JP2016020673A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】過給機回転数センサーを用いて過給機の異常を検知できるエンジンを提供する。【解決手段】高圧過給機６０と、高圧過給機６０の過給機回転数Ｎｔを検知する過給機回転数センサー５５と、排気ガス温度Ｔｅを検知する排気ガス温度センサー５６と、高圧過給機６０の異常を検知するＥＣＵ５０と、を備え、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと基準過給機回転数Ｎｔｍとの相関である過給機回転数マップＦｎｔによって基準過給機回転数Ｎｔｍを算出し、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと基準排気ガス温度Ｔｅとの相関である排気ガス温度マップＦｔｅによって基準排気ガス温度Ｔｅを算出し、過給機回転数センサーによって検知される過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔｍとの大小関係と、排気ガス温度センサー５６によって検知される排気ガス温度Ｔｅと基準排気ガス温度Ｔｅとの大小関係と、に基づいて高圧過給機６０の異常を検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの技術に関する。

従来、過給機を備えたエンジンは公知となっている。また、過給機の回転数を検知する過給機センサーを備えたエンジンも公知である。例えば、特許文献１には、検知される過給機回転数を用いて過給機のサージング状態を検知するエンジンが開示されている。

しかし、特許文献１に開示されたエンジンでは、うちサージング状態以外の過給機の異常を検知する構成は示唆されていない。また、過給機回転数センサーで検知される過給機回転数のみを用いて過給機の異常を検知することは困難である。

特開２００９−１２７４５３号公報

本発明の解決しようとする課題は、過給機回転数センサーを用いて過給機の異常を検知できるエンジンを提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、過給機と、前記過給機の回転数を検知する過給機回転数検知手段と、排気ガス温度を検知する排気ガス温度検知手段と、前記過給機の異常を検知する制御手段と、を備え、前記制御手段は、エンジン回転数と負荷と基準過給機回転数との相関である過給機回転数マップによって該基準過給機回転数を算出し、前記エンジン回転数と前記負荷と基準排気ガス温度との相関である排気ガス温度マップによって該基準排気ガス温度を算出し、前記過給機回転数検知手段によって検知される過給機回転数と前記基準過給機回転数との大小関係と、前記排気ガス温度検知手段によって検知される排気ガス温度と前記基準排気ガス温度との大小関係と、に基づいて前記過給機の異常を検知するものである。

請求項２においては、請求項１記載のエンジンであって、前記制御手段は、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より大きくかつ前記排気ガス温度が前記基準排気ガス温度以下である場合、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数と等しくかつ前記排気ガス温度が前記基準排気ガス温度より小さい又は大きい場合、或いは、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より小さくかつ前記排気ガス温度が前記基準排気ガス温度以上である場合には、前記過給機の異常を検知するものである。

請求項３においては、請求項１又は２記載のエンジンであって、大気圧を検知する大気圧センサーを備え、前記制御手段は、前記エンジン回転数と前記負荷と燃料噴射量との相関である燃料噴射量マップを備え、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より大きくかつ前記排気ガス温度が前記基準排気ガス温度以下であってかつ前記大気圧が所定大気圧より低い場合、或いは、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数と等しくかつ前記排気ガス温度が前記基準排気ガス温度より小さくかつ前記大気圧が前記所定大気圧より低い場合には、前記燃料噴射量マップを補正するものである。

本発明のエンジンによれば、過給機回転数センサーを用いて過給機の異常を検知できる。

エンジンの構成を示すブロック線図。 過給機回転数マップを示すグラフ図。 排気ガス温度マップを示すグラフ図。 過給機異常検知制御の流れを示すフロー図。 過給機異常検知制御の判定パターンを示すテーブル図。

図１を用いて、エンジン１００の構成について説明する。
なお、図１では、エンジン１００の構成をブロック線図にて模式的に表している。また、図１の破線は、電気信号線を表している。

エンジン１００は、本発明のエンジンに係る実施形態である。エンジン１００は、給気経路１０と、排気経路２０と、エンジン本体３０と、高圧過給機６０と、低圧過給機７０と、制御手段としてのＥｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）５０と、を備えている。

本実施形態のエンジン１００は、二段式過給機を備えた直噴式６気筒ディーゼルエンジンとされている。なお、本発明のエンジンは、直噴式６気筒ディーゼルエンジンとする構成としたが、これに限定されない。本発明のエンジンは、直噴式４気筒エンジン、Ｖ型エンジン、副室式エンジンであっても良い。

給気経路１０は、エンジン本体３０に空気を供給する経路であって、給気配管に給気マニホールド１１と、インタークーラー１２・１３と、高圧コンプレッサ６１と、低圧コンプレッサ７１と、エアクリーナー１４と、を接続して構成されている。

給気マニホールド１１、インタークーラー１２・１３、高圧コンプレッサ６１、低圧コンプレッサ７１及びエアクリーナー１４は、外部からエンジン本体３０に向かって、エアクリーナー１４、低圧コンプレッサ７１、インタークーラー１３、高圧コンプレッサ６１、インタークーラー１２、給気マニホールド１１の順に配置され、給気管によって接続されている。

給気マニホールド１１は、エンジン本体３０の各気筒３１・３１・・・に空気を導入するための多岐管である。インタークーラー１２は、高圧コンプレッサ６１及び低圧コンプレッサ７１の圧縮により温度が上がった空気を冷却する熱交換器である。インタークーラー１３は、低圧コンプレッサ７１の圧縮により温度が上がった空気を冷却する熱交換器である。

高圧コンプレッサ６１は、高圧過給機６０の構成部品であって詳しくは後述する。低圧コンプレッサ７１は、低圧過給機７０の構成部品であって詳しくは後述する。エアクリーナー１４は、不織布等の濾材で給気中に含まれる粉塵などを分離するものである。

排気経路２０は、エンジン本体３０から空気（排気）を排出する経路であって、排気管に排気マニホールド２１と、高圧タービン６２と、低圧タービン７２と、を接続して構成されている。排気マニホールド２１、高圧タービン６２及び低圧タービン７２は、エンジン本体３０から外部に向かって、排気マニホールド２１、高圧タービン６２、低圧タービン７２の順に配置され、排気管によって接続されている。

排気マニホールド２１は、エンジン本体３０の各気筒３１・３１・・・からの複数の排気管を１つにまとめる多岐管である。高圧タービン６２は、高圧過給機６０の構成部品であって詳しくは後述する。低圧タービン７２は、低圧過給機７０の構成部品であって詳しくは後述する。

排気経路２０の最上流側（高圧タービン６２の上流）には、排気ガス温度センサー５６が設けられている。排気ガス温度センサー５６は、排気ガスの温度である排気ガス温度Ｔｅを検知するものである。排気ガス温度センサー５６は、ＥＣＵ５０と接続されている。

エンジン本体３０は、シリンダブロック（図示略）と、シリンダヘッド（図示略）と、燃料噴射装置３５と、を備えている。シリンダブロックには、複数（６つ）の気筒３１・３１・・・が形成されている。燃料噴射装置３５は、コモンレールに蓄圧された燃料をインジェクタによって各気筒に噴射する装置である。燃料噴射装置３５は、ＥＣＵ５０と接続されている。

高圧過給機６０は、エンジン１００が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高める装置であって、二段式過給機の上流側（排気経路２０から見て）に設けられている。高圧過給機６０は、高圧コンプレッサ６１と、高圧タービン６２と、を備えている。

高圧タービン６２は、排気管から排出される排気ガスの内部エネルギーを利用して高速回転されるものである。高圧コンプレッサ６１は、高圧タービン６２によって駆動され、圧縮した空気を給気管からエンジン１００に送り込むものである。

高圧過給機６０には、過給機回転数Ｎｔを検知する過給機回転数センサー５５が設けられている。過給機回転数センサー５５は、ＥＣＵ５０と接続されている。

低圧過給機７０は、エンジン１００が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高める装置であって、二段式過給機の下流側（排気経路２０から見て）に設けられている。低圧過給機７０は、低圧コンプレッサ７１と、低圧タービン７２と、を備えている。

低圧タービン７２は、排気管から排出される排気ガスの内部エネルギーを利用して高速回転されるものである。低圧コンプレッサ７１は、低圧タービン７２によって駆動され、圧縮した空気を給気管からエンジン１００に送り込むものである。

バイパス経路４０は、高圧タービン６２の上流側と下流側とを接続している。バイパス経路４０には、過給機回転数増減手段としてのバイパス弁２２（ウエストゲートバルブ）が設けられている。バイパス弁２２は、バイパス経路４０を通過する排気の流量を制限するものである。

言い換えれば、バイパス弁２２は、過給機回転数増減手段として、バイパス経路４０を通過する排気の流量を制限することによって、高圧過給機６０の過給機回転数Ｎｔを増加又は減少させるものである。

ＥＣＵ５０は、エンジン１００の運転を総合的に制御するものである。ＥＣＵ５０には、エンジン回転数センサー５１と、負荷センサー５２と、大気圧センサー５３と、過給機回転数センサー５５と、排気ガス温度センサー５６と、燃料噴射装置３５と、に接続されている。

エンジン回転数センサー５１は、エンジン１００のエンジン回転数Ｎｅを検知するものである。負荷センサー５２は、エンジン１００の負荷Ａｃ（本実施形態では、アクセル開度）を検知するものである。大気圧センサー５３は、エンジン１００周囲の大気圧Ｐを検知するものである。

ＥＣＵ５０は、後述する過給機異常検知制御Ｓ１００によって、高圧過給機６０の異常を検知する機能を有している。また、ＥＣＵ５０には、後述する過給機回転数マップＦｎｔ、排気ガス温度マップＦｔｅ及び燃料噴射量マップＦｑが予め記憶されている。

図２を用いて、過給機回転数マップＦｎｔについて説明する。
なお、図２では、過給機回転数マップＦｎｔについて、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ａｃ、基準過給機回転数Ｎｔｍの３次元グラフによって表している。

過給機回転数マップＦｎｔは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと基準過給機回転数Ｎｔｍとの相関を表したものである。過給機回転数マップＦｎｔは、予めＥＣＵ５０に記憶されているものとする。

過給機回転数マップＦｎｔは、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ａｃにおける適正な回転数としての基準過給機回転数Ｎｔｍを表している。すなわち、基準過給機回転数Ｎｔｍは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと過給機回転数マップＦｎｔとによって算出される。

図３を用いて、排気ガス温度マップＦｔｅについて説明する。
なお、図３では、排気ガス温度マップＦｔｅについて、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ａｃ、基準排気ガス温度Ｔｅｍの３次元グラフによって表している。

排気ガス温度マップＦｔｅは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと基準排気ガス温度Ｔｅｍとの相関を表したものである。排気ガス温度マップＦｔｅは、予めＥＣＵ５０に記憶されているものとする。

排気ガス温度マップＦｔｅは、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ａｃにおける適正な排気ガス温度としての基準排気ガス温度Ｔｅｍを表している。すなわち、基準排気ガス温度Ｔｅｍは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと排気ガス温度マップＦｔｅとによって算出される。

図４を用いて、過給機異常検知制御Ｓ１００の流れについて説明する。
なお、図４では、過給機異常検知制御Ｓ１００の流れをフローチャートによって表している。

過給機異常検知制御Ｓ１００は、ＥＣＵ５０によって、過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔｍとの大小関係と、排気ガス温度Ｔｅと基準排気ガス温度Ｔｅｍとの大小関係とに基づいて、高圧過給機６０の異常を検知する制御である。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ５０は、過給機回転数センサー５５によって過給機回転数Ｎｔを取得する。

ステップＳ１２０において、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数センサー５１によってエンジン回転数Ｎｅを取得し、負荷センサー５２によって負荷Ａｃを取得し、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと過給機回転数マップＦｎｔとから基準過給機回転数Ｎｔｍを算出する。

ステップＳ１３０において、ＥＣＵ５０は、排気ガス温度センサー５６によって排気ガス温度Ｔｅを取得する。

ステップＳ１４０において、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数センサー５１によってエンジン回転数Ｎｅを取得し、負荷センサー５２によって負荷Ａｃを取得し、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと排気ガス温度マップＦｔｅとから基準排気ガス温度Ｔｅｍを算出する。

ステップＳ１５０において、ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより小さくかつ排気ガス温度Ｔｅが基準排気ガス温度Ｔｅｍ以上である場合、或いは、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍと等しくかつ排気ガス温度Ｔｅが基準排気ガス温度Ｔｅｍより大きいかどうか（第一条件）を確認する。

ＥＣＵ５０は、第一条件を満たす場合にはステップＳ２１０に移行する。一方、ＥＣＵ５０は、第一条件を満たさない場合にはステップＳ１６０に移行する。

ステップＳ１６０において、ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより大きくかつ排気ガス温度Ｔｅが基準排気ガス温度Ｔｅｍ以下である場合、或いは、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍと等しくかつ排気ガス温度Ｔｅが基準排気ガス温度Ｔｅｍより小さいかどうか（第二条件）を確認する。

ＥＣＵ５０は、第二条件を満たす場合にはステップＳ１８０に移行する。一方、ＥＣＵ５０は、第二条件を満たさない場合にはステップＳ１７０に移行する。

ステップＳ１７０において、ＥＣＵ５０は、高圧過給機６０の正常を検知する。

ステップＳ１８０において、ＥＣＵ５０は、大気圧センサー５３によって大気圧Ｐを取得する。

ステップＳ１９０において、ＥＣＵ５０は、大気圧Ｐが所定大気圧Ｐｔ以上かどうかを確認する。ＥＣＵ５０は、大気圧Ｐが所定大気圧Ｐｔ以上の場合にはステップＳ２１０に移行する。一方、ＥＣＵ５０は、大気圧Ｐが所定大気圧Ｐｔより低い場合にはステップＳ２００に移行する。なお、所定大気圧Ｐｔは、エンジン１００が平地に位置する際の大気圧であって、予めＥＣＵ５０に記憶されている。

ステップＳ２００において、ＥＣＵ５０は、エンジン１００が高地に位置していると判定して、燃料噴射量マップＦｑ（図示略）を補正する（高地補正）。なお、本実施形態では、燃料噴射量マップＦｑの補正について詳細な説明を省略する。

ステップＳ２１０において、ＥＣＵ５０は、高圧過給機６０の異常を検知して、故障診断モードへ移行する。なお、本実施形態では、故障診断モードについて詳細な説明を省略する。

なお、過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔｍとが等しい、排気ガス温度Ｔｅと基準排気ガス温度Ｔｅｍとが等しい、或いは、大気圧Ｐが所定大気圧Ｐｔと等しいとは、例えば過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔｍとの絶対値が所定範囲内であれば良いものとする。

図５を用いて、過給機異常検知制御Ｓ１００の検知パターンについて説明する。
なお、図５では、過給機異常検知制御Ｓ１００の検知パターンをテーブルによって表している。

過給機異常検知制御Ｓ１００では、過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔｍとの大小関係と、排気ガス温度Ｔｅと基準排気ガス温度Ｔｅｍとの大小関係とに基づいて、高圧過給機６０の正常又は異常が検知される。

過給機異常検知制御Ｓ１００では、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより大きくかつ排気ガス温度Ｔｅが基準排気ガス温度Ｔｅｍより大きい場合、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍと等しくかつ排気ガス温度Ｔｅが基準排気ガス温度Ｔｅｍと等しい場合、或いは、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより小さくかつ排気ガス温度Ｔｅが基準排気ガス温度Ｔｅｍより小さい場合には、高圧過給機６０の正常が検知される。

過給機異常検知制御Ｓ１００では、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより小さくかつ排気ガス温度Ｔｅが基準排気ガス温度Ｔｅｍ以上である場合、或いは、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍと等しくかつ排気ガス温度Ｔｅが基準排気ガス温度Ｔｅｍより大きい場合（第一条件が成立する場合）には、高圧過給機６０の異常を検知して、故障診断モードへ移行する。

過給機異常検知制御Ｓ１００では、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより大きくかつ排気ガス温度Ｔｅが基準排気ガス温度Ｔｅｍ以下である場合、或いは、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍと等しくかつ排気ガス温度Ｔｅが基準排気ガス温度Ｔｅｍより小さい場合（第二条件が成立する場合）には、大気圧Ｐが所定大気圧Ｐｔより低いかどうかを確認する。

過給機異常検知制御Ｓ１００では、大気圧Ｐが所定大気圧Ｐｔと等しい場合には、高圧過給機６０が異常であると判定して、故障診断モードへ移行する。一方、大気圧Ｐが所定大気圧Ｐｔより小さい場合には、燃料噴射量マップＦｑの高地補正を行う。

エンジン１００の効果について説明する。
エンジン１００によれば、過給機回転数センサー５５を用いて、過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔｍとの大小関係と、排気ガス温度Ｔｅと基準排気ガス温度Ｔｅｍとの大小関係とに基づいて、高圧過給機６０の異常を検知できる。

１０ 給気経路
１１ 給気マニホールド
１２ インタークーラー
１３ インタークーラー
１４ エアクリーナー
２０ 排気経路
２１ 排気マニホールド
２２ バイパス弁
３０ エンジン本体
３１ 気筒
３５ 燃料噴射装置
４０ バイパス経路
５０ ＥＣＵ（制御手段）
５３ 大気圧センサー（大気圧検知手段）
５５ 過給機回転数センサー（過給機回転数検知手段）
５６ 排気ガス温度センサー（排気ガス温度検知手段）
６０ 高圧過給機（過給機）
６１ 高圧コンプレッサ
６２ 高圧タービン
７０ 低圧過給機
７１ 低圧コンプレッサ
７２ 低圧タービン

Claims (3)

1. 過給機と、
   前記過給機の回転数を検知する過給機回転数検知手段と、
   排気ガス温度を検知する排気ガス温度検知手段と、
   前記過給機の異常を検知する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   エンジン回転数と負荷と基準過給機回転数との相関である過給機回転数マップによって該基準過給機回転数を算出し、
   前記エンジン回転数と前記負荷と基準排気ガス温度との相関である排気ガス温度マップによって該基準排気ガス温度を算出し、
   前記過給機回転数検知手段によって検知される過給機回転数と前記基準過給機回転数との大小関係と、前記排気ガス温度検知手段によって検知される排気ガス温度と前記基準排気ガス温度との大小関係と、に基づいて前記過給機の異常を検知する、
   エンジン。
2. 請求項１に記載のエンジンであって、
   前記制御手段は、
   前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より大きくかつ前記排気ガス温度が前記基準排気ガス温度以下である場合、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数と等しくかつ前記排気ガス温度が前記基準排気ガス温度より小さい又は大きい場合、或いは、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より小さくかつ前記排気ガス温度が前記基準排気ガス温度以上である場合には、前記過給機の異常を検知する、
   エンジン。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンであって、
   大気圧を検知する大気圧センサーを備え、
   前記制御手段は、
   前記エンジン回転数と前記負荷と燃料噴射量との相関である燃料噴射量マップを備え、
   前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より大きくかつ前記排気ガス温度が前記基準排気ガス温度以下であってかつ前記大気圧が所定大気圧より低い場合、或いは、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数と等しくかつ前記排気ガス温度が前記基準排気ガス温度より小さくかつ前記大気圧が前記所定大気圧より低い場合には、前記燃料噴射量マップを補正する、
   エンジン。

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