温度差を生じ、ＥＧＲクーラの効率低下時と正常時とを容易に区別することが可能となる。またＥＧＲクーラが劣化して効率が低下した時のＥＧＲクーラの出口側ＥＧＲガス温度を閾値として、実測の出口側ＥＧＲガス温度と比較し、ＥＧＲクーラの効率低下を検出し得る。

上記した本発明の内燃機関のＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を前提条件とし、ＥＧＲクーラの出口側ＥＧＲガス温度を閾値と比較するので、ＥＧＲクーラの効率低下を容易且つ適切に検出することができるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態例を示すものであり、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表している。

実施の形態例の内燃機関のＥＧＲ装置は、エンジン１の排気通路５から給気通路３へＥＧＲガスを戻すように給気通路３と排気通路５との間にＥＧＲ手段１５が設けられている。ＥＧＲ手段１５は、給気通路３がインテークマニホールド２とイクゾーストマニホールド４との間をＥＧＲ配管１６によって接続しており、ＥＧＲ手段１５のＥＧＲ配管１６には、ＥＧＲクーラ１７が備えられると共に、アクチュエータ１８により開閉するＥＧＲバルブ１９が設けられている。

ＥＧＲ配管１６のＥＧＲクーラ１７の下流側からＥＧＲバルブ１９までの間には、ＥＧＲ出口温度センサ２３を備え、ＥＧＲクーラ１７の出口側ＥＧＲガス温度を検出するようにしている。またエンジン１には、冷却水の温度を検出する水温センサ２４が装備されている。

また図示しない運転席のアクセルには、アクセル開度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ（負荷センサ）２０が備えられていると共に、エンジン１の適宜位置には、その回転数を検出する回転センサ２１が装備されている。

更に、ＥＧＲ出口温度センサ２３から出口側ＥＧＲガス温度信号２３ａ、水温センサ２４からの冷却水温度信号２４ａ、及びアクセルセンサ２０及び回転センサ２１からのアクセル開度信号２０ａ及び回転数信号２１ａが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２５に対し入力されるようになっている。

一方、制御装置２５においては、入力された信号からＥＧＲバルブ１９のアクチュエータ１８に対し開度を指令する開度指令信号１８ａが出力されると共に、故障ランプ等の表示手段２６に表示信号２６ａが出力されるようになっている。また各気筒１３に燃料を噴射する燃料噴射装置１４に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号１４ａが出力されるようになっている。

また制御装置２５には、図２に示すフローの制御が入力されると共に、ＥＧＲバルブ１９の開度によりＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を前提条件として判断し得るように、図３に示す燃料噴射信号１４ａ（燃料の噴射量）及び回転数信号２１ａ（エンジン回転数）の関係が入力されている。

以下、本発明の実施の形態例の作用を説明する。

ＮＯｘの発生を低減する際には、エンジン１の運転域におけるアクセル開度信号２０ａ及び回転数信号２１ａ等に基づいて制御装置２５がＥＧＲバルブ１９のアクチュエータ１８に開度指令信号１８ａを出し、ＥＧＲ配管１６の開度を調整して排気の一部をイクゾーストマニホールド４からＥＧＲ配管１６を介してインテークマニホールド２へ流入させ、気筒１３内の燃焼温度の低下を図ってＮＯｘの発生を低減する。

また制御装置２５は、エンジンスタートに伴い、図２の手順に従って以下の処理を行う。

最初に、検出前の前提条件としてＥＧＲバルブ１９の開度によりＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件になっているか否かを判断する。具体的には、燃料噴射信号１４ａ（燃料の噴射量）及び回転数信号２１ａ（エンジン回転数）で規定された関数等で処理し、燃料の噴射量及びエンジン回転数が図３の所定の領域内にあるか否かにより判断する（ステップＳ１）。ここで、図３に示す燃料の噴射量とエンジン回転数との関係は、実験データに基づき予め求められたものであり、燃料の噴射量及びエンジン回転数で規定される領域において、ＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度が確保できる領域を設定している。また制御装置２５は、燃料噴射信号１４ａ（燃料の噴射量）及び回転数信号２１ａ（エンジン回転数）をエンジンの水温等により適宜補正することも可能となっている。

そして燃料噴射信号１４ａ（燃料の噴射量）及び回転数信号２１ａ（エンジン回転数）が所定の領域にない場合（ステップＳ１のＮＯ）には、ＥＧＲクーラ１７が劣化して効率が低下した時の出口側ＥＧＲガス温度と、ＥＧＲクーラ１７が正常である時の出口側ＥＧＲガス温度とについて適切な温度差を生じないとして、システム確認不要の段階へ移行し、ＥＧＲクーラ１７の効率低下等の有無を確認することなく終了する（ステップＳ２）。

一方、燃料噴射信号１４ａ（燃料の噴射量）及び回転数信号２１ａ（エンジン回転数）が所定の領域にある場合（ステップＳ１のＹＥＳ）には、ＥＧＲクーラ１７が劣化して効率が低下した時の出口側ＥＧＲガス温度と、ＥＧＲクーラ１７が正常である時の出口側ＥＧＲガス温度とについて適切な温度差を生じるとして、システム確認（ＥＧＲクーラ１７の確認）の段階へ移行し、ＥＧＲクーラ１７の効率低下等の有無を確認する（ステップＳ３）。

次にＥＧＲクーラ１７の効率低下等の有無を確認する段階（ステップＳ３）へ移行した後には、ＥＧＲクーラ１７が劣化して効率が低下した時のＥＧＲクーラの出口側ＥＧＲガス温度を閾値として、ＥＧＲクーラ１７の出口側ＥＧＲガス温度が所定の閾値を超えているか否かを判断する（ステップＳ４）。ここで閾値は、ＥＧＲクーラ１７の効率低下時の温度に限定されるものではなく、ＥＧＲクーラ１７の修理や交換が必要な異常時の温度を含むものでも良いし、ＥＧＲクーラ１７の効率低下時とＥＧＲクーラ１７の異常時とを区別するものでも良い。

そして出口側ＥＧＲガス温度が所定の閾値よりも低い場合（ステップＳ４のＮＯ）には、システム正常の段階へ移行し、ＥＧＲクーラ１７に効率低下や異常が存在する可能性がないとして終了する（ステップＳ５）。一方、出口側ＥＧＲガス温度が所定の閾値を超えた場合（ステップＳ４のＹＥＳ）には、ＥＧＲクーラ１７に効率低下や異常が存在する可能性があるとして次の段階へ移行する。

次の段階では、出口側ＥＧＲガス温度が所定の閾値を超えた時点からカウントを開始し（ステップＳ６）、ＥＧＲクーラ１７の出口側ＥＧＲガス温度が閾値を超えている状態が判定基準時間（所定値）以上であるか否かを判断する（ステップＳ７）。

ＥＧＲクーラ１７の出口側ＥＧＲガス温度が閾値を超えている状態が判定基準時間を満たさない場合（ステップＳ７のＮＯ）には、システム正常の段階へ移行し、ＥＧＲクーラ１７の効率低下や異常でないと判断して終了する（ステップＳ５）。

一方、ＥＧＲクーラ１７の出口側ＥＧＲガス温度が閾値を超えている状態が判定基準時間以上の場合（ステップＳ７のＹＥＳ）には、システム異常の段階へ移行し、ＥＧＲクーラ１７の効率低下や異常があると判断する（ステップＳ８）。

システム異常の段階へ移行した際（ステップＳ８）には、制御装置２５が故障ランプ等の表示手段２６に表示信号２６ａを出力し、表示手段２６に点灯等の表示をして異常がある旨を知らせる（ステップＳ９）。

而して、このように実施の形態例によれば、ＥＧＲバルブ１９の開度によりＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を前提条件とし、ＥＧＲクーラの出口側ＥＧＲガス温度を閾値と比較するので、ＥＧＲクーラの効率低下や異常を容易且つ適切に検出することができる。またＥＧＲクーラ１７の出口側ＥＧＲガス温度を用いるので、ＥＧＲクーラ１７の効率低下や異常を好適に検出することができる。

またＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を前提条件とすることにより、ＥＧＲクーラ１７が劣化して効率が低下した時の出口側ＥＧＲガス温度と、ＥＧＲクーラ１７が正常である時の出口側ＥＧＲガス温度とについて温度差を生じるので、ＥＧＲクーラ１７の効率低下時と正常時とを容易に区別し、誤検出に対するロバスト性を向上することができる。ここでＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保することができない場合には、正常時と異常時の区別が容易でなく、ＥＧＲクーラ１７の効率低下や異常を適切に測定することができないと共に、誤検出に対するロバスト性が低下する。

実施の形態例において、ＥＧＲクーラ１７の出口側ＥＧＲガス温度が閾値を超え、且つ閾値を超えている状態が判定基準時間以上である場合に、ＥＧＲクーラ１７に効率低下や異常があると判断するように構成すると、出口側ＥＧＲガス温度の一時的な変化でなく、ＥＧＲクーラ１７の出口側ＥＧＲガス温度を閾値と十分に比較してＥＧＲクーラ１７の効率低下や異常を適切に検出することができる。

実施の形態例において、ＥＧＲバルブ１９の開度によりＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を、燃料噴射信号１４ａ（燃料の噴射量）及び回転数信号２１ａ（エンジン回転数）が所定の領域内にあることに基づいて判定するように構成すると、ＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を前提条件として適切に設定し得るので、ＥＧＲクーラ１７の効率低下時と正常時とを極めて容易に区別し、ＥＧＲクーラ１７の出口側ＥＧＲガス温度を閾値と比較してＥＧＲクーラ１７の効率低下や異常を好適に検出することができると共に、誤検出に対するロバスト性を一層向上することができる。

尚、本発明の内燃機関のＥＧＲ装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態例を示す全体概略図である。 本発明の実施の形態例で処理を示すフロー図である。 ＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を概念的に示すグラフである。 従来の内燃機関のＥＧＲ装置を示す全体概略図である。

符号の説明

１ エンジン
３ 給気通路
５ 排気通路
１４ａ 燃料噴射信号（燃料の噴射量）
１６ ＥＧＲ配管
１７ ＥＧＲクーラ
１９ ＥＧＲバルブ
２１ａ 回転数信号（エンジン回転数）
２５ 制御装置

Claims (3)

1. エンジンの排気通路から給気通路へＥＧＲクーラ及びＥＧＲバルブを介してＥＧＲガスを戻すようにＥＧＲ配管を備えた内燃機関のＥＧＲ装置であって、
   ＥＧＲバルブの開度によりＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を前提条件とし、ＥＧＲクーラの出口側ＥＧＲガス温度を閾値と比較してＥＧＲクーラの効率低下を検出するように構成したことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
2. ＥＧＲクーラの出口側ＥＧＲガス温度が閾値を超え、且つ閾値を超えている状態が判定基準時間以上である場合に、ＥＧＲクーラに効率低下があると判断するように構成した請求項１記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
3. ＥＧＲバルブの開度によりＥＧＲガスを多量に流してＥＧＲ温度を確保する条件を、燃料の噴射量及びエンジン回転数が所定の領域内にあることに基づいて判定するように構成した請求項１または２記載の内燃機関のＥＧＲ装置。

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