JP4979124B2 - エンジンの試験装置及び診断方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関が正常か否かの診断及び作動試験をする方法及び装置に関する。
トラックや乗用車にはディーゼルエンジン等の内燃機関が搭載されている。
最近では、エンジン制御の電子制御化が進んでいて、自動車各社は、燃費向上、排ガスの低減等の独自の技術を開発し、マイクロコンピュータ等を搭載し、自動車全体の制御の中の一部としてエンジン制御が組み込まれているために、例えば事故等により、ブレーキ系統やクラッチ系統等のエンジンとは直接関係ない部分が故障してもセーフティ設計の下ではエンジンがかからなくなる。
車両を構成するエンジンは経済価値が高いが事故車においては上記の理由によりエンジンが正常か否かが診断できずに、そのまま車両全体がスクラップ処理されていた。
最近では、エンジン制御の電子制御化が進んでいて、自動車各社は、燃費向上、排ガスの低減等の独自の技術を開発し、マイクロコンピュータ等を搭載し、自動車全体の制御の中の一部としてエンジン制御が組み込まれているために、例えば事故等により、ブレーキ系統やクラッチ系統等のエンジンとは直接関係ない部分が故障してもセーフティ設計の下ではエンジンがかからなくなる。
車両を構成するエンジンは経済価値が高いが事故車においては上記の理由によりエンジンが正常か否かが診断できずに、そのまま車両全体がスクラップ処理されていた。
内燃機関のうちでも、ディーゼルエンジンは耐久性が高く、中古エンジンとしての利用価値があり各種産業機械や発電装置の駆動エンジンとしての利用価値もある。
特許文献１にはガソリンエンジンの試験装置を開示するが、エンジン機種毎の点火装置、燃料噴射装置の制御方式及び制御信号パターンが予め判明していないと対応できないものである。
本発明は、中古エンジンが正常か否かの診断が容易で、且つ性能評価も可能なエンジンの試験装置及び方法の提供を目的とし、さらには、エンジンの制御に有効なパラメーター開発に適用できることも目的とする。
本発明に係るエンジンの診断方法に用いる試験装置は、内燃機関が正常に作動するか否かを診断する装置であって、エンジンの制御系に出力する指令信号手段と、エンジンの各制御部品の制御位置を検出するセンサから取り出すポジション信号入力手段とを備え、指令信号手段とポジション信号入力手段とは電気特性の計測機能を有するとともに指令信号の出力レベルとポジション信号入力レベルとを表示するモニター手段とを有していることを特徴とする。
トラック、乗用車等の車両用エンジンとしてはガソリンエンジンとディーゼルエンジンが広く普及している。
トラック等の大型車両においては、高いトルク性能、低燃費性能、高い耐久性等からディーゼルエンジンが普及している。
ディーゼルエンジンは、シリンダーブロック、ピストン、クランク機構等からなるエンジン本体の他に、エンジンシリンダー内に燃料を供給する燃料ポンプユニットを有している。
ディーゼルエンジンには上記の他に吸気、排気系統、オイルポンプ、ウォータポンプ等のサブユニットも有しているがエンジン本体が正常であれば、他のサブユニットは部品交換でエンジンの使用が可能となる。
そこで、本発明は、ディーゼルエンジンの着火原理に基づいて、燃料ポンプユニットの燃料制御系とエンジン運転状態の関係を診断することでエンジンが正常か否かを判断することを検討し、本発明に至った。
トラック等の大型車両においては、高いトルク性能、低燃費性能、高い耐久性等からディーゼルエンジンが普及している。
ディーゼルエンジンは、シリンダーブロック、ピストン、クランク機構等からなるエンジン本体の他に、エンジンシリンダー内に燃料を供給する燃料ポンプユニットを有している。
ディーゼルエンジンには上記の他に吸気、排気系統、オイルポンプ、ウォータポンプ等のサブユニットも有しているがエンジン本体が正常であれば、他のサブユニットは部品交換でエンジンの使用が可能となる。
そこで、本発明は、ディーゼルエンジンの着火原理に基づいて、燃料ポンプユニットの燃料制御系とエンジン運転状態の関係を診断することでエンジンが正常か否かを判断することを検討し、本発明に至った。
ディーゼルエンジンの燃料制御方式には、電子カバナー方式、コモンレール方式、ロータリーポンプ方式等が採用されている。
電子カバナー方式はアクチュエーター等の駆動手段を用いて燃料吐出口のラックの開閉量、ラックの開閉角度等を制御し、燃料供給量と燃料吐出タイミングを制御する方式である。
コモンレール方式は、コモンレールと称する筒体にエンジンの気筒数に対応したインジェクタを接続し、コモンレールにはサプライポンプで燃料を供給し、高圧に維持されていて、インジェクタに送る噴射信号にてシリンダーへの燃料供給量とタイミングを制御している。
ロータリーポンプ方式は、ロータリーポンプの回転により直接シリンダー内に供給する燃料の量とタイミングを制御している。
電子カバナー方式はアクチュエーター等の駆動手段を用いて燃料吐出口のラックの開閉量、ラックの開閉角度等を制御し、燃料供給量と燃料吐出タイミングを制御する方式である。
コモンレール方式は、コモンレールと称する筒体にエンジンの気筒数に対応したインジェクタを接続し、コモンレールにはサプライポンプで燃料を供給し、高圧に維持されていて、インジェクタに送る噴射信号にてシリンダーへの燃料供給量とタイミングを制御している。
ロータリーポンプ方式は、ロータリーポンプの回転により直接シリンダー内に供給する燃料の量とタイミングを制御している。
従って、上記いずれの燃料制御方式であっても、エンジン本体に取り付けた燃料系ユニットに燃料供給量と燃料吐出タイミングの指令信号を送ることで制御している。
そこで本発明は、エンジンの制御系に出力する指令信号手段として、燃料供給量調整信号、吐出タイミング調整信号等を送り、正常な燃料系ユニットであれば燃料供給量調整信号のレベルに対応して可変するアクチュエーター等の駆動量や吐出口ラックの開閉位置を検出する燃料供給ポジションセンサー、あるいは吐出タイミング調整信号のレベルに対応して可変するアクチュエーターの駆動量や吐出口ラック角度を検出する吐出タイミングポジションセンサーからの信号を受け取るポジション信号入力手段を試験装置に備えた。
この指令信号手段とポジション信号入力手段とには、配線接続により、疑似信号を出力し、接続された電気部品の直流抵抗、インピーダンス、コンダクタンス、消費電流、消費電力等の電気特性を計測できるようになっている。
本発明に係る試験装置においては、上記指令信号の出力レベルとポジション信号の入力レベルをモニター表示できるようにした。
そこで本発明は、エンジンの制御系に出力する指令信号手段として、燃料供給量調整信号、吐出タイミング調整信号等を送り、正常な燃料系ユニットであれば燃料供給量調整信号のレベルに対応して可変するアクチュエーター等の駆動量や吐出口ラックの開閉位置を検出する燃料供給ポジションセンサー、あるいは吐出タイミング調整信号のレベルに対応して可変するアクチュエーターの駆動量や吐出口ラック角度を検出する吐出タイミングポジションセンサーからの信号を受け取るポジション信号入力手段を試験装置に備えた。
この指令信号手段とポジション信号入力手段とには、配線接続により、疑似信号を出力し、接続された電気部品の直流抵抗、インピーダンス、コンダクタンス、消費電流、消費電力等の電気特性を計測できるようになっている。
本発明に係る試験装置においては、上記指令信号の出力レベルとポジション信号の入力レベルをモニター表示できるようにした。
また、本発明に係る試験装置においては、エンジンの運転状態を示す各指標をモニター画面に表示する手段を備えている。
エンジンの運転状態を示す指標の例としてはエンジンの回転数、排ガス濃度、排気ガス温度、冷却水温度等が挙げられる。
エンジンの運転状態を示す指標の例としてはエンジンの回転数、排ガス濃度、排気ガス温度、冷却水温度等が挙げられる。
本発明に係るエンジンのプレ診断方法としては、エンジンの制御系部品の駆動部に指令信号手段を接続し、エンジンの制御系部品の制御位置センサーにポジション信号入力手段を接続し、指令信号手段とポジション信号入力手段とに有する電気特性の計測手段にて、エンジンを作動しない状態で且つエンジンの制御系部品を駆動する前に、各部品の電気特性の計測値から配線及び電気部品が正常か否かを診断する。
エンジンの制御系部品にはソレノイドコイル等の部品が用いられていて、制御位置センサーには近接スイッチ等が用いられているのでこれらの電気特性を計測することで試験装置とエンジンとの配線の適否及び電気特性の観点からではあるが部品の良否も事前に判定できる。
エンジンの制御系部品にはソレノイドコイル等の部品が用いられていて、制御位置センサーには近接スイッチ等が用いられているのでこれらの電気特性を計測することで試験装置とエンジンとの配線の適否及び電気特性の観点からではあるが部品の良否も事前に判定できる。
また、本発明に係るエンジンの診断方法としては、エンジンの制御系部品の駆動部に指令信号手段を接続し、エンジンの制御系部品の制御位置センサーにポジション信号入力手段を接続し、エンジンを作動させない状態で、指令信号のレベルを可変し、これにポジション信号が追随するか否かをモニター画面にて診断する。
実際にエンジンを作動させなくても、駆動部に強制信号を送り、正常に作動するか否かがモニター画面で診断できる。
実際にエンジンを作動させなくても、駆動部に強制信号を送り、正常に作動するか否かがモニター画面で診断できる。
スタータ等のエンジン始動手段を用いてエンジンを作動させた状態での診断は、エンジンの制御系部品の駆動部に指令信号手段を接続し、エンジンの制御系部品の制御位置センサーにポジション信号入力手段を接続し、エンジンの回転センサーに回転数モニター表示手段を接続し、エンジンの作動状態にて指令信号のレベルを可変し、これにポジション信号及びエンジン回転数が追随するか否かをモニター画面にて診断する。
このように、実際にエンジンを作動させながら、指令信号を可変することでエンジンの回転数の変化等からエンジンの性能確認ができる。
このように、実際にエンジンを作動させながら、指令信号を可変することでエンジンの回転数の変化等からエンジンの性能確認ができる。
さらには本発明に用いる試験装置は、エンジン制御方法の開発システムとしても活用でき、エンジンの制御系部品の駆動部に指令信号手段を接続し、エンジンの制御系部品の制御位置センサーにポジション信号入力手段を接続し、エンジンの運転状態を検出するセンサーにモニター表示手段を接続し、複数の指令信号とエンジンの運転状態との関係において、最適制御方法を導き出すことができる。
エンジンの運転状態を制御するにはエンジン制御系の駆動手段に出力する指令信号とこれにより変化した駆動量等をポジションセンサーにて検出したポジション信号と何らかの関係手段で関連付けて制御することになる。
エンジンの運転状態をもっとも最少燃料消費状態に制御する方法や、所定の排ガス成分の濃度を最少に制御する方法等がこれまでに数多く提案されている。
その１つにＰＩＤ制御（Proportional Control, Integral Control, Derivative Controlの組合せによる収束制御）も活用されている。
本発明に係る試験装置を活用すれば複数の指令信号と、複数のポジション信号と、複数のエンジン運転状態指標との関係を試験制御することで最適制御プログラムの開発にも役立つ。
エンジンの運転状態を制御するにはエンジン制御系の駆動手段に出力する指令信号とこれにより変化した駆動量等をポジションセンサーにて検出したポジション信号と何らかの関係手段で関連付けて制御することになる。
エンジンの運転状態をもっとも最少燃料消費状態に制御する方法や、所定の排ガス成分の濃度を最少に制御する方法等がこれまでに数多く提案されている。
その１つにＰＩＤ制御（Proportional Control, Integral Control, Derivative Controlの組合せによる収束制御）も活用されている。
本発明に係る試験装置を活用すれば複数の指令信号と、複数のポジション信号と、複数のエンジン運転状態指標との関係を試験制御することで最適制御プログラムの開発にも役立つ。
本発明に係るエンジンの試験装置を用いればエンジンの制御系の駆動部に指令信号手段を接続し、センサー類にポジション信号入力手段を接続した状態で、極性を変えて直流を印加して電流立上がり変化を検出したり、交流抵抗を測定したりして、接続された電気部品の電気特性を計測して所定のアクチュエーターのソレノイドコイル等に接続されているか、あるいは断線していないか等のプレ診断が可能になる。
また、エンジンを作動させない状態で、指令信号を可変してモニター画面に表示された指令信号のレベル変化に追随して、ポジション信号の入力レベルがモニター画面にて変化するか否かが判断できる。
これによりエンジンを実際に作動させなくとも燃料系ユニットの部品が正常か否かの診断が可能になる。
また、エンジンを作動させない状態で、指令信号を可変してモニター画面に表示された指令信号のレベル変化に追随して、ポジション信号の入力レベルがモニター画面にて変化するか否かが判断できる。
これによりエンジンを実際に作動させなくとも燃料系ユニットの部品が正常か否かの診断が可能になる。
上記事前診断で制御系が正常であると判断した際にはスタータ等にてエンジンを回転させながら、燃料供給量や吐出タイミングを調整すると燃料が爆発燃焼してエンジンが作動開始する。
この状態で指令信号を可変し、エンジンの回転数変化等をモニター上で観察することでエンジン性能の良否が判定できるとともに事前診断と実際の作動診断結果を数値化することで中古エンジンの良否をＡ、Ｂ、Ｃ等の段階評価としてモニター表示することも可能になる。
この状態で指令信号を可変し、エンジンの回転数変化等をモニター上で観察することでエンジン性能の良否が判定できるとともに事前診断と実際の作動診断結果を数値化することで中古エンジンの良否をＡ、Ｂ、Ｃ等の段階評価としてモニター表示することも可能になる。
本発明に係るエンジンの試験装置及びこの装置を用いたエンジンの診断方法について燃料制御がガバナー方式のディーゼルエンジンを対象例にして説明するがこれに限定されるものではない。
図１は、エンジン本体１とエンジン本体に設けられた燃料系ユニット２を模式的に示し、他のサブユニットは省略してある。
また、モニター画面２０に、モニター表示する例として燃料供給量１１の指令信号とポジション信号、燃料の吐出タイミング１２の指令信号とポジション信号を示し、運転状態の指標としてエンジン回転数２３を示してある。
どのような指令信号、ポジション信号、運転状態指標をモニター表示するかは、診断対象となるエンジンにより異なり適且選択使用される。
図１は、エンジン本体１とエンジン本体に設けられた燃料系ユニット２を模式的に示し、他のサブユニットは省略してある。
また、モニター画面２０に、モニター表示する例として燃料供給量１１の指令信号とポジション信号、燃料の吐出タイミング１２の指令信号とポジション信号を示し、運転状態の指標としてエンジン回転数２３を示してある。
どのような指令信号、ポジション信号、運転状態指標をモニター表示するかは、診断対象となるエンジンにより異なり適且選択使用される。
本発明に係る試験装置は、入出力信号制御プログラム２１を有する演算処理部を設けてあり、この演算処理部は試験装置に内蔵してあってもよいが、制御プログラムを開発するにはパーソナルコンピューター（ＰＣ）等を試験装置のモニター部分と接続するかあるいはＰＣのディスプレイにモニター画面表示するとよい。
従って、図１にはモニター画面２０のみを表示し、演算処理部を有する試験機の本体部は省略してある。
試験機の本体部の指令信号手段に設けた燃料供給量調整信号出力端子と、燃料系ユニット２の燃料吐出口ラックの駆動部を構成するアクチュエーター接続端子とを配線接続する（１１ａ）。
同様にして、試験機側の燃料吐出タイミング調整信号出力端子と、燃料系ユニット２の吐出口ラックの角度調整するプレストロークアクチュエーター接続端子と配線接続する（１２ａ）。
燃料系ユニットの燃料吐出口のラックの開閉位置及び開閉角度はそれぞれ、制御位置を検出するポジションセンサーが設けられている。
この燃料供給ポジションセンサーから取り出した電気信号を試験機の演算処理部に接続（１１ｂ）し、吐出タイミングポジションセンサーから取り出した電気信号を試験機の演算処理部に接続する（１２ｂ）。
また、エンジンにはエンジンの回転数、排気系及び吸気系のガス温度、排ガス濃度測定センサー等の運転状態を示す各指標を設けることができ、図１には例としてエンジン回転数２３を表示してある。
エンジンのクランク軸やフリーホイール等に設けてあるセンサーから電気信号を取り出し、試験機と配線接続する（１３ｂ）。
従って、図１にはモニター画面２０のみを表示し、演算処理部を有する試験機の本体部は省略してある。
試験機の本体部の指令信号手段に設けた燃料供給量調整信号出力端子と、燃料系ユニット２の燃料吐出口ラックの駆動部を構成するアクチュエーター接続端子とを配線接続する（１１ａ）。
同様にして、試験機側の燃料吐出タイミング調整信号出力端子と、燃料系ユニット２の吐出口ラックの角度調整するプレストロークアクチュエーター接続端子と配線接続する（１２ａ）。
燃料系ユニットの燃料吐出口のラックの開閉位置及び開閉角度はそれぞれ、制御位置を検出するポジションセンサーが設けられている。
この燃料供給ポジションセンサーから取り出した電気信号を試験機の演算処理部に接続（１１ｂ）し、吐出タイミングポジションセンサーから取り出した電気信号を試験機の演算処理部に接続する（１２ｂ）。
また、エンジンにはエンジンの回転数、排気系及び吸気系のガス温度、排ガス濃度測定センサー等の運転状態を示す各指標を設けることができ、図１には例としてエンジン回転数２３を表示してある。
エンジンのクランク軸やフリーホイール等に設けてあるセンサーから電気信号を取り出し、試験機と配線接続する（１３ｂ）。
試験機とエンジンとの配線接続が完了すると、その状態で、試験機から接続された電気部品の電気特性を計測するための、計測電流又は計測電圧を印加する。
例えば、コイルに直流電圧を印加するとコイル特性に応じて通電電流の立ち上がりカーブを描くが直流の極性を逆にすると、その立ち上がりカーブも変化するので、インピーダンス測定値等と組み合わせることで接続されたアクチュエーターの駆動部が電気特性上、正常か否かの判断ができる。
また、この計測により、試験機とエンジンとの配線の適否、電気部品の故障の有無等も判明する。
例えば、コイルに直流電圧を印加するとコイル特性に応じて通電電流の立ち上がりカーブを描くが直流の極性を逆にすると、その立ち上がりカーブも変化するので、インピーダンス測定値等と組み合わせることで接続されたアクチュエーターの駆動部が電気特性上、正常か否かの判断ができる。
また、この計測により、試験機とエンジンとの配線の適否、電気部品の故障の有無等も判明する。
上記によりエンジンのプレ診断が正常であった場合には、次に試験機の指令信号手段にて、強制的に部品の駆動部を作動してみる。
例えば燃料供給量を制御するアクチュエーターを強制的に動かすと、正常な場合にはその変化がモニター画面２０の燃料供給量１１のポジション信号に現れることになる。
従って指令信号の変化量にポジション信号が追随するか否かを燃料系ユニット２が部品として正常か否かの診断ができる。
例えば燃料供給量を制御するアクチュエーターを強制的に動かすと、正常な場合にはその変化がモニター画面２０の燃料供給量１１のポジション信号に現れることになる。
従って指令信号の変化量にポジション信号が追随するか否かを燃料系ユニット２が部品として正常か否かの診断ができる。
燃料系ユニット２の各部品が正常であると診断できた場合には、スタータを始動し、エンジンをかける。
ディーゼルエンジンの場合には自己着火燃焼なので燃料の吐出タイミングと吐出量を調整すればエンジンがかかる。
エンジンが作動した状態で燃料供給量調整信号をアイドリング状態から高速回転まで可変し、それに対するエンジン回転数の応答等を診断し、中古エンジンのレベル評価ができる。
図１では省略したが、中古エンジンの性能レベルをモニター画面に表示するのもよい。
このように、本発明に係る診断方法によればエンジンの部品が正常か否かを事前に判定でき、その上で、エンジンの作動試験を行うので、中古エンジンを再生する場合にも効率的である。
ディーゼルエンジンの場合には自己着火燃焼なので燃料の吐出タイミングと吐出量を調整すればエンジンがかかる。
エンジンが作動した状態で燃料供給量調整信号をアイドリング状態から高速回転まで可変し、それに対するエンジン回転数の応答等を診断し、中古エンジンのレベル評価ができる。
図１では省略したが、中古エンジンの性能レベルをモニター画面に表示するのもよい。
このように、本発明に係る診断方法によればエンジンの部品が正常か否かを事前に判定でき、その上で、エンジンの作動試験を行うので、中古エンジンを再生する場合にも効率的である。
さらには、指令信号、ポジション信号と運転指標との関係において、複数ある指令信号の変動組合せと、対象とする例えば排ガス濃度との関係をこの試験機にて解析できるのでそれらの最適制御のプログラム開発にも役立つ。
１ エンジン本体
２ 燃料系ユニット
１１ 燃料供給量
１１ａ 燃料供給量調整信号
１１ｂ 燃料供給ポジションセンサー
１２ 吐出タイミング
１２ａ 吐出タイミング調整信号
１２ｂ 吐出タイミングポジションセンサー
１３ｂ 回転数センサー
２０ モニター画面
２１ 入出力信号制御プログラム
２３ エンジン回転数
２ 燃料系ユニット
１１ 燃料供給量
１１ａ 燃料供給量調整信号
１１ｂ 燃料供給ポジションセンサー
１２ 吐出タイミング
１２ａ 吐出タイミング調整信号
１２ｂ 吐出タイミングポジションセンサー
１３ｂ 回転数センサー
２０ モニター画面
２１ 入出力信号制御プログラム
２３ エンジン回転数
Claims (1)
- 内燃機関が正常に作動するか否かを診断する方法であって、
エンジンの制御系に出力する指令信号手段と、エンジンの各制御部品の制御位置を検出するセンサから取り出すポジション信号入力手段とを備え、
指令信号手段とポジション信号入力手段とは電気特性の計測機能を有するとともに指令信号の出力レベルとポジション信号入力レベルとを表示するモニター手段とを有した試験装置を用い、
エンジンの制御系部品の駆動部に指令信号手段を接続し、
エンジンの制御系部品の制御位置センサーにポジション信号入力手段を接続し、
指令信号手段とポジション信号入力手段とに有する電気特性の計測手段にて、
エンジンを作動しない状態で且つエンジンの制御系部品を駆動する前に、各部品の電気特性の計測値から配線及び電気部品が正常か否かを診断するステップと、
エンジンの制御系部品の駆動部に指令信号手段を接続し、
エンジンの制御系部品の制御位置センサーにポジション信号入力手段を接続し、
エンジンを作動させない状態で、指令信号のレベルを可変し、これにポジション信号が追随するか否かをモニター画面にて診断するステップと、
エンジンの制御系部品の駆動部に指令信号手段を接続し、
エンジンの制御系部品の制御位置センサーにポジション信号入力手段を接続し、
エンジンの回転センサーに回転数モニター表示手段を接続し、
エンジンの作動状態にて指令信号のレベルを可変し、これにポジション信号及びエンジン回転数が追随するか否かをモニター画面にて診断するステップとを有することを特徴とするエンジンの診断方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2007026110A JP4979124B2 (ja) | 2007-02-05 | 2007-02-05 | エンジンの試験装置及び診断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2007026110A JP4979124B2 (ja) | 2007-02-05 | 2007-02-05 | エンジンの試験装置及び診断方法 |
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