异常判断装置的制作方法

本发明涉及判断EGR阀有无异常的异常判断装置。

背景技术：

以往，在柴油发动机上搭载有排气再循环(EGR：Exhaust Gas Recirculation)装置，该排气再循环装置为了降低废气中含有的NOx，而将废气的一部分导入到吸气通道(例如，参照专利文献1)。EGR装置在将排气通道和吸气通道连接的EGR通道上具备EGR阀，通过控制EGR阀的开度来调整向吸气通道的EGR气体导入量。

另外，近年来，在搭载于汽车的自动诊断系统(OBD：On Board Diagnostic Systems)中，提出了判断EGR阀有无异常的各种技术。作为这种异常判断技术的一个例子，已知有如下技术：针对EGR阀的变化相对于向EGR阀的开度指令值的变化的响应性，判断EGR阀有无异常。响应性有无异常能够通过在吸气通道的压力和排气通道的压力稳定的无负荷状态下使EGR阀开闭并测定此时的EGR量来判断。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2002-332879号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

但是，在上述判断方法中，在虽然发动机处于无负荷状态、但例如EGR阀维持全闭状态的排气制动装置的工作中，不能判断EGR阀有无异常。于是，上述异常判断装置需要如下技术：即使EGR阀的开度受到制约，仍能够判断EGR阀有无异常。

本发明的目的在于，提供一种异常判断装置，即使在EGR阀的开度受到制约的运转状态下，也能够判断EGR阀有无异常。

用于解决课题的手段

在本发明的异常判断装置的一个方式，具备：EGR量取得部，针对EGR气体的流量、即EGR量，取得实际的所述EGR量；推定量运算部，根据工作气体压力、EGR温度、EGR压力以及对所述EGR阀的开度指令值来运算所述EGR量的推定量，工作气体压力是所述EGR气体和吸入空气混合的工作气体的压力，EGR温度是EGR阀的正上游处的所述EGR气体的温度，EGR压力是所述EGR阀的正上游处的所述EGR气体的压力；以及判断部，根据实际的所述EGR量和所述推定量的乖离，判断所述EGR阀有无异常。

附图说明

图1是示出搭载有一实施方式所涉及的异常判断装置的柴油发动机的概要结构的图。

图2是示出图1的异常判断装置的处理部的运算模块的图。

图3是示出利用图1的异常判断装置执行的判断处理的一个例子的流程图。

图4是示出利用图1的异常判断装置执行的判断处理的一个例子的流程图。

具体实施方式

参照图1～图4，说明异常判断装置的一实施方式。参照图1，说明搭载有异常判断装置的柴油发动机的整体构成。

如图1所示，柴油发动机10(下面简称为发动机10。)在缸体组11具有4个缸体12。发动机10的每个缸体12具有向缸体12喷射燃料的喷射器13。在缸体组11上连接有进气歧管14和排气歧管15，进气歧管14用于向各缸体12供给工作气体，来自各缸体12的废气流入排气歧管15。

在与进气歧管14连接的吸气通道16上，从上游侧依次安装有未图示的空气净化器、作为涡轮增压器17的构成要素的压缩机18、中间冷却器19。在与排气歧管15连接的排气通道20上设置有涡轮机22，涡轮机22经由连结轴21与压缩机18连结。在排气歧管15连接有EGR装置24的EGR通道25，EGR通道25与吸气通道16连接，将废气的一部分导入到吸气通道16。

EGR装置24具有：设置于EGR通道25的EGR冷却器26；以及设置于EGR冷却器26下游的EGR阀27。EGR阀27能够变更EGR通道25的流路截面积，EGR阀27的开度根据发动机10的运转状态而受EGR阀控制装置40控制。当EGR阀27处于开状态时，向缸体12供给工作气体，工作气体是废气和吸入空气的混合气体。EGR通道25内的废气是EGR气体。

涡轮增压器17是可变容量型涡轮增压器(VNT：Variable Nozzle Turbo)，在涡轮机22配设有可变喷嘴28。可变喷嘴28的开度通过具备步进电动机的致动器29的驱动而变更。

发动机10具备吸入空气量传感器32、工作气体压力传感器33、工作气体温度传感器34、EGR温度传感器35、发动机转速传感器37。吸入空气量传感器32在吸气通道16中的压缩机18的上游检测吸入空气量Ga，吸入空气量Ga是在吸气通道16中流动的吸入空气的质量流量。工作气体压力传感器33在比吸气通道16与EGR通道25的连接部分靠下游检测工作气体压力Pwg，工作气体压力Pwg是在吸气通道16内流动的工作气体的压力。工作气体温度传感器34检测工作气体温度Twg，工作气体温度Twg是进气歧管14内的工作气体的温度。EGR温度传感器35检测EGR温度Tr，EGR温度Tr是EGR通道25中的EGR冷却器26的下游且EGR阀27的正上游的EGR气体的温度。发动机转速传感器37检测曲柄轴10a的转速、即发动机转速Ne。上述各传感器32、33、34、37将表示各个检测值的信号输出到异常判断装置50。

除了向异常判断装置50输入来自上述各传感器32、33、34、37的信号之外，还从控制EGR阀27的开度的EGR阀控制装置40输入表示对EGR阀27的开度指令值θrc的信号，从控制可变喷嘴28的开度的VNT控制装置45输入表示喷嘴开度θtc的信号，喷嘴开度θtc是对可变喷嘴28的开度指令值。另外，开度指令值θrc以及喷嘴开度θtc是用全开状态为0和全闭状态为1之间的值表示的值，值越大表示开口面积越小。

异常判断装置50以具有CPU、ROM以及RAM的微型计算机为中心构成。异常判断装置50具备：取得部51，取得基于输入到异常判断装置50的信号的各种信息；执行各种处理的处理部(或者处理电路)52；存储部53，存储各种控制程序、各种数据。处理部52根据存储于存储部53的各种控制程序，执行根据取得部51取得的各种信息判断EGR阀27有无异常的判断处理。异常判断装置50在判断为EGR阀27发生了异常的情况下，将表示该异常的种类的数据存储于存储部53的预定区域并将警告灯54点亮，从而向驾驶者通知EGR阀27发生了异常。

如图2所示，处理部52具备排气压力运算部61、工作气体量运算部62、EGR量运算部63、压力损失运算部64、EGR压力运算部65、推定量运算部66、乖离运算部67、以及判断部68。

排气压力运算部61运算排气歧管15内的废气压力、即排气压力Pem。排气压力运算部61将工作气体压力Pwg、吸入空气量Ga、喷嘴开度θtc代入式(1)所示的实验式来运算排气压力Pem。另外，在实验式中，“n”是按每个可变容量型涡轮增压器选择的值，越是选择小数值的可变容量型涡轮增压器，开口面积相对于喷嘴开度的变化呈直线地变化。

【式1】

Pem＝Pwg×f(Ga/(1-θtc)ⁿ) n＝1，2，3…

工作气体量运算部62运算供给到缸体12的工作气体的质量流量、即工作气体量Gwg。工作气体量运算部62针对状态方程式P×V＝Gwg×R×T，向“P”代入工作气体压力Pwg，向“V”代入将发动机转速Ne和发动机10的排气量D相乘的值、向“R”代入气体常数，向“T”代入工作气体温度Twg，从而运算工作气体量Gwg。

EGR量运算部63是取得实际的EGR量的EGR量取得部，将回流到吸气通道16的EGR气体的质量流量即EGR量Gr作为实际的EGR量运算。EGR量运算部63从工作气体量Gwg减去吸入空气量Ga，从而运算EGR量Gr，工作气体量Gwg是工作气体量运算部62的运算结果。

压力损失运算部64运算EGR通道25中的EGR气体的压力损失ΔPr。压力损失运算部64根据EGR量Gr和存储部53存储的压力损失图表55来运算压力损失ΔPr，EGR量Gr是EGR量运算部63的运算结果。压力损失图表55是按照每个EGR量Gr规定EGR气体到达EGR阀27为止的压力损失ΔPr的数据。压力损失运算部64通过从压力损失图表55选择与EGR量Gr对应起来的压力损失ΔPr来运算压力损失ΔPr。

EGR压力运算部65运算EGR压力Pr，EGR压力Pr是EGR阀27的正上游的EGR气体的压力。EGR压力运算部65从排气压力Pem减去压力损失ΔPr来运算EGR压力Pr。

推定量运算部66运算EGR量Gr的推定量EGr。推定量运算部66将各值代入到式(2)所示的基于贝努利原理的推定量运算式，从而运算EGR量Gr的推定量EGr。另外，“Ar”是与开度指令值θrc对应的EGR阀27的开口面积，“κ”是废气的比热比。

【式2】

乖离运算部67通过从EGR量Gr减去推定量EGr来运算乖离ΔGr，EGR量Gr是EGR量运算部63的运算结果，推定量EGr是推定量运算部66的运算结果。乖离ΔGr在EGR量Gr比推定量EGr多时取正值，在EGR量Gr比推定量EGr少时取负值。

判断部68根据开度指令值θrc和乖离ΔGr来判断基于开度指令值θrc的变化的EGR阀27有无异常。

在开度指令值θrc的微分值Δθrc的绝对值处于判断为EGR阀27的开度恒定的第1阈值Δθrc1以下的情况下，判断部68判断EGR阀27的开度为稳定状态。判断部68在稳定状态仅持续预定的第1判断期间时，将该第1判断期间中的乖离ΔGr的累计值设为第1判断值ΔGrj1，判断有无如下2种异常：EGR量Gr为相对于开度指令值θrc过多的高流量；以及EGR量Gr为相对于开度指令值θrc过少的低流量。在第1判断值ΔGrj1小于为负值的下限值ΔGrmin的情况下，判断部68判断EGR阀27发生低流量。在第1判断值ΔGrj1比为正值的上限值ΔGrmax大的情况下，判断部68判断EGR阀27发生高流量。稳定状态的持续期间能够由例如、EGR阀27被切换到稳定状态时重置的计时器、计数器等计时。

在开度指令值θrc的微分值Δθrc的绝对值大于第2阈值Δθrc2(>Δθrc1)的情况下，判断部68判断EGR阀27的开度处于急变状态。判断部68在急变状态持续预定的第2判断期间时，将该第2判断期间中的乖离ΔGr的累计值的绝对值设为第2判断值ΔGrj2，对EGR阀27的响应性判断有无异常。第2阈值Δθrc2是例如、处于全闭状态的EGR阀27能够在1秒钟内变成全开状态的值。急变状态的持续期间能够由例如、EGR阀27被切换到急变状态时重置的计时器、计数器等计时。

在第2判断值ΔGrj2大于正常值ΔGrnor的情况下，判断部68判断EGR阀27的响应性产生异常。另外，响应性的异常是指变涩，例如、EGR阀27开闭时因摩擦而导致开闭速度下降。

参照图3以及图4，说明处理部52执行的判断处理的一个例子。该判断处理通过发动机10的启动而开始。

如图3所示，处理部52通过取得部51取得各种信息(步骤S11)。在步骤S12中，处理部52根据吸入空气量Ga、工作气体压力Pwg、喷嘴开度θtc运算排气压力Pem。

在下一步骤S13中，处理部52根据工作气体压力Pwg、工作气体温度Twg以及发动机转速Ne运算工作气体量Gwg。并且，处理部52从工作气体量Gwg减去在步骤S11中取得的吸入空气量Ga来运算EGR量Gr。并且，处理部52根据EGR量Gr和存储部53中存储的压力损失图表55，运算EGR气体的压力损失ΔPr。而且，处理部52在下一步骤S14中从排气压力Pem减去压力损失ΔPr来运算EGR压力Pr。

在下一步骤S15中，处理部52根据在步骤S11中取得的EGR温度Tr、在步骤S14中运算的EGR压力Pr、工作气体压力Pwg、对EGR阀27的开度指令值θrc、以及由上述式(2)示出的推定量运算式来运算推定量EGr。而且，处理部52从在步骤S13中运算的EGR量Gr减去推定量EGr来运算乖离ΔGr(步骤S16)。

接着，处理部52比较EGR阀27的微分值Δθrc和第1阈值Δθrc1，判断EGR阀27是否处于稳定状态(步骤S17)。当EGR阀27处于稳定状态时(步骤S17：是)，处理部52判断是否从稳定状态开始经过了第1判断期间、即稳定状态的持续期间是否超过了第1判断期间(步骤S18)。未经过第1判断期间时(步骤S18：否)，处理部52转移至步骤S11的处理。另一方面，在经过第1判断期间时(步骤S18：是)，处理部52将第1判断期间的乖离ΔGr的累计值设为第1判断值ΔGrj1，判断该第1判断值ΔGrj1是否被包含于正常范围，正常范围是下限值ΔGrmin以上且上限值ΔGrmax以下的范围(步骤S19)。

在第1判断值ΔGrj1被包含于正常范围的情况下(步骤S19：是)，处理部52对EGR阀27进行了正常判断之后(步骤S20)，再次转移到步骤S11的处理。另一方面，在第1判断值ΔGrj1没有被包含于正常范围的情况下(步骤S19：否)，处理部52判断第1判断值ΔGrj1是否小于下限值ΔGrmin(步骤S21)。在第1判断值ΔGrj1小于下限值ΔGrmin的情况下(步骤S21：是)，处理部52对EGR阀27进行异常判断(低流量)(步骤S22)。另一方面，在第1判断值ΔGrj1大于下限值ΔGrmin的情况下(步骤S21：否)，处理部52判断第1判断值ΔGrj1大于上限值ΔGrmax，对EGR阀27进行异常判断(高流量)(步骤S23)。进行了异常判断的处理部52点亮警告灯54(步骤S24)，结束一系列处理。

如图4所示，在EGR阀27不是稳定状态时(步骤S17：否)，处理部52根据EGR阀27的微分值Δθrc判断EGR阀27是否处于急变状态(步骤S25)。在EGR阀27不是急变状态时(步骤S25：否)，处理部52转移至步骤S11的处理。

另一方面，在EGR阀27处于急变状态时(步骤S25：是)，处理部52判断从急变状态的开始是否经过第2判断期间、即急变状态的持续期间是否超过了第2判断期间(步骤S26)。在没有经过第2判断期间时(步骤S26：否)，处理部52转移至步骤S11的处理。另一方面，在经过第2判断期间时(步骤S26：是)，处理部52比较第2判断值ΔGrj2和正常值ΔGrnor(步骤S27)，第2判断值ΔGrj2是第2判断期间的乖离ΔGr的累计值。

在第2判断值ΔGrj2为正常值ΔGrnor以下的情况下(步骤S27：是)，处理部52对EGR阀27进行了正常判断之后(步骤S28)，再次转移至步骤S11的处理。另一方面，在第2判断值ΔGrj2大于正常值ΔGrnor的情况下(步骤S27：否)，处理部52对EGR阀27进行异常判断(响应性)(步骤S29)。进行了异常判断的处理部52将警告灯54点亮(步骤S30)，将一系列的处理结束。

说明上述异常判断装置50的作用。

在上述异常判断装置50中，推定量EGr是根据对EGR阀27的开度指令值θrc运算的值。也就是说，推定量EGr是假设EGR阀27的开度与开度指令值θrc一致时的EGR量。推定量EGr与实际的EGR量Gr的乖离在与根据当时的运转状态设定的开度指令值θrc对应的EGR量和实际的EGR量Gr不同的情况下产生。例如，当实际的开口面积Ar小于开度指令值θrc时，推定量EGr是大于EGR量Gr的值。另外，当实际的开口面积Ar大于开度指令值θrc时，推定量EGr是小于EGR量Gr的值。像这样，异常判断装置50能够连续监视相对于开度指令值θrc的EGR量Gr。

根据上述实施方式的异常判断装置50，得到以下列举的效果。

(1)持续监视相对于开度指令值θrc的EGR量Gr，所以即使在EGR阀27的开度受到制约的运转状态下，也能够对EGR阀27判断有无异常。

(2)当EGR阀27处于急变状态时，能够对EGR阀27的响应性判断有无异常。因此，不限于发动机10的运转状态处于无负荷状态时，例如即使在处于过渡状态这种其他运转状态时，也能够判断响应性有无异常。其结果，判断响应性有无异常的频率提高。

(3)当EGR阀27处于稳定状态时，能够判断是否存在EGR量相对于开度指令值θrc过多的状态持续的高流量、EGR量相对于开度指令值θrc过少的状态持续的低流量这种具有持续性的异常。

(4)检测EGR压力Pr的传感器要求非常高的耐热温度。这种高温用压力传感器价格非常高，考虑成本的话，难以搭载到汽车的情况不少。在这一方面，上述异常判断装置50不使用高温用压力传感器，通过运算求出EGR压力Pr。因此，抑制求出EGR压力Pr的成本。

(5)排气压力Pem通过将吸入空气量Ga、工作气体压力Pwg、以及喷嘴开度θtc代入式(1)的实验式而运算。根据这种构成，在不使用高温用压力传感器的情况下，得到排气压力Pem。其结果，抑制用于求出排气压力Pem的成本。

(6)将各变量代入实验式，求出排气压力Pem，所以在运算排气压力Pem的基础上，对处理部52的负荷减轻。

(7)处理部52将第2判断期间的累计值的绝对值运算为第2判断值ΔGrj2。因此，关于EGR阀27的响应性的判断结果的信赖度提高。

(8)处理部52将第1判断期间的累计值作为第1判断值ΔGrj1运算。因此，对高流量、低流量这种具有持续性的异常的判断结果的信赖度提高。

另外，上述实施方式能够以如下方式进行适当变更。

·在涡轮增压器不具备可变喷嘴28的固定容量型涡轮增压器的情况下、发动机不具备涡轮增压器的情况下，通过将喷嘴开度θtc设定为0，从而能够通过实验式运算排气压力Pem。

·排气压力Pem根据向涡轮机22的流入量(吸入空气量Qa、吸入空气量Ga+燃料喷射量Gf)、涡轮机22中的膨胀比、比涡轮机22靠下游的废气的压力损失即排气压力损失、以及大气压进行运算。在这种构成中，存储部53存储按照每个流入量规定排气压力损失的排气压力损失图表。

·EGR压力Pr以及排气压力Pem的至少一个是高温用压力传感器的检测值。即使是这种构成，能够进行基于乖离ΔGr的判断。

·EGR量Gr不限于根据各种检测值运算的值，是例如计测EGR量Gr的流量传感器的计测值。也就是说，EGR量取得部根据来自流量传感器的计测值取得EGR量Gr。

·开度指令值θrc是稳定状态和急变状态的哪种状态，都能判断EGR阀27有无异常。

·第1判断值ΔGrj1不限于第1判断期间的乖离ΔGr的累计值。第1判断值ΔGrj1可以是切换到稳定状态的定时的乖离ΔGr，也可以是稳定状态经过了预定期间的定时的乖离ΔGr。

·第2判断值ΔGrj2不限于第2判断期间的乖离ΔGr的累计值。第2判断值ΔGrj2可以是切换到急变状态的定时的乖离ΔGr，也可以是急变状态经过了预定期间的定时的乖离ΔGr。

·异常判断装置50在发动机10的运转状态处于无负荷状态时使EGR阀27开闭，根据此时的EGR量Gr和推定量EGr，判断EGR阀27的响应性有无异常。

·EGR阀控制装置40和异常判断装置50由1个控制装置构成。