JP5857666B2 - インタークーラー診断システム - Google Patents

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Description

本発明はインタークーラー診断システムに関し、更に詳しくは、インター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インタークーラー診断システムに関する。
ディーゼルエンジンの出力増加を目的として、ターボチャージャーにより吸入空気量を増加させるとともに、そのターボチャージャーで圧縮された吸入空気をインタークーラーで冷却して吸入空気密度を高める機構が広く実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。
この機構においてインタークーラーは、上述したディーゼルエンジンの出力増加のためだけでなく、適切な熱交換器の使用により省エネルギー化を進めることを規定した法律上の要請からも、高い冷却効率を有することが求められている。そのため、インター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、インタークーラーの冷却効率の診断は、インタークーラーの出入口にそれぞれ温度センサを設置して、それらの測定値の差とターボチャージャーにおける温度上昇分とを比較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。
特開２０１１−１８７７号公報
本発明の目的は、インター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インター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インタークーラー診断システムは、ディーゼルエンジンのインタークーラーの冷却効率を診断するインタークーラー診断システムであって、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及びインテークマニホールド温度センサと、そのインテークマニホールドに接続する吸気管の吸入口近傍に設置された吸気温度センサと、大気圧を測定する大気圧センサと、それらのセンサの測定値を処理しかつＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁を制御する処理手段とを備え、前記処理手段は、前記ＥＧＲ弁を閉止した後に、シリンダー吸気圧力センサの測定値Ｐ２、インテークマニホールド温度センサの測定値Ｔ４、吸気温度センサの測定値Ｔ１及び大気圧センサの測定値Ｐ１を用いてインタークーラーの冷却効率ηcを算出し、前記冷却効率ηcが所定値未満であるときに前記インター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。
インタークーラーの冷却効率ηcの算出は、以下の（１）〜（３）式によることが望ましい。
Figure 0005857666
但し、Ｔ３：インタークーラー出口温度計算値、κ：比熱比、η：コンプレッサ効率をそれぞれ示す。
インタークーラーの冷却効率を診断するための所定値としては６０〜７０％の範囲の値を用いることが望ましい。
また、処理手段がインター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インター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。
本発明のインター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。
本発明のインタークーラー診断システムによれば、インタークーラーの出入口に新たに温度センサを設置することなく、従来のセンサを用いるだけでよいため、インター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。
本発明の実施形態からなるインター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インター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インタークーラー診断システムを示す。
このインター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のそれぞれに供給される。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。
本発明のインター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及びインテークマニホールド温度センサ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に設置された吸気温度センサ１７と、大気圧を測定する大気圧センサ１８と、それら４台のセンサ１５〜１８、ＥＧＲ弁１２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〜２０ｆ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及びインテークマニホールド温度センサ１６は、インテークマニホールド７内の空気の圧力及び温度をそれぞれ測定するものである。吸気温度センサ１７は、吸入口２から吸入されてターボチャージャー５に供給される空気の温度を測定する。また、大気圧センサ１８は、ディーゼルエンジン１の近傍に設置され、ディーゼルエンジン１の周囲の大気圧を測定する。これら４台のセンサ１５〜１８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とともに、信号線２０ｅを通じてＥＧＲ弁１２の開度を制御する。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インター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、対象となる運転サイクルにおいてインタークーラー６の冷却効率の診断が終了していない場合（Ｓ１０）には、ＥＧＲ弁１２を閉止してＥＧＲクーラー１１の機能をオフにする（Ｓ２０）。そして、シリンダー吸気圧力センサ１５の測定値Ｐ２、インテークマニホールド温度センサ１６の測定値Ｔ４、吸気温度センサ１７の測定値Ｔ１及び大気圧センサ１８の測定値Ｐ１を取得する（Ｓ３０）。
次に、それら取得した測定値Ｐ２、Ｔ４、Ｔ１及びＰ１を用いて、例えば以下に示す（１）〜（３）式によりインタークーラーの冷却効率ηｃを算出する（Ｓ４０）。
Figure 0005857666
但し、Ｔ３：インタークーラー出口温度計算値、κ：比熱比、η：コンプレッサ効率をそれぞれ示す。なお、コンプレッサ効率ηはターボチャージャー５の特性を示すマップデータから得ることができる。
そして、診断条件が成立している場合（Ｓ５０）には、インタークーラー６の冷却効率ηｃと所定値とを比較して（Ｓ６０）、冷却効率ηｃが所定値未満の場合には、インタークーラー６の冷却効率が劣化していると診断し（Ｓ７０）、反対に所定値以上の場合には、インタークーラー６の冷却効率が正常であると診断する（Ｓ８０）。なお、診断条件が成立する場合としては、ディーゼルエンジン１を搭載した車両の車速が２０ｋｍ／ｈ以上である場合などが例示される。
以上のように、インタークーラー６の出入口に新たに温度センサを設置することなく、従来のセンサ１５〜１８を用いて診断を行うので、インタークーラー６の冷却効率ηｃを低コストで診断することができる。また、従来のセンサ１５〜１８をそのまま利用するため、既存のディーゼルエンジン１へのインタークーラー診断システムの取り付けが容易である。
インタークーラー６の冷却効率ηｃ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６０〜７０％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インタークーラー診断システムを示す。
このインタークーラー診断システムは、インタークーラー６の冷却効率ηｃの診断結果を通知する通知手段２２を、信号線２０ｇ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、インタークーラー６の冷却効率ηｃ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。
本発明のインター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
１０ ＥＧＲ通路
１１ インタークーラー
１２ ＥＧＲ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 インテークマニホールド温度センサ
１７ 吸気温度センサ
１８ 大気圧センサ
１９ ＥＣＵ
２０ａ〜２０ｇ 信号線
２１ 処理手段
２２ 通知手段

Claims (4)

  1. ディーゼルエンジンのインタークーラーの冷却効率を診断するインター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及びインテークマニホールド温度センサと、そのインテークマニホールドに接続する吸気管の吸入口近傍に設置された吸気温度センサと、大気圧を測定する大気圧センサと、それらのセンサの測定値を処理しかつＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁を制御する処理手段とを備え、
    前記処理手段は、前記ＥＧＲ弁を閉止した後に、前記シリンダー吸気圧力センサの測定値Ｐ２、インテークマニホールド温度センサの測定値Ｔ４、吸気温度センサの測定値Ｔ１及び大気圧センサの測定値Ｐ１を用いてインタークーラーの冷却効率ηcを算出し、
    前記冷却効率ηcが所定値未満であるときに前記インター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インタークーラー診断システム。
  2. 前記処理手段は、前記ＥＧＲ弁を閉止した後に、前記シリンダー吸気圧力センサの測定値Ｐ２、インテークマニホールド温度センサの測定値Ｔ４、吸気温度センサの測定値Ｔ１及び大気圧センサの測定値Ｐ１を用いて以下の（１）〜（３）式によりインタークーラーの冷却効率ηcを算出し、
    前記冷却効率ηcが６０〜７０％未満であるときに前記インタークーラーの冷却効率が劣化していると診断する請求項１に記載のインタークーラー診断システム。
    Figure 0005857666
    但し、Ｔ３：インタークーラー出口温度計算値、κ：比熱比、η：コンプレッサ効率をそれぞれ示す。
  3. 前記処理手段が前記インター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に記載のインタークーラー診断システム。
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載のインタークーラーの診断システムを搭載したことを特徴とする内燃機関。
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