JP6340290B2

JP6340290B2 - エンジン

Info

Publication number: JP6340290B2
Application number: JP2014181490A
Authority: JP
Inventors: 良太南埜; 洪志表; 豪朝井; 啓一朗湯崎
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: JP2016056698A

Description

本発明は、エンジンの技術に関する。

従来、エンジン異常を検知する手段は公知である。エンジン異常を検知する手段としては、例えば、圧力センサー又は温度センサーを用いてエンジン異常を検知する手段が公知である。例えば、特許文献１には、過給機に設けられた圧力センサーを用いてエンジン異常を検知する手段が開示されている。

しかし、圧力センサー又は温度センサーを用いてエンジン異常を検知する手段では、エンジン異常を瞬時（エンジンの数サイクル）で捉えることができない。従来、過給機の過給機回転数を検知する過給機回転数センサーも公知である。しかし、過給機回転数を用いて瞬時にエンジン異常を検知できる構成は開示されていない。

特開２００５−１８０２２６号公報

本発明の解決しようとする課題は、エンジン異常を瞬時に検知できるエンジンを提供することである。

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、エンジン異常を検知する異常検知手段と、を備え、前記異常検知手段は、エンジンの１サイクルにおける前記過給機回転数のデータを瞬時過給機回転数データとし、前記瞬時過給機回転数データを取得し、予め記憶された前記瞬時過給機回転数データを取得時のエンジン回転数及びエンジン負荷における適正な瞬時過給機回転数データを算出し、前記取得した瞬時過給機回転数データと前記適正な瞬時過給機回転数データとの差分データを算出し、前記差分データの平均が所定値より大きい値となった回数が、所定時間内に所定回数を上回った場合に、又は、前記差分データの分散が所定値より大きい値となった回数が、所定時間内に所定回数を上回った場合に、エンジン異常と判断するものである。

請求項２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、エンジン異常を検知する異常検知手段と、を備え、前記異常検知手段は、エンジンの１サイクルにおける前記過給機回転数のデータを瞬時過給機回転数データとし、前記瞬時過給機回転数データを取得し、前記瞬時過給機回転数データの取得時より所定サイクル以前までの瞬時過給機回転数データの平均を適正な瞬時過給機回転数データとして算出し、前記取得した瞬時過給機回転数データと前記適正な瞬時過給機回転数データとの差分データを算出し、前記差分データの平均が所定値より大きい値となった回数が、所定時間内に所定回数を上回った場合に、又は、前記差分データの分散が所定値より大きい値となった回数が、所定時間内に所定回数を上回った場合に、エンジン異常と判断するものである。

本発明のエンジンによれば、エンジン異常を瞬時に検知できる。

エンジンの構成を示すブロック図。瞬時過給機回転数データを示すグラフ図。第一実施形態のエンジン異常検知制御の流れを示すフロー図。異常検知時の瞬時過給機回転数データを示すグラフ図。別の異常検知時の瞬時過給機回転数データを示すグラフ図。第二実施形態のエンジン異常検知制御の流れを示すフロー図。

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、過給機４０と、異常検知手段としてのＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）５０と、を備えている。

本実施形態のエンジン１００は、過給機４０を備えた直噴式４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４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６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と、コンプレッサ４１と、エアクリーナー１３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、コンプレッサ４１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１３、コンプレッサ４１、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の気筒３１・３１・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、コンプレッサ４１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。

コンプレッサ４１は、過給機４０の構成部品であって詳しくは後述する。エアクリーナー１３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、タービン４２と、を接続して構成されている。排気マニホールド２１、タービン４２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、タービン４２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・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。タービン４２は、過給機４０の構成部品であって詳しくは後述する。

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（４つ）の気筒３１・３１・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。

過給機４０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る。過給機４０は、コンプレッサ４１と、タービン４２と、を備えている。過給機４０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。

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は、後述するエンジン異常検知制御Ｓ１００又はエンジン異常検知制御Ｓ２００によって、エンジン１００の異常を検知する機能を有している。ＥＣＵ５０には、エンジン回転数センサー５１と、エンジン負荷センサー５２と、過給機回転数センサー５５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。エンジン負荷センサー５２は、エンジン１００のエンジン負荷Ａｃ（本実施形態では、アクセル開度）を検知するものである。

図２を用いて、瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）について説明する。なお、図２では、瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）をグラフ図によって表している。

図２の下方では、エンジン１００の１サイクルにおけるそれぞれの気筒３１の筒内圧力Ｐｓの変化がクランク角度に沿って表されている。図２の上方では、エンジン１００の１サイクルにおける過給機回転数Ｎｔの変化がクランク角度に沿って表されている。

図２の上方に示すように、過給機回転数Ｎｔの変化は、各気筒３１の排気工程において増加し、その後減少する波形パターンを繰り返している。また、過給機回転数Ｎｔの変化は、周期性を示しており、一の気筒３１の排気工程から次に点火する気筒３１の排気工程までを一つの周期とした波形パターンを示している。

ここで、エンジン１００の１サイクルにおける１ｄｅｇ毎の過給機回転数Ｎｔのデータの集まりを瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）と定義する。

図３を用いて、エンジン異常検知制御Ｓ１００の流れについて説明する。なお、図３では、エンジン異常検知制御Ｓ１００の流れをフローチャートによって表している。

エンジン異常検知制御Ｓ１００は、本発明のエンジンに係る第一実施形態である。エンジン異常検知制御Ｓ１００は、ＥＣＵ５０によって、エンジン１００の異常を検知する制御である。以下に、エンジン異常検知制御Ｓ１００の各ステップについて説明する。

ステップＳ１０１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、エンジン負荷センサー５２によってエンジン負荷Ａｃを取得する。ステップＳ１０２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を検知し、瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）として取得する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１１にて取得したエンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ａｃにおける適正瞬時過給機回転数データｍ１Ｎｔ（１ｃｙｃ）を算出する。なお、適正瞬時過給機回転数データｍ１Ｎｔ（１ｃｙｃ）とは、エンジン１００が正常な場合のエンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ａｃ毎の適正な過給機回転数データｍＮｔ（１ｃｙｃ）であって、予めＥＣＵ５０に記憶されている。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２にて取得した瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）と、ステップＳ１０３にて算出した適正瞬時過給機回転数データｍ１Ｎｔ（１ｃｙｃ）との差分として差分データｄＮｔ（１ｃｙｃ）を算出する。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０４にて算出した差分データｄＮｔ（１ｃｙｃ）の平均Ｍと分散Ｖとを算出する。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０４にて算出した平均Ｍが所定値Ｍ１より大きいかどうかを確認する。ステップＳ１０７において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０７にて、平均Ｍが所定値Ｍ１より大きい場合には、カウント数Ｎｍを＋１とする。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ５０は、諸条件が成立していれば、カウント数Ｎｍを０にリセットする。本実施形態では、諸条件を所定時間の経過としている。

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０４にて算出した分散Ｖが所定値Ｖ１より大きいかどうかを確認する。ステップＳ１１０において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０９にて、分散Ｖが所定値Ｖ１より大きい場合には、カウント数Ｎｖを＋１とする。

ステップＳ１１１において、ＥＣＵ５０は、諸条件が成立していれば、カウント数Ｎｍを０にリセットする。本実施形態では、諸条件を所定時間の経過としている。

ステップＳ１１２において、ＥＣＵ５０は、カウント数Ｎｍが５より小さいかどうかを確認する。カウント数Ｎｍが５以上の場合には、ステップＳ１１４へ移行する。ステップＳ１１３において、ＥＣＵ５０は、カウント数Ｎｖが５より小さいかどうかを確認する。カウント数Ｎｍが５以上の場合には、ステップＳ１１４へ移行する。

ステップＳ１１４において、ＥＣＵ５０は、エンジン１００が異常であると判断し、エンジン異常を検知する。

ステップＳ１１５において、ＥＣＵ５０は、エンジン１００が正常であると判断し、エンジン正常を検知する。

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、エンジン異常を瞬時に検知できる。

すなわち、エンジン１００によれば、過給機回転数センサー５５によって瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）を取得し、適正瞬時過給機回転数データｍ１Ｎｔ（１ｃｙｃ）と比較することによって、エンジン異常を瞬時に検知できる。

図４を用いて、エンジン異常である瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）について説明する。なお、図４では、エンジン異常である瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）をグラフ図によって表している。

図４の下方では、エンジン１００の１サイクルにおけるそれぞれの気筒３１の筒内圧力Ｐｓの変化をクランク角度に沿って表している。図４上方では、エンジン１００の１サイクルにおける過給機回転数Ｎｔの変化をクランク角度に沿って表している。

図４の上方のグラフでは、適正瞬時過給機回転数データｍ１Ｎｔ（１ｃｙｃ）を二点鎖線によって表し、エンジン異常である瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）を実線で表している。

図４に示す瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）と適正瞬時過給機回転数データｍ１Ｎｔ（１ｃｙｃ）とを比較すると、過給機回転数Ｎｔの大きさ（時間平均）は略同一であるものの、過給機回転数Ｎｔの周期性が大きく変化している。具体的には、図中Ｐの部分では、過給機回転数Ｎｔがそれまでの波形パターンとは、異なった波形パターンを示している。

図４に示す瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）と適正瞬時過給機回転数データｍ１Ｎｔ（１ｃｙｃ）との差分データｄＮｔ（１ｃｙｃ）では、分散Ｖが大きく変化する。このような傾向を示すエンジン異常としては、一の気筒３１での失火、或いは、一の気筒３１での燃料噴射量の減少等が挙げられる。

図５を用いて、エンジン異常である瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）について説明する。なお、図５では、エンジン異常である瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）をグラフ図によって表している。

図５の下方では、エンジン１００の１サイクルにおけるそれぞれの気筒３１の筒内圧力Ｐｓの変化をクランク角度に沿って表している。図５の上方では、エンジン１００の１サイクルにおける過給機回転数Ｎｔの変化をクランク角度に沿って表している。

図５の上方のグラフでは、適正瞬時過給機回転数データｍ１Ｎｔ（１ｃｙｃ）を二点鎖線によって表し、エンジン異常である瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）を実線で表している。

図５に示す瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）と適正瞬時過給機回転数データｍ１Ｎｔ（１ｃｙｃ）とを比較すると、過給機回転数Ｎｔの大きさ（時間平均）が大きく異なり、過給機回転数Ｎｔの周期性は略同一である。

図５に示す瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）と適正瞬時過給機回転数データｍ１Ｎｔ（１ｃｙｃ）との差分データｄＮｔ（１ｃｙｃ）では、平均Ｍが大きく変化する。このような傾向を示すエンジン異常としては、ＥＧＲ量の変化による排気圧の変化、或いは、燃料噴射タイミングの変化等が挙げられる。

図６を用いて、エンジン異常検知制御Ｓ２００の流れについて説明する。なお、図６では、エンジン異常検知制御Ｓ２００の流れをフローチャートによって表している。

エンジン異常検知制御Ｓ２００は、本発明のエンジンに係る第二実施形態である。エンジン異常検知制御Ｓ２００は、ＥＣＵ５０によって、エンジン１００の異常を検知する制御である。なお、エンジン異常検知制御Ｓ２００では、適正瞬時過給機回転数データｍ２Ｎｔ（１ｃｙｃ）を算出するステップＳ２０３以外は、上述したエンジン異常検知制御Ｓ１００と同様であるため、各ステップの説明を省略する。

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ５０は、適正瞬時過給機回転数データｍ２Ｎｔ（１ｃｙｃ）を算出する。なお、適正瞬時過給機回転数データｍ２Ｎｔ（１ｃｙｃ）とは、エンジン１００が正常な場合の現在より５０サイクル以前までの瞬時過給機回転数データＮｔ（１ｃｙｃ）の平均データ（波形）であって、予めＥＣＵ５０に記憶されている。

４０過給機
５０ＥＣＵ（異常検知制御手段）
５５過給機回転数検知手段（過給機回転数センサー）
１００エンジン
Ｎｔ（１ｃｙｃ）瞬時過給機回転数データ
ｍ１Ｎｔ（１ｃｙｃ）適正瞬時過給機回転数データ
ｄＮｔ（１ｃｙｃ）差分データ

Claims

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、エンジン異常を検知する異常検知手段と、を備え、
前記異常検知手段は、
エンジンの１サイクルにおける前記過給機回転数のデータを瞬時過給機回転数データとし、前記瞬時過給機回転数データを取得し、予め記憶された前記瞬時過給機回転数データを取得時のエンジン回転数及びエンジン負荷における適正な瞬時過給機回転数データを算出し、
前記取得した瞬時過給機回転数データと前記適正な瞬時過給機回転数データとの差分データを算出し、
前記差分データの平均が所定値より大きい値となった回数が、所定時間内に所定回数を上回った場合に、又は、前記差分データの分散が所定値より大きい値となった回数が、所定時間内に所定回数を上回った場合に、エンジン異常と判断する、
エンジン。
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、エンジン異常を検知する異常検知手段と、を備え、
前記異常検知手段は、
エンジンの１サイクルにおける前記過給機回転数のデータを瞬時過給機回転数データとし、前記瞬時過給機回転数データを取得し、前記瞬時過給機回転数データの取得時より所定サイクル以前までの瞬時過給機回転数データの平均を適正な瞬時過給機回転数データとして算出し、
前記取得した瞬時過給機回転数データと前記適正な瞬時過給機回転数データとの差分データを算出し、
前記差分データの平均が所定値より大きい値となった回数が、所定時間内に所定回数を上回った場合に、又は、前記差分データの分散が所定値より大きい値となった回数が、所定時間内に所定回数を上回った場合に、エンジン異常と判断する、
エンジン。