JP5845843B2

JP5845843B2 - Ｅｇｒクーラー診断システム

Info

Publication number: JP5845843B2
Application number: JP2011253230A
Authority: JP
Inventors: 英和藤江; 哲史塙
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: WO2013073456A1; JP2013108414A

Description

本発明はＥＧＲクーラー診断システムに関し、更に詳しくは、ＥＧＲクーラーの冷却効率を低コストで診断することができるＥＧＲクーラー診断システムに関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ：Nitrogen Oxide）を低減することを目的として、排気ガスの一部を吸気に還流させることで、燃焼温度を低く抑えてＮＯｘの生成を抑制する排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が広く実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。

通常、ＥＧＲは、ディーゼルエンジンの排気管から吸気管へ接続するＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁で、排気ガスの分流（ＥＧＲガス）量を調整することにより行われる。このとき、ＥＧＲガスをそのまま吸気側に循環させると、高温で膨張しているＥＧＲガスがインテークマニホールドに供給されるので、吸気時に気筒内でＥＧＲガスが占める割合が増加し、その分だけ空気量が減少してしまう。その結果、気筒内での燃焼状態が悪化して、排気ガス中の不純物が増加してしまうことになる。そのため、ＥＧＲ通路の途中に水冷式のＥＧＲクーラーを設置して、ＥＧＲガスを冷却して体積を減少させてから、インテークマニホールドに供給することが行われている。

一方、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラーにおいて過度に冷却されると、エンジンの暖機が遅れたり、ＥＧＲガス中の水分が結露して気筒内での燃焼不良やエンジンの耐久性低下などを招くおそれがある。このようなことから、ＥＧＲクーラーの冷却効率を診断することが重要になっている。

従来より、ＥＧＲクーラーの冷却効率の診断は、ＥＧＲクーラーの出入口にそれぞれ温度センサを設置して、それらの測定値の偏差をモニタすることにより実施されている。しかし、このような方法では、新たに複数台の温度センサを追加することが必要となるため、製造コストの増加を招くという問題があった。また、ＥＧＲクーラーの温度センサの台数が複数になると、センサ間の位置関係や検出遅れなどに伴う補正が必要となるため、診断精度が低下するという問題もあった。

特開２００１−４１１１０号公報

本発明の目的は、ＥＧＲクーラーの冷却効率を低コストでかつ精度良く診断することができるＥＧＲクーラー診断システムを提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のＥＧＲクーラー診断システムは、ディーゼルエンジンのＥＧＲクーラーの冷却効率を診断するＥＧＲクーラー診断システムであって、前記ディーゼルエンジンのインテークマニホールドに設置されたシリンダー吸気圧力センサと、前記インテークマニホールドに接続するインタークーラーの出口に設置されたインタークーラー出口温度センサと、前記インタークーラーに接続する吸気管の吸入口近傍に設置された吸入空気量センサと、ＥＧＲクーラーの出口に設置されたＥＧＲクーラー出口温度センサと、それら４台のセンサの測定値を処理する処理手段とを備え、前記処理手段は、前記シリンダー吸気圧力センサの測定値Ｐ２、吸入空気量センサーの測定値ｍ１、インタークーラー出口温度センサの測定値Ｔ１及びＥＧＲクーラー出口温度センサの測定値Ｔ２を用いて以下の（１）〜（５）式により診断値ΔＴを算出し、前記診断値ΔＴが所定値未満であるときに前記ＥＧＲクーラーの冷却効率が劣化していると診断することを特徴とするものである。

但し、Ｔ３：ＥＧＲクーラー入口温度計算値、Ｔ４：インテークマニホールド温度計算値、ｍ２：ＥＧＲクーラー出口ガス質量流量計算値、ｍ３：インテークマニホールドガス質量流量計算値、ｎ：ディーゼルエンジンのシリンダー数、Ｒ：空気のガス定数、Ｖ：ディーゼルエンジンの排気量、η：体積効率、ｄＴ：燃焼によるガスの温度上昇をそれぞれ示す。

ＥＧＲクーラーの冷却効率を診断するための所定値としては１５０〜２００℃の範囲の値を用いることが望ましい。

また、処理手段がＥＧＲクーラーの冷却効率の診断結果を通知する通知手段を備えることで、車両の運転者などにＥＧＲクーラーの冷却効率の劣化を早期かつ確実に伝達することができる。

本発明のＥＧＲクーラー診断システムは、一般の内燃機関に好適に用いられる。

本発明のＥＧＲクーラー診断システムによれば、ＥＧＲクーラーの出口に新たに１台の温度センサを設置するだけでよいので、従来よりも温度センサの台数が少なくて済むため、ＥＧＲクーラーの冷却効率を低コスト診断することができる。また、温度センサが１台であるので、測定値の補正等が不要となるため診断精度を向上することができる。

本発明の実施形態からなるＥＧＲクーラー診断システムの構成図である。処理手段の処理内容を示すフロー図である。本発明の別の実施形態からなるＥＧＲクーラー診断システムの構成図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態からなるＥＧＲクーラー診断システムを示す。

このＥＧＲクーラー診断システムが装備されるディーゼルエンジン１では、吸入口２から吸気管３内へ吸入された空気は、エアクリーナー４を通過してからターボチャージャー５により圧縮され、インタークーラー６で冷却された後にインテークマニホールド７を経て４つの気筒８のそれぞれへ供給される。そして、各気筒８から燃焼ガスとなって排気管９へ排気されるが、その一部はインタークーラー６の下流側の吸気管３に接続するＥＧＲ通路１０にＥＧＲガスとなって分流する。ＥＧＲ通路１０には、水冷式のＥＧＲクーラー１１と、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁１２とが、排気管９側から順に配置されている。また、ＥＧＲクーラー１１によるＥＧＲガスの過冷却を防止するために、ＥＧＲクーラー１１の出口と上流側の排気管９とを接続する排気戻し通路１３が設けられている。ＥＧＲ通路１０に分流しなかった排気ガスは、ターボチャージャー５を回転駆動させた後に、排出口１４から外部へ放出される。

本発明のＥＧＲクーラー診断システムは、インテークマニホールド７に設置されたシリンダー吸気圧力センサ１５と、インタークーラー６の出口に設置されたインタークーラー出口温度センサ１６と、エアクリーナー４とターボチャージャー５との間の吸気管３に設置された吸入空気量センサ１７と、ＥＧＲクーラー１１の出口に設置されたＥＧＲクーラー出口温度センサ１８と、それら４台のセンサ１５〜１８及びＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１９に、それぞれ信号線２０ａ〜２０ｅを通じて接続する処理手段２１とから構成されている。

シリンダー吸気圧力センサ１５は、インテークマニホールド７内の空気の圧力を測定する。また、吸入空気量センサ１７は、吸入口２から吸入された空気の質量流量を測定する。なお、シリンダー吸気圧力センサ１５、インタークーラー出口温度センサ１６及び吸入空気量センサ１７は、ディーゼルエンジン１の運転状態を示す測定値をＥＣＵ１９に提供するために、従来から設置されているものである。

処理手段２１は、記憶部を備えたＣＰＵ（中央演算処理装置）から構成され、信号線２０ａ〜２０ｄを通じて４台のセンサ１５〜１８から測定値を取得する。なお、図１の例では、処理手段２１とＥＣＵ１９とを別体にしているが、処理手段２１の機能をＥＣＵ１９に持たせることで一体化するようにしてもよい。

このような構成を有するＥＧＲクーラー診断システムの機能を、図２に示すフロー図を基に以下に説明する。

処理手段２１は、ディーゼルエンジン１の運転条件が成立しているか否かをＥＣＵ１９から送られる信号で確認（Ｓ１０）する。なお、運転条件が成立する場合としては、基本的にはＥＧＲクーラー１１のオン時、つまり暖機後のアイドル運転時以外の状態などが例示される。

次に、運転条件が成立している場合には、シリンダー吸気圧力センサ１５の測定値Ｐ２、インタークーラー出口温度センサ１６の測定値Ｔ１、吸入空気量センサー１７の測定値ｍ１及びＥＧＲクーラー出口温度センサ１８の測定値Ｔ２を取得する（Ｓ２０）。それら取得した測定値Ｐ２、ｍ１、Ｔ１、Ｔ２を用いて、以下に示す（１）〜（５）式によりＥＧＲクーラーの冷却効率の診断値ΔＴを算出する（Ｓ３０）。

但し、Ｔ３はＥＧＲクーラー１１の入口温度の計算値を、Ｔ４はインテークマニホールド７の温度の計算値を、ｍ２はＥＧＲクーラー１１の出口ガス質量流量の計算値を、ｍ３はインテークマニホールド７のガス質量流量の計算値をそれぞれ示す。また、定数として、ｎはディーゼルエンジン１のシリンダー数（気筒８の数）を、Ｒは空気のガス定数を、Ｖはディーゼルエンジン１の排気量をそれぞれ示す。更に、ηは体積効率を、ｄＴは燃焼によるガスの温度上昇をそれぞれ示すが、それらは機器の特性を表すマップデータから得ることができる。例えば、ｄＴは、ディーゼルエンジン１の種類毎に設定された燃料噴射量とエンジン回転数とからなるマップデータから得ることができる。また、通常のηの値は７０〜１００％となる。

そして、診断値ΔＴと所定値とを比較して（Ｓ４０）、診断値ΔＴが所定値未満である場合には、ＥＧＲクーラー１１の冷却効率が劣化していると診断し（Ｓ５０）、反対に所定値以上の場合には、ＥＧＲクーラー１１の冷却効率が正常であると診断する（Ｓ６０）。

以上のように、新たにＥＧＲクーラー１１の出口に温度センサを１台設置するだけよいので、従来のように２台設置する場合に比べてＥＧＲクーラー１１の冷却効率を低コストで診断することができる。また、ＥＧＲクーラー１１の温度センサが１台で済むので、測定値の補正等が不要となるため診断精度を向上することができる。

ＥＧＲクーラー１１の冷却効率の診断に用いる所定値は、ディーゼルエンジン１のサイズや性能により変化するが、一般的な大型車両を対象にした場合には、約１５０〜２００℃の範囲の値を用いることが望ましい。

図３は、本発明の実施形態からなるＥＧＲクーラー診断システムを示す。

このＥＧＲクーラー診断システムは、ＥＧＲクーラー１１の冷却効率の診断結果を通知する通知手段２２を、信号線２０ｆを通じて処理手段２１に接続したものである。通知手段２２としては、ディーゼルエンジン１を搭載する車両の運転席などに設置されたモニタや警報器などが例示される。

このように通知手段２２を設けることにより、ＥＧＲクーラー１１の冷却効率の劣化を、車両の運転者などに早期かつ確実に伝達することができる。

本発明のＥＧＲクーラー診断システムの用途は、上述したような車両のディーゼルエンジン１に限るものではなく、その他一般の内燃機関にも適用することができる。

１ディーゼルエンジン
２吸入口
３吸気管
４エアクリーナー
５ターボチャージャー
６インタークーラー
７インテークマニホールド
８気筒
９排気管
１０ＥＧＲ通路
１１ＥＧＲクーラー
１２ＥＧＲ弁
１３排気戻し通路
１４排出口
１５シリンダ吸気圧力センサ
１６インタークーラー出口温度センサ
１７吸入空気量センサ
１８ＥＧＲクーラー出口温度センサ
１９ＥＣＵ
２０ａ〜２０ｆ信号線
２１処理手段
２２通知手段

Claims

ディーゼルエンジンのＥＧＲクーラーの冷却効率を診断するＥＧＲクーラー診断システムであって、
前記ディーゼルエンジンのインテークマニホールドに設置されたシリンダー吸気圧力センサと、前記インテークマニホールドに接続するインタークーラーの出口に設置されたインタークーラー出口温度センサと、前記インタークーラーに接続する吸気管の吸入口近傍に設置された吸入空気量センサと、ＥＧＲクーラーの出口に設置されたＥＧＲクーラー出口温度センサと、それら４台のセンサの測定値を処理する処理手段とを備え、
前記処理手段は、前記シリンダー吸気圧力センサの測定値Ｐ２、吸入空気量センサーの測定値ｍ１、インタークーラー出口温度センサの測定値Ｔ１及びＥＧＲクーラー出口温度センサの測定値Ｔ２を用いて以下の（１）〜（５）式により診断値ΔＴを算出し、
前記診断値ΔＴが所定値未満であるときに前記ＥＧＲクーラーの冷却効率が劣化していると診断することを特徴とするＥＧＲクーラー診断システム。

但し、Ｔ３：ＥＧＲクーラー入口温度計算値、Ｔ４：インテークマニホールド温度計算値、ｍ２：ＥＧＲクーラー出口ガス質量流量計算値、ｍ３：インテークマニホールドガス質量流量計算値、ｎ：ディーゼルエンジンのシリンダー数、Ｒ：空気のガス定数、Ｖ：ディーゼルエンジンの排気量、η：体積効率、ｄＴ：燃焼によるガスの温度上昇をそれぞれ示す。
前記所定値が１５０〜２００℃である請求項１に記載のＥＧＲクーラー診断システム。
前記処理手段が前記ＥＧＲクーラーの冷却効率の診断結果を通知する通知手段を備える請求項１又は２に記載のＥＧＲクーラー診断システム。
請求項１〜３のいずれかに記載のＥＧＲクーラー診断システムを搭載したことを特徴とする内燃機関。