JP2008106636A - エンジンの異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮不良等を含むエンジン１の異常の検出を精度良く行う。
【解決手段】エンジン１の吸気通路１６に配設された電動過給機３２と、電動過給機３２の駆動電流を検出する電流検出手段３８と、少なくともエンジン１の始動時に電動過給機３２を駆動させる駆動制御手段４０と、エンジン１の始動時に電流検出手段３８によって検出された電動過給機３２の駆動電流に基づいてエンジン１の異常を判定する異常判定手段４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの異常検出装置に関する。

従来より、エンジンの圧縮不良を検出する方法として、エンジンの各気筒にコンプレッションゲージを取り付けて、エンジンスタータによるエンジン始動時に、そのコンプレッションゲージによって各気筒の圧縮圧力を直接計測する方法が知られている。

しかしながらこの方法は、圧縮圧力を計測するためのコンプレッションゲージが別途必要になるという不都合があり、これを解消するために、例えば特許文献１には、エンジン始動時の回転変動に基づいて圧縮不良を検出せんとする技術が開示されている。
特開２００４−１９４６５号公報

ところが、前記特許文献１に開示された技術では、もともと回転が安定していないエンジン始動時に、その回転変動に基づいて圧縮不良を検出しようとしているため、検出精度が比較的低いという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮不良等を含むエンジンの異常の検出を精度良く行うことにある。

本発明の一側面によると、エンジンの異常検出装置は、エンジンの吸気通路に配設されて吸気を過給する電動過給機と、前記電動過給機の駆動電流を検出する電流検出手段と、少なくとも前記エンジンの始動時に、前記電動過給機を駆動させる駆動制御手段と、前記エンジンの始動時に前記電流検出手段によって検出された前記電動過給機の駆動電流に基づいてエンジンの異常を判定する異常判定手段と、を備える。

この構成によると、エンジンの始動時に電動過給機を駆動させたときには、エンジンの圧縮圧力が低下すると吸気通路に配設された電動過給機の駆動電流も低下することになる一方で、圧縮圧力が高まると電動過給機の駆動電流も高まるようになり、電動過給機の駆動電流値にエンジンの抵抗が反映される。そのため、電動過給機の駆動電流に基づいてエンジンの抵抗に関係する異常が精度良く判定可能になる。

前記異常判定手段は、前記検出された駆動電流値が第１の所定値を超えるときに、前記エンジンの始動不能に関連する異常であると判定する、としてもよい。

駆動電流値が第１の所定値を超えるときは、エンジン全体の抵抗が大幅に高い状態であり、この場合は、例えばエンジンスタータの故障、破損等の、エンジンの始動不能に関連する異常であると判定することが可能になる。

前記電流検出手段によって検出される駆動電流は、前記エンジンの各気筒に対応して周期的に変動し、前記異常判定手段は、前記検出された駆動電流の波形において、特定気筒に対応するピーク値が第２の所定値を下回るときに、当該特定気筒が圧縮不良に関連する異常であると判定する、としてもよい。

前述の通り、電動過給機の駆動電流にはエンジンの抵抗が反映されるため、各気筒の圧縮行程タイミングに対応してピークが発生するように変動する。その駆動電流の波形において、特定気筒に対応するピーク値が第２の所定値を下回ることは特定気筒の圧縮圧力が低いことに対応し、例えばバルブ等の、圧縮圧力に影響を与える部品に関する機械系の異常により圧縮漏れ等が生じている可能性があることを判定可能になる。

前記異常判定手段は、前記特定気筒に対応するピーク値が第２の所定値を下回る状態が、所定期間継続したときに、当該特定気筒が圧縮不良に関連する異常であると判定する、とすることが好ましい。

これにより、例えばバルブにカーボンが噛み込むこと等により、一時的に圧縮圧力が低下したことを、異常であると誤って判定することが回避され、異常判定精度が向上する。

前記駆動制御手段は、前記エンジンの始動時には、前記電動過給機をアイドル回転で駆動させる、としてもよい。

電動過給機の回転数を大幅に高めないことによって、エンジン始動時における消費電力を抑制しつつ、電動過給機の回転数を大幅に低下させないことによって、電動過給機の回転が比較的安定して電動過給機の駆動電流の検出精度の低下が抑制されることで、エンジンの異常判定精度が向上する。

前記異常検出装置は、前記異常判定手段によって異常が判定されたときに、その異常を乗員に対して報知する報知手段をさらに備えている、としてもよい。

こうすることで、エンジンの異常が判定されたときには、そのことが乗員に速やかに報知され、乗員に異常を認識させることが可能になる。

以上説明したように、本発明によると、エンジンの始動時に電動過給機を駆動させたときにその電動過給機の駆動電流にエンジンの抵抗が反映されることを利用して、エンジンの異常を判定するため、例えば圧縮不良等を含むエンジンの異常を精度良く判定することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は本発明の実施形態に係るエンジンの異常検出装置Ａの一例を示し、１は車両に搭載されたディーゼルエンジンである。このエンジン１は複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）を有し、その各気筒２内に往復動可能にピストン３が嵌挿されていて、このピストン３により各気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、燃焼室４の天井部にはインジェクタ５（燃料噴射弁）が配設されていて、その先端部の噴口から高圧の燃料を燃焼室４に直接、噴射するようになっている。

尚、各気筒２毎のインジェクタ５に燃料を供給する構成は、図示は省略するが、各インジェクタ５が接続される共通の燃料分配管（コモンレール）を備えたいわゆるコモンレールタイプとされており、前記コモンレール内部の燃圧（コモンレール圧）を検出するための燃圧センサの出力信号が、後述するＥＣＵ４０に入力され、ＥＣＵ４０によりコモンレール圧の制御が行われる。

エンジン１の上部には、吸気バルブ８１及び排気バルブ８２をそれぞれ開閉させる、図示省略の動弁機構が配設されている。

尚、符号９１は、エンジン始動時にＥＣＵ４０により駆動されて、クランキングを行うエンジンスタータである。

エンジン１の一側（図の右側）の側面には、各気筒２の燃焼室４に対しエアクリーナ（図示省略）で濾過した空気（新気）を供給するための吸気通路１６が接続されている。この吸気通路１６には、上流側から下流側に向かって順に、バタフライバルブからなる吸気絞り弁２２と、後述のタービン２７により駆動されて吸気を圧縮するコンプレッサ２０と、このコンプレッサ２０により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ２１と、電動過給機３２と、が設けられている。

電動過給機３２は、ＥＣＵ４０によって駆動制御されるモータ３３と、モータ３３により駆動されるコンプレッサ３６を含み、そのコンプレッサ３６の駆動により吸気を圧縮する。電動過給機３２にはまた、電流検出手段としての電流プローブ３８が取り付けられており、この電流プローブ３８によって検出される電動過給機３２の駆動電流値は、ＥＣＵ４０に入力される。

この電動過給機３２は、詳しくは後述するが、ターボラグを減少させるべく、加速要求時に駆動されると共に、エンジン１の始動時にも、エンジン１の異常判定を行うために駆動される。また、電流プローブ３８によって検出される電動過給機３２の駆動電流値は、加速要求時の駆動制御に利用されると共に、エンジン１の始動時には、エンジン１の異常判定のために利用される。

吸気通路１６における、コンプレッサ２０よりも吸気下流側と、インタークーラ２１よりも吸気下流側とは、インタークーラ２１をバイパスするインタークーラバイパス通路７１によって互いに接続されている。このインタークーラバイパス通路７１には、バタフライバルブからなるバイパス弁７２が配置されている。

また、前記電動過給機３２の吸気上流側と下流側とは、電動過給機３２をバイパスする電動過給機バイパス通路７３によって互いに接続されている。この電動過給機バイパス通路７３には逆止弁７４が配置されている。

一方、エンジン１の反対側（図の左側）の側面には、各気筒２の燃焼室４からそれぞれ燃焼ガス（排気）を排出するための排気通路２６が接続されている。この排気通路２６の上流端部は各気筒２毎に分岐して、それぞれ排気ポートにより燃焼室４に連通する排気マニホルドであり、該排気マニホルドよりも下流の排気通路２６には上流側から下流側に向かって順に、排気流を受けて回転されるタービン２７と、排気中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、煤等）を浄化可能なディーゼル酸化触媒２８及びキャタライズドＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２９と、が配設されている。

前記タービン２７と吸気通路１６のコンプレッサ２０とからなるターボ過給機３０は、この実施形態では、可動式のフラップ３１，３１，…によりタービン２７への排気の通路断面積を変化させるようにした可変ターボ過給機（Variable Geometry Turbosupercharger：以下ＶＧＴという）であり、後述するＥＣＵ４０によってＶＧＴ３０を制御することによって吸気の過給圧が制御される。

前記排気通路２６には、キャタライズドＤＰＦ２９よりも排気下流側の部位に臨んで開口するように、排気の一部を吸気側に還流させるための第１の排気還流通路（以下第１のＥＧＲ通路という）３４の上流端が接続されている。この第１のＥＧＲ通路３４の下流端は吸気絞り弁２２とコンプレッサ２０との間で吸気通路１６に接続されていて、排気通路２６から取り出された排気の一部を吸気通路１６に還流させるようになっている。また、第１のＥＧＲ通路３４の途中には、その内部を流通する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ３７と、開度調節の可能な排気還流量調節弁（以下第１のＥＧＲ弁という）３５とが配置されている。

また、前記排気マニホールドには、第２の排気還流通路（以下第２のＥＧＲ通路という）４４の上流端が接続されている。この第２のＥＧＲ通路４４の下流端は電動過給機３２よりも下流側で吸気通路１６に接続されている。また、第２のＥＧＲ通路４４の途中には、開度調節の可能な第２の排気還流量調節弁（以下第２のＥＧＲ弁という）４５が配置されている。

そして、前記各インジェクタ５、吸気絞り弁２２、ＶＧＴ３０、第１及び第２のＥＧＲ弁３５，４５、バイパス弁７２、電動過給機３２（モータ３３）、及びエンジンスタータ９１等は、いずれもコントロールユニット（ElectronicControl Unit：以下ＥＣＵという）４０からの制御信号を受けて作動する。一方、このＥＣＵ４０には、少なくとも、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ５１、吸気の圧力状態を検出する吸気圧センサ５２、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ2センサ５３、外部からエンジン１に吸入される空気の流量を検出するエアフローセンサ５４、ＥＧＲガス混合後の吸気の温度を検出する吸気温度センサ５５、図示省略のアクセルペダルの踏み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５６、及び前記の電流プローブ３８等からの出力信号がそれぞれ入力される。

前記ＥＣＵ４０にはまた、後述するように、エンジン１が異常であることを判定したときに、そのことを乗員に対し報知する報知手段９２が接続されている。この報知手段９２は、例えばメータパネル内の表示や、音によって、乗員に対し異常を報知するものとすればよい。

本エンジンの異常検出装置は、エンジン１の始動時に電動過給機３２を駆動したときには、そのエンジン１の抵抗が電動過給機３２の駆動電流値に反映されることを利用して、エンジンスタータ９１の破損や、圧縮不良等を判定する。次に、図２のフローチャートを参照しながら、ＥＣＵ４０によるエンジン１の異常判定制御について説明する。

先ず、スタート後のステップＳ１では、各種信号の読み込みを行い、続くステップＳ２で、エンジン１の始動であるか否かを判定する。エンジン１の始動であるのＹＥＳのときにはステップＳ３に移行する一方、エンジン１の始動ではない（例えば走行中）のＮＯのときにはステップＳ１５に移行する。

ステップＳ３では、エンジンスタータ９１を作動させ、続くステップＳ４で、電動過給機３２のモータ３３に対して駆動信号を出力して、電動過給機３２をアイドル回転数で駆動する。

ステップＳ５では、電流プローブ３８によって検出された電動過給機３２の駆動電流値を読み込んで、当該駆動電流値をエンジン１の抵抗値に変換する。そうして、ステップＳ６でその抵抗値が第１の所定値よりも高いか否かを判定する。

ここで、図３に示すように、駆動電流値はエンジンの圧縮圧力に比例するため、エンジン１の各気筒（図例では＃１〜＃４の４気筒）の圧縮行程のタイミングに対応してピークが発生する。ステップＳ６では、その駆動電流（抵抗）の波形における各ピーク値が第１の所定値よりも高いときに（図３における一点鎖線参照）、ＹＥＳと判定し、ステップＳ７に移行する一方、各ピーク値が第１の所定値以下のときには（図３における実線又は二点鎖線参照）、ＮＯと判定し、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ７では、エンジン１の抵抗が所定よりも高く、クランキングが正常に行われていないとして、エンジンスタータ９１の異常（例えば故障や破損等）であると判定し、ステップＳ１４に移行して、報知手段９２によりその異常を乗員に報知する。

一方、ステップＳ８では、抵抗値が第２の所定値よりも低いか否かを判定する。ここで、ステップＳ８では、図３に二点鎖線で示すように、駆動電流（抵抗）の波形におけるいずれかのピーク値が第２の所定値よりも低いときに（図例では、第３及び第４気筒に対応するピーク値が第２の所定値よりも低いことを示している）、ＹＥＳと判定し、ステップＳ９に移行する一方、各ピーク値が第２の所定値以上のときには（図３における実線参照）、ＮＯと判定し、異常がないとしてリターンする。

ステップＳ９では、各気筒に対応して設けられ、それぞれ予めリセットされていた（後述するステップＳ１３参照）カウンタについて、前記第２の所定値よりも低いピーク値であった気筒のカウンタをカウントアップし、続くステップＳ１０で、始動期間（クランキング期間）が終了したか否かを判定する。始動期間が終了したのＹＥＳのときにはステップＳ１１に移行する一方、始動期間が終了していないのＮＯときにはステップＳ８に戻る。

ステップＳ１１では、いずれかのカウンタが所定値を超えたか否かを判定し、所定値を超えたのＹＥＳのときにはステップＳ１２に移行する一方、所定値を超えていないのＮＯのときには、異常がないとしてリターンする。従って、エンジン１の始動期間中は、電流プローブ３８により検出された電動過給機３２の駆動電流値に基づいて、抵抗値が第２の所定値よりも低いか否か継続して判定されるため、特定気筒に対応するエンジン１の抵抗値が第２の所定値よりも低い状態が継続するか否かが判定される。そうして、特定気筒に対応するエンジン１の抵抗値が第２の所定値よりも低い状態が継続したとき（ステップＳ１１でいずれかのカウンタが所定値を超えたとき）には、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、特定気筒において、エンジン１の抵抗値が第２の所定値よりも低い状態が継続することから、例えばバルブの固着故障等によって圧縮漏れが生じている、圧縮不良であると判定する。そうして、ステップＳ１３でカウンタをリセットした後に、ステップＳ１４で、報知手段９２を作動させることにより、異常を乗員に対し報知する。

これに対し、ステップＳ２でエンジン１の始動時でないとして移行したステップＳ１５では、加速要求時であるか否かが判定され、加速要求時であるのＹＥＳのときにはステップＳ１６に移行する一方、加速時でないのＮＯのときにはステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１６では、ＥＣＵ４０に予め記憶されているマップ及び電流プローブ３８による電動過給機３２の駆動電流に従って電動過給機３２が駆動されて、加速アシストが行われる。一方、ステップＳ１７では、定速走行又は減速時であることから電動過給機３２が停止される。

このように、本実施形態に係るエンジンの異常検出装置Ａによると、エンジン１の始動時に電動過給機３２を駆動させることにより、例えばエンジン１の圧縮圧力が低下すると電動過給機３２の駆動電流も低下することになるため、その電動過給機３２の駆動電流値にエンジン１の抵抗が反映されるようになる。その結果、電動過給機３２の駆動電流に基づいてエンジン１の異常が精度良く判定可能になる。

その場合に、検出された駆動電流値が第１の所定値を超えるときには（図２のステップＳ６でＹＥＳのときには）、エンジン全体の抵抗が大幅に高い状態であることに対応するため、この場合は、例えばエンジンスタータ９１の故障車破損等の、エンジン１の始動不能に関連する異常であると判定することが可能になる。

また、検出された駆動電流の波形において、特定気筒に対応するピーク値が第２の所定値を下回るときには（図２のステップＳ８でＹＥＳのときには）、特定気筒の圧縮圧力が低すぎることに対応するため、例えばバルブ８１，８２等の、圧縮圧力に影響を与える部品に関する機械系の異常（例えば圧縮漏れ）の可能性があることを判定可能になる。さらに、この場合において、特定気筒に対応するピーク値が第２の所定値を下回る状態が所定期間継続したときに（図２のステップＳ１１でＹＥＳのときに）、当該特定気筒が圧縮不良に関連する異常であると判定するため、例えばバルブ８１，８２にカーボンが噛み込むこと等により、一時的に圧縮圧力が低下したことを、異常であると誤って判定することが回避され、異常判定精度を向上させることができる。

また、電動過給機３２はエンジン１の始動時にアイドル回転で駆動され、それによって、エンジン１の異常を検出するため、電動過給機３２の回転数を大幅に高めないことによって、エンジン１の始動時における消費電力を抑制しつつ、電動過給機３２の回転数を大幅に低下させないことによって、電動過給機３２の回転が比較的安定することで、駆動電流の検出精度の低下が抑制され、その結果、エンジン１の異常判定精度が向上する。

さらに、エンジン１の異常が判定されたときには、その異常を乗員に対して報知手段９２によって、報知されるため、乗員に異常を認識させることが可能になる。

（他の実施形態）
前記実施形態においては、エンジン１の始動時に、エンジンの異常検出のために電動過給機３２をアイドル回転で駆動させているが、例えば筒内最高圧力の低下させたディーゼルエンジンにおいて、その始動性を向上するために電動過給機３２を駆動させるエンジン１に、本発明を適用することも可能である。この場合は、エンジンの始動時に予め設定された回転数で電動過給機３２を駆動させればよい。このように始動性向上のために電動過給機３２を駆動させることを利用して、エンジン１の異常判定を併せて行うようにしてもよい。

また、前記実施形態は、ディーゼルエンジンを対象としているが、本発明は、電動過給機３２を備えたガソリンエンジンに適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、電動過給機の駆動電流にエンジンの抵抗が反映されるを利用して、圧縮不良等のエンジンの異常を精度良く検出することができるから、電動過給機を備えたエンジンの異常を検出する上で有用である。

本発明の実施形態に係るエンジンの異常検出装置の全体構成図である。 異常検出に係る制御を示すフローチャートである。 電動過給機の駆動電流値の変動の一例を示す説明図である。

符号の説明

１ エンジン
１６ 吸気通路
３２ 電動過給機
３８ 電流プローブ（電流検出手段）
４０ ＥＣＵ（駆動制御手段，異常判定手段）
９１ エンジンスタータ
９２ 報知手段
Ａ エンジンの異常検出装置

Claims (6)

1. エンジンの吸気通路に配設されて吸気を過給する電動過給機と、
   前記電動過給機の駆動電流を検出する電流検出手段と、
   少なくとも前記エンジンの始動時に、前記電動過給機を駆動させる駆動制御手段と、
   前記エンジンの始動時に前記電流検出手段によって検出された前記電動過給機の駆動電流に基づいてエンジンの異常を判定する異常判定手段と、を備えているエンジンの異常検出装置。
2. 請求項１に記載の異常検出装置において、
   前記異常判定手段は、前記検出された駆動電流値が第１の所定値を超えるときに、前記エンジンの始動不能に関連する異常であると判定する異常検出装置。
3. 請求項１に記載の異常検出装置において、
   前記電流検出手段によって検出される駆動電流は、前記エンジンの各気筒に対応して周期的に変動し、
   前記異常判定手段は、前記検出された駆動電流の波形において、特定気筒に対応するピーク値が第２の所定値を下回るときに、当該特定気筒が圧縮不良に関連する異常であると判定する異常検出装置。
4. 請求項３に記載の異常検出装置において、
   前記異常判定手段は、前記特定気筒に対応するピーク値が第２の所定値を下回る状態が所定期間継続したときに、当該特定気筒が圧縮不良に関連する異常であると判定する異常検出装置。
5. 請求項１に記載の異常検出装置において、
   前記駆動制御手段は、前記エンジンの始動時には、前記電動過給機をアイドル回転で駆動させる異常検出装置。
6. 請求項１に記載の異常検出装置において、
   前記異常判定手段によって異常が判定されたときに、その異常を乗員に対して報知する報知手段をさらに備えている異常検出装置。

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