JP6658030B2 - 異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、異常判定装置に関する。

従来、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）システムを備えたエンジンが知られている。ＰＣＶシステムは、一端がクランクケースの内部に接続され、他端が吸気通路に接続されるブローバイガス通路と、ブローバイガス通路の途中に設けられるオイルセパレータとを有する。この構成により、クランクケースの内部で発生したブローバイガスは、ブローバイガス通路を介してエンジンの吸気側に還流される。また、ブローバイガス中のオイルは、オイルセパレータにより捕集され、クランクケースの内部に戻される。

特許文献１には、ＰＣＶシステムの異常の有無を判定する異常判定装置が開示されている。

特開２０１０−０９６０３２号公報

ＰＣＶシステムを備えたエンジンでは、対処方法が異なる様々な異常が発生しうるため、異常の種類が判定されることが望まれている。特許文献１の異常判定装置は、ＰＣＶシステムに異常が有るか否かを判定するに留まり、エンジンにおける異常の種類を判定するものではない。

本発明の目的は、エンジンにおける異常の種類を判定することができる異常判定装置を提供することである。

本発明の一態様に係る異常判定装置は、クランクケースの内部で発生したブローバイガスを吸気通路に還流するブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路の途中に設けられ、前記ブローバイガスに含まれるオイルを捕集するオイルセパレータと、前記クランクケースの内圧を検出するセンサとを備えたエンジンの異常判定装置であって、前記センサから入力した検出内圧値と、エンジン回転数とエンジントルクに対応して予め設定された前記クランクケースの内圧を示す設定内圧値との差に基づいて、前記エンジンの異常状態の種類を判定し、前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がある場合、前記差が予め設定された閾値以上であるか否かを判定し、前記差が前記閾値以上である場合、前記異常状態はピストンまたはピストンリングの焼き付きであると判定し、前記差が前記閾値以上ではない場合、前記異常状態はターボチャージャのガス吹き抜けであると判定する。
本発明の一態様に係る異常判定装置は、クランクケースの内部で発生したブローバイガスを吸気通路に還流するブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路の途中に設けられ、前記ブローバイガスに含まれるオイルを捕集するオイルセパレータと、前記クランクケースの内圧を検出するセンサとを備えたエンジンの異常判定装置であって、前記センサから入力した検出内圧値と、エンジン回転数とエンジントルクに対応して予め設定された前記クランクケースの内圧を示す設定内圧値との差に基づいて、前記エンジンの異常状態の種類を判定し、前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がない場合、所定時間の経過後に再度前記差の有無を判定し、前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がある場合、前記異常状態はダイリューションであると判定する。

本発明によれば、エンジンにおける異常の種類を判定することができる。

本発明の実施の形態に係るディーゼルエンジンの構成の一例を示す図 本発明の実施の形態に係る設定内圧値テーブルの一例を示す図 本発明の実施の形態に係る異常判定動作の流れの一例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、ディーゼルエンジンを例に挙げて説明するが、本発明は、このディーゼルエンジンに限定されるものではなく、他のエンジンにも適用できる。

まず、図１を用いて、本発明の実施の形態に係るディーゼルエンジン１００の構成について説明する。図１は、本実施の形態のディーゼルエンジン１００の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、ディーゼルエンジン１００は、エンジン本体１０、吸気通路１２、排気通路１３、ＥＧＲ通路１４、エアクリーナ１６、ターボチャージャ１７、インタークーラ１８、ＥＧＲクーラ１９、ＥＧＲ弁２０、ＰＣＶシステム２４（ブローバイガス通路１５、オイルセパレータ２１）を備える。

エンジン本体１０は、シリンダブロック１を有する。シリンダブロック１内には、ピストンリング２を備え、シリンダブロック１内を摺動するピストン３、クランクシャフト４等を収容するクランクケース５、潤滑用のオイルを収容するオイルパン６、燃焼室２２に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）２３などが備えられる。

また、エンジン本体１０の燃焼室２２には、新規空気Ａを導入するための吸気通路１２と、排気ガスＧを排出するための排気通路１３とが接続されている。なお、吸気通路１２内の矢印および排気通路１３内の矢印は、それぞれ、新規空気Ａおよび排気ガスＧの流れを示している。

吸気通路１２には、エアクリーナ１６と、ターボチャージャ１７のコンプレッサ１７ａと、インタークーラ１８とが配置されている。排気通路１３には、ターボチャージャ１７のガスタービン１７ｂが配置されている。コンプレッサ１７ａとガスタービン１７ｂは、回転軸１７ｃにより連結されている。なお、図示は省略するが、ターボチャージャ１７とクランクケース５の内部とは、オイル供給用通路で連結されている。

ＥＧＲ通路１４は、排気再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲガスＧｅを循環させる通路であり、吸気通路１２と排気通路１３に接続されている。このＥＧＲ通路１４には、ＥＧＲクーラ１９とＥＧＲ弁２０とが配置されている。なお、ＥＧＲ通路１４内の矢印は、ＥＧＲガスＧｅの流れを示している。

ＰＣＶシステム２４は、ブローバイガス通路１５とオイルセパレータ２１を有する。ブローバイガス通路１５の一端は、クランクケース５の内部に接続され、ブローバイガス通路１５の他端は、コンプレッサ１７ａの上流側の吸気通路１２に接続されている。これにより、クランクケース５の内部で発生したブローバイガスＧｂは、ブローバイガス通路１５を介してディーゼルエンジン１００の吸気側に還流される。なお、ブローバイガス通路１５内の矢印は、ブローバイガスＧｂの流れを示している。

オイルセパレータ２１は、ブローバイガス通路１５の途中に配置されている。これにより、ブローバイガスＧｂに含まれるオイルは、オイルセパレータ２１によりブローバイガスＧｂから分離、捕集され、オイル戻り通路（図示略）を介してクランクケース５の内部に戻され、オイルパン６に貯留される。

また、ブローバイガス通路１５において、オイルセパレータ２１の上流側には、クランクケース５の内部の圧力を検出する内圧検出センサ３１が設けられている。内圧検出センサ３１により検出された値（以下、検出内圧値という）は、ＥＣＵ３０へ出力される。なお、内圧検出センサ３１の配置位置は、クランクケース５の内圧を検出可能な位置であればよく、図１に示す位置に限定されない。

以上、本実施の形態のディーゼルエンジン１００の構成例について説明した。

次に、図１に示したＥＣＵ３０について説明する。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０は、ディーゼルエンジン１００を制御する制御装置である。ＥＣＵ３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、コンピュータプログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）、各種データを格納するＲＡＭ（Random Access Memory）、バックアップＲＡＭ、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。そして、後述するＥＣＵ３０の各機能は、コンピュータプログラムにより実現されうる。例えば、ＥＣＵ３０は、ＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムをＲＡＭにコピーし、そのコンピュータプログラムに含まれる命令をＲＡＭから順次読み出して実行することにより、ＥＣＵ３０の各機能が実現される。また、コンピュータプログラムを実行する際、ＲＡＭには、各種処理で得られたデータが記憶され、適宜利用される。

ＥＣＵ３０には、例えば、エンジン回転数、アクセル開度、燃料噴射量、冷却水温度、排気温度、タービン回転数等の値が入力される。ＥＣＵ３０は、これらの入力値、予め設定されたデータ、およびコンピュータプログラムに基づいて、ＥＧＲ弁開度、ターボチャージャ１７の可変ノズル開度、燃料の噴射時期、燃料の噴射圧力等の制御パラメータを算出する。そして、ＥＣＵ３０は、制御パラメータに対応する制御信号を出力して、ＥＧＲ弁２０、ターボチャージャ１７の可変ノズル(図示略）、燃料噴射弁２３、燃料ポンプ（図示略）を制御する。これらの制御については公知であるので、詳細な説明は省略する。

また、ＥＣＵ３０には、内圧検出センサ３１から上述した検出内圧値が入力される。ＥＣＵ３０は、検出内圧値および予め設定されたデータ（以下、設定データという。詳細は後述）に基づいて、ディーゼルエンジン１００で発生する異常状態の種類を判定する異常判定動作を行う。よって、ＥＣＵ３０は、異常判定装置の一例に相当する。なお、異常判定動作の詳細については、図３を用いて後述する。

ここで、本実施の形態の異常判定動作で判定される異常状態の種類について説明する。

異常状態の種類は、例えば、ピストン３またはピストンリング２の焼き付き、ターボチャージャ１７のガス吹き抜け、ダイリューションである。

ピストン３またはピストンリング２の焼き付きとは、ピストン３またはピストンリング２が摩耗または欠損することで、ピストン３またはピストンリング２とシリンダの内壁との間に隙間が生じ、その隙間を介して燃焼室２２からクランクケース５の内部へガスが流入する状態をいう。

ターボチャージャ１７のガス吹き抜けとは、例えば、回転軸１７ｃを支持するベアリング（図示略）が破損することで、吸気側のガスがオイル供給用通路（図示略）を介してクランクケース５の内部へ吹き抜ける状態をいう。

ダイリューション（燃料希釈ともいう）とは、例えば、オイルパン６に溜まるオイルに燃料が混合してオイルの液面が上昇し、クランクシャフト４の回転によりオイルが掻き上げられ、クランクケース５の内部にオイルが飛散する状態をいう。

上述したいずれかの異常状態が発生すると、クランクケース５の内圧が上昇する。なお、ダイリューションが発生する場合では、時間の経過とともにクランクケース５の内圧が上昇する。

以上、異常状態の種類について説明した。

次に、本実施の形態の異常判定動作で用いられる設定データの例について説明する。

設定データは、異常判定動作の開始前に設定され、例えばＥＣＵ３０のＲＯＭ等に記憶される。設定データとしては、例えば、閾値および設定内圧値テーブルがある。

閾値は、ピストン３またはピストンリング２の焼き付きとターボチャージャ１７のガス吹き抜けとを判別できるように、予め実施された実験やシミュレーション等の結果に基づいて設定された値である。

設定内圧値テーブルは、異常状態が発生していない場合におけるエンジン回転数とエンジントルクとクランクケース５の内圧値との対応関係を示すテーブルである。このテーブルに設定されたクランクケース５の内圧値を、以下「設定内圧値」という。設定内圧値は、異常状態が発生していないときの値であるので、「正常値」と言い換えてもよい。設定内圧値は、予め実施された実験やシミュレーション等の結果に基づいて設定される。

設定内圧値テーブルの一例を図２に示す。図２に示すように、設定内圧値テーブルでは、エンジン回転数（ｒｐｍ）とエンジントルク（％）に対応して設定内圧値（ｋＰａ）が対応付けられている。例えば、エンジン回転数が１０００ｒｐｍであり、エンジントルクが５０％であるときの設定内圧値は、０．６ｋＰａである。

以上、設定データについて説明した。

上述したいずれかの異常状態が発生した場合、クランクケース５の内圧値と正常値との間には差（ずれ）が生じる。よって、クランクケース５の内圧値（検出内圧値）と正常値とを比較して差が生じていれば、何らかの異常状態が発生していると判定できる。正常値はエンジン回転数とエンジントルクによって異なるため、本実施の形態では、予めエンジン回転数とエンジントルク毎の正常値として設定内圧値を設定しておき、その設定内圧値を検出内圧値との比較に用いる。

さらに、ターボチャージャ１７のガス吹き抜けが発生したときの検出内圧値と正常値との差は、ピストン３またはピストンリング２の焼き付きが発生したときの検出内圧値と正常値との差よりも小さい値となる。よって、閾値を用いて差の大きさを区別すれば、ピストン３またはピストンリング２の焼き付きとターボチャージャ１７のガス吹き抜けのどちらが発生したかを判定できる。また、ダイリューションが発生する場合では、時間の経過とともに差の大きさに変化が生じる。よって、所定時間の経過後、差の大きさに変化が生じていれば、ダイリューションが発生したと判定できる。

以上、ＥＣＵ３０について説明した。

次に、図３を用いて、ＥＣＵ３０が行う異常判定動作について説明する。図３は、本実施の形態の異常判定動作の流れの一例を示す図である。

まず、例えばディーゼルエンジン１００の駆動が開始されると、ＥＣＵ３０は、内圧検出センサ３１から検出内圧値を入力する（ステップＳ１０１）。

次に、ＥＣＵ３０は、設定内圧値テーブル（図２参照）を参照して、設定内圧値を決定する（ステップＳ１０２）。

ここで、設定内圧値の決定処理の一例について説明する。

まず、ＥＣＵ３０は、図示しない所定のセンサ等から、エンジン回転数および燃料噴射量を入力する。

次に、ＥＣＵ３０は、例えばＥＣＵ３０のＲＯＭ等に記憶されているトルクマップを読み出す。トルクマップは、エンジン回転数と燃料噴射量とエンジントルクとの対応関係が予め定められたデータである。

次に、ＥＣＵ３０は、トルクマップを参照して、入力されたエンジン回転数および燃料噴射量に対応するエンジントルクを決定する。

次に、ＥＣＵ３０は、図２に示した設定内圧値テーブルを参照して、入力されたエンジン回転数と決定したエンジントルクに対応する設定内圧値を決定する。

以上、設定内圧値の決定処理の一例について説明した。以下、図３の説明に戻る。

次に、ＥＣＵ３０は、検出内圧値と設定内圧値とに差があるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

ステップ１０３の判定処理の結果、差がない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、フローは、ステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７以降については、後述する。

一方、ステップ１０３の判定処理の結果、差がある場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３０は、その差が予め設定された閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

ステップ１０４の判定処理の結果、差が閾値以上である場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３０は、ピストン３またはピストンリング２の焼き付きと判定する（ステップＳ１０５）。

一方、ステップ１０４の判定処理の結果、差が閾値以上ではない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ＥＣＵ３０は、ターボチャージャ１７のガス吹き抜けと判定する（ステップＳ１０６）。

ステップ１０３の判定処理の結果、差がない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、ＥＣＵ３０は、所定時間の経過後（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、検出内圧値と設定内圧値とに差があるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。

ステップ１０８の判定処理の結果、差がない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、ＥＣＵ３０は、異常無しと判定する（ステップＳ１０９）。

一方、ステップ１０８の判定処理の結果、差がある場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３０は、ダイリューションと判定する（ステップＳ１１０）。

ダイリューションが発生する場合、エンジンの始動後、時間の経過とともに、検出内圧値が上昇する。そのため、エンジンの始動時には、検出内圧値と設定内圧値とに差がないことがある。そこで、上述したように、ステップＳ１０３において差がないと判定した場合であっても、所定時間の経過後に再度、検出内圧値と設定内圧値とに差があるか否かを判定する（ステップＳ１０８）ことにより、ダイリューションの発生を判定できる。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０９、またはＳ１１０で判定した結果（判定した異常状態）を、例えばＥＣＵ３０のＲＡＭ等に記憶する（ステップＳ１１１）。

上述したステップＳ１０１〜Ｓ１１１の動作は、エンジンの駆動中において繰り返し行われる。

以上、ＥＣＵ３０が行う異常判定動作について説明した。

以上本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の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種々の変更が可能である。

例えば、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１１１において記憶した判定結果を示す情報を、ＥＣＵ３０の外部に備えられた記憶装置（図示略）に出力してもよい。

また、例えば、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１１１において記憶した判定結果を示す情報を、ＥＣＵ３０の外部に備えられた表示装置（図示略）に表示させてもよい。または、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１１１において記憶した判定結果に応じて、異なる警告動作（例えば、警告ランプの点灯や、警告音または警告音声の出力など）を行ってもよい。

また、例えば、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１１１において記憶した判定結果に応じて、車両の運転を制御する動作を行ってもよい。例えば、判定結果がターボチャージャ１７のガス吹き抜けやピストン３またはピストンリング２の焼き付きである場合、ＥＣＵ３０は、リンプホーム（非常時回避）モードに移行するように車両を制御してもよい。また、例えば、判定結果がダイリューションである場合、ＥＣＵ３０は、燃料噴射量を所定量減少させる制御（例えば、燃料絞り、reduce power、shut down等と呼ばれる制御）を行ってもよい。

また、例えば、ＥＣＵ３０は、図３のステップＳ１０６において、ターボチャージャ１７のガス吹き抜け、または、排気弁（図示略）のガス吹き抜けと判定してもよい。

＜本発明のまとめ＞
本発明の異常判定装置は、クランクケースの内部で発生したブローバイガスを吸気通路に還流するブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路の途中に設けられ、前記ブローバイガスに含まれるオイルを捕集するオイルセパレータと、前記クランクケースの内圧を検出するセンサとを備えたエンジンの異常判定装置であって、前記センサから入力した検出内圧値と、エンジン回転数とエンジントルクに対応して予め設定された前記クランクケースの内圧を示す設定内圧値との差に基づいて、前記エンジンの異常状態の種類を判定し、前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がある場合、前記差が予め設定された閾値以上であるか否かを判定し、前記差が前記閾値以上である場合、前記異常状態はピストンまたはピストンリングの焼き付きであると判定し、前記差が前記閾値以上ではない場合、前記異常状態はターボチャージャのガス吹き抜けであると判定する。

本発明の異常判定装置は、クランクケースの内部で発生したブローバイガスを吸気通路に還流するブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路の途中に設けられ、前記ブローバイガスに含まれるオイルを捕集するオイルセパレータと、前記クランクケースの内圧を検出するセンサとを備えたエンジンの異常判定装置であって、前記センサから入力した検出内圧値と、エンジン回転数とエンジントルクに対応して予め設定された前記クランクケースの内圧を示す設定内圧値との差に基づいて、前記エンジンの異常状態の種類を判定し、前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がない場合、所定時間の経過後に再度前記差の有無を判定し、前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がある場合、前記異常状態はダイリューションであると判定する。

また、上記異常判定装置は、前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がない場合、所定時間の経過後に再度前記差の有無を判定し、前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がある場合、前記異常状態はダイリューションであると判定してもよい。

また、上記異常判定装置は、前記異常状態を示す情報を、所定の記憶装置に出力する、または、所定の表示装置に表示させてもよい。

また、上記異常判定装置は、前記異常状態に応じて、異なる警告動作を行ってもよい。

また、上記異常判定装置は、前記異常状態が前記ターボチャージャのガス吹き抜けまたは前記ピストンもしくはピストンリングの焼き付きである場合、リンプホームモードに移行するように車両を制御してもよい。

また、上記異常判定装置は、前記異常状態が前記ダイリューションである場合、燃料噴射量を所定量減少させる制御を行ってもよい。

本発明の異常判定装置は、エンジンに発生しうる異常を判定する技術全般に有用である。

１ シリンダブロック
２ ピストンリング
３ ピストン
４ クランクシャフト
５ クランクケース
６ オイルパン
１０ エンジン本体
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４ ＥＧＲ通路
１５ ブローバイガス通路
１６ エアクリーナ
１７ ターボチャージャ
１７ａ コンプレッサ
１７ｂ ガスタービン
１７ｃ 回転軸
１８ インタークーラ
１９ ＥＧＲクーラ
２０ ＥＧＲ弁
２１ オイルセパレータ
２２ 燃焼室
２３ 燃料噴射弁
２４ ＰＣＶシステム
３０ ＥＣＵ
３１ 内圧検出センサ
１００ ディーゼルエンジン

Claims (7)

1. クランクケースの内部で発生したブローバイガスを吸気通路に還流するブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路の途中に設けられ、前記ブローバイガスに含まれるオイルを捕集するオイルセパレータと、前記クランクケースの内圧を検出するセンサとを備えたエンジンの異常判定装置であって、
   前記センサから入力した検出内圧値と、エンジン回転数とエンジントルクに対応して予め設定された前記クランクケースの内圧を示す設定内圧値との差に基づいて、前記エンジンの異常状態の種類を判定し、
   前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がある場合、前記差が予め設定された閾値以上であるか否かを判定し、
   前記差が前記閾値以上である場合、前記異常状態はピストンまたはピストンリングの焼き付きであると判定し、
   前記差が前記閾値以上ではない場合、前記異常状態はターボチャージャのガス吹き抜けであると判定する、
   異常判定装置。
2. クランクケースの内部で発生したブローバイガスを吸気通路に還流するブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路の途中に設けられ、前記ブローバイガスに含まれるオイルを捕集するオイルセパレータと、前記クランクケースの内圧を検出するセンサとを備えたエンジンの異常判定装置であって、
   前記センサから入力した検出内圧値と、エンジン回転数とエンジントルクに対応して予め設定された前記クランクケースの内圧を示す設定内圧値との差に基づいて、前記エンジンの異常状態の種類を判定し、
   前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がない場合、所定時間の経過後に再度前記差の有無を判定し、
   前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がある場合、前記異常状態はダイリューションであると判定する、
   異常判定装置。
3. 前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がない場合、所定時間の経過後に再度前記差の有無を判定し、
   前記検出内圧値と前記設定内圧値との差がある場合、前記異常状態はダイリューションであると判定する、
   請求項１に記載の異常判定装置。
4. 前記異常状態を示す情報を、所定の記憶装置に出力する、または、所定の表示装置に表示させる、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の異常判定装置。
5. 前記異常状態に応じて、異なる警告動作を行う、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の異常判定装置。
6. 前記異常状態が前記ターボチャージャのガス吹き抜けまたは前記ピストンもしくはピストンリングの焼き付きである場合、リンプホームモードに移行するように車両を制御する、
   請求項１に記載の異常判定装置。
7. 前記異常状態が前記ダイリューションである場合、燃料噴射量を所定量減少させる制御を行う、
   請求項２に記載の異常判定装置。

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