JP2017133467A

JP2017133467A - 推定装置及び、推定方法

Info

Publication number: JP2017133467A
Application number: JP2016015840A
Authority: JP
Inventors: 英樹長田; Hideki Osada
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-08-03

Abstract

【課題】圧縮開放ブレーキの作動により生じる部品の摩耗量を効果的に推定する。【解決手段】エンジン１０の圧縮行程時に排気バルブ１８を開弁させる圧縮開放ブレーキ機構６０を構成する部品の摩耗状態を推定する推定装置であって、エンジン１０の筒内圧を推定する筒内圧推定演算部１２０と、予め作成したエンジン１０の筒内圧と部品の摩耗量との関係を定めた摩耗量マップから、圧縮開放ブレーキの作動時の筒内圧に応じた摩耗量を読み取ることで、部品の摩耗量を推定する摩耗量推定部１３０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、推定装置及び、推定方法に関し、特に、エンジンの圧縮開放ブレーキ機構を構成する部品の摩耗推定に関する。

従来、ディーゼルエンジン等の直噴式エンジンにおいては、圧縮行程時に燃料を噴射せずに排気バルブを開弁して筒内の圧縮圧力を開放し、ピストンが上死点を通過した後に排気バルブを閉弁して膨張行程時にピストンを押し下げる力の発生を抑制することで、エンジンブレーキ力を高めるようにした圧縮開放ブレーキが実用化されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２０１０−１１２２８１号公報特開２０１３−２１７２３１号公報特開２０１３−２１７２３２号公報

圧縮開放ブレーキ機構の各動弁要素のうち、特に排気ブレーキ用カムには、圧縮行程時に排気バルブを開弁動作させることによる生じる反力がロッカアームを介して伝達される。このため、圧縮開放ブレーキの作動回数の増加に伴い、排気ブレーキ用カムの摩耗を進展させ、摩耗量が所定量に達した場合にはカムシャフト等の部品交換が必要になる。

圧縮開放ブレーキ作動時に各動弁要素に掛かる負荷の大きさは、運転者の運転特性によって各車両で異なってくる。例えば、ターボチャージャが可変翼を有しない所謂コンベンショナルターボチャージャを搭載した車両においては、過給圧を適宜制御できないため、エンジンが主として高負荷領域で使用される場合には、圧縮開放ブレーキは高筒内圧領域で頻繁に作動されることになる。また、ターボチャージャが可変容量型であっても、可変翼の応答遅れや故障等の影響により筒内圧を適宜低下させることができず、圧縮開放ブレーキが高筒内圧領域で作動される場合もある。これら何れの場合も、圧縮開放ブレーキ作動時に各動弁要素に大きな負荷が掛かり、部品の摩耗が促進されることで、部品交換時期を早めることになる。

一方、運転者の運転特性によっては、圧縮開放ブレーキが比較的低い筒内圧領域を主として作動される車両もあり、このような場合は、各動弁要素に掛かる負荷が低減され、摩耗の進展も抑制されるため、部品交換時期は前者よりも遅くなる。

すなわち、最適な部品交換時期は、運転者の運転特性に応じた各車両の使用条件等によって異なるため、一義的には決められない課題がある。このため、各車両の運転特性に応じた部品の摩耗量を何らかの手法で取得し、運転者に適切な部品交換時期を知らせる要請がある。

開示の技術は、圧縮開放ブレーキの作動により生じる部品の摩耗量を効果的に推定することを目的とする。

開示の推定装置は、エンジンの圧縮行程時に排気バルブを開弁させる圧縮開放ブレーキ機構を構成する部品の摩耗状態を推定する推定装置であって、前記エンジンの筒内圧を取得する筒内圧取得手段と、予め作成した前記エンジンの筒内圧と前記部品の摩耗量との関係を定めたマップを記憶した記憶手段と、前記圧縮開放ブレーキの作動時に、前記マップから前記筒内圧取得手段によって取得される筒内圧に応じた摩耗量を読み取ることで、前記部品の摩耗量を推定する摩耗量推定手段と、を備えることを特徴とする。

前記エンジンの排気カムシャフトの回転速度を取得する回転速度取得手段をさらに備え、前記マップには、前記エンジンの筒内圧に前記排気カムシャフトの回転速度を乗じて得られるＰＶ値と前記部品の摩耗量との関係が定められ、前記摩耗量推定手段は、前記圧縮開放ブレーキの作動時に、前記マップから前記筒内圧取得手段で取得される筒内圧に前記回転速度取得手段で取得される回転速度を乗じて得られるＰＶ値に応じた摩耗量を読み取ることで、前記部品の摩耗量を推定してもよい。

前記エンジンの吸気流量を所得する流量取得手段と、前記エンジンの過給圧を取得する過給圧取得手段と、をさらに備え、前記筒内圧取得手段は、少なくとも前記流量取得手段で取得される吸気流量及び、前記過給圧取得手段で取得される過給圧に基づいて、前記エンジンの筒内圧を推定取得してもよい。

前記摩耗量推定手段は、前記圧縮開放ブレーキが作動する度に前記マップから読み取った摩耗量を積算し、当該積算により得られる総摩耗量が部品交換を必要とする所定の閾値に達すると警告を行う警告手段をさらに備えてもよい。

開示の推定方法は、エンジンの圧縮行程時に排気バルブを開弁させる圧縮開放ブレーキ機構を構成する部品の摩耗状態を推定する推定方法であって、予め作成した前記エンジンの筒内圧と前記部品の摩耗量との関係を定めたマップから、圧縮開放ブレーキ作動時に取得される筒内圧に応じた摩耗量を読み取ることで、前記部品の摩耗量を推定することを特徴とする。

前記マップには、前記エンジンの筒内圧に排気カムシャフトの回転速度を乗じて得られるＰＶ値と前記部品の摩耗量との関係が定められ、前記マップから圧縮開放ブレーキ作動時の筒内圧に前記排気カムシャフトの回転速度を乗じて得られるＰＶ値に応じた摩耗量を読み取ることで、前記部品の摩耗量を推定してもよい。

前記筒内圧を少なくとも前記エンジンの吸気流量及び、前記エンジンの過給圧に基づいて推定してもよい。

開示の技術によれば、圧縮開放ブレーキの作動により生じる部品の摩耗量を効果的に推定することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンシステムを示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係る摩耗量マップの一例を説明する模式的な図である。本発明の一実施形態に係る摩耗量推定及び警報処理を説明するタイミングチャート図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る推定装置及び、推定方法を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジン）１０は、ピストン１４を往復移動可能に収容するシリンダ１３が設けられたシリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上部に図示しないボルトによって固定されたシリンダヘッド１２とを備えている。なお、図１中には、一気筒のみを示し、他の気筒については図示を省略している。また、エンジン１０は複数気筒に限定されず、単気筒であってもよい。

シリンダヘッド１２には、開閉動作により吸気ポート１５からシリンダ１３内に新気を導入させる吸気バルブ１６と、開閉動作によりシリンダ１３内から排気ポート１７に排気を排出させる排気バルブ１８が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、筒内に燃料を直接噴射するインジェクタ１９が設けられている。さらに、シリンダヘッド１２の上部には、詳細を後述する圧縮開放ブレーキ機構６０が設けられている。

シリンダヘッド１２の一側部には吸気マニホールド２０が取り付けられ、吸気マニホールド２０には吸気通路２１が接続されている。吸気通路２１には、上流側から順に、エアフィルタ２２、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４２、インタークーラ２３等が設けられている。また、吸気通路２１には、上流側から上流側から順に、吸気流量（ＭＡＦ）センサ８０、第一温度センサ８１、第二温度センサ８２、過給圧センサ８３等が設けられている。

シリンダヘッド１２の他側部には排気マニホールド３０が取り付けられ、排気マニホールド３０には排気通路３１が接続されている。排気通路３１には、排気上流側から順に、ターボチャージャ４０のタービン４１、図示しない排気浄化ユニット等が設けられている。

ターボチャージャ４０は、排気ガスにより回転駆動するタービン４１と、タービン４１と同軸に設けられて吸気を圧送するコンプレッサ４２とを備えている。本実施形態において、ターボチャージャ４０は、タービン４１に可変翼を有しない非可変容量型のターボチャージャ（コンベンショナルターボチャージャ）が適用されている。

圧縮開放ブレーキ機構６０は、後述する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１００から電磁ソレノイド６１に作動信号が入力され、通常のカム（不図示）が油圧により排気ブレーキ用カム６２に切り替えられると、排気カムシャフト６４と一体回転する排気ブレーキ用カム６２がロッカアーム６３を揺動させて圧縮行程時に排気バルブ１８を開弁することで、圧縮開放ブレーキを作動させる。より詳しくは、圧縮開放ブレーキの作動は、まず、圧縮工程時にインジェクタ１９から燃料を噴射せずに排気バルブ１８を開弁させて、シリンダ１３内の空気を排気通路３１に排出する。これにより、シリンダ１３内で空気の圧縮が行なわれずピストン１４の運動エネルギが失われる。次いで、ピストン１４が上死点を通過した膨張工程にて排気バルブ１８を閉弁する。これにより、シリンダ１３内が負圧となり、ピストン１４を引き上げる力を生じさせることで、エンジンブレーキ力が高められるようになっている。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。これら各種制御を行うため、ＥＣＵ１００には、ＭＡＦセンサ８０、第一温度センサ８１、第二温度センサ８２、過給圧センサ８３、エンジン回転数センサ８４、アクセル開度センサ（不図示）等の各種センサ類のセンサ値が入力される。

また、ＥＣＵ１００は、ブレーキ作動制御部１１０と、筒内圧推定部１２０と、摩耗量推定部１３０と、警告処理部１４０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ１００に含まれるものとして説明するが、これらの何れか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

ブレーキ作動制御部１１０は、運転者による図示しないブレーキ操作装置のＯＮ操作に応じて、圧縮開放ブレーキ機構６０の電磁ソレノイド６１に作動信号を出力することで、圧縮開放ブレーキの作動を制御する。電磁ソレノイド６１に作動信号が入力されると、排気ブレーキ用カム６２への切り替えにより排気バルブ１８が圧縮行程時に開弁することで、圧縮開放ブレーキを作動させるようになっている。

筒内圧推定部１２０は、ＭＡＦセンサ８０、第一温度センサ８１、第二温度センサ８２、過給圧センサ８３等の各センサ値を入力値として含むモデル式又はマップ等に基づいて、シリンダ１３内の筒内圧Ｐを推定する。圧縮開放ブレーキ作動時に筒内圧推定部１２０によって推定される筒内圧Ｐは、摩耗量推定演算部１３０に出力される。

摩耗量推定部１３０は、圧縮開放ブレーキ作動時に、筒内圧推定部１２０から入力される筒内圧Ｐ及び、エンジン回転数センサ８４のセンサ値から計算される排気カムシャフト６４の回転速度Ｖに基づいて、圧縮開放ブレーキ機構６０の主に摺動部品（本実施形態では、排気ブレーキ用カム６２）の摩耗量Ｗを推定する。より詳しくは、ＥＣＵ１００のメモリには、予め実験等により作成した筒内圧Ｐに排気カムシャフト６４の回転速度Ｖを乗じて得られるＰＶ値と、排気ブレーキ用カム６２の摩耗量Ｗとの関係を定めた摩耗量マップＭ（図２参照）が記憶されている。摩耗量マップＭにて、摩耗量ＷはＰＶ値が高くなるに従い増加するように設定されている。摩耗量推定演算部１３０は、圧縮開放ブレーキが作動する度に摩耗量マップＭからＰＶ値に対応する摩耗量Ｗを読み取り、これを順次積算することで、排気ブレーキ用カム６２の総摩耗量Ｗ_ＳＵＭを連続的に推定演算する（図３（Ａ），（Ｂ）参照）。

なお、摩耗量Ｗの推定対象となる部品は排気ブレーキ用カム６２に限定されず、圧縮開放ブレーキ機構６０の他の摺動部品であってもよい。この場合は、これら他の摺動部品の摩耗量とＰＶ値との関係を示す摩耗量マップを個別に備えればよい。また、摩耗量マップＭは、ＰＶ値との関係を定めたものに限定されず、摩耗量Ｗと筒内圧Ｐとの関係を定めたもの、或は、より簡素な摩耗量Ｗと過給圧との関係を定めたものであってもよい。

警告処理部１４０は、摩耗量推定部１３０によって推定される総摩耗量Ｗ_ＳＵＭが排気ブレーキ用カム６２（又は、一体に設けられた排気カムシャフト６４）の交換を必要とする所定の上限閾値Ｗ_ＭＡＸに達すると、運転者に部品交換が必要な旨を警告する警告処理を実施する（図３の時刻Ｔ_ｎ＋３参照）。警告処理は、図示しない運転室内に設けられた表示装置７０によって行ってもよく、或は、運転室内に設けられたスピーカ等の警報音によって行ってもよい。

以上詳述したように、本実施形態の推定装置及び推定方法によると、排気ブレーキ用カム６２の摩耗量Ｗは、圧縮開放ブレーキ作動時における筒内圧Ｐと排気カムシャフト６４の回転速度Ｖとの積であるＰＶ値に基づいて推定される。すなわち、圧縮開放ブレーキ作動時における筒内圧力状態に基づいて排気ブレーキ用カム６２の摩耗量Ｗを推定することで、圧縮開放ブレーキが主として高筒内圧状態で作動される車両や、圧縮開放ブレーキが主として低筒内圧状態で作動される車両等、使用条件に応じて異なる排気ブレーキ用カム６２の摩耗量Ｗを高精度に推定することが可能となり、各車両の運転特性に応じた最適な部品交換時を効果的に把握し、警告することができる。

また、高価な筒内圧センサを用いることなく、各種センサ類８０〜８３のセンサ値に基づいて筒内圧Ｐを推定演算することで、装置のコスト上昇を効果的に抑止することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、ターボチャージャ４０は、コンベンショナルターボチャージャに限定されず、可変容量型ターボチャージャであってもよい。また、筒内圧Ｐは、各種センサ８０〜８３のセンサ値に基づいた推定値に限定されず、筒内圧センサにより取得することも可能である。また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等、他のエンジンにも広く適用することが可能である。

１０エンジン
２１吸気通路
３１排気通路
４０ターボチャージャ
４１タービン
４２コンプレッサ
６０圧縮開放ブレーキ機構
８０ＭＡＦセンサ
８１第一温度センサ
８２第二温度センサ
８３過給圧センサ
１００ＥＣＵ

Claims

エンジンの圧縮行程時に排気バルブを開弁させる圧縮開放ブレーキ機構を構成する部品の摩耗状態を推定する推定装置であって、
前記エンジンの筒内圧を取得する筒内圧取得手段と、
予め作成した前記エンジンの筒内圧と前記部品の摩耗量との関係を定めたマップを記憶した記憶手段と、
前記圧縮開放ブレーキの作動時に、前記マップから前記筒内圧取得手段によって取得される筒内圧に応じた摩耗量を読み取ることで、前記部品の摩耗量を推定する摩耗量推定手段と、を備える
ことを特徴とする推定装置。
前記エンジンの排気カムシャフトの回転速度を取得する回転速度取得手段をさらに備え、
前記マップには、前記エンジンの筒内圧に前記排気カムシャフトの回転速度を乗じて得られるＰＶ値と前記部品の摩耗量との関係が定められ、前記摩耗量推定手段は、前記圧縮開放ブレーキの作動時に、前記マップから前記筒内圧取得手段で取得される筒内圧に前記回転速度取得手段で取得される回転速度を乗じて得られるＰＶ値に応じた摩耗量を読み取ることで、前記部品の摩耗量を推定する
請求項１に記載の推定装置。
前記エンジンの吸気流量を所得する流量取得手段と、前記エンジンの過給圧を取得する過給圧取得手段と、をさらに備え、
前記筒内圧取得手段は、少なくとも前記流量取得手段で取得される吸気流量及び、前記過給圧取得手段で取得される過給圧に基づいて、前記エンジンの筒内圧を推定取得する
請求項１又は２に記載の推定装置。
前記摩耗量推定手段は、前記圧縮開放ブレーキが作動する度に前記マップから読み取った摩耗量を積算し、当該積算により得られる総摩耗量が部品交換を必要とする所定の閾値に達すると警告を行う警告手段をさらに備える
請求項１から３の何れか一項に記載の推定装置。
エンジンの圧縮行程時に排気バルブを開弁させる圧縮開放ブレーキ機構を構成する部品の摩耗状態を推定する推定方法であって、
予め作成した前記エンジンの筒内圧と前記部品の摩耗量との関係を定めたマップから、圧縮開放ブレーキ作動時に取得される筒内圧に応じた摩耗量を読み取ることで、前記部品の摩耗量を推定する
ことを特徴とする推定方法。
前記マップには、前記エンジンの筒内圧に排気カムシャフトの回転速度を乗じて得られるＰＶ値と前記部品の摩耗量との関係が定められ、前記マップから圧縮開放ブレーキ作動時の筒内圧に前記排気カムシャフトの回転速度を乗じて得られるＰＶ値に応じた摩耗量を読み取ることで、前記部品の摩耗量を推定する
請求項５に記載の推定方法。
前記筒内圧を少なくとも前記エンジンの吸気流量及び、前記エンジンの過給圧に基づいて推定する
請求項５又は６に記載の推定方法。