JP2015017524A - 排気ブレーキの故障診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気ブレーキの作動不良を検出することができ、パティキュレートフィルタ再生や選択還元型触媒のための尿素水の解凍に必要な排気温度上昇を確実に行い得る排気ブレーキの故障診断装置を提供する。【解決手段】排気ブレーキ作動前後の燃料噴射量の変化量の絶対値αと、排気ブレーキ作動前後の吸入空気量の変化量の絶対値βとに基づき、燃料噴射量の変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値以上で且つ吸入空気量の変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値以上であるときに排気ブレーキが正常に作動していると判定し、燃料噴射量の変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値未満で且つ吸入空気量の変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値未満であるときに、排気ブレーキに作動不良が生じていると判定する。【選択図】図２
Description
本発明は、排気ブレーキの故障診断装置に関するものである。
従来、ディーゼルエンジンの排気管の途中に後処理装置を装備して排気浄化を図ることが行われており、この種の後処理装置としては、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集するパティキュレートフィルタや、酸素共存下でも選択的にＮＯx（窒素酸化物）を還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒が知られている。
前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックで製作された多孔質ハニカム構造のフィルタ本体を主構成とし、該フィルタ本体における格子状に区画された各流路の入口が栓体により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が栓体により目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排ガスのみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁の内側表面にパティキュレートが捕集されるようになっている。そして、排ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要がある。
一方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニアを用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し問題があるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている。即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排ガス中に添加すれば、該排ガス中で尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。尚、尿素水は−１３．５［℃］以下で凍ってしまうため、寒冷地での使用を想定した車両については、尿素水タンク内や尿素水供給ラインの途中で凍りついた尿素水を解凍する対策を施す必要がある。このため、前記尿素水タンクや尿素水供給ラインの外周に、内部にエンジンクーラントが流通するクーラント配管を巻き付け、該クーラント配管内を流通するクーラントを昇温させることにより、前記凍りついた尿素水を解凍することが行われている。
そして、前記後処理装置としてのパティキュレートフィルタの再生や選択還元型触媒のための尿素水の解凍を行うために、アイドリング時に排気絞り手段にて排気流量を絞り込むことにより、該排気絞り手段より上流側の排ガスを昇圧させることで排気温度を上昇させることが行われている。更に、排気抵抗を高めることにより、気筒内に比較的温度の低い吸入空気を流入し難くさせて比較的温度の高い排ガスの残留量を増加せしめ、この比較的温度の高い排ガスを多く含む気筒内の空気を次の圧縮行程で圧縮して爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上昇を図ると共に、これに伴うディーゼルエンジンの暖機運転により前記クーラントを昇温させることが行われている。前記排気絞り手段としては、通常、排気管の途中に設けられる排気ブレーキが利用されている。
ここで、仮に前記排気絞り手段としての排気ブレーキが閉じ過ぎていると、負荷が高くなり過ぎてディーゼルエンジンがうまく回らなくなり、逆に開き過ぎていると、排気温度を上昇させることができなくなるため、前記排気絞り手段としての排気ブレーキによる負荷の増加が適切であるか否かを判断することは非常に重要となっている。
尚、前記排気ブレーキによる負荷の増加が適切であるかを判断する装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
ところで、近年においては、車両の排ガス対策システムにおける故障発生の有無を監視し、故障発生時には警告灯を点灯させたり、或いはブザー音を鳴らしたりすることにより、運転者に故障の発生箇所や内容を報知すると共に、故障内容に応じたコードを記録しておく、いわゆる車載式故障診断装置（ＯＢＤ：On-Board Diagnosis）を装備することが各国で義務付けられている。
しかしながら、現状の車載式故障診断装置では、万一、前記排気ブレーキの作動部に異物が噛み込む等して開のまま固着し、パティキュレートフィルタの再生や選択還元型触媒のための尿素水の解凍が行えなくなってしまったような場合、それを検知することは困難となっているため、該排気ブレーキの作動不良の診断を実施できるようにすることが求められている。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、排気ブレーキの作動不良を検出することができ、パティキュレートフィルタ再生や選択還元型触媒のための尿素水の解凍に必要な排気温度上昇を確実に行い得る排気ブレーキの故障診断装置を提供しようとするものである。
本発明は、エンジンの排気管途中に設けられる排気浄化用の後処理装置をアイドリング時に所要温度に昇温させるよう排気流量を絞り込む排気ブレーキの故障診断装置であって、
前記排気ブレーキ作動前後の燃料噴射量の変化量の絶対値と、前記排気ブレーキ作動前後の吸入空気量の変化量の絶対値とに基づき、前記燃料噴射量の変化量の絶対値が燃料噴射変化量閾値以上で且つ前記吸入空気量の変化量の絶対値が吸入空気変化量閾値以上であるときに排気ブレーキが正常に作動していると判定し、前記燃料噴射量の変化量の絶対値が燃料噴射変化量閾値未満で且つ前記吸入空気量の変化量の絶対値が吸入空気変化量閾値未満であるときに、前記排気ブレーキに作動不良が生じていると判定する診断回路を備えたことを特徴とする排気ブレーキの故障診断装置にかかるものである。
前記排気ブレーキ作動前後の燃料噴射量の変化量の絶対値と、前記排気ブレーキ作動前後の吸入空気量の変化量の絶対値とに基づき、前記燃料噴射量の変化量の絶対値が燃料噴射変化量閾値以上で且つ前記吸入空気量の変化量の絶対値が吸入空気変化量閾値以上であるときに排気ブレーキが正常に作動していると判定し、前記燃料噴射量の変化量の絶対値が燃料噴射変化量閾値未満で且つ前記吸入空気量の変化量の絶対値が吸入空気変化量閾値未満であるときに、前記排気ブレーキに作動不良が生じていると判定する診断回路を備えたことを特徴とする排気ブレーキの故障診断装置にかかるものである。
前記排気ブレーキの故障診断装置においては、前記診断回路は、前記燃料噴射量の変化量の絶対値が燃料噴射変化量閾値以上で且つ前記吸入空気量の変化量の絶対値が吸入空気変化量閾値未満であるときに診断を行わない第一診断回避領域と、前記燃料噴射量の変化量の絶対値が燃料噴射変化量閾値未満で且つ前記吸入空気量の変化量の絶対値が吸入空気変化量閾値以上であるときに診断を行わない第二診断回避領域とを設定することが、誤判定を避ける上で好ましい。
本発明の排気ブレーキの故障診断装置によれば、排気ブレーキの作動不良を検出することができ、パティキュレートフィルタ再生や選択還元型触媒のための尿素水の解凍に必要な排気温度上昇を確実に行い得るという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１〜図４は本発明の排気ブレーキの故障診断装置の実施例であって、図示しているディーゼルエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３を通して清浄化された空気４が吸気管５を介し吸入空気として前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４がインタークーラ６へ送られて冷却され、該インタークーラ６で冷却された空気が図示しないインテークマニホールドへ導かれてディーゼルエンジン１の各シリンダに導入されるようになっている。
前記ディーゼルエンジン１の各シリンダから排出される排ガス７はエキゾーストマニホールド８を介して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送られ、該タービン２ｂを駆動した排ガス７が排気管９を介して車外へ排出されるようになっている。
前記排ガス７が流通する排気管９の途中には、排気浄化用の後処理装置をアイドリング時に所要温度に昇温させるよう排気流量を絞り込む排気絞り手段としての排気ブレーキ１０と、ケーシング１１により抱持された後処理装置としてのパティキュレートフィルタ１２と、ケーシング１３により抱持された後処理装置としての選択還元型触媒１４とが装備されている。尚、前記パティキュレートフィルタ１２は、コージェライト等のセラミックスから成る多孔質のハニカム構造で、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排ガス７のみが下流側へ排出されるようになっている。又、前記選択還元型触媒１４は、例えば、フロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。
更に、尿素水１５が貯留される尿素水タンク１６から延ばした尿素水供給ライン１７の途中には、尿素水タンク１６の尿素水１５を圧送する供給ポンプ１８と、該供給ポンプ１８によって圧送される尿素水１５の圧力を調整するレギュレータ１９と、該レギュレータ１９によって圧力が調整された尿素水１５を添加ノズル２０から選択還元型触媒１４の上流側における排気管９内へ噴射するインジェクタ２１とが設けられている。
そして、本実施例の場合、前記ディーゼルエンジン１に取り付けられている燃料ポンプ２２には、燃料噴射量２３ａを検出する燃料噴射量検出器２３を設けると共に、前記吸気管５途中には、吸入空気量２４ａを検出する吸入空気量検出器２４を設け、前記燃料噴射量検出器２３で検出された燃料噴射量２３ａと前記吸入空気量検出器２４で検出された吸入空気量２４ａとを診断回路２５へ入力するようにしてある。
前記診断回路２５は、図２及び図３に示す如く、前記排気ブレーキ１０作動前後の燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値
α＝｜Ｆ２−Ｆ１｜
但し、Ｆ１：排気ブレーキ１０作動前の燃料噴射量
Ｆ２：排気ブレーキ１０作動後の燃料噴射量
と、前記排気ブレーキ１０作動前後の吸入空気量２４ａの変化量の絶対値
β＝｜Ａ２−Ａ１｜
但し、Ａ１：排気ブレーキ１０作動前の吸入空気量
Ａ２：排気ブレーキ１０作動後の吸入空気量
とに基づき、前記燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値α０以上（α≧α０）で且つ前記吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値β０以上（β≧β０）であるときに排気ブレーキ１０が正常に作動していると判定し、前記燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値α０未満（α＜α０）で且つ前記吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値β０未満（β＜β０）であるときに、前記排気ブレーキ１０に作動不良が生じていると判定するよう構成してある。
α＝｜Ｆ２−Ｆ１｜
但し、Ｆ１：排気ブレーキ１０作動前の燃料噴射量
Ｆ２：排気ブレーキ１０作動後の燃料噴射量
と、前記排気ブレーキ１０作動前後の吸入空気量２４ａの変化量の絶対値
β＝｜Ａ２−Ａ１｜
但し、Ａ１：排気ブレーキ１０作動前の吸入空気量
Ａ２：排気ブレーキ１０作動後の吸入空気量
とに基づき、前記燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値α０以上（α≧α０）で且つ前記吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値β０以上（β≧β０）であるときに排気ブレーキ１０が正常に作動していると判定し、前記燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値α０未満（α＜α０）で且つ前記吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値β０未満（β＜β０）であるときに、前記排気ブレーキ１０に作動不良が生じていると判定するよう構成してある。
又、前記診断回路２５は、図４に示す如く、前記燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値α０以上（α≧α０）で且つ前記吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値β０未満（β＜β０）であるときに診断を行わない第一診断回避領域Ｒ１と、前記燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値α０未満（α＜α０）で且つ前記吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値β０以上（β≧β０）であるときに診断を行わない第二診断回避領域Ｒ２とを設定している。
尚、前記燃料噴射量２３ａや吸入空気量２４ａは、本実施例のように実測値を用いる代わりに、図示していないエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ）から出力される指令値を用いることも可能である。
次に、上記実施例の作用を説明する。
ディーゼルエンジン１のアイドリング時に排気絞り手段としての排気ブレーキ１０の作動要求が出力されると、該排気ブレーキ１０作動前後の燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値α（＝｜Ｆ２−Ｆ１｜）と、前記排気ブレーキ１０作動前後の吸入空気量２４ａの変化量の絶対値β（＝｜Ａ２−Ａ１｜）とが診断回路２５において求められる。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す如く、前記燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値α０以上（α≧α０）で且つ前記吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値β０以上（β≧β０）であるときには、前記診断回路２５において、排気ブレーキ１０が正常に作動していると判定される。
一方、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す如く、前記燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値α０未満（α＜α０）で且つ前記吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値β０未満（β＜β０）であるときには、前記診断回路２５において、前記排気ブレーキ１０に作動不良が生じていると判定される。
ここで、車両に搭載された空調機のエアコンプレッサ等の補機を作動させている状態から停止した際、そのタイミングが前記排気ブレーキ１０のＯＮ動作と偶然一致した場合、該排気ブレーキ１０の作動によるエンジン負荷の増加分が、前記補機の作動を停止したことによるエンジン負荷の低下分により相殺され、これに伴い、燃料噴射量２３ａの増加幅が図２（ａ）中、仮想線で示す如く、見かけ上、ごく僅かとなる。仮に、前記排気ブレーキ１０作動前後の燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αのみを単独で監視しているとすると、このようなケースでは前記排気ブレーキ１０が正常に作動しているにもかかわらず、該排気ブレーキ１０に作動不良が生じていると誤判定されることになる。
又、前記エアコンプレッサ等の補機用の空気を吸気管５の吸入空気量検出器２４より下流側から取り出すディーゼルエンジン１の場合、前記補機の作動時には、該補機に取られる分の空気を余計に吸入する必要がある。このため、前述とは逆に、前記補機を停止させている状態から作動させた際、そのタイミングが前記排気ブレーキ１０のＯＮ動作と偶然一致した場合、補機に取られる分の空気が吸気管５を余計に流れ、該排気ブレーキ１０の作動により排気抵抗を高めることで気筒内に吸入空気を流入し難くさせたことに伴う吸入空気量２４ａの減少幅が図２（ｂ）中、仮想線で示す如く、見かけ上、ごく僅かとなる。仮に、前記排気ブレーキ１０作動前後の吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βのみを単独で監視しているとすると、このようなケースでは前記排気ブレーキ１０が正常に作動しているにもかかわらず、該排気ブレーキ１０に作動不良が生じていると誤判定されることになる。
更に、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す如く、実際に前記排気ブレーキ１０に作動不良が生じているときに、前記補機を停止させている状態から作動させた際、そのタイミングが前記排気ブレーキ１０のＯＮ動作と偶然一致した場合、前記補機を作動させたことによるエンジン負荷の増加に伴う燃料噴射量２３ａの増加幅が図３（ａ）中、仮想線で示す如く、見かけ上、上乗せされる形となる。仮に、前記排気ブレーキ１０作動前後の燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αのみを単独で監視しているとすると、このようなケースでは前記排気ブレーキ１０に作動不良が生じているにもかかわらず、該排気ブレーキ１０が正常に作動していると誤判定されることになる。
又、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す如く、実際に前記排気ブレーキ１０に作動不良が生じているときに、前記補機を作動させている状態から停止した際、そのタイミングが前記排気ブレーキ１０のＯＮ動作と偶然一致した場合、前記補機に取られていた分の空気が吸気管５を余計に流れなくなることに伴い、吸入空気量２４ａの減少幅が図３（ｂ）中、仮想線で示す如く、見かけ上、拡がる形となる。仮に、前記排気ブレーキ１０作動前後の吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βのみを単独で監視しているとすると、このようなケースでは前記排気ブレーキ１０に作動不良が生じているにもかかわらず、該排気ブレーキ１０が正常に作動していると誤判定されることになる。
しかしながら、本実施例では、前記排気ブレーキ１０作動前後の燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αと、前記排気ブレーキ１０作動前後の吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βの両方を監視しているため、前記排気ブレーキ１０が正常に作動しているか、或いは前記排気ブレーキ１０に作動不良が生じているかを確実に判定することが可能となる。
しかも、前記診断回路２５には、図４に示す如く、前記燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値α０以上（α≧α０）で且つ前記吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値β０未満（β＜β０）であるときに診断を行わない第一診断回避領域Ｒ１が設定されているため、前記補機を停止させている状態から作動させた際の吸入空気量２４ａの減少幅の縮小（図２（ｂ）参照）や燃料噴射量２３ａの増加幅の拡張（図３（ａ）参照）に伴う誤判定を避けることが可能となる。
又、前記診断回路２５には、図４に示す如く、前記燃料噴射量２３ａの変化量の絶対値αが燃料噴射変化量閾値α０未満（α＜α０）で且つ前記吸入空気量２４ａの変化量の絶対値βが吸入空気変化量閾値β０以上（β≧β０）であるときに診断を行わない第二診断回避領域Ｒ２とが設定されているため、前記補機を作動させている状態から停止した際の燃料噴射量２３ａの増加幅の縮小（図２（ａ）参照）や吸入空気量２４ａの減少幅の拡張（図３（ｂ）参照）に伴う誤判定を避けることが可能となる。
こうして、排気ブレーキ１０の作動不良を検出することができ、パティキュレートフィルタ１２の再生や選択還元型触媒１４のための尿素水１５の解凍に必要な排気温度上昇を確実に行い得る。
尚、本発明の排気ブレーキの故障診断装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ ディーゼルエンジン（エンジン）
４ 空気（吸入空気）
７ 排ガス
９ 排気管
１０ 排気ブレーキ
１２ パティキュレートフィルタ（後処理装置）
１４ 選択還元型触媒（後処理装置）
２３ 燃料噴射量検出器
２３ａ 燃料噴射量
２４ 吸入空気量検出器
２４ａ 吸入空気量
２５ 診断回路
Ｒ１ 第一診断回避領域
Ｒ２ 第二診断回避領域
α 燃料噴射量の変化量の絶対値
α０ 燃料噴射変化量閾値
β 吸入空気量の変化量の絶対値
β０ 吸入空気変化量閾値
４ 空気（吸入空気）
７ 排ガス
９ 排気管
１０ 排気ブレーキ
１２ パティキュレートフィルタ（後処理装置）
１４ 選択還元型触媒（後処理装置）
２３ 燃料噴射量検出器
２３ａ 燃料噴射量
２４ 吸入空気量検出器
２４ａ 吸入空気量
２５ 診断回路
Ｒ１ 第一診断回避領域
Ｒ２ 第二診断回避領域
α 燃料噴射量の変化量の絶対値
α０ 燃料噴射変化量閾値
β 吸入空気量の変化量の絶対値
β０ 吸入空気変化量閾値
Claims (2)
- エンジンの排気管途中に設けられる排気浄化用の後処理装置をアイドリング時に所要温度に昇温させるよう排気流量を絞り込む排気ブレーキの故障診断装置であって、
前記排気ブレーキ作動前後の燃料噴射量の変化量の絶対値と、前記排気ブレーキ作動前後の吸入空気量の変化量の絶対値とに基づき、前記燃料噴射量の変化量の絶対値が燃料噴射変化量閾値以上で且つ前記吸入空気量の変化量の絶対値が吸入空気変化量閾値以上であるときに排気ブレーキが正常に作動していると判定し、前記燃料噴射量の変化量の絶対値が燃料噴射変化量閾値未満で且つ前記吸入空気量の変化量の絶対値が吸入空気変化量閾値未満であるときに、前記排気ブレーキに作動不良が生じていると判定する診断回路を備えたことを特徴とする排気ブレーキの故障診断装置。 - 前記診断回路は、前記燃料噴射量の変化量の絶対値が燃料噴射変化量閾値以上で且つ前記吸入空気量の変化量の絶対値が吸入空気変化量閾値未満であるときに診断を行わない第一診断回避領域と、前記燃料噴射量の変化量の絶対値が燃料噴射変化量閾値未満で且つ前記吸入空気量の変化量の絶対値が吸入空気変化量閾値以上であるときに診断を行わない第二診断回避領域とを設定している請求項１記載の排気ブレーキの故障診断装置。
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