JP5066556B2 - Ｅｇｒシステムの診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲシステムの診断装置に係り、特に、排気ガス内のＮＯｘ低減やエンジン出力制御のためにＥＧＲ流量を制御するＥＧＲシステムに好適な診断装置に関する。

近年では、内燃機関（エンジン）の燃費向上のため、エンジンのなかでも、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンが有望視されている。しかし、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンは、他のエンジンに比べて排気ガスにＮＯｘを多く含む傾向がある。排気ガスに含まれるＮＯｘを低減するには、燃料の燃焼温度を低減することが有効であり、排気管と吸気管とを連通するＥＧＲ流路を介して、排気ガスの一部を吸気側に戻して、燃焼制御を行う排気ガス再循環（ＥＧＲ）制御が、従来から行われている。

ＥＧＲ制御を行うためのＥＧＲシステムの故障を診断する診断装置として、目標ＥＧＲ流量と流量センサにより検知されたＥＧＲ流量との相関により配管を含むＥＧＲシステムが故障であると判定する診断装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、この他にも、運転状態判定手段が所定の定常運転状態と判定したときに、演算された目標ＥＧＲ流量とＥＧＲ流量センサで測定したＥＧＲ流量とを比較してＥＧＲ流量センサの汚損を診断するもの（例えば、特許文献２参照）や、実ＥＧＲ率と、目標ＥＧＲ率と算出して、両者の値が一致しない場合には、ＥＧＲ制御装置が故障であると診断するものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００６−３１６７０９号公報 特開２００８−０６９６９０号公報 特開平０５−０１８３２４号公報

しかしながら、前記特許文献に記載の装置を用いた場合であっても、正確に故障を診断することができない場合があった。ＥＧＲ流路（ＥＧＲ配管）は、排気通路と吸気通路とを接続したガス流路であり、当該ＥＧＲ流路の排気ガスは、排気圧力とインテーク（吸気）マニホールド内圧力との差圧に応じて排気側から吸気側へ流れる。これにより、実際にＥＧＲ流路を流れる排気ガスの流量（ＥＧＲ流量）は、排気圧力変動とインテークマニホールド内圧力の変動の影響を受けて変動する。

このため、エンジンの各気筒ごとの爆発に伴う排気圧力脈動変化と、吸気弁が開くことによって生じるインテークマニホールド内圧力脈動変動の時間的な位相変化を考慮しない上述の方式では、ＥＧＲ流量を正確に測定することは困難であった。このような観点から、圧力センサよりも正確なＥＧＲ流量を測定するためにＥＧＲ質量流量センサを用いることが好ましい。

しかし、ＥＧＲ質量流量センサを用いてＥＧＲ流路（ＥＧＲ配管）のＥＧＲ質量流量を測定する場合、ＥＧＲ質量流量センサやＥＧＲクーラは、ＥＧＲ流路内において排気ガスに含まれるＰＭ（煤）などの汚損物質を含む雰囲気に曝されるため、汚損物質の付着により、その能力が経時変化することがある。このため、ＥＧＲシステムを適切に制御するためには、経時的に変化（劣化）する部位を特定して診断することが重要であるが、これまでの技術では、このような診断を正確にすることができないのが現状である。

本発明は、前記解決しようとする課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、ＰＭ（煤）の付着などにより経時的な変化する場合であっても、ＥＧＲシステムの部位を特定し、その状態を特定することができるＥＧＲシステムの診断装置を提供することにある。

前記課題を鑑みて、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲガス流量制御弁の弁開度が、所定の開度に変化したときに、これに伴い変化するＥＧＲガスの温度プロフィール及び流量プロフィールを捉えることができれば、ＥＧＲシステムの劣化した部位を特定し、その劣化の状態を診断することができるとの新たな知見を得た。

本発明は、前記新たな知見に基づくものであり、本発明に係るＥＧＲシステムの診断装置は、排気管と吸気管とを連通するＥＧＲ流路と、該ＥＧＲ流路に取り付けられて、ＥＧＲガスの流量を測定する流量測定装置と、該流量測定装置の内部またはその近傍に取付けられて、前記ＥＧＲガスの温度を測定する温度測定装置と、前記ＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲガス流量制御弁と、を備えたＥＧＲシステムの診断装置であって、該診断装置は、前記ＥＧＲガス流量制御弁の弁開度の変化に応じて変化する前記ＥＧＲガス温度の温度プロフィールと、前記ＥＧＲガス流量の流量プロフィールと、を測定するプロフィール測定手段と、前記温度プロフィール及び前記流量プロフィールに基づいて、前記ＥＧＲシステムの部位を特定し、該部位の状態を診断する診断手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、温度プロフィールからＥＧＲガス温度の遅れ時間、弁開度が変化した際の初期ＥＧＲガス温度、ＥＧＲガス温度の時間変化量などを捉えることができ、さらに流量プロフィールからＥＧＲガス流量の遅れ時間などを捉えることができ、これにより、経時的に劣化した部位を特定して、その状態を正確に診断することができる。

本実施形態に係るＥＧＲ質量流量センサを適用されるディーゼルエンジンの全体構成図。 図１に示すエンジンのＥＧＲシステムの診断装置を含む制御装置の概略構成図。 図２に示すマイクロコンピュータユニットによる燃料噴射−ＥＧＲ流量を制御するためのブロック図。 図１に示すＥＧＲ質量流量センサの構成図。 ＥＧＲ質量流量センサの電気制御回路図。 ＥＧＲ質量流量センサからＥＧＲ流量の演算を説明するためのブロック図。 ＥＧＲガス温度センサの時間変化説明図。 ＥＧＲ質量流量センサの汚損診断ルーチン（１）を示すフローチャート。 ＥＧＲ質量流量センサの取り付けを示す模式的斜視図。 ＥＧＲ質量流量センサによる逆流検出と脈動の周波数成分を示す説明図。 （ａ），（ｂ）はＥＧＲ質量流量センサの汚損の出力特性を示すグラフ。 ＥＧＲ質量流量センサの汚損診断ルーチン（２）を示すフローチャート。 ＥＧＲ質量流量センサの汚損診断のタイミングチャート。 ＥＧＲ質量流量センサの汚損診断時の補正演算ルーチンを示すフローチャート。 ＥＧＲ質量流量センサの煤焼き切りの手順を示すブロック図。 ＥＧＲ質量流量センサの起動ディレイのフローチャート。 バイパス通路内に複数のセンサを取り付けた図。 ＥＧＲ質量流量センサ信号出力の各信号の説明図。 ロープレッシャＥＧＲの例。 ＥＧＲ質量流量センサ信号変動例。

〔第一実施形態〕
本発明にＥＧＲシステムの診断装置において、ＥＧＲ質量流量センサをディーゼルエンジンに適用した一つの実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るＥＧＲ質量流量センサを適用したディーゼルエンジンの全体構成図である。

図１に示されるように、ディーゼルエンジン１（以下、エンジン１と云う）が吸入する空気は、エアクリーナ（図示省略）より取り込まれ、エアフローメータ２によって質量流量を測定され、ターボチャージャ３のコンプレッサ３Ａによって過給される。過給された空気はインタークーラ４によって冷却され、スロットル弁５によって流量を計量され、この過給された空気は、インテークマニホールド６によって各気筒毎に分配され、エンジン１の吸気ポート７より燃焼室８内に吸入される。

エンジン１には燃焼室８内に燃料を噴射する燃料噴射弁９が取り付けられている。燃料噴射弁９は、吸入空気量に応じた燃料を燃焼室８内に噴射する。燃焼室８に噴射された燃料は、燃焼室８内の吸入空気との混合気を生成し、燃焼室８内で燃焼する。

エンジン１が燃焼室８より排出する既燃焼ガス、つまり排気ガスは、排気ポート１０より排気管１１へ排出され、ターボチャージャ３のタービン３Ｂを駆動し、ｄｅ−ＮＯｘ触媒、ＳＣＲ触媒等による排気浄化触媒１２、ＤＰＦ（ディーゼル・パテキュレート・フィルタ）１３、排気消音器１４を経て大気中に放出される。

一方、排気管と吸気管とを連通するＥＧＲ流路が設けられており、ターボチャージャ３のタービン３Ｂより排気ポート１０側の排気管１１の途中には、ＥＧＲ取入口１５が形成されている。排気管１１を流れる排気ガスの一部は、ＥＧＲ取入口１５よりＥＧＲ管１６を通ってＥＧＲクーラ１９、ＥＧＲガス流量制御弁（ＥＧＲ弁）１７へ流れ、ＥＧＲ弁１７によって流量を定量的に制御され、ＥＧＲ質量流量センサ（流量測定装置）１８、ＥＧＲ管２０を経てインテークマニホールド６に形成されたＥＧＲ取出口２１に至り、ＥＧＲ取出口２１よりインテークマニホールド６内に還流する。ここで、流量測定装置１８は、ＥＧＲ流路に取り付けられて、ＥＧＲガスの流量を測定することができる。

なお、図１には示していないが、エンジン１には、エンジン回転数やクランク角度位置を測定するクランク角センサ２３、気筒判別を行うためのカム角センサ２４、及びエンジン１の冷却水温度を測定する水温センサ２５が取り付けられている（図２参照）。

図２は、本実施形態に係る図１に示すエンジン１のＥＧＲシステムの診断装置を含む制御装置の概略構成図である。エンジン１の制御装置は、電子制御式のものであり、エンジン１のイグニッションスイッチ２２よりオン・オフ信号を入力するデジタル入力回路３１と、クランク角センサ２３、カム角センサ２４よりセンサ信号（パルス信号）を入力するパルス信号入力回路３２と、吸気温センサを含むエアフローメータ２、水温センサ２５、又はＥＧＲ質量流量センサ１８よりセンサ信号（アナログ信号）を入力するアナログ信号入力回路３３と、ＣＰＵ３４、ＲＯＭ３５、及びＲＡＭ３６を含むマイクロコンピュータユニット３７と、ＥＧＲ弁１７、ＥＧＲクーラバイパス弁２６、又はターボチャージャ３のウェストゲートバルブ２７へ指令信号を出力するデジタル出力回路３８と、燃料噴射弁９へ駆動パルスを出力するタイマ設定出力回路３９と、ＡＢＳ７１、ＧＰＳ７２、又はＧＳＴ７３との通信を行う通信回路４０と、を有する。

マイクロコンピュータユニット３７は、各入力回路３１、３２、３３に入力したセンサ信号に基づいてエンジン１の運転状態を判断し、運転状態に応じた燃料噴射量を演算して出力回路３８，３９にデータを転送する。その他、マイクロコンピュータユニット３７は、エンジン１の運転状態に応じたＥＧＲ流量制御、ＥＧＲクーラ制御、ターボチャージャ３の過給制御のための演算処理を行う。

図３は、図２に示すマイクロコンピュータユニット３７による燃料噴射−ＥＧＲ流量を制御するためのブロック図の実施形態の一例を示している。当該制御装置３７は、クランク角センサ２３が出力するクランク角信号よりエンジン回転数を演算するエンジン回転数演算部５１を含む。

基本燃料噴射量演算部５２は、エアフローメータ２が出力する吸入空気量の信号とエンジン回転数演算部５１で演算されて出力されたエンジン回転数の信号と、を入力し、１回の燃焼行程毎の基本燃料噴射量（Ｔｐ）を演算する。そして、燃料噴射制御において、エンジン回転数と基本燃料噴射量に基づいて、基本燃料噴射量に対する出力補正項（ＫＭＲ）をマップ検索あるいは算出することが行われ、この出力補正項で補正された基本燃料噴射量の燃料を、燃料噴射弁９が噴射することになる。

または、別の態様としては、アクセルペダルセンサ信号と回転数に基づいて、必要とする目標エンジントルクを演算して、必要とする目標エンジントルクに相当する燃料噴射量を算出し、この算出された燃料噴射量の燃料を、燃料噴射弁９が噴射してもよい。

一方、目標ＥＧＲ率演算部５４は、エンジン回転数演算部５１で演算されたエンジン回転数と、基本燃料噴射量演算部５２で演算された基本燃料噴射量Ｔｐに基づいて、目標ＥＧＲ率ηをマップ検索あるいは演算によって設定する。さらに、目標ＥＧＲ流量演算部５４は、目標ＥＧＲ率演算部５４で演算された目標ＥＧＲ率ηと、吸入空気量とから、ＥＧＲ管１６、２０等によるＥＧＲ流路（ＥＧＲ通路）を流れるＥＧＲ流量の目標値を演算し、目標ＥＧＲ流量ＥＧＲＴＧＴを算出する。

ＥＧＲ弁開度制御部５５は、ＥＧＲ質量流量センサ１８によって測定されガス流量補正手段である出力特性補正部５６によって補正されたＥＧＲ流量測定値と目標ＥＧＲ流量ＥＧＲＴＧＴとを比較し、制御偏差がゼロになるように、ＥＧＲ弁１７の弁開度（バルブ通路面積）をフィードバック制御する。なお、エンジン回転数と基本燃料噴射量に基づいて、予め設定した制御弁開度情報をマップ化しておいて、制御弁開度情報をＥＧＲ弁１７のコントローラに送ってもよい。

また、上述した目標ＥＧＲ流量演算部５４の目標ＥＧＲ流量ＥＧＲＴＧＴは、以下のように求めることができる。エアフローメータ２によって測定される吸入空気量をＱｎｅｗ、ＥＧＲ流量をＱｅｇｒとすると、燃焼室８に入る吸入空気量Ｑｉｎと燃焼後の排気ガス流量Ｑｅｘとの関係は、次式（１）及び（２）により表される。
Ｑｎｅｗ＋Ｑｅｇｒ ＝ Ｑｉｎ＝ Ｑｅｘ …（１）
Ｑｅｇｒ ＝ Ｑｅｘ×η …（２）

よって、定常状態では、Ｑｅｘ＝Ｑｎｅｗ／（１−η）となり、ＥＧＲ流量Ｑｅｇｒは、次式（３）により表される。
Ｑｅｇｒ ＝ Ｑｎｅｗ×η／（１−η） …（３）

定常運転での目標ＥＧＲ流量ＥＧＲＴＧＴ（制御値）と、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力信号に基づいて演算されたＥＧＲガスの実質量流量Ｑｒｅａｌと、を比較し、両者が一致するように、ＥＧＲ弁１７の弁開度をフィードバック制御することによって、ＥＧＲ流量を制御することができる。

ところで、従来は、吸気管圧力センサと吸気温度センサの各センサ信号に基づいて、ＥＧＲ流量を演算していた。すなわち、ターボの加給前の新規空気量をＱａｉｒ、新規空気の温度をＴａｉｒとし、ＥＧＲ流量をＱｅｇｒ、ＥＧＲ流の温度をＴｅｇｒとすると気体の状態方程式に基づいて、以下の式（４）の如く表すことができる。
Ｑａｉｒ×Ｔａｉｒ＋Ｑｅｇｒ×Ｔｅｇｒ＝Ｑｉｍ×Ｔｉｍ∝Ｐｉｍ …（４）

ここで、Ｑｉｍは燃焼室に吸い込まれる空気質量、Ｔｉｍはインマニ内温度（インテークマニホールド内温度）、Ｐｉｍはインマニ圧力（インテークマニホールドの圧力）である。

この関係から、インマニ圧力Ｐｉｍとインマニ内温度Ｔｉｍをセンサまたは推定値で求めておき、Ｑｉｍはエンジンの回転数に応じた値とすることで、
Ｑａｉｒ×Ｔａｉｒ＋Ｑｅｇｒ×Ｔｅｇｒ＝Ｑ（Ｔｉｍ，Ｐｉｍ） …（５）
の関係があり、
Ｑｅｇｒについて整理すると、
Ｑｅｇｒ＝｛Ｑ（Ｔｉｍ，Ｐｉｍ）−Ｑａｉｒ×Ｔａｉｒ｝／Ｔｅｇｒ …（６）
となるので、インマニ内温度、インマニ圧力、新規空気の質量と温度、ＥＧＲ流温度を求めてＥＧＲ流量の推定値Ｑｅｇｒを算出していた。ＥＧＲ流温度（新規空気の温度）はＥＧＲクーラの温度で代用していた。

このように、複数のセンサ信号に基づいてＥＧＲ流量の推定値Ｑｅｇｒを算出するためそれぞれのセンサ計測誤差が累積して、測定される流量の誤差が大きくなる。さらに、センサの応答性が遅く、特にＥＧＲ温度センサの応答が遅いために、エンジンの加速時や減速時等の過渡状態では、流量の推定値を用いてＥＧＲ弁制御ができなかった。

一方、エンジン内の燃焼温度と空燃比を制御することにより、ＮＯｘ発生と煤発生を抑制するＰＣＩ燃焼を実現する必要があり、エンジン制御装置は１爆発毎に空燃比を制御している。この場合、ＥＧＲ流量を１爆発毎に正確に検出することで空燃比を制御できる。

特に、加速時や減速時等の過渡運転状態では、ＥＧＲ流量の推定値では実際のＥＧＲ量と異なるため、排気ガスレベルの悪化が生じていた。すなわち、過渡運転状態において、この運転状態に応じてＥＧＲ弁の開度が変化しても、流入するＥＧＲガスは過渡運転を開始する前の状態のガスであるため、空燃比の推定値が異なってしまう。また、インテークマニホールド内へのＥＧＲガス拡散に時間がかかるため、このガス拡散の遅れに伴い、インテークマニホールド内の温度が一様になり難い。これにより、ガスの温度むらが生じてしまい、ＥＧＲ率の推定値と実際のＥＧＲ率の値とが異なることがあった。

一方、本実施形態では、制御目標値である目標ＥＧＲ流量ＥＧＲＴＧＴは、燃焼の平均値であり、ガスの脈動を考慮していない。このため、実測値に基づいてＥＧＲ弁の制御を行うと、このガスの脈動に応じて制御目標値がハンチングしやすくなり、周波数応答を落とさざるを得ないことがある。このようなことから、ＥＧＲ質量流量センサ出力信号の平均値と目標ＥＧＲ流量である目標値とを比較して、ＥＧＲ弁の弁開度を制御している。

しかし、従来の推定値Ｑｅｇｒを演算するには、さらに以下の問題がある。まず、各燃焼室が吸気行程にあるとき吸気管圧力は減少し（真空に近づく）、吸気弁が閉じて圧縮行程になると吸気管圧力は上昇する（ターボの加給圧に近づく）。さらに、排気行程にある時に排気ガスが排気管に流れ出て排気管圧力が上昇し、排気弁が閉じて次の吸気行程が始まると排気管圧力は減少する。

排気管圧力と吸気管圧力の差に応じて、ＥＧＲ流が流れるのでＥＧＲ流には圧力の変動分（脈動分）が含まれる。特にＥＧＲ流量が比較的少ないときは、ＥＧＲ流量の平均値はほぼゼロでも、脈動成分は平均の数倍に達する。

また、ＥＧＲ弁の開度がほぼゼロに近い時は、ＥＧＲ流はＥＧＲ弁の狭い隙間から流れだして、インテークマニホールド内に拡散する。このためにＥＧＲ弁を通過した後ＥＧＲ流はインテークマニホールド内に断熱膨張するのでＥＧＲガス温度が低下するので、ＥＧＲクーラの温度よりもＥＧＲガス温度が低下しており、インマニ内のＥＧＲガス温度ＴｅｇｒはＥＧＲクーラ温度で代用できない。

このように、上述した従来の推定値Ｑｅｇｒでは限界があり、センサ（ＥＧＲ質量流量センサ）により、ＥＧＲ流量を直接測定する必要がある。そして、ＥＧＲ質量流量センサをＥＧＲ弁の下流に置くことで、ＥＧＲガス量測定の時間遅れの改善と、ＥＧＲ率推定のために従来必要としていた温度センサと圧力センサの誤差の影響をなくすことができる。

図４は、図１に示すＥＧＲ質量流量センサの構成図であり、ＥＧＲ質量流量センサ（流量測定装置）１８は、熱線式の流量検出手段であり、図４に示されているように、ＥＧＲガスが流れるセンサ通路（ＥＧＲ流路）６１内に、流量測定用エレメントである発熱抵抗体６２ａと、発熱抵抗体６２ａの上流部あるいは下流部に配置されたガス温度測定エレメントである測温抵抗体６２ｂの少なくとも２つの抵抗体が露出しており、コネクタ６３より流量に相当する電気信号をＥＣＵ（マイクロコンピュータユニット３７）へ出力する。

なお、ＥＧＲ質量流量センサ１８にマイクロコンピュータ（マイコン）を装着してＥＧＲ質量流量センサ１８をインテリジェンス化し、ＥＧＲ質量流量センサ内部のマイコンのＡ／Ｄ入力回路でＡ／Ｄ変換してマイコン内部でＥＧＲ質量流量センサ出力をリニアライズするデータ変換処理を行い、マイコンの通信出力、例えばシリアルポート出力やパラレルポート出力、ＣＡＮ等でデータを出力することも可能である。

図５は、ＥＧＲ質量流量センサ１８の電気制御回路図を示している。ＥＧＲ質量流量センサ１８は、電源１０１に接続され、ガス流量に応じたセンサ信号Ｖｏｕｔを出力する。ＥＧＲ質量流量センサ１８は、発熱抵抗体６２ａ、測温抵抗体６２ｂを組み合わせたセンサである。

ガス流がないときのガス温度（Ｔｗ）を基準として、ガス流があるときに低下する発熱抵抗体６２ａの電圧をＶとし、そのときのガス温度をＴｇとすると、
流量Ｑ ∝ (μ＾０．２６)
×(λ＾−１．２６)
×(Ｃｐ＾−０．７４)
×Ｖ＾４／（（Ｔｗ−Ｔｇ）＾２） …（７）
ここでμ＝ＥＧＲガスの粘性係数
λ＝熱伝導率
Ｃｐ＝比熱
で表され、特に、ＥＧＲガスの粘性係数μ、熱伝導率λ、比熱Ｃｐが温度に依存する。このため、粘性係数μ、熱伝導率λ、比熱Ｃｐの項をまとめて、ガス温度に対する物性補正項ＫＳＳＰ（Ｔｇ）としてまとめると
流量Ｑ ∝ ＫＳＳＰ(Ｔｇ)×Ｖ＾４／（（Ｔｗ−Ｔｇ）＾２） …（８）
と簡略化でき、ガス温度に対する物性補正項ＫＳＳＰとなる。

発熱抵抗体６２ａはホイーストンブリッジ回路の一部に入っており、常時、６００℃相当の抵抗値となるように、流れる電流値がフィードバック制御されている。ＥＧＲ流があると発熱抵抗体６２ａからＥＧＲガスに熱が奪われるため発熱抵抗体６２ａの発熱量を増やすように、電源１０１から電流が増加する。発熱抵抗体６２ａに流れる電流を所定の抵抗に流れる電圧としてＡ/Ｄ変換器によりガス流量に相当するＭＡＩＮＡＤを取り込む。

一方、同時に、測温抵抗体（温度測定装置）６２ｂは、ガス温度に応じて抵抗値が変化する。測温抵抗体６２ｂに微小の定電流を流した場合に、ＥＧＲガスのガス温度に相当する電圧が生じる。このように、測温抵抗体６２ｂをＥＧＲガス温度センサとして、測温抵抗体６２ｂが検知する電圧としてＡ/Ｄ変換器により、ＥＧＲガスのガス温度に相当する電圧値ＣＷＡＤを取り込む。なお、６００℃は、通常のディーゼルエンジンの排気ガス温度以下であり、かつ、ＥＧＲガスに含まれる煤がＥＧＲ質量流量センサに付着しても短時間に煤が燃焼する温度として設定されている。また、本実施形態では、ＥＧＲガス温度センサを流量測定装置の内部に設けたが、その装置近傍に別途設けてもよい。

このように取り込まれた流量及びガス温度に相当する電圧値に基づいて、以下に示すようにして実ＥＧＲ流量を演算する。図６は、ＥＧＲ質量流量センサからＥＧＲ流量の演算を説明するためのブロック図である。

ブロック６０１で、マイクロコンピュータが、Ｖ−Ｑテーブルを用いて、ガス流量に相当する電圧値ＭＡＩＮＡＤをテーブル変換して、あらかじめ設定した所定のガス温度での流量値ＥＧＲＱＡを算出する。次に、ブロック６０２で、Ｖ−Ｔテーブルを用いて、ガス温度に相当する電圧値ＣＷＡＤをテーブル変換してガス温度Ｔｇを算出する。このようにして、流量値ＥＧＲＱＡとガス温度Ｔｇが算出され、これらを入力として、最終的なＥＧＲガスの実質量流量Ｑｒｅａｌが計算される。より具体的には、ブロック６０３で、ΔＴｈ補正テーブルを用いて、６００℃とガス温度Ｔｇとの差分ΔＴｈに応じた補正量を演算し、ブロック６０４で、温度補正テーブルを用いて、ガス温度Ｔｇに応じた補正項を演算し、これらの補正項をそれぞれ流量値ＥＧＲＱＡに乗算して、ＥＧＲガスの実質量流量Ｑｒｅａｌを求める。

エンジン運転状態が定常であれば、このようにして得られた実ＥＧＲ流量（ＥＧＲ質量流量）と、目標とする目標ＥＧＲ流量ＥＧＲＴＧＴと、を比較して、差分に応じてＥＧＲ弁開度を制御することで、ＥＧＲ流量制御が可能である。

回転数やエンジン負荷、水温、排気空燃比が所定の範囲内にあり、かつ、所定の時間内のそれぞれの変化量が所定範囲内であれば、エンジン運転状態を一定と見なすことができ、エンジン運転状態が一定のときに目標とするＥＧＲ流量ＥＧＲＴＧＴと実ＥＧＲ流量Ｑｅｇｒが一致しないときは、ＥＧＲ弁開度制御の故障が診断される。または、ＥＧＲ弁開度が所定の範囲外である場合もＥＧＲ弁開度制御の故障が診断される。

しかし、従来の場合には、定常状態での流量を制御する場合、基準となる流量が複数のセンサ信号に基づく推定値であるため、ＥＧＲ質量流量センサ信号を真の値とするか、または、別のセンサ値を真の値とするか、判別が困難になる。また、各センサの経年変化によるセンサ信号出力のドリフト（オフセット）が生じる課題がある。

そこで、本実施形態のＥＧＲシステムの診断装置は、ＥＧＲ弁の開度変化（第１の開度から第２の開度に達したとき）または運転状態の変化に伴うＥＧＲガス温度の変化のタイミングなどの温度プロフィールと、ＥＧＲガス流量の変化のタイミングなどの流量プロフィールを測定し（プロフィール測定手段）、以下に示すＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ質量流量センサばかりでなく、その他ＥＧＲシステムを構成する構成品（部位）を特定し、その構成品の故障劣化等の状態を含む状態の診断を行う（診断手段）。これにより、他のセンサの影響を受けにくいメリットがある。

たとえば、エンジンが低水温で始動した場合は、燃焼温度を高めるためＥＧＲ弁を閉じている。このとき、ＥＧＲ質量流量センサの出力値（計測したＥＧＲガス流量）が、所定値を超えていれば、ＥＧＲ弁が全閉していないこととなるため、これをもって、ＥＧＲ弁の故障状態を診断することができる。

その後、水温が上昇して暖機完了状態となったときに、ＥＧＲ弁を所定の開度に開いたとき、ＥＧＲガスが流れＥＧＲ質量流量センサの出力値（計測したＥＧＲガス流量）の上昇が所定の時間（運転状態に応じて予め定めた時間）以上要するであれば、バルブの固着またはバルブの通路面積が不足しているため、これをもって、ＥＧＲ弁の故障状態を診断することができる。

同時に、ガス温度Ｔｇの変化をとらえると、図７に示すように、各ケースいずれも、バルブが閉じているときの温度は、吸入空気の温度Ｔａｉｒとなっている。次に、バルブが開いた直後に、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲ管内に溜まっていたＥＧＲガスの温度を示す。その後、排気ガスがＥＧＲクーラで冷却された温度にまで上昇する。

ＥＧＲ弁が閉じ状態から開状態の温度に達するまでの時間は、ＥＧＲクーラ内のＥＧＲが通過する容積とＥＧＲ管の容積の和を、ＥＧＲ弁の開度（バルブ開度）に応じたＥＧＲガス流速で割った時間に相当する時間となる。エンジンが新品の初期状態のタイミングチャート（基準となる温度プロフィール）は、図７のケースＡとなる。
また、ＥＧＲ弁のバルブ開度が比較的狭いときは、ＥＧＲ弁がオリフィスとなって、ＥＧＲガスが断熱膨張する。このため、ガス温度ＴｇはＥＧＲクーラを通過した温度よりもさらに低下することもある。

特に、冷却水温度よりもさらに温度低下が見られる場合は、ＥＧＲ弁の表面にススが付着してＥＧＲ弁の通過面積が減ることにより断熱膨張し、この効果が顕著と診断される。すなわち、この場合には、図７のケースＢに示す温度プロフィールに相当し、この温度プロフィールを測定することにより、ＥＧＲ弁が性能劣化であると診断される。

さらに、ＥＧＲクーラの内面に煤が付着すると、ＥＧＲクーラ管内の容積が減る。これにより、ＥＧＲクーラの冷却水とＥＧＲガスとの熱交換が減ることになる。こうした、ＥＧＲクーラの冷却能力の劣化により、ＥＧＲガスの冷却効率が低下するため、ケースＡの初期品のときよりも、ＥＧＲ弁が開いた後のＥＧＲガス温度の上昇が早く始まる。この場合には、図７のケースＣに示す温度プロフィールに相当し、この温度プロフィールを測定することにより、ＥＧＲクーラが汚損などによりクーラ容量が低下している可能性があると診断される。

また、ＥＧＲ質量流量センサの温度センサ（測温抵抗体）に煤が付着すると、ＥＧＲガスとの接触が悪くなるため、温度の上昇開始はタイミング変わらないが、その後の単位時間あたりの温度上昇が遅くなる（ＥＧＲガス温度の時間変化量（温度勾配）が小さくなる）。この場合には、図７のケースＤに示す温度プロフィールに相当し、この温度プロフィールを測定することにより、温度上昇の度合いが遅い場合は、ＥＧＲ質量流量センサが汚損であると診断される。

このとき、発熱抵抗体の出力信号は、ＥＧＲガス流量に対応した値であるが、正常時よりもΔＴｈ（Ｔｗ−Ｔｇ）が大きくなるので、
ΔＴｈ補正＝１／（Ｔｗ−Ｔｇ）＾２ …（９）
が小さくなって、ＥＧＲガスの実質量流量Ｑｒｅａｌは、正常時よりも小さい値となる。

従来、インテークマニホールド内の温度と圧力によって推定した値と比較して、ＥＧＲ質量流量が小さい場合も、ＥＧＲ質量流量センサの汚損が診断される。

ＥＧＲクーラには、ＥＧＲガスの冷却を一時的に止めるクーラバイパス弁がついている。エンジン冷却水が比較的低い場合は、エンジンの暖機を促進するために、ＥＧＲクーラをバイパスしてＥＧＲガスの冷却をせずに、直接的にインテークマニホールドに還流する。この場合、ＥＧＲクーラのバイパスバルブがクーラ側に開いた状態で固着すると、このバイパスバルブの固着によってＥＧＲクーラ内を通過する分、ガスが冷却されてしまい、この結果ＥＧＲガス温度の上昇開始が遅くなる。よって、比較的低水温でエンジン始動しＥＧＲ弁を開いた時から温度上昇を開始するタイミングが遅い場合には、図７のケースＥに示す温度プロフィールに相当し、この温度プロフィールを測定することにより、ＥＧＲクーラのバイパスバルブが固着していると診断される。

または、次のようなＥＧＲクーラ内に結露が発生した場合にも同様の温度プロフィールを得ることができる。具体的には、冷却水温がＥＧＲクーラ内に露点温度よりも低い場合、ＥＧＲクーラ内に結露水が付着する。ＥＧＲクーラ内の結露水が蒸発して水蒸気になるまでは、冷却水の温度が上昇しても、ＥＧＲクーラ表面の温度がほぼ一定に保たれるため、ＥＧＲガスの冷却期間が長くなる。このような場合にも、図７のケースＥに示す温度プロフィールに相当し、この温度プロフィールを測定することにより、ＥＧＲクーラ内に結露が発生していると診断される。

図８に診断の汚損診断ルーチン（１）のフローチャートを示す。ＥＧＲセンサ診断プログラム（１）は、所定の時間間隔、または所定のクランク角度毎の割り込みによって、呼び出されるサブルーチンである。

診断条件が成立している場合に以下の動作を行う（Ｓ８００）。診断条件として、エンジン回転数が所定の範囲内にあること、かつ、燃料噴射量またはエンジン負荷が所定の範囲内にあることの条件、空燃比が所定の範囲内にあることの条件、及び、ＤＰＦの焼ききり等を行っていない状態であり、かつ、前記空燃比が所定の範囲内にとどまっている状態が継続していることの条件等が成立していることが、必要な条件である。

次に、Ｓ８０１で、温度センサ（測温抵抗体）の電圧値（Ａ／Ｄ値）ＣＷＡＤに基づいて、テーブル変換によりＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒを算出する。Ｓ８０２で、ＥＧＲの弁開度が閉じている状態が成立すれば、Ｓ８０３に進み、初期温度ＴｓｔａｒｔにＴｅｇｒを代入し、同時に、診断用カウンタＣｃｏｕｎｔとＤｃｏｕｎｔをクリアする（Ｓ８０４，Ｓ８０５）。

ＥＧＲ弁開度が開いている状態では、Ｓ８１１に進み、下式に示すように、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒと初期温度Ｔｓｔａｒｔとの差分Ｔｄｉｆｆを算出し、Ｓ８１２で診断用のカウンタＣｃｏｕｎｔをインクリメントする。
Ｔｄｉｆｆ＝Ｔｅｇｒ−Ｔｓｔａｒｔ …（１０）
Ｃｃｏｕｎｔ＝Ｃｃｏｕｎｔ（ｎ−１）＋１ …（１１）

さらに、Ｓ８１３に進み、ＥＧＲガス温度の上昇度合いの推定値（ＥＧＲ到達温度上昇しきい値）Ｔｅｎｄを、回転数、燃料噴射量、ＥＧＲ弁開度、過給圧等のパラメータに応じて、あらかじめ適合したマップ値を用いて算出する。

同様に、ＥＧＲクーラの容量分だけＥＧＲガス温度が上昇するディレイ時間（ＥＧＲクーラ遅延推定値）Ｔｄｅｌａｙと、ＥＧＲクーラ内の温度推定値（ＥＧＲクーラ温度推定値）Ｔｃｏｏｌとを、回転数、燃料噴射量、ＥＧＲ弁開度、過給圧、水温等のパラメータに応じて、あらかじめ適合したマップ値から算出する。

Ｓ８１６において、前記第１の開度から前記第２の開度まで動作する動作開始時の温度上昇Ｔｄｉｆｆ（この場合は初期ガス温度）と、温度推定値Ｔｃｏｏｌとを比較して、温度上昇Ｔｄｉｆｆ（初期ガス温度）がＥＧＲクーラの推定温度（温度推定値）Ｔｃｏｏｌよりも低い場合は、Ｓ８１７に進む。Ｓ８１７では、さらに、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒと水温に応じたしきい値と比較して、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒがしきい値よりも低い場合は、図７のケースＢに相当し、ＥＧＲ弁を通過する際の断熱膨張による温度低下が発生していると診断できる。

すなわち、このステップでは、前記第１の開度から前記第２の開度まで動作する動作開始時の初期ＥＧＲガス温度を測定し、前記初期ＥＧＲガス温度に基づいて、ＥＧＲ弁が性能劣化であると診断を行うことができる。

一方、Ｓ８１６において、温度上昇Ｔｄｉｆｆ（初期ガス温度）がＥＧＲクーラの推定温度よりも高くなる場合には、Ｓ８１８に進む。そして、Ｓ８１８において、ＥＧＲクーラの容量分だけＥＧＲガス温度が上昇するディレイ時間Ｔｄｅｌａｙに、Ｃｃｏｕｎｔが達しているかどうかを判断し、達していないと判断した場合は、図７のケースＣに相当し、ＥＧＲガス温度の早期上昇からクーラ容量が低下している可能性があると診断される。

Ｓ８１８において、ＣｃｏｕｎｔがＴｄｅｌａｙ以上経過し、あらかじめ設定した所定の最大時間に達したと判断した場合は、図７のケースＥであると判断し、ＥＧＲクーラ内の結露やＥＧＲ弁の固着が診断される。

すなわち、これら一連のステップで、温度プロフィールとして、前記第１の開度から前記第２の開度まで到達したときにおけるＥＧＲガス温度の温度変化量を測定すると共に、温度変化量が内燃機関の運転状態に応じて設定された所定の温度変化量に達するまでの遅れ時間を測定し、前記診断手段は、前記遅れ時間に基づいて、クーラの容量が低下しているか、ＥＧＲクーラ内の結露やＥＧＲ弁の固着を診断することができる。

一方、最大時間以下であれば、Ｓ８２０に進み、Ｄｃｏｕｎｔをインクリメントする。
Ｄｃｏｕｎｔ＝Ｄｃｏｕｎｔ（ｎ−１）＋１ …（１２）
同時に、Ｓ８２１に進んで温度上昇度合いｄＴを算出し、式（１３）に示す演算を行うべく、Ｓ８２１に進む。
ｄＴ＝（Ｔｄｉｆｆ−オフセット）／Ｄｃｏｕｎｔ …（１３）

Ｓ８２２に進み、温度上昇度合い（温度勾配）ｄＴと所定の推定値Ｔｅｎｄとを比較して、温度上昇度合いＴｅｎｄがｄＴよりも大きい場合は、図７のケースＤに相当し、ＥＧＲガス温度センサの煤付着等による感度低下であると診断する。

すなわち、このステップでは、温度プロフィールとして、前記第１の開度から前記第２の開度まで到達したときにおける前記ＥＧＲガス温度の時間変化量（温度勾配）を測定し、時間変化量に基づいて、ＥＧＲ温度センサの煤付着等による感度低下の診断を行うことができる。

一方、Ｓ８２２において、温度上昇度合いｄＴが所定の推定値Ｔｅｎｄと比較して、温度上昇度合いＴｅｎｄがｄＴよりも小さい場合は、正常の範囲と診断される（Ｓ８２２→ケースＡ）。

このようにして、ＥＧＲ弁を閉じ状態から開いたときの（流量時間変化量における）ＥＧＲガス温度の時間に対する上昇度合い（温度時間変化量）を所定の値と比較してずれが大きい場合は、ＥＧＲシステムの故障であると診断する。

ところで、ＥＧＲ質量流量センサ１８に流れるガスは、図９に示されているように、ＥＧＲ通路内に設けたバイパス通路７０に流れるガスである。バイパス通路７０は、渦巻状の通路を形成しており、流れ上流側の入口７１より入ったガスの流れを回転（旋回）させ、側面に開口した出口７２よりガスが抜ける通路構造になっている。バイパス通路７０より上流側には、メッシュ部材７３とハニカム部材７４とが順次設けられている。これにより、ＥＧＲガスの流れが整流化され、偏流が改善される。

エンジン回転数や負荷が一定の定常運転で、所定のＥＧＲ率ηとなるようにＥＧＲ弁を制御している時、ＥＧＲ弁の開度が運転状態に応じた所定の開度の範囲内であれば弁制御は正常と判断できる。また、開度が所定の範囲外であるとき、通常の弁開度よりも大きく開いていればＥＧＲ通路内の詰まりによる流量不足が想定される。通常の弁開度よりも小さい場合は、ＥＧＲ弁の開度が開きすぎている可能性があり全閉位置がずれている可能性がある。

または、インマニ内温度とインマニ圧力に基づいて、演算した目標とするＥＧＲ流量演算値ＥＧＲＴＧＴとＥＧＲ質量流量センサ出力に基づくＥＧＲガスの実質量流量Ｑｒｅａｌとを比較して、所定の範囲内にあれば、ＥＧＲ質量流量センサは正常と判断できる。所定の範囲外であるとき、目標とするＥＧＲ流量演算値ＥＧＲＴＧＴがＥＧＲガスの実質量流量Ｑｒｅａｌよりも大きい場合は、ＥＧＲ質量流量センサのエレメントの経時変化や煤の付着等で流量検出が低下している可能性がある。

目標とするＥＧＲ流量演算値ＥＧＲＴＧＴがＥＧＲガスの実質量流量Ｑｒｅａｌよりも小さい場合は、ＥＧＲ質量流量センサの発熱抵抗体と温度測定エレメントの温度差が正常時よりも大きいことになり、温度測定エレメントにのみ煤が付着している可能性がある。

また、ＥＧＲ流がＥＧＲ弁から流れ出てＥＧＲ管に拡散するための空間が確保できていないため、管内のＥＧＲガス分布は一様にならず、ＥＧＲ質量流量センサにＥＧＲ流が当たらない場合はＥＧＲ流を検出できない場合があり、測定精度に誤差を生じる。

また、ＥＧＲ流量はインテークマニホールド内の負圧にも依存する。このため、インテークマニホールド内の負圧を発生させるスロットル弁５の開度とエンジン回転数との適合値から補正量を算出して、ＥＧＲ流量センサ部でのＥＧＲ流量平均値に対して補正することも可能である。インテークマニホールド内の負圧またはスロットル開度はスロットル開度センサを用いる。

図１０は、ＥＧＲ質量流量センサによる逆流検出と脈動の周波数成分を示す説明図である。図１０に示されているように、低流量域では、ガス流れがゼロであっても逆流が存在し、流れの方向を区別できない双方向流検出センサでは、基準周波数の整数倍の成分が発生する。特に、逆流があると、双方向流検出センサ出力信号は折り返し波形となるので、基本周波数に対して高次の周波数が現われる。高次の周波数が現われているときは、逆流があることを示唆している。

よって、低流量域において、エンジン回転数を基本周波数として高次の周波数成分が現れているとき、ＥＧＲ質量流量センサの応答性は十分あると判断できる。高次の周波数成分が現れない場合は、ＥＧＲ質量流量センサの応答性劣化の可能性がある。

さらに、低流量域では平均流量に対して脈動幅が比較的大きい。さらに、ＥＧＲ流量センサ１８は脈動による順流と逆流を区別できないため、脈動率に対して補正率Ｑｅｒｒｏｒにばらつきが大きい。こうした領域では、脈動に伴う最小値が脈動の節点となるで、最小値をＥＧＲガスの実質量流量Ｑｒｅａｌとする。

また、排気ガスがＥＧＲクーラを通過してＥＧＲ弁達するまでの時間はＥＧＲガス流の流速に依存する。このため、回転数とバルブ開度に応じたＥＧＲ所定のクランク角度では、インテークマニホールドの圧力と排気の圧力がバランスして、脈動幅の中心値（平均値）が流れる瞬間がある。

よって、ＥＧＲ質量流量センサの信号出力を所定のクランク角度毎にサンプリングし回転数とバルブ開度に応じたクランク角度位置での値をＥＧＲ質量流量とすると、ＥＧＲガスの脈動を避けて、測定が可能である。

ＥＧＲ質量流量センサ出力と目標ＥＧＲ流量とを比較して、比較結果が一致するようにＥＧＲ弁１７を制御するＥＧＲ弁開度制御にフィードバックループを用意してＥＧＲ弁１７を制御すれば、ＥＧＲクーラ１９やＥＧＲ弁１７の表面に煤が付着することによるＥＧＲ流路抵抗の増加に伴う流量低下の補正を行うことができる。

図１１（ａ）及び（ｂ）にＥＧＲ質量流量センサが汚損した場合の出力例を示す。高圧タイプのＥＧＲガス還流の場合、排気ガスには煤が多く含まれている。煤は炭素成分だけではなく、未燃焼の燃料成分や不完全燃焼した炭化水素成分も含まれている。こうした煤はＥＧＲガス中にも含まれて、ＥＧＲ質量流量センサ１８のセンサエレメントやその周囲にも付着する。

煤がセンサエレメントに付着すると、ＥＧＲガスがセンサエレメントに触れることが少なくなるので、図１１（ａ）に示されているように、ＥＧＲ流量が実際に流れている量よりも少ない値が出力される。

一方、煤がガス温度測定エレメントに付着すると、ガス温度測定エレメントが断熱された形になるので、ＥＧＲガス温度の影響を受けにくくなる。このため、特にＥＧＲ流量が大流量の場合、ガス温度測定エレメントとセンサエレメントの温度差が大きくなり、図１１（ｂ）に示されているように、センサ出力は実際に流れている量よりも小さな値が出力される。耐久時間経過とともに、ずれが大きくなる。

また、煤がエレメントにまだらに付着すると、エレメントの温度分布が不均一となって、煤が付着した部分が特に温度上昇することになり、エレメントの耐久性が劣化するおそれがある。このように、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、ＥＧＲガス流量制御弁の弁開度の変化に応じて変化するＥＧＲガス流量の流量プロフィールを測定することにより、流量プロフィールに基づいて、流量を測定するセンサエレメント、ガス温度測定エレメントの煤の付着状態を診断することができる。

図１２は、ＥＧＲ質量流量センサ１８の汚損による出力低下を診断する診断プログラムのフローチャートである。本実施形態では、回転数と、吸入空気量と回転数から求めた１回毎の燃焼あたりの吸入空気量に基づいて求めた目標ＥＧＲ流量と、ＥＧＲ質量流量センサ出力とを比較して、その差が無くなるようにＥＧＲ弁を制御するフィードバックループを構成している。まず、Ｓ１２で、フィードバック制御量がハンチングしているかを判定する。ハンチングしていると判定した場合には、Ｓ１３で、フィードバック制御量の静定時間と、閾値となる所定時間とを比較して、静定時間が所定の時間よりも長い時には、Ｓ１４に進み、ＥＧＲ流量センサ１８が汚損によって応答性が低下していると判定する。

すなわち、このステップでは、例えば、第１の開度から前記第２の開度まで到達したときにおけるＥＧＲガス流量の流量変化量を測定すると共に、流量変化量が内燃機関の運転状態に応じて設定された所定の流量変化量に達するまでの遅れ時間を測定し、遅れ時間に基づいて、ＥＧＲ流量センサ１８が汚損によって応答性が低下することの診断を行うものである。

Ｓ１２及びＳ１３で、これらの条件が満たされない場合には、Ｓ１５に進む。ここでは、ＥＧＲ弁１７の開度が０すなわち全閉であるかを判定する。全閉である場合には、ＥＧＲ質量流量センサの出力値が、閾値以上であるかを判定する。閾値以上である場合には、Ｓ１７に進み、ＥＧＲ質量流量センサの０点ずれと判定する。このように、運転状態が変化して、例えば加速する場合に、ＥＧＲ弁１７を閉じても、ＥＧＲ質量流量センサ出力が所定値以上の値を出している場合には、ＥＧＲ質量流量センサ１８が汚損によって出力のゼロ点がずれていると判定することができる。

さらに、Ｓ１５及びＳ１６で、これらの条件が満たさない場合には、Ｓ１８に進む。ここでまず、ＥＧＲ弁制御量が一定である、すなわち定常運転状態であるかを判定する。一定であると判断した場合には、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値が、目標ＥＧＲ流量に達しているかを判定する。達していないと判断した場合には、Ｓ２０に進み、ＥＧＲ弁の開度が所定値以上に開いている時間が、所定時間以上であるかを判定する。所定値以上である場合には、Ｓ２１に進み、ＥＧＲセンサの汚損劣化と判定する。このようにして、加速後から定常運転状態に移って、ＥＧＲ弁１７を開いてＥＧＲガスを流すときに、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力が目標ＥＧＲ流量に達しないか、達するまでの時間が長くかかり、かつ、ＥＧＲ弁開度が所定値以上に開いている時間が、所定時間以上の場合には、ＥＧＲ質量流量センサの汚損によってセンサ出力値が実際に流れている値よりも低い値を出力している汚損劣化判定を行うことができる。

要約すると、ＥＧＲ流路を流れるガス流量の計測値、つまり、（１）ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力信号を用いてＥＧＲ流路を流れるガス流量をフィードバック制御している場合にフィードバック制御量がハンチングして制御量の静定時間が所定時間よりも長い場合、（２）ＥＧＲ弁の制御停止（閉弁）時にＥＧＲ質量流量センサ１８が所定値以上の流量を示す出力信号を出力している場合、（３）ＥＧＲ弁の制御開始（開弁）後にＥＧＲ質量流量センサ１８が所定値以上の流量を示す出力信号を出力していないか、所定値以上の流量を示す出力信号を出力までの時間が所定時間より長い場合には、ＥＧＲ質量流量センサ１８が汚損されていると診断する。

また、一定の運転状態でも、ＥＧＲ弁１７の弁開度が所定範囲を超えているときには、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力信号が実際に流れている流量と異なる値を出力している可能性がある。上記の判定しきい値は、エンジンの動作時間の積算値、または車両の走行距離の積算値に応じて変更を加えることができる。

図１３は、汚損による出力低下を推定するタイミングチャートである。所定の時間間隔毎に吸入空気量と回転数を入力して目標ＥＧＲ流量を算出する。そして、運転状態が所定の範囲内にあるときに定常運転状態と判断し、診断許可フラグを立てる。

例えば、エンジン回転数が所定の上下限内、且つ吸入空気量が所定の上下限内、且つ車速が所定の上下限内、且つアクセルペダル要求値が所定の上下限内、且つエンジン回転数、吸入空気量、車速、アクセルペダル等の値の時間的変化割合が所定値以下である時が所定時間以上継続しているときを定常運転状態とする。

定常運転状態時には、常時、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値を取り込み、目標ＥＧＲ流量と比較する。ここで、診断許可フラグが立っているとき、以下の診断を行う。ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ流量との差の絶対値がしきい値以上の場合、診断用カウンタをインクリメントし、ＯＫカウンタをリセットする。そして、診断用カウンタがしきい値を上回ったとき、ＥＧＲ質量流量センサの汚損の可能性を示すフラグを立てる。

ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ流量との差の絶対値がしきい値を下回ったとき、診断用カウンタをリセットする。同時にＯＫカウンタをインクリメントする。ＯＫカウンタが所定値以上になったとき、ＥＧＲ質量流量センサ１８の汚損の可能性を示すフラグをリセットする。

汚損診断は、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値が目標ＥＧＲ流量と常時かけ離れた値にとなった場合には、煤がへばりついている状態であると診断できるが、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力に脈動が重畳している場合には、ＯＫとも汚損状態とも判断できないことになる。

この場合、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ流量との差の絶対値が、所定のしきい値より大きい期間が、所定の時間以内にどれだけあるかをカウントし、所定の割合以上にはずれている場合、汚損または脈動が大きい可能性があることを示すフラグを立てる。しきい値である所定の割合は、ＥＧＲ質量流量とＥＧＲ弁１７の開度の関数、または、予め設定したマップ値とする。

また、ＥＧＲ弁１７の開度を変化させてＥＧＲ質量流量センサ１８の出力をモニタしてＥＧＲ弁開度とセンサ出力との関係、例えば比率が所定の範囲内かどうかを判断してもよい。

図１４にセンサ汚損による補正量の算出結果をエンジン制御へ反映する例を示す。上記に示したＥＧＲ質量流量センサ汚損の診断結果、または脈動の診断結果等に基づき、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力に汚損や脈動を示す可能性がある場合（ステップＳ３１）、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値に基づいて所定の補正量、または予め設定した別のフェールセーフ値を算出してＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値に置き換えて使用する（ステップＳ３２〜ステップＳ３６）。

センサ汚損または脈動の可能性が無い場合、または、可能性が低いと推定される運転領域においては、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値そのものを使う（ステップＳ３７、ステップＳ３６）。

または、所定の運転状態における吸入空気量と回転数において、ＥＧＲ弁１７を所定の開度として、予め設定したまたは測定した標準状態でのＥＧＲ流量と、ＥＧＲ流量センサ１８の出力値とを比較して、標準状態のＥＧＲ流量とＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値との比率または差分を求めて、補正量として学習することで、他の運転領域へ学習値をＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値に反映することで、補正が可能である。

例えば、比率を補正する場合には、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値に補正値を乗算する。または、差分を補正する場合はＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値に補正値を加算する。この場合、加算した結果が負となる場合は、補正後の値をゼロとする。

また、排気ブレーキを使ってエンジン出力をゼロとしている場合、ＥＧＲ弁１７を全開とすることで、排気ガスが全てエンジンの吸入側に戻るようにして、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値を校正することが可能である。この場合、排気ブレーキを使ってかつ燃料噴射量をゼロとしている間は、エンジンの排気量×回転数に比例した値がＥＧＲ管を流れるので、還流率ηを１．０として目標ＥＧＲ流量を計算することが可能である。このときのＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値と目標ＥＧＲ流量との比率または差分を補正量とすることが可能である。

電動過給器を使用している場合には、排気ブレーキをかけた状態のままで、エンジン停止中に電動過給器を回すと、ＥＧＲガスは還流率η＝１．０のままガスが流れるので、エンジン停止中にも補正量を算出可能である。

図１５は、ＥＧＲ質量流量センサ１８の汚損回復について説明する。
煤は、ＥＧＲ質量流量センサ１８だけでなく、ＥＧＲクーラ１９やＥＧＲ弁１７、ＥＧＲ通路内部にも付着し、新品時に比べて通路断面積を狭くする。この場合、標準の運転状態でのＥＧＲ流量が低下するので、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値が低下することになる。よって、煤を除去してセンサ出力値が回復することが期待される。

例えば、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力値に対する補正値が所定の範囲外であれば（ステップＳ４１）、ＥＧＲ流量が大きい運転領域で、排気ガス温度をＤＰＦの煤を焼く温度まで上昇させる（ステップＳ４２）。これにより、ＤＰＦ内の煤だけでなくＥＧＲ通路内部の煤も焼くことができる（ステップＳ４３）。また、煤に帯電させて電気的に煤を集塵することも可能である。

ＥＧＲ質量流量センサ１８の上流側に煤フィルタを設けて、超音波で煤をフィルタにぶつけることで煤がＥＧＲ質量流量センサ１８に付着することを防止できる。または、ＥＧＲ通路内に超音波センサを設けて、超音波センサからＥＧＲ管の内面に向かって発する超音波の反射波を測定することで、反射率を測ることで堆積した煤の量を測定することが可能である。堆積した煤の量が所定のしきい値を超えていれば、ＥＧＲ通路内の煤を焼くような運転状態に移行するか、または、ＥＧＲ管の交換を運転者に知らせるようにフラグを立てて、運転席のエンジン警告灯に表示する。または、所定の走行距離毎に定期的なＥＧＲ管の交換を義務づける。

ＥＧＲ通路内部の表面に煤を分解しやすい触媒を塗布することで、比較的、低い温度で煤を分解するようにしてもよい。また、ＥＧＲ通路内部の表面にコーティング剤を塗布して、煤の付着を防止するようにしてもよい。

ＥＧＲ質量流量センサ１８に用いる測定エレメントに煤が付着しないように、ガス温度よりも高温にしている。６００℃以上に設定することで煤の付着が無いことを確認した。エンジン始動時からＥＧＲ質量流量センサ１８に通電すると、測定エレメントが６００℃に達するまでは、ＥＧＲ質量流量センサ出力信号は異なる値を出力する可能性がある。

そこで、所定の温度に達するまでの時間を測定開始のディレイとする。たとえば、センサエレメントの温度とガス温度との温度差が所定の温度となるまでの加熱期間は、センサエレメントの初期温度に依存する。

そこで、図１６に示すように、ＥＧＲガス温度センサが出力する温度Ｔｇがエンジン１の運転状態に対応した温度に達するまでは、ＥＧＲ質量流量センサ１８による流量測定を禁止するガス温度対応あるいは経過時間対応のディレイを設ける（ステップＳ５１〜ステップＳ５４）。ディレイ値（しきい値）は、始動時ガス温度センサ値に応じて適正値に設定される（ステップＳ５３）。エンジン始動後、ガス温度Ｔｇがしきい値以上あるいは経過時間がしきい値以上になれば、ＥＧＲ質量流量センサ１８による流量測定を許可する（ステップＳ５４、ステップＳ５５）。

なお、エンジン始動時からの経過時間に応じて、ＥＧＲ質量流量センサ１８の出力に対する補正量をテーブル値として用意しておき、始動時からＥＧＲ質量流量センサ１８の出力を使用したＥＧＲ制御も可能である。

［第２実施形態］
第２実施形態では図１７に示すように、ＥＧＲ質量流量センサのバイパス通路の向きを逆にしたセンサを追加して、２つのセンサ信号を用いて、ＥＧＲガス流の診断を行う。

この場合、ガス温度センサは共通でもいいので、ガス流が排気側からインテークマニホールド側への順流（排気管から前記吸気管に沿った流れ）を検知するセンサＡ、インテークマニホールド側から排気側への逆流（吸気管から排気管に沿った流れ）を検知するセンサＢ、共通のガス温度センサを組み合わせた形になる。バイパス通路は渦巻き状の通路となっており、渦巻きの奥にセンサが取り付けられている。

バイパス通路の入り口から入ったＥＧＲガスは渦巻き状の通路に入り、通路抵抗が圧力損失となって流れ出て行く。出口はガス流の流れ方向と異なる方向となっているので、出口から逆にガス流が入ることは困難な形状となっている。

ＥＧＲ質量流量センサの発熱抵抗体をバイパス通路内に設置し、１方向のみのガス流を検知する。バイパス通路の入り口を互いに逆向きに設置した２つの発熱抵抗体とバイパス通路の外側に置いた温度センサからの信号出力を、それぞれ、Ａ／Ｄ変換して、ＥＧＲ流量を測定する。

図１８に、逆流が発生している状態での、２つのＥＧＲ質量流量センサ信号出力を示す。順流のみを検知するＥＧＲ質量流量センサ信号出力は、逆流の間はほぼゼロとなる。逆流のみを検知する質量流量センサ信号出力は順流の間はほぼゼロとなる。よって、順流の信号と逆流の信号を組み合わせることによって、ＥＧＲガス流の波形を再現できる。

このとき、順流の信号と逆流のＥＧＲガス流量のピーク値の時間差を測定して、エンジン回転数に応じた時間差とならない場合は、ＥＧＲ配管の漏れなどの可能性がある。時間差だけでなく、例えば、所定時間毎の流量変化量（微分値）を用いて、吸気管から前記排気管に沿って流れを診断してもよい。

排気通路にＮＯｘセンサを設けて、排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを測定し、同時にエアフローメータによる新気吸入空気量Ｑａｉｒを乗算することにより、ハイプレッシャＥＧＲでの排気ガス処理用触媒を通過するガス量を演算できる。

排気ガスには燃料質量に相当する二酸化炭素ＣＯ_２と水蒸気Ｈ_２Ｏが含まれるため、排気ガス質量は吸入空気量Ｑａｉｒよりも重い。このずれを空燃比センサ出力信号Ａ／Ｆで補正することも可能である。しかし、空燃比が高いリーン領域では、Ａ／Ｆの測定誤差が大きく、排気ガス質量の誤差が大きい。

ＥＧＲ質量流量センサを排気管にも取り付けて、排気ガス質量流量を測定すれば、空燃比センサに依存せずに排気ガス質量流量を測定できるので、排気ガス質量Ｑｅｇｒを求めることができる。

また、図１９に示した、ロープレッシャＥＧＲでは新気吸入空気量ＱａｉｒとＥＧＲガスの実質量流量Ｑｒｅａｌの和が燃焼室に流入するので、排気ガス処理用触媒を通過するガス量は、
Ｑｅｇｒ＝Ｑａｉｒ＋Ｑｒｅａｌ＋燃料
となる。

こうして求められる排気ガス質量流量にＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを乗じることで、より、正確なＮＯｘ質量を測定できる。ＮＯｘ質量に相当する排気処理を行うことで、排気ガス処理に必要なリッチスパイクや尿素噴射量を正確に演算できる。

加速時や減速時はＥＧＲガスの還流遅れがある分だけ、ＥＧＲ率がずれる。これにより、加速時のＮＯｘ排出や煤の排出が多くなる。ＥＧＲ率を所定の範囲内に納めるため、加速時の初期に一時的にスロットルを閉じて、同時にＥＧＲ弁を大きく開いて、ＥＧＲガス量を確保してから、スロットルを開いている。
減速時には、ＥＧＲ弁を閉じると同時にスロットルを開いてＥＧＲ率の変動を抑制している。

従来は、ＥＧＲ弁とスロットルを同時に変化させる度合いは、アクセルペダルと回転数に応じた適合値で行っている。今回、ＥＧＲ質量流量センサを用いることで、ＥＧＲガスの還流が可能になったことを確認してから、スロットルとＥＧＲ弁を目標の開度に設定することで、過渡運転時でも正確なＥＧＲ率を確保できる。

また、ＥＧＲ弁のリフト量を変えるモータ軸の回転をナットに伝えて、ネジを切った軸で弁のリフトに変換している。ネジとナットには若干の隙間が必要であり、モータが停止してナットが止まっていても、ネジ軸がガタつくことがある。

特に、ＥＧＲ弁開度がほぼ全閉に近い場合、このガタによるバルブリフト量のずれに伴ってＥＧＲ弁開度の変化が強調される。図１９に示すように、ＥＧＲ質量流量の変化が観測された。

インテークマニホールド内の圧力と温度でＥＧＲ流量を推定する従来方式では、バルブリフト量のずれに伴うＥＧＲ流量を検出するには精度が足りなかったが、ＥＧＲ質量流量センサは、直接ＥＧＲ質量流量を測定するので、リフト量がほぼ全閉に近い場合でも、ＥＧＲ流量の変化を的確にとらえることができる。よって、ＥＧＲ率を１爆発毎に制御でき、エンジン出力の安定性を向上できる。

診断結果を用いて、ＥＧＲ流路を流れる排気ガスの実流量を正確に測定できることにより、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンのＥＧＲ率を従来よりも正確に制御でき、排気ガスレベル低減を図る効果が高くなる。

本発明は、内燃機関制御に関連したものであり、自動車だけでなく船舶用エンジンや建設機用エンジン、半固定発電機用エンジンにも適用可能である。

１ ディーゼルエンジン
８ 燃焼室
９ 燃料噴射弁
１７ ＥＧＲ弁（ＥＧＲガス流量制御弁）
１８ ＥＧＲ質量流量センサ
５３ 目標ＥＧＲ率演算部
５４ 目標ＥＧＲ流量演算部
５５ ＥＧＲ弁開度制御部
５６ 出力特性補正部
６２ｂ 測温抵抗体（ＥＧＲ温度測定装置）
７０ バイパス通路

Claims (8)

1. 排気管と吸気管とを連通するＥＧＲ流路と、該ＥＧＲ流路に取り付けられて、ＥＧＲガスの流量を測定する流量測定装置と、該流量測定装置の内部またはその近傍に取付けられて、前記ＥＧＲガスの温度を測定する温度測定装置と、前記ＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲガス流量制御弁と、を備えたＥＧＲシステムの診断装置であって、
   該診断装置は、前記ＥＧＲガス流量制御弁の弁開度の変化に応じて変化する前記ＥＧＲガス温度の温度プロフィールと、前記ＥＧＲガス流量の流量プロフィールとを測定するプロフィール測定手段と、
   前記温度プロフィール及び前記流量プロフィールに基づいて、前記ＥＧＲシステムの部位を特定し、該部位の状態を診断する診断手段と、を備え、
   前記流量測定装置は、前記排気管から前記吸気管に沿って流れるＥＧＲガス流量を測定する第１の流量測定部と、前記吸気管から前記排気管に沿って流れるＥＧＲガス流量を測定する第２の流量測定部とを備え、前記診断手段は、前記第１及び第２の流量測定部が測定した前記ＥＧＲガス流量に基づいて、前記診断を行うことを特徴とするＥＧＲシステムの診断装置。
2. 前記プロフィール測定手段は、前記ＥＧＲガス流量制御弁が第１の開度から第２の開度まで到達したときにおける温度プロフィール及び流量プロフィールを測定することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲシステムの診断装置。
3. 前記温度プロフィール測定手段は、前記温度プロフィールとして、前記第１の開度から前記第２の開度まで到達したときにおける前記ＥＧＲガス温度の温度変化量を測定すると共に、該温度変化量が内燃機関の運転状態に応じて設定された所定の温度変化量に達するまでの遅れ時間を測定し、
   前記診断手段は、前記遅れ時間に基づいて、前記診断を行うことを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲシステムの診断装置。
4. 前記温度プロフィール測定手段は、前記温度プロフィールとして、前記第１の開度から前記第２の開度まで動作する動作開始時の初期ＥＧＲガス温度を測定し、
   前記診断手段は、前記初期ＥＧＲガス温度に基づいて、前記診断を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載のＥＧＲシステムの診断装置。
5. 前記温度プロフィール測定手段は、前記温度プロフィールとして、前記第１の開度から前記第２の開度まで到達したときにおける前記ＥＧＲガス温度の時間変化量を測定し、
   前記診断手段は、前記時間変化量に基づいて、前記診断を行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のＥＧＲシステムの診断装置。
6. 前記第１の開度は、前記ＥＧＲガス流量制御弁の閉弁時の開度であることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のＥＧＲシステムの診断装置。
7. 前記流量プロフィール測定手段は、前記流量プロフィールとして、前記第１の開度から前記第２の開度まで到達したときにおける前記ＥＧＲガス流量の流量変化量を測定すると共に、該流量変化量が内燃機関の運転状態に応じて設定された所定の流量変化量に達するまでの遅れ時間を測定し、
   前記診断手段は、前記遅れ時間に基づいて、前記診断を行うことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のＥＧＲシステムの診断装置。
8. 前記第１及び第２の流量測定部が測定した前記ＥＧＲガス流量のピーク値の時間差と、エンジン回転数に基づいて、前記診断を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のＥＧＲシステムの診断装置。

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