JP2009243369A - 排気ガス監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスの排出状態を監視することで、適切な対策を行う排気ガス監視装置を提供する。
【解決手段】車両の排気ガス通路内に、排気ガスの透明度を検出する煙センサ１８を配置し、ＥＣＵ１９は、煙センサ１８により検出された不透明度が所定の閾値を超えると、すなわち透明度が閾値以下に低下すると車両の乗員に対して警告を行うように制御する。乗員は、車両が不透明な排気ガスを排出しながら走行していることを認識でき、必要に応じて修理を行う等の措置を講じれば、走行中に有害な物質を排出し続けたり、歩行者や他車両の乗員等に不快感を与え続けてしまう事態を回避できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の排気ガスの状態を監視する装置に関する。

現在、車両メーカは、各国の排ガス規制を達成するためにあらゆる技術を適用している。しかしながら、過去に製造された自動車や、排ガス規制をクリアした車両においても、白煙や黒煙を伴う状態の排気ガスを出しながら走行している場合が多く見られる。これは、マフラーに水が溜まっていたり、ピストンリングの摩耗やインジェクタによる燃料噴射量の変化であったり、Ｏ２センサの異常などによりエンジンシリンダ内の燃焼状態が変化していることが原因である場合が多い。これらは故障に近い状態ではあるが、走行には支障を来たさないことから、殆どはそのまま放置されているのが現状である。

ところが、上記の状態では、正常な車両よりも数倍〜数１０倍の有害な排気ガスを出していることも考えられるため、排ガス規制が有名無実化するおそれがあり、また、他の車両の運転者や歩行者などに不快感を与えてしまう。
例えば、特許文献１には、従来一般的に行われている、混合気の空燃比制御や、排気ガス中に導入する二次空気量制御を行うために、排気ガス中のガス成分不透明度変化を検出するガスセンサが開示されている。
特開昭５４−１９００２号公報

しかしながら、上述したように、排気ガスが排出されている状態を監視し、その監視結果に基づいて対策を行う技術は存在しなかった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気ガスの排出状態を監視することで、適切な対策を行う排気ガス監視装置を提供することにある。

請求項１記載の排気ガス監視装置によれば、車両の排気ガス通路内に、排気ガスの透明度を検出するガスセンサを配置し、制御手段は、ガスセンサにより検出された透明度が所定の閾値以下に低下すると、車両の乗員に対して警告を行うように制御する。このように構成すれば、乗員は、車両が不透明な排気ガスを排出しながら走行していることを認識できるので、必要に応じて修理を行う等の措置を講ずることができる。

請求項２記載の排気ガス監視装置によれば、制御手段は、透明度の低下度合いに応じて警告の態様を変化させるので、車両の乗員は、その警告の態様により現在の排気ガスの状態を推定できる。

請求項３記載の排気ガス監視装置によれば、制御手段は、透明度が閾値以下に低下すると、排気ガスの透明度が向上するように車両の走行状態を制限する。すなわち、排気ガスの透明度が低下した原因によっては、車両の走行状態を制限すれば透明度を向上させることができる場合があるので、透明度を一時的に改善できる。

請求項４記載の排気ガス監視装置によれば、制御手段は、エンジンの燃料噴射量を制限することで車両の走行状態を制限する。このように構成すれば、エンジンで燃焼される燃料を減らすことにより、排気ガスの透明度を向上させることができる。

請求項５記載の排気ガス監視装置によれば、制御手段は、エンジンにおける燃料噴射タイミングを調整して車両の走行状態を制限し、排気ガスの透明度を向上させることができる。

請求項６記載の排気ガス監視装置によれば、制御手段は、エンジンにおける燃料と空気との混合率を調整して車両の走行状態を制限し、排気ガスの透明度を向上させることができる。

請求項７記載の排気ガス監視装置によれば、制御手段は、排気ガスの透明度が閾値以下に低下すると、その後のエンジン始動回数が所定回数を超えた場合は、エンジンの始動を禁止する。すなわち、乗員に対して警告を複数回行った場合でも、排気ガスの状態が改善されることなく車両が繰り返し運転された場合には、積極的に改善を行う意思がないと推定される。したがって、エンジンの始動を禁止して、車両の修理を行わせる方向により強く誘導することができる。

請求項８記載の排気ガス監視装置によれば、制御手段は、排気ガスの透明度が閾値以下に低下すると、その後の車両の走行距離が所定の距離数を超えた場合は、エンジンの始動を禁止する。すなわち、この場合も請求項８と同様に、乗員を車両の修理を行わせる方向に誘導することができる。

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。図１は、ディーゼルエンジン制御システムの構成を示す機能ブロック図である。図中の左上から取込まれた空気の流入速度は、ＶＧＴ（Variable Geometry Turbo）部１におけるエアフローメータ２により検出されると、ターボ用の羽根車３Ａ，インタークーラ４を介してエンジン５に供給される。その供給経路には、吸気圧センサ６や、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）部７のＥＧＲバルブ８が配置されている。ＥＧＲバルブ８は、排気経路より分流させた配置器の一部を、ＥＧＲクーラ９を介して導入するためのバルブである。

エンジン５に対しては、ＣＲＳ（Common Rail System）部１０のコモンレール１１より、ポンプ１２で加圧された高圧燃料が、インジェク１３を介して噴射される。エンジン５からの排気は、ターボ用の羽根車３Ｂ及びＶＧＴアクチュエータ１４により制御されるべーン１５を経由して後処理部１６に至る。後処理部１６では、酸化触媒を含むＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１７により排気処理が行われた後、排気ガスが車外に排気されるが、排気経路の途中に煙センサ１８が配置されている。

煙センサ（ガスセンサ）１８は、例えば透過型フォトセンサとして構成され、スモークチャンバ内を通過する排気ガスに対して赤外光ＬＥＤによる投光を行い、その光をフォトトランジスタで受光して電圧信号を出力する。この受光強度から、排気ガスの透過度，不透明度を得ることができる（すなわち、受光強度が低い場合は不透明度が高い＝透明度，透過性が低い）。

煙センサ１８より出力されるセンサ信号は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１９に与えられている。ＥＣＵ１９（制御手段）には、その他の各センサによるセンサ信号等が入力され、ＥＧＲ部７やＣＲＳ部１０を含むディーゼルエンジン制御システムの全体を統括的に制御する。また、煙センサ１８とＥＣＵ１９とが、排気ガス監視装置２０を構成している。

次に、本実施例の作用について図２乃至図４も参照して説明する。図２及び図３は、ＥＣＵ１９による制御内容を、本発明の要旨に係る部分について示すフローチャートである。ＥＣＵ１９は、先ず図３に示す異常診断処理を行うが（ステップＳ１）、この処理については後述する。続くステップＳ２は、エンジン５が始動された後所定時間（例えば１０分程度）が経過するまで待機した後、煙センサ１８が出力するセンサ信号を参照する（ステップＳ３）。

続いて、ＥＣＵ１９は、煙センサ１８のセンサ信号から排気ガスの透過度（不透明度）を求め、予め定めた複数の閾値と比較した結果に応じて正常／異常を診断判定する（ステップＳ４）。正常と判定した場合は（ステップＳ５）、後述する異常診断フラグをリセットした後（ステップＳ６）ステップＳ３に戻る。一方、異常と判定した場合は（ステップＳ７）、車両のインストルメントパネルに配置される警告ランプを点灯させてドライバに警告を行う（ステップＳ８）。

図４は、ステップＳ４における判定内容を説明するものである。排ガス透過度の閾値を、複数例えば３段階で設定する（閾値１〜３）。図４（ａ）＜ＣＡＳＥ１＞は、一定時間内で閾値１〜３を所定回数超えた場合であり、このパターンは、急加速，急減速を短時間内に繰り返した場合などに発生し易く、ピークレベルが変動し、閾値３を超える黒煙と、閾値１を超えて閾値２程度までの白煙とが混在した状態にある。ステップＳ４でこのパターンを検出した場合は、「制限レベル２」を設定する。

図４（ｂ）＜ＣＡＳＥ２＞は、一定時間内で閾値１を超え続ける場合であり、このパターンは、白煙を発生していることが多い。原因としては、マフラーに水がたまっていたり、車両が高地や熱帯地方，冷帯地方で運転された場合（車両に対して各地方に応じたチューニングが行われていない場合）、或いはピストンリングが摩耗していたり、Ｏ２センサの異常による燃焼形態の変化等が想定される。ステップＳ４でこのパターンを検出した場合は、「制限レベル１」を設定する。
図４（ｃ）＜ＣＡＳＥ３＞は、一定時間内で閾値３を超え続ける場合であり、このパターンは、黒煙を発生していることが多い。原因としては、比較的古いディーゼルエンジン車両がＰＭを発生している状態であったり、経年変化による燃焼形態の変化等が想定される。ステップＳ４でこのパターンを検出した場合は、「制限レベル３」を設定する。

再び、図２を参照する。ステップＳ８における警告ランプの点灯は、上記の制限レベル１〜３に応じて異なる態様とする。例えば点灯色を変更したり、点滅状態を変化させるなどする。続くステップＳ９では、異常が判定されたことを示す異常診断フラグをＲＡＭ等に用意したフラグ格納領域にセットすると、そのフラグのセット時点から、車両の走行距離の積算と、エンジン始動回数のカウントを開始する（ステップＳ１０）。

以降のステップＳ１１〜Ｓ１７は、排気ガスの不透明度を低下させるように車両の運転状態に制限を加える処理である。ＥＣＵ１９は、先ず、制限運転を行うために予め用意した（ＲＯＭ等に記憶させてある）圧力マップを参照して燃料噴射圧を決定し（ステップＳ１１）、同じく予め用意した噴射量マップを参照して（ステップＳ１２）最適な燃料噴射量と噴射時期等を決定する（ステップＳ１３）。

それから、エンジン５のトルク変化量を決定すると（ステップＳ１４）、トルク補間係数又はトルク変化に対する噴射量マップを参照し（ステップＳＳ１５）、ステップＳ１３での決定を元に最適な噴射量等を改めて決定する（ステップＳ１６）。更に、その決定量に応じて必要となる空気／燃料の混合率（Ａ／Ｆ率）を決定する（ステップＳ１７）。そして、上記の各決定量にしたがって随時エンジン制御を行う。それから、ステップＳ３に戻り、排気ガスの透過度を検知する。排気ガスの透明度が低下した原因によっては、これらの制御により、透明度を向上させることができる場合がある。

尚、エンジン５が排気ガスを排出した時点から、煙センサ１８によってそのガスの透過度が検知されるまでには、所定のタイムラグがある。そして、ＣＡＳＥ１のように急加速，急減速を短時間内に繰り返すことで白煙，黒煙が出易い場合については、上記のタイムラグによる検出遅れにより精度が低下するのを防止するため、ＥＣＵ１９が最初の段階でＣＡＳＥ１である可能性が高い兆候を認定した場合には、煙センサ１８の参照間隔をより狭めるようにしても良い。

図３は、以上のようにして図２に示す処理を１通り実行した後、ステップＳ１で行われる異常診断処理の詳細を示すフローチャートである。先ず、異常診断フラグがセットされているか否かを判断し（ステップＳ２１）、当該フラグがセットされていなければ（ＮＯ）そのままリターンする。一方、当該フラグがセットされている場合は（ＹＥＳ）、設定された制限レベルが１〜３の何れであるかを判断する（ステップＳ２２）。

制限レベル１の場合、ＥＣＵ１９は、異常診断フラグがセットされた時点から積算した走行距離が１０００ｋｍ以上となったか、又はエンジン始動回数が１００回に達したか否かを判断し（ステップＳ２３）、何れか一方の条件を満たす場合は（ＹＥＳ）エンジン５の始動を禁止する（ステップＳ２６）。また、何れの条件も満たさない場合は（ＮＯ）そのままリターンする。
同様に、制限レベル２の場合は、ステップＳ２４において積算走行距離が３００ｋｍ以上となったか、又はエンジン始動回数が５０回に達したか否かを判断し、制限レベル３の場合は、ステップＳ２５において積算走行距離が１００ｋｍ以上となったか、又はエンジン始動回数が１０回に達したか否かを判断して、「ＹＥＳ」の場合はステップＳ２６に移行する。

すなわち、異常が判定されて警告が行われたにも関わらず、ドライバが車両の修理点検を怠りそのまま走行を続けている場合は、積極的に改善を行う意思がないものと推定される。そこで、排気ガスの状態が白煙を含む場合（制限レベル１），白煙と黒煙とが混合されている場合（制限レベル２），略黒煙のみの場合（制限レベル３）のそれぞれに応じて、車両の積算走行距離やエンジン始動回数が相当程度に達するとエンジンの始動を禁止することで、ドライバに車両の点検修理をより強く促すようにする。
制限レベル１の場合はマフラーの水抜きや、走行地に応じたチューニング、ピストンリングやＯ２センサ等の交換を行う。制限レベル２，３の場合は、ＤＰＦを追加したり、可能であれば、最新の燃焼制御を行うＥＣＵに交換してバージョンアップを図るようにすれば良い。

以上のように本実施例によれば、車両の排気ガス通路内に、排気ガスの不透明度を検出する煙センサ１８を配置し、ＥＣＵ１９は、煙センサ１８により検出された不透明度が所定の閾値を超えると、すなわち透明度が閾値以下に低下すると車両の乗員に対して警告を行うように制御するので、乗員は、車両が白煙や黒煙を含む排気ガスを排出しながら走行していることを認識でき、必要に応じて修理を行う等の措置を講ずることができる。それにより、走行中に、有害な物質を排出し続けたり、歩行者や他車両の乗員等に不快感を与え続けてしまう事態を回避できる。また、ＥＣＵ１９は、透明度の低下度合いに応じて警告の態様を変化させるので、乗員は、その警告の態様により現在の排気ガスの状態を推定できる。

更に、ＥＣＵ１９は、透明度が閾値以下に低下すると、排気ガスの透明度が向上するように車両の走行状態を制限する。具体的には、エンジン５の燃料噴射量を制限したり、エンジン５に対する燃料噴射タイミングを調整したり、Ａ／Ｆ率を調整するので、排気ガスの透明度が低下した原因によっては、排気ガスの透明度を一時的に向上させることができる。
加えて、ＥＣＵ１９は、排気ガスの透明度が閾値以下に低下すると、その後のエンジン始動回数が所定回数を超えた場合、又は車両の積算走行距離が所定の距離数を超えた場合はエンジン５の始動を禁止するので、車両の修理を行わせる方向により強く誘導することができる。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
閾値の設定は、１段階，２段階，又は４段階以上であっても良い。また、閾値が１段階だけの場合でも、図４（ａ）：ＣＡＳＥ１の判定を同様に行うことができる。
警告の態様を変化させる制御は、必要に応じて行うようにすれば良い。
ガスセンサに反射型のセンサを用いて、透明度を直接的に検出しても良い。
警告は、例えば「黒煙を排出した状態で走行しています。直ちに車両の点検修理を行ってください」といったような音声によるメッセージを出力させても良い。
車両の走行状態を制限する場合、燃料噴射の制限，燃料噴射タイミングの調整，Ａ／Ｆ率の調整を、適宜選択したり組み合わせて実施すれば良い。また、これらに限ることなく、その他の手段を用いても良い。

更に、車両の走行状態を制限する制御は、必要に応じて行えば良い。
エンジンの始動を禁止する制御は、走行距離とエンジン始動回数との何れか一方のみを監視して行っても良い。
また、エンジンの始動を禁止する制御は、必要に応じて行えば良い。
コモンレールシステムを採用したディーゼルエンジン車両に限ることはない。更に、ディーゼルエンジン車両に限ることなく、ガソリンエンジン車両に適用しても良い。

本発明の一実施例であり、ディーゼルエンジン制御システムの構成を示す機能ブロック図 ＥＣＵによる制御内容を要旨に係る部分について示すフローチャート ステップＳ１における異常診断処理の詳細を示すフローチャート ステップＳ４における判定内容を説明する図

符号の説明

図面中、５はエンジン、１８は煙センサ（ガスセンサ）、１９はＥＣＵ（制御手段）、２０は排気ガス監視装置を示す。

Claims (8)

1. 車両の排気ガス通路内に配置され、前記排気ガスの透明度を検出するガスセンサと、
   このガスセンサにより検出された透明度が所定の閾値以下に低下すると、車両の乗員に対して警告を行うように制御する制御手段とを備えることを特徴とする排気ガス監視装置。
2. 前記制御手段は、前記透明度の低下度合いに応じて、前記警告の態様を変化させることを特徴とする請求項１記載の排気ガス監視装置。
3. 前記制御手段は、前記透明度が前記閾値以下に低下すると、前記排気ガスの透明度が向上するように前記車両の走行状態を制限することを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス監視装置。
4. 前記制御手段は、エンジンにおける燃料噴射量を制限することを特徴とする請求項３記載の排気ガス監視装置。
5. 前記制御手段は、エンジンにおける燃料噴射タイミングを調整することを特徴とする請求項３又は４記載の排気ガス監視装置。
6. 前記制御手段は、エンジンにおける燃料と空気との混合率を調整することを特徴とする請求項３ないし５の何れかに記載の排気ガス監視装置。
7. 前記制御手段は、前記透明度が前記閾値以下に低下すると、その後のエンジン始動回数が所定回数を超えた場合は、エンジンの始動を禁止することを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の排気ガス監視装置。
8. 前記制御手段は、前記透明度が閾値以下に低下すると、その後の車両の走行距離が所定の距離数を超えた場合は、エンジンの始動を禁止することを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の排気ガス監視装置。

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