本發(fā)明涉及判斷EGR閥有無異常的異常判斷裝置。

背景技術：

以往，在柴油發(fā)動機上搭載有排氣再循環(huán)(EGR：Exhaust Gas Recirculation)裝置，該排氣再循環(huán)裝置為了降低廢氣中含有的NOx，而將廢氣的一部分導入到吸氣通道(例如，參照專利文獻1)。EGR裝置在將排氣通道和吸氣通道連接的EGR通道上具備EGR閥，通過控制EGR閥的開度來調整向吸氣通道的EGR氣體導入量。

另外，近年來，在搭載于汽車的自動診斷系統(tǒng)(OBD：On Board Diagnostic Systems)中，提出了判斷EGR閥有無異常的各種技術。作為這種異常判斷技術的一個例子，已知有如下技術：針對EGR閥的變化相對于向EGR閥的開度指令值的變化的響應性，判斷EGR閥有無異常。響應性有無異常能夠通過在吸氣通道的壓力和排氣通道的壓力穩(wěn)定的無負荷狀態(tài)下使EGR閥開閉并測定此時的EGR量來判斷。

【現(xiàn)有技術文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開2002-332879號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

但是，在上述判斷方法中，在雖然發(fā)動機處于無負荷狀態(tài)、但例如EGR閥維持全閉狀態(tài)的排氣制動裝置的工作中，不能判斷EGR閥有無異常。于是，上述異常判斷裝置需要如下技術：即使EGR閥的開度受到制約，仍能夠判斷EGR閥有無異常。

本發(fā)明的目的在于，提供一種異常判斷裝置，即使在EGR閥的開度受到制約的運轉狀態(tài)下，也能夠判斷EGR閥有無異常。

用于解決課題的手段

在本發(fā)明的異常判斷裝置的一個方式，具備：EGR量取得部，針對EGR氣體的流量、即EGR量，取得實際的所述EGR量；推定量運算部，根據(jù)工作氣體壓力、EGR溫度、EGR壓力以及對所述EGR閥的開度指令值來運算所述EGR量的推定量，工作氣體壓力是所述EGR氣體和吸入空氣混合的工作氣體的壓力，EGR溫度是EGR閥的正上游處的所述EGR氣體的溫度，EGR壓力是所述EGR閥的正上游處的所述EGR氣體的壓力；以及判斷部，根據(jù)實際的所述EGR量和所述推定量的乖離，判斷所述EGR閥有無異常。

附圖說明

圖1是示出搭載有一實施方式所涉及的異常判斷裝置的柴油發(fā)動機的概要結構的圖。

圖2是示出圖1的異常判斷裝置的處理部的運算模塊的圖。

圖3是示出利用圖1的異常判斷裝置執(zhí)行的判斷處理的一個例子的流程圖。

圖4是示出利用圖1的異常判斷裝置執(zhí)行的判斷處理的一個例子的流程圖。

具體實施方式

參照圖1～圖4，說明異常判斷裝置的一實施方式。參照圖1，說明搭載有異常判斷裝置的柴油發(fā)動機的整體構成。

如圖1所示，柴油發(fā)動機10(下面簡稱為發(fā)動機10。)在缸體組11具有4個缸體12。發(fā)動機10的每個缸體12具有向缸體12噴射燃料的噴射器13。在缸體組11上連接有進氣歧管14和排氣歧管15，進氣歧管14用于向各缸體12供給工作氣體，來自各缸體12的廢氣流入排氣歧管15。

在與進氣歧管14連接的吸氣通道16上，從上游側依次安裝有未圖示的空氣凈化器、作為渦輪增壓器17的構成要素的壓縮機18、中間冷卻器19。在與排氣歧管15連接的排氣通道20上設置有渦輪機22，渦輪機22經由連結軸21與壓縮機18連結。在排氣歧管15連接有EGR裝置24的EGR通道25，EGR通道25與吸氣通道16連接，將廢氣的一部分導入到吸氣通道16。

EGR裝置24具有：設置于EGR通道25的EGR冷卻器26；以及設置于EGR冷卻器26下游的EGR閥27。EGR閥27能夠變更EGR通道25的流路截面積，EGR閥27的開度根據(jù)發(fā)動機10的運轉狀態(tài)而受EGR閥控制裝置40控制。當EGR閥27處于開狀態(tài)時，向缸體12供給工作氣體，工作氣體是廢氣和吸入空氣的混合氣體。EGR通道25內的廢氣是EGR氣體。

渦輪增壓器17是可變容量型渦輪增壓器(VNT：Variable Nozzle Turbo)，在渦輪機22配設有可變噴嘴28?？勺儑娮?8的開度通過具備步進電動機的致動器29的驅動而變更。

發(fā)動機10具備吸入空氣量傳感器32、工作氣體壓力傳感器33、工作氣體溫度傳感器34、EGR溫度傳感器35、發(fā)動機轉速傳感器37。吸入空氣量傳感器32在吸氣通道16中的壓縮機18的上游檢測吸入空氣量Ga，吸入空氣量Ga是在吸氣通道16中流動的吸入空氣的質量流量。工作氣體壓力傳感器33在比吸氣通道16與EGR通道25的連接部分靠下游檢測工作氣體壓力Pwg，工作氣體壓力Pwg是在吸氣通道16內流動的工作氣體的壓力。工作氣體溫度傳感器34檢測工作氣體溫度Twg，工作氣體溫度Twg是進氣歧管14內的工作氣體的溫度。EGR溫度傳感器35檢測EGR溫度Tr，EGR溫度Tr是EGR通道25中的EGR冷卻器26的下游且EGR閥27的正上游的EGR氣體的溫度。發(fā)動機轉速傳感器37檢測曲柄軸10a的轉速、即發(fā)動機轉速Ne。上述各傳感器32、33、34、37將表示各個檢測值的信號輸出到異常判斷裝置50。

除了向異常判斷裝置50輸入來自上述各傳感器32、33、34、37的信號之外，還從控制EGR閥27的開度的EGR閥控制裝置40輸入表示對EGR閥27的開度指令值θrc的信號，從控制可變噴嘴28的開度的VNT控制裝置45輸入表示噴嘴開度θtc的信號，噴嘴開度θtc是對可變噴嘴28的開度指令值。另外，開度指令值θrc以及噴嘴開度θtc是用全開狀態(tài)為0和全閉狀態(tài)為1之間的值表示的值，值越大表示開口面積越小。

異常判斷裝置50以具有CPU、ROM以及RAM的微型計算機為中心構成。異常判斷裝置50具備：取得部51，取得基于輸入到異常判斷裝置50的信號的各種信息；執(zhí)行各種處理的處理部(或者處理電路)52；存儲部53，存儲各種控制程序、各種數(shù)據(jù)。處理部52根據(jù)存儲于存儲部53的各種控制程序，執(zhí)行根據(jù)取得部51取得的各種信息判斷EGR閥27有無異常的判斷處理。異常判斷裝置50在判斷為EGR閥27發(fā)生了異常的情況下，將表示該異常的種類的數(shù)據(jù)存儲于存儲部53的預定區(qū)域并將警告燈54點亮，從而向駕駛者通知EGR閥27發(fā)生了異常。

如圖2所示，處理部52具備排氣壓力運算部61、工作氣體量運算部62、EGR量運算部63、壓力損失運算部64、EGR壓力運算部65、推定量運算部66、乖離運算部67、以及判斷部68。

排氣壓力運算部61運算排氣歧管15內的廢氣壓力、即排氣壓力Pem。排氣壓力運算部61將工作氣體壓力Pwg、吸入空氣量Ga、噴嘴開度θtc代入式(1)所示的實驗式來運算排氣壓力Pem。另外，在實驗式中，“n”是按每個可變容量型渦輪增壓器選擇的值，越是選擇小數(shù)值的可變容量型渦輪增壓器，開口面積相對于噴嘴開度的變化呈直線地變化。

【式1】

Pem＝Pwg×f(Ga/(1-θtc)ⁿ) n＝1，2，3…

工作氣體量運算部62運算供給到缸體12的工作氣體的質量流量、即工作氣體量Gwg。工作氣體量運算部62針對狀態(tài)方程式P×V＝Gwg×R×T，向“P”代入工作氣體壓力Pwg，向“V”代入將發(fā)動機轉速Ne和發(fā)動機10的排氣量D相乘的值、向“R”代入氣體常數(shù)，向“T”代入工作氣體溫度Twg，從而運算工作氣體量Gwg。

EGR量運算部63是取得實際的EGR量的EGR量取得部，將回流到吸氣通道16的EGR氣體的質量流量即EGR量Gr作為實際的EGR量運算。EGR量運算部63從工作氣體量Gwg減去吸入空氣量Ga，從而運算EGR量Gr，工作氣體量Gwg是工作氣體量運算部62的運算結果。

壓力損失運算部64運算EGR通道25中的EGR氣體的壓力損失ΔPr。壓力損失運算部64根據(jù)EGR量Gr和存儲部53存儲的壓力損失圖表55來運算壓力損失ΔPr，EGR量Gr是EGR量運算部63的運算結果。壓力損失圖表55是按照每個EGR量Gr規(guī)定EGR氣體到達EGR閥27為止的壓力損失ΔPr的數(shù)據(jù)。壓力損失運算部64通過從壓力損失圖表55選擇與EGR量Gr對應起來的壓力損失ΔPr來運算壓力損失ΔPr。

EGR壓力運算部65運算EGR壓力Pr，EGR壓力Pr是EGR閥27的正上游的EGR氣體的壓力。EGR壓力運算部65從排氣壓力Pem減去壓力損失ΔPr來運算EGR壓力Pr。

推定量運算部66運算EGR量Gr的推定量EGr。推定量運算部66將各值代入到式(2)所示的基于貝努利原理的推定量運算式，從而運算EGR量Gr的推定量EGr。另外，“Ar”是與開度指令值θrc對應的EGR閥27的開口面積，“κ”是廢氣的比熱比。

【式2】

乖離運算部67通過從EGR量Gr減去推定量EGr來運算乖離ΔGr，EGR量Gr是EGR量運算部63的運算結果，推定量EGr是推定量運算部66的運算結果。乖離ΔGr在EGR量Gr比推定量EGr多時取正值，在EGR量Gr比推定量EGr少時取負值。

判斷部68根據(jù)開度指令值θrc和乖離ΔGr來判斷基于開度指令值θrc的變化的EGR閥27有無異常。

在開度指令值θrc的微分值Δθrc的絕對值處于判斷為EGR閥27的開度恒定的第1閾值Δθrc1以下的情況下，判斷部68判斷EGR閥27的開度為穩(wěn)定狀態(tài)。判斷部68在穩(wěn)定狀態(tài)僅持續(xù)預定的第1判斷期間時，將該第1判斷期間中的乖離ΔGr的累計值設為第1判斷值ΔGrj1，判斷有無如下2種異常：EGR量Gr為相對于開度指令值θrc過多的高流量；以及EGR量Gr為相對于開度指令值θrc過少的低流量。在第1判斷值ΔGrj1小于為負值的下限值ΔGrmin的情況下，判斷部68判斷EGR閥27發(fā)生低流量。在第1判斷值ΔGrj1比為正值的上限值ΔGrmax大的情況下，判斷部68判斷EGR閥27發(fā)生高流量。穩(wěn)定狀態(tài)的持續(xù)期間能夠由例如、EGR閥27被切換到穩(wěn)定狀態(tài)時重置的計時器、計數(shù)器等計時。

在開度指令值θrc的微分值Δθrc的絕對值大于第2閾值Δθrc2(>Δθrc1)的情況下，判斷部68判斷EGR閥27的開度處于急變狀態(tài)。判斷部68在急變狀態(tài)持續(xù)預定的第2判斷期間時，將該第2判斷期間中的乖離ΔGr的累計值的絕對值設為第2判斷值ΔGrj2，對EGR閥27的響應性判斷有無異常。第2閾值Δθrc2是例如、處于全閉狀態(tài)的EGR閥27能夠在1秒鐘內變成全開狀態(tài)的值。急變狀態(tài)的持續(xù)期間能夠由例如、EGR閥27被切換到急變狀態(tài)時重置的計時器、計數(shù)器等計時。

在第2判斷值ΔGrj2大于正常值ΔGrnor的情況下，判斷部68判斷EGR閥27的響應性產生異常。另外，響應性的異常是指變澀，例如、EGR閥27開閉時因摩擦而導致開閉速度下降。

參照圖3以及圖4，說明處理部52執(zhí)行的判斷處理的一個例子。該判斷處理通過發(fā)動機10的啟動而開始。

如圖3所示，處理部52通過取得部51取得各種信息(步驟S11)。在步驟S12中，處理部52根據(jù)吸入空氣量Ga、工作氣體壓力Pwg、噴嘴開度θtc運算排氣壓力Pem。

在下一步驟S13中，處理部52根據(jù)工作氣體壓力Pwg、工作氣體溫度Twg以及發(fā)動機轉速Ne運算工作氣體量Gwg。并且，處理部52從工作氣體量Gwg減去在步驟S11中取得的吸入空氣量Ga來運算EGR量Gr。并且，處理部52根據(jù)EGR量Gr和存儲部53中存儲的壓力損失圖表55，運算EGR氣體的壓力損失ΔPr。而且，處理部52在下一步驟S14中從排氣壓力Pem減去壓力損失ΔPr來運算EGR壓力Pr。

在下一步驟S15中，處理部52根據(jù)在步驟S11中取得的EGR溫度Tr、在步驟S14中運算的EGR壓力Pr、工作氣體壓力Pwg、對EGR閥27的開度指令值θrc、以及由上述式(2)示出的推定量運算式來運算推定量EGr。而且，處理部52從在步驟S13中運算的EGR量Gr減去推定量EGr來運算乖離ΔGr(步驟S16)。

接著，處理部52比較EGR閥27的微分值Δθrc和第1閾值Δθrc1，判斷EGR閥27是否處于穩(wěn)定狀態(tài)(步驟S17)。當EGR閥27處于穩(wěn)定狀態(tài)時(步驟S17：是)，處理部52判斷是否從穩(wěn)定狀態(tài)開始經過了第1判斷期間、即穩(wěn)定狀態(tài)的持續(xù)期間是否超過了第1判斷期間(步驟S18)。未經過第1判斷期間時(步驟S18：否)，處理部52轉移至步驟S11的處理。另一方面，在經過第1判斷期間時(步驟S18：是)，處理部52將第1判斷期間的乖離ΔGr的累計值設為第1判斷值ΔGrj1，判斷該第1判斷值ΔGrj1是否被包含于正常范圍，正常范圍是下限值ΔGrmin以上且上限值ΔGrmax以下的范圍(步驟S19)。

在第1判斷值ΔGrj1被包含于正常范圍的情況下(步驟S19：是)，處理部52對EGR閥27進行了正常判斷之后(步驟S20)，再次轉移到步驟S11的處理。另一方面，在第1判斷值ΔGrj1沒有被包含于正常范圍的情況下(步驟S19：否)，處理部52判斷第1判斷值ΔGrj1是否小于下限值ΔGrmin(步驟S21)。在第1判斷值ΔGrj1小于下限值ΔGrmin的情況下(步驟S21：是)，處理部52對EGR閥27進行異常判斷(低流量)(步驟S22)。另一方面，在第1判斷值ΔGrj1大于下限值ΔGrmin的情況下(步驟S21：否)，處理部52判斷第1判斷值ΔGrj1大于上限值ΔGrmax，對EGR閥27進行異常判斷(高流量)(步驟S23)。進行了異常判斷的處理部52點亮警告燈54(步驟S24)，結束一系列處理。

如圖4所示，在EGR閥27不是穩(wěn)定狀態(tài)時(步驟S17：否)，處理部52根據(jù)EGR閥27的微分值Δθrc判斷EGR閥27是否處于急變狀態(tài)(步驟S25)。在EGR閥27不是急變狀態(tài)時(步驟S25：否)，處理部52轉移至步驟S11的處理。

另一方面，在EGR閥27處于急變狀態(tài)時(步驟S25：是)，處理部52判斷從急變狀態(tài)的開始是否經過第2判斷期間、即急變狀態(tài)的持續(xù)期間是否超過了第2判斷期間(步驟S26)。在沒有經過第2判斷期間時(步驟S26：否)，處理部52轉移至步驟S11的處理。另一方面，在經過第2判斷期間時(步驟S26：是)，處理部52比較第2判斷值ΔGrj2和正常值ΔGrnor(步驟S27)，第2判斷值ΔGrj2是第2判斷期間的乖離ΔGr的累計值。

在第2判斷值ΔGrj2為正常值ΔGrnor以下的情況下(步驟S27：是)，處理部52對EGR閥27進行了正常判斷之后(步驟S28)，再次轉移至步驟S11的處理。另一方面，在第2判斷值ΔGrj2大于正常值ΔGrnor的情況下(步驟S27：否)，處理部52對EGR閥27進行異常判斷(響應性)(步驟S29)。進行了異常判斷的處理部52將警告燈54點亮(步驟S30)，將一系列的處理結束。

說明上述異常判斷裝置50的作用。

在上述異常判斷裝置50中，推定量EGr是根據(jù)對EGR閥27的開度指令值θrc運算的值。也就是說，推定量EGr是假設EGR閥27的開度與開度指令值θrc一致時的EGR量。推定量EGr與實際的EGR量Gr的乖離在與根據(jù)當時的運轉狀態(tài)設定的開度指令值θrc對應的EGR量和實際的EGR量Gr不同的情況下產生。例如，當實際的開口面積Ar小于開度指令值θrc時，推定量EGr是大于EGR量Gr的值。另外，當實際的開口面積Ar大于開度指令值θrc時，推定量EGr是小于EGR量Gr的值。像這樣，異常判斷裝置50能夠連續(xù)監(jiān)視相對于開度指令值θrc的EGR量Gr。

根據(jù)上述實施方式的異常判斷裝置50，得到以下列舉的效果。

(1)持續(xù)監(jiān)視相對于開度指令值θrc的EGR量Gr，所以即使在EGR閥27的開度受到制約的運轉狀態(tài)下，也能夠對EGR閥27判斷有無異常。

(2)當EGR閥27處于急變狀態(tài)時，能夠對EGR閥27的響應性判斷有無異常。因此，不限于發(fā)動機10的運轉狀態(tài)處于無負荷狀態(tài)時，例如即使在處于過渡狀態(tài)這種其他運轉狀態(tài)時，也能夠判斷響應性有無異常。其結果，判斷響應性有無異常的頻率提高。

(3)當EGR閥27處于穩(wěn)定狀態(tài)時，能夠判斷是否存在EGR量相對于開度指令值θrc過多的狀態(tài)持續(xù)的高流量、EGR量相對于開度指令值θrc過少的狀態(tài)持續(xù)的低流量這種具有持續(xù)性的異常。

(4)檢測EGR壓力Pr的傳感器要求非常高的耐熱溫度。這種高溫用壓力傳感器價格非常高，考慮成本的話，難以搭載到汽車的情況不少。在這一方面，上述異常判斷裝置50不使用高溫用壓力傳感器，通過運算求出EGR壓力Pr。因此，抑制求出EGR壓力Pr的成本。

(5)排氣壓力Pem通過將吸入空氣量Ga、工作氣體壓力Pwg、以及噴嘴開度θtc代入式(1)的實驗式而運算。根據(jù)這種構成，在不使用高溫用壓力傳感器的情況下，得到排氣壓力Pem。其結果，抑制用于求出排氣壓力Pem的成本。

(6)將各變量代入實驗式，求出排氣壓力Pem，所以在運算排氣壓力Pem的基礎上，對處理部52的負荷減輕。

(7)處理部52將第2判斷期間的累計值的絕對值運算為第2判斷值ΔGrj2。因此，關于EGR閥27的響應性的判斷結果的信賴度提高。

(8)處理部52將第1判斷期間的累計值作為第1判斷值ΔGrj1運算。因此，對高流量、低流量這種具有持續(xù)性的異常的判斷結果的信賴度提高。

另外，上述實施方式能夠以如下方式進行適當變更。

·在渦輪增壓器不具備可變噴嘴28的固定容量型渦輪增壓器的情況下、發(fā)動機不具備渦輪增壓器的情況下，通過將噴嘴開度θtc設定為0，從而能夠通過實驗式運算排氣壓力Pem。

·排氣壓力Pem根據(jù)向渦輪機22的流入量(吸入空氣量Qa、吸入空氣量Ga+燃料噴射量Gf)、渦輪機22中的膨脹比、比渦輪機22靠下游的廢氣的壓力損失即排氣壓力損失、以及大氣壓進行運算。在這種構成中，存儲部53存儲按照每個流入量規(guī)定排氣壓力損失的排氣壓力損失圖表。

·EGR壓力Pr以及排氣壓力Pem的至少一個是高溫用壓力傳感器的檢測值。即使是這種構成，能夠進行基于乖離ΔGr的判斷。

·EGR量Gr不限于根據(jù)各種檢測值運算的值，是例如計測EGR量Gr的流量傳感器的計測值。也就是說，EGR量取得部根據(jù)來自流量傳感器的計測值取得EGR量Gr。

·開度指令值θrc是穩(wěn)定狀態(tài)和急變狀態(tài)的哪種狀態(tài)，都能判斷EGR閥27有無異常。

·第1判斷值ΔGrj1不限于第1判斷期間的乖離ΔGr的累計值。第1判斷值ΔGrj1可以是切換到穩(wěn)定狀態(tài)的定時的乖離ΔGr，也可以是穩(wěn)定狀態(tài)經過了預定期間的定時的乖離ΔGr。

·第2判斷值ΔGrj2不限于第2判斷期間的乖離ΔGr的累計值。第2判斷值ΔGrj2可以是切換到急變狀態(tài)的定時的乖離ΔGr，也可以是急變狀態(tài)經過了預定期間的定時的乖離ΔGr。

·異常判斷裝置50在發(fā)動機10的運轉狀態(tài)處于無負荷狀態(tài)時使EGR閥27開閉，根據(jù)此時的EGR量Gr和推定量EGr，判斷EGR閥27的響應性有無異常。

·EGR閥控制裝置40和異常判斷裝置50由1個控制裝置構成。