JP2009197618A - エンジン異常検知システム、およびエンジン異常判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス浄化装置を装着したエンジンにおいても、エンジンの異常を確実に検知できるエンジン異常検知システム、およびエンジン異常判定方法を提供すること。
【解決手段】排気ガスを清浄化する排気ガス浄化装置４が装着されたエンジン２の異常を検知するエンジン異常検知システム１であって、排気ガス浄化装置４に対して排気ガスの流れ方向の上流側で排気ガスの黒煙濃度を計測する黒煙濃度計測装置３と、黒煙濃度計測装置３での計測結果に基づいてエンジン２の異常の有無を判定する異常判定手段とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン異常検知システム、およびエンジン異常判定方法に係り、特に、排気ガス浄化装置が取り付けられたエンジンのエンジン異常検知システム、およびエンジン異常判定方法に関する。

従来、エンジンから排出される排気ガスは、そのままマフラーを通して排出されており、エンジンに異常が生じた場合において、マフラーから排出される排気ガスの色を目視確認することでエンジンの異常の有無を判断していた。また、白色ろ紙に排気ガスを通したときの着色度（バッカラッカ指数）から、エンジンの異常を判断することもある。ここでのエンジン異常とは、例えばいずれかのエンジン気筒への燃料噴射が良好に制御されず、不完全燃焼が発生する場合であり、このような場合には異常な黒煙が生じることになる。

一方、近年から問題となっている大気汚染を改善するため、エンジンの排気管途中に排気ガス浄化装置を設けることが知られている。このような排気ガス浄化装置としては、スーツフィルタを備えたものが一般的である。排気ガス浄化装置を装着することで、黒煙のもととなる排気ガス中のパーティキュレート・マター(ＰＭ（Particulate Matter）：粒子状物質）をスーツフィルタにて捕集し、ＰＭが大気中に排出されるのを防止している（例えば、特許文献１）。

特開平１１−３３６５２８号公報

しかしながら、エンジンの排気管途中に排気ガス浄化装置を装着した場合には、エンジンの異常により生成される黒煙のＰＭ等もスーツフィルタで捕集されてしまうため、マフラーから排出される排気ガスは略無色となり、排気ガス自身の色や、ろ紙での無着色度でエンジンの異常の有無を判断できないという問題がある。

本発明の目的は、排気ガス浄化装置を装着したエンジンにおいても、エンジンの異常を確実に検知できるエンジン異常検知システム、およびエンジン異常判定方法を提供することにある。

本発明の請求項１に係るエンジン異常検知システムは、排気ガスを清浄化する排気ガス浄化装置が装着されたエンジンの異常を検知するエンジン異常検知システムであって、前記排気ガス浄化装置に対して排気ガスの流れ方向の上流側で当該排気ガスの黒煙濃度を計測する黒煙濃度計測装置と、前記黒煙濃度計測装置での計測結果に基づいて前記エンジンの異常の有無を判定する異常判定手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係るエンジン異常検知システムは、請求項１に記載のエンジン異常検知システムにおいて、前記黒煙濃度計測装置は、前記排気ガス浄化装置の上流側に接続された排気管から排気ガスを引き込む引込管と、前記引込管で引き込まれた排気ガスの黒煙濃度を計測する計測器と、計測後の排気ガスを前記排気管に戻す戻し管とを備えていることを特徴とする。

本発明の請求項３に係るエンジン異常検知システムは、前記黒煙濃度計測装置は、前記排気ガス浄化装置の上流側に接続された排気管から排気ガスを引き込む引込管と、前記引込管で引き込まれた排気ガスの黒煙濃度を計測する計測器と、計測後の排気ガスを清浄化して外部へ排出する排出部とを備えていることを特徴とする。

本発明の請求項４に係るエンジン異常検知システムは、請求項２または請求項３に記載のエンジン異常検知システムにおいて、前記排気ガス浄化装置は、前記排気管内にドージング燃料を供給する燃料供給装置を備えており、前記排気管と前記引込管との連通部は、前記燃料供給装置によるドージング燃料の供給位置よりも上流側に設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項５に係るエンジン異常検知システムは、請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の異常検知システムにおいて、前記排気管と前記引込管との連通部には、当該排気管内の排気ガスの流れを前記引込管側に切り換える切換弁が設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項６に係るエンジン異常判定方法は、排気ガスを清浄化する排気ガス浄化装置が装着されたエンジンの異常を検知するエンジン異常判定方法であって、前記排気ガス浄化装置に対して排気ガスの流れ方向の上流側で当該排気ガスの黒煙濃度を計測する黒煙濃度計測手順と、前記黒煙濃度計測装置での計測結果に基づいて前記エンジンの異常の有無を判定する異常判定手順とを備えていることを特徴とする。

以上において、請求項１および請求項６の発明によれば、排気ガス浄化装置の排気ガス流れ方向の上流側に黒煙濃度計測装置を設けることで、排気ガス浄化装置で清浄化される前の排気ガスの黒煙濃度を計測できる。従って、異常判定手段により、計測した黒煙濃度に基づいてエンジンの異常の有無を確実に判定できる。

請求項２の発明によれば、引込管によって引き込まれた排気ガスの黒煙濃度を計測器で計測するのであるが、戻し管を設けることにより、計測した排気ガスを戻し管から排気管に戻すことができ、排気ガス中のＰＭをそのまま大気に排出することがない。

請求項３の発明によれば、計測後の排気ガスを清浄化する排出部を設けるため、この排出部を通して清浄化された排気ガスを大気に排出できる。従って、前述のような戻し管を不要にでき、排気系の構造をコンパクトにできる。

請求項４の発明によれば、連通部が燃料供給装置の設置部分よりも上流側に位置していることで、燃料供給装置から噴射されるドージング燃料が引込管内に入ることがないため、ドージング燃料により引込管および計測器の内部を汚すことがないうえ、排気ガス以外の物質が存在しない状態にでき、計測結果に影響を及ぼすことがない。

請求項５の発明によれば、排気管を流れる排気ガスを常時、黒煙計測装置が計測し続けるのではなく、切換弁によって排気ガスの流れを切り換えることで、引込管に排気管中の排気ガスの一部または全部を必要に応じて引き込むことができ、黒煙計測装置にて排気ガスの黒煙濃度を計測できる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態でのエンジン異常検知システム１の全体概略構成を示す模式図である。図１において、本実施形態のエンジン異常検知システム１は、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと称する）２からの排気ガスの黒煙濃度を排気ガス浄化装置４よりも上流側にて計測することで、排気ガス浄化装置４を装着した場合でも、エンジン２の異常を確実に検知するシステムである。

エンジン異常検知システム１は、排気ガスの黒煙濃度を計測する黒煙濃度計測装置３と、黒煙濃度計測装置３から出力された計測信号を増幅する増幅器５と、増幅器５にて増幅した信号に基づいてエンジン２の異常の有無を判断するコントローラ６とで構成される。

初めに、エンジン２には、排気タービン過給機７が取り付けられている。排気タービン過給機７のタービン７１が、エンジン２からの排気ガスにて駆動され、このタービン７１と共に回転するコンプレッサ７２で過給された吸気が図示しないアフタークーラを通って、エンジン２に供給される。また、水冷式のエンジン２では、冷却水がラジエータ８によって冷却される。ラジエータ８への冷却空気は、エンジン２で駆動される冷却ファン９によって送風される。また、エンジン２には、黒煙のもととなるＰＭを捕集し、排気ガスを清浄化する排気ガス浄化装置４が装着されている。

黒煙濃度計測装置３は、一般にオパシメータ（光透過式黒煙計測器）と呼ばれるものであり、排気タービン過給機７のタービン７１側出口と排気ガス浄化装置４とを連通させる排気管１０の途中に設置されている。黒煙濃度計測装置３は具体的に、引込管３１と、戻し管３２と、計測器３３とで構成される。引込管３１は排気管１０の排気タービン過給機７側（排気ガスの流れ方向の上流側）に設けられた連通部としての第１連通部１１で排気管１０と接続され、戻し管３２は排気管１０の排気ガス浄化装置４側（排気ガスの流れ方向の下流側）に設けられた第２連通部１２で排気管１０と接続されている。これにより、排気タービン過給機７のタービン７１側出口から排気された排気ガスを、排気ガス浄化装置４の上流側で排気管１０から引込管３１を介して計測器３３に引き入れることが可能である。引き込まれた排気ガスは、計測器３３にて黒煙濃度が計測され、戻し管３２を通して排気管１０へ戻される。

黒煙濃度計測装置３の計測器３３は、通過する排気ガスに光を透過させて、その透過率から排気ガスの黒煙濃度等を計測し、計測信号を出力するものである。そのため、計測器３３は、投光部３４および受光部３５を備え、投光部３４から受光部３５へ光を照射している。また、計測器３３では、投光部３４および受光部３５が排気ガスにより汚染されることで光の照射の妨げとならないように、外部からの清浄空気（外気）を一種のエアーカーテンとして投光部３４および受光部３５の前面に対して流入させている。流入させた清浄空気は、そのまま外部に流出されるか、または排気ガスと共に戻し管３２から排気管１０に送り込まれる。計測器３３から出力された計測信号は随時、増幅器５へ入力される。

ここで、第１連通部１１には、切換弁１１１が取り付けられている。この構成によると、常時黒煙濃度計測装置３にて排気ガスの黒煙濃度を計測するのではなく、必要に応じて切換弁１１１を操作することで、排気管１０中の排気ガスの一部または全てを引込管３１を通して計測器３３に流し、計測可能である。反対に、計測が不要の時には、切換弁１１１を操作して、計測器３３に排気ガスが流れないようにする。なお、第２連通部１２には、排気管１０から排気ガスが逆流して、戻し管３２側へ流れ込むのを防止する逆止弁を設けてもよい。

排気ガス浄化装置４は、排気ガスの黒煙成分であるＰＭを除去して、清浄化された排気ガスを排出するものであり、黒煙濃度計測装置３に対して排気ガスの流れ方向の下流側に位置している。排気ガス浄化装置４を構成する筒体４０の内部には、排気ガスの流れ方向の上流側に位置する酸化触媒４１と、その下流側に位置してＰＭを捕集するスーツフィルタ４２とが収容されている。このような筒体４０は、マフラーを兼ねている。また、排気ガス浄化装置４は、排気管１０内にドージング燃料（例えば、軽油）を噴射供給する燃料供給装置２０を含んで構成されている。

酸化触媒４１は、上流側の燃料供給装置２０によって供給されたドージング燃料を酸化、発熱させるための触媒である。ドージング燃料を酸化、発熱させることにより、排気ガスの温度を上昇させ、この上昇した排気ガスを利用することで、スーツフィルタ４２に堆積したＰＭを自己燃焼させて焼却除去し、スーツフィルタ４２を再生させる。

スーツフィルタ４２は、詳細な図示を省略するが、多数の小孔を配した構造となっている。小孔は、流入側から流出側に向かって連通しており、その断面は多角形状（例えば、六角形状）に形成されている。小孔としては、流入側で開口して流出側で目封じされたものと、流入側で目封じされて流出側で開口したものとが交互に配置されており、前者の小孔から流入した排気ガスが、境界壁を通過して後者の小孔に抜け、下流側に流出する。そして、その境界壁でＰＭが捕集される。スーツフィルタ４２の材質は、コージュライトや炭化珪素等のセラミックス、または、ステンレスやアルミニウム等の金属からなり、用途に応じて適宜決定される。なお、スーツフィルタ４２の流入側には、酸化触媒４１とは材質の異なる酸化触媒がウォッシュコート等によりコーティングされていてもよい。

燃料供給装置２０は、排気管１０内にドージング燃料を噴霧するためのノズル、およびドージング燃料の流量を制御する流量制御弁等で構成され、第２連通部１２と排気ガス浄化装置４との間に設けられている。燃料供給装置２０が第１連通部１１よりも上流側にあると、ドージング燃料が混ざった排気ガスを計測器３３に流入させることになる場合があり、黒煙濃度計測に支障をきたすため、本実施形態では、燃料供給装置２０の上流側に第１連通部１１を位置させている。また、より好ましくは、本実施形態のように、燃料供給装置２０の上流側に第２連通部１２をも位置させるのがよい。燃料供給装置２０が第２連通部１２よりも上流に位置していると、黒煙濃度の計測中には、排気ガス中にドージング燃料を良好に噴射できないからである。

図２は、コントローラ６を示すブロック図である。本実施形態におけるコントローラ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を搭載したエンジンコントローラユニットで構成され、図示しない燃料噴射装置からエンジン２に対して噴射される燃料噴射量を制御している。また、コントローラ６は、エンジン２が正常な場合の排気ガスの黒煙濃度データ等が記憶されているメモリ６１と、エンジン２の異常を判定する異常判定手段６２と、エンジン２が異常の場合に異常信号を生成し、表示機器５０へ出力する異常信号生成手段６３と、燃料供給装置２０からのドージング燃料供給量等を制御するドージング燃料制御手段６４とを備えている。これらの異常判定手段６２、異常信号生成手段６３、ドージング燃料制御手段６４は、コントローラ６内で処理されるコンピュータプログラムである。

ここで、表示機器５０は、コントローラ６から異常信号を受信すると、例えばモニタ上に警告ランプを点灯させたり、警告メッセージを表示させたり、音声等でオペレータに通知したりするものである。

次に各手段６２，６３，６４の機能について、図３に示すエンジン２の異常を検知するフローも参照しながら説明する。
まず、エンジン２が搭載された車両や発電設備等のオペレータは、所定のタイミングにて切換弁１１１を切り換えて、排気ガスを引込管３１に引き込む。所定のタイミングとは、本実施形態では、例えばエンジン２の運転状態がアイドリング時のように無負荷または低負荷で、かつ低速回転域にある場合である。この場合、切換弁１１１の切り換えをトリガとして黒煙濃度計測装置３が起動し、黒煙濃度の計測を開始するとともに、異常判定手段６２、異常信号生成手段６３が起動する。また、切換弁１１１の切換方法および黒煙濃度計測装置３の起動方法としては、オペレータがそれぞれを手動で行う方法、または１つのスイッチ等により両者の切り換えおよび起動を同時に行う方法もある。

そして、異常判定手段６２は、黒煙濃度計測装置３にて計測した黒煙濃度の計測信号を増幅器５から受信すると（Ｓ１）、メモリ６１を参照し、エンジン２の正常状態での黒煙濃度データを読み出す（Ｓ２）。この後、異常判定手段６２は、計測した黒煙濃度とメモリ６１から読み出した黒煙濃度データとを比較するとともに、計測した黒鉛濃度の方が高い場合には、エンジン２に異常が生じていると判定し、反対に、計測した黒鉛濃度がメモリ６１から読み出した黒煙濃度データよりも低い場合には、エンジン２は正常であると判定する（Ｓ３）。次に、異常信号生成手段６３は、異常判定手段６２がエンジン２に異常が生じていると判定すると、異常信号を生成して表示機器５０へ出力し、オペレータへ点検の必要性を知らせる（Ｓ４）。ここで、Ｓ１およびＳ２は、本発明に係る黒煙濃度計測手順であり、またＳ３は、本発明に係る異常判定手順である。

なおドージング燃料制御手段６４は、排気ガス温度等に基づき、燃料供給装置２０からのドージング燃料の供給時期や、ドージング燃料量を制御している。これによって、排気ガス浄化装置４内にあるスーツフィルタ４２に堆積したＰＭを自己燃焼させ、焼却除去し、スーツフィルタ４２を再生する。スーツフィルタ４２の再生方法については、本発明とは直接関係ないため、ここでの詳細な説明を省略する。

以上、本実施形態によれば、排気管１０の途中に黒煙濃度計測装置３を設置したことで、エンジン２の異常時での排気ガスの黒煙濃度を、排気ガスが排気ガス浄化装置４を通過する前に計測できる。そのため、排気ガス浄化装置４を装着した車両においても、従来と同様にエンジン２の異常を検知できる。

〔第２実施形態〕
図４は、本発明に係る第２実施形態のエンジン異常検知システム１の全体概略構成を示す模式図である。
第１実施形態のエンジン異常検知システム１と異なる構成について、図４を参照して説明する。本実施形態において、黒煙濃度計測装置３は、引込管３１と、計測器３３とで構成され、第１実施形態での戻し管３２の代わりに、ＰＭ捕集用のフィルタ７３が収容された排出部７０を備えている。これによれば、計測器３３を通過した排気ガスは、排出部７０で黒煙成分であるＰＭが除去され、清浄化された排気ガスが大気に排出される。従って、黒煙濃度の計測に際して、排気ガスを排気管１０に戻さなくとも、ＰＭが大気中に放出されるのを防止できる。

本実施形態でも、第１実施形態と同様に、排気ガス浄化装置４の装着したエンジン２において、エンジン２の異常を確実に検知できる。また、計測器３３にフィルタ７３が取り付けられていることで、計測器３３を通過した排気ガスを排気管１０に戻すことなく大気に排出できるため、第１実施形態での戻し管３２を不要にできる。従って、排気管１０の長さを短縮した場合でも、切換弁１１１や燃料供給装置２０等を排気管１０の途中に確実に設置でき、排気系の構造をコンパクトにできる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成などを含み、以下に示すような変形なども本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態のエンジン異常検知システム１には、燃料供給装置２０や酸化触媒４１が設けられたが、スーツフィルタ４２の再生方法の違いによっては、それらを省略してもよい。
また、前記各実施形態では、排気タービン過給機７を用いたが、電動モータで駆動される電動式や、エンジン２の出力で駆動される機械式の過給機を用いてもよい。

さらに、前記各実施形態では、黒煙濃度の計測をオペレータの判断により行っていたが、エンジン２の運転状態がアイドリング時のように無負荷または低負荷で、かつ低速回転域であるかを自動的に判断し、これに基づいて切換弁１１１を自動的に切り換えてもよい。

また、本発明の特にエンジン異常判定方法によれば、前記各実施形態でのコントローラ６として設けられた異常判定手段６２および異常信号生成手段６３は不要であり、省略した場合でも、本発明のエンジン異常判定方法に含まれる。すなわち、オパシメータ等の黒煙濃度計測装置３を排気管１０に対して着脱自在に設けておき、必要に応じて装着して黒鉛濃度を計測し、この計測結果に基づいてオペレータ自身がエンジンの異常の有無を判断してもよい。

本発明は、排気ガス浄化装置を装着したエンジンが搭載された車両や、そのようなエンジンで駆動される発電機を備えた発電設備等に好適に利用できる。

本発明の第１実施形態に係るエンジン異常検知システムの全体概略構成を示す模式図。 前記第１実施形態に係るコントローラのブロック図。 前記第１実施形態に係るエンジンの異常を検知するフローチャート。 本発明の第２実施形態に係るエンジン異常検知システムの全体概略構成を示す模式図。

符号の説明

１…エンジン異常検知システム、２…ディーゼルエンジン（エンジン）、３…黒煙濃度計測装置、４…排気ガス浄化装置、１０…排気管、１１…第一連通部（連通部）、２０…燃料供給装置、３１…引込管、３２…戻し管、３３…計測器、６２…異常判定手段、７０…排出部、１１１…切換弁。

Claims (6)

1. 排気ガスを清浄化する排気ガス浄化装置が装着されたエンジンの異常を検知するエンジン異常検知システムであって、
   前記排気ガス浄化装置に対して排気ガスの流れ方向の上流側で当該排気ガスの黒煙濃度を計測する黒煙濃度計測装置と、
   前記黒煙濃度計測装置での計測結果に基づいて前記エンジンの異常の有無を判定する異常判定手段とを備えている
   ことを特徴とするエンジン異常検知システム。
2. 請求項１に記載のエンジン異常検知システムにおいて、
   前記黒煙濃度計測装置は、
   前記排気ガス浄化装置の上流側に接続された排気管から排気ガスを引き込む引込管と、
   前記引込管で引き込まれた排気ガスの黒煙濃度を計測する計測器と、
   計測後の排気ガスを前記排気管に戻す戻し管とを備えている
   ことを特徴とするエンジン異常検知システム。
3. 請求項１に記載のエンジン異常検知システムにおいて、
   前記黒煙濃度計測装置は、
   前記排気ガス浄化装置の上流側に接続された排気管から排気ガスを引き込む引込管と、 前記引込管で引き込まれた排気ガスの黒煙濃度を計測する計測器と、
   計測後の排気ガスを清浄化して外部へ排出する排出部とを備えている
   ことを特徴とするエンジン異常検知システム。
4. 請求項２または請求項３に記載のエンジン異常検知システムにおいて、
   前記排気ガス浄化装置は、前記排気管内にドージング燃料を供給する燃料供給装置を備えており、
   前記排気管と前記引込管との連通部は、前記燃料供給装置によるドージング燃料の供給位置よりも上流側に設けられている
   ことを特徴とするエンジン異常検知システム。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の異常検知システムにおいて、
   前記排気管と前記引込管との連通部には、当該排気管内の排気ガスの流れを前記引込管側に切り換える切換弁が設けられている
   ことを特徴とするエンジン異常検知システム。
6. 排気ガスを清浄化する排気ガス浄化装置が装着されたエンジンの異常を検知するエンジン異常判定方法であって、
   前記排気ガス浄化装置に対して排気ガスの流れ方向の上流側で当該排気ガスの黒煙濃度を計測する黒煙濃度計測手順と、
   前記黒煙濃度計測装置での計測結果に基づいて前記エンジンの異常の有無を判定する異常判定手順とを備えている
   ことを特徴とするエンジン異常判定方法。

Images