JP7371646B2 - 不具合判定装置および不具合判定方法 - Google Patents

Description

本開示は、排気ブレーキ装置の不具合を判定する不具合判定装置および不具合判定方法に関する。

従来、エンジンを搭載した移動体（例えば、自動車、船舶等）には、バルブにより排気管を閉塞して排ガスの流れを遮断することにより排気ブレーキを実現する排気ブレーキ装置を搭載することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１－６９３２１号公報

排気ブレーキ装置に不具合が発生した場合、エンジンの故障を招くおそれがある。

本開示の一態様の目的は、エンジンの故障が発生する前に、ユーザが排気ブレーキ装置の不具合の発生を把握することができる不具合判定装置および不具合判定方法を提供することである。

本開示の一態様に係る不具合判定装置は、エンジンから排気管を通って排出される排ガスの流れを遮断することにより排気ブレーキを実現する排気ブレーキ装置の不具合を判定する不具合判定装置であって、前記排気ブレーキ装置に対して排気ブレーキの解除が指示された場合、前記排ガスのラムダ値が閾値未満である時間を計測する計測部と、計測された時間が予め定められた時間以上である場合、前記排気ブレーキ装置に不具合が発生したと判定する判定部と、を有する。

本開示の一態様に係る不具合判定方法は、エンジンから排出される排ガスの流れを遮断することにより排気ブレーキを実現する排気ブレーキ装置の不具合を判定する不具合判定方法であって、前記排気ブレーキ装置に対して排気ブレーキの解除が指示された場合、前記排ガスのラムダ値が閾値未満である時間を計測するステップと、計測された時間が予め定められた時間以上である場合、前記排気ブレーキ装置に不具合が発生したと判定するステップと、を有する。

本開示によれば、エンジンの故障が発生する前に、ユーザが排気ブレーキ装置の不具合の発生を把握することができる。

本開示の実施の形態に係る車両に搭載される構成要素の一例を示す模式図 本開示の実施の形態に係る不具合判定装置の構成の一例を示すブロック図 本開示の実施の形態に係る不具合判定装置の動作の一例を示すフローチャート

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、本実施の形態に係る車両１に搭載される構成要素について、図１を用いて説明する。図１は、車両１に搭載される構成要素（具体的には、エンジン周りの構成要素）の一例を示す模式図である。

図１に示す車両１（移動体の一例）は、例えば、トラックまたはバス等の大型車両である。但し車両の種類、形式、用途等に特に限定はなく、車両１は乗用車等の小型車両であってもよい。また、本実施の形態では、移動体が車両である場合を例に挙げて説明するが、これに限定されない。移動体は、例えば、船舶、建設機械、産業機械、または、その他の移動体であってもよい。

図１に示すように、車両１には、エンジン２（気筒３、インジェクタ４、コモンレール５を含む）、エアフィルタ６、吸気管７、高圧側吸気管７ａ、ターボチャージャ８（コンプレッサ９、タービン１０を含む）、インタークーラ１１、吸気マニホールド１２、排気マニホールド１３、排気管１４、高圧側排気管１４ａ、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）管１５、ＥＧＲクーラ１６、ＥＧＲバルブ１７、ラムダセンサ１９、プレキャタライザ２０、排気ブレーキ装置２１（バタフライバルブ２２を含む）、メインキャタライザ２３が搭載されている。

エンジン２は、例えば、４つの気筒３を有する天然ガスエンジンである。なお、エンジン２は、４気筒以外の多気筒エンジンでもよいし、単気筒エンジンでもよい。

各気筒３には、吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。各吸気ポート４は、吸気マニホールド１２に接続されている。各排気ポート５は、排気マニホールド１３に接続されている。各吸気ポート４には、図示しないインジェクタ（燃料噴射弁と言ってもよい）が設けられている。各インジェクタは、燃料（天然ガス）を吸気ポート４に噴射する。

エアフィルタ（エアクリーナと言ってもよい）６には、吸気管７の上流端が接続されている。吸気管７の下流端は、ターボチャージャ８のコンプレッサ９の入口に接続されている。

コンプレッサ９の出口には、高圧側吸気管７ａの上流端が接続されている。また、高圧側吸気管７ａの下流端は、吸気マニホールド１２に接続されている。高圧側吸気管７ａには、インタークーラ１１が設けられている。高圧側吸気管７ａにおけるインタークーラ１１の下流側には、ＥＧＲ管１５の下流端が接続されている。

エアフィルタ６から取り込まれた空気（以下、吸入空気という）は、吸気管７を経て、コンプレッサ９により圧縮され、高圧の吸入空気となる。

その後、吸入空気は、コンプレッサ９から高圧側吸気管７ａへ流入し、インタークーラ１１により冷却された後、ＥＧＲ管１５からのＥＧＲガスと混合する。そして、ＥＧＲガスと混合した吸入空気は、吸気マニホールド１２、各吸気ポート４を経て各気筒３の燃焼室へ流入する。

排気マニホールド１３には、高圧側排気管１４ａの上流端が接続されている。高圧側排気管１４ａには、ＥＧＲ管１５が接続されている。ＥＧＲ管１５には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１６と、高圧側吸気管７ａへ流入するＥＧＲガスの流量（質量流量を意味する）を調節するＥＧＲバルブ１７とが設けられている。

また、高圧側排気管１４ａの下流端は、ターボチャージャ１０のタービン１０の入口に接続されている。タービン１０の出口には、排気管１４が接続されている。

排気管１４には、その上流側から順に、ラムダセンサ１９、プレキャタライザ２０、排気ブレーキ装置２１、メインキャタライザ２３が設けられている。

ラムダセンサ１９は、排気管１４を流れる排ガス中の酸素濃度（以下、ラムダ値という）を検知する。ラムダセンサ１９は、後述する不具合判定装置１００（図２参照）と電気的に接続されており、検知したラムダ値を不具合判定装置１００へ通知する。

プレキャタライザ２０およびメインキャタライザ２３は、排気管１４を流れる排ガスを浄化する触媒である。プレキャタライザ２０およびメインキャタライザ２３としては、例えば、三元触媒等が挙げられるが、これに限定されない。なお、プレキャタライザ２０とメインキャタライザ２３とは、同じ種類の触媒でもよいし、異なる種類の触媒でもよい。

排気ブレーキ装置２１のバタフライバルブ２２は、シャフト（符号略）を軸に回動し、排気管１４を閉塞したり、開放したりする。

バタフライバルブ２２が開状態であるとき、排気管１４は開放され、排ガスは、排気ブレーキ装置２１の下流側を流れる。

一方、バタフライバルブ２２が閉状態であるとき、排気管１４は閉塞され、排ガスは、排気ブレーキ装置２１の下流側を流れない。すなわち、排ガスの流れが排気ブレーキ装置２１の位置で遮断される。

排気ブレーキ装置２１は、後述する不具合判定装置１００（図２参照）と電気的に接続されている。

排気ブレーキ装置２１が不具合判定装置１００から、バタフライバルブ２２を閉状態にする指示を意味する信号（以下、閉弁指示信号という）を受け取った場合、バタフライバルブ２２は閉状態に制御される。これにより、排気ブレーキが実行される。

一方、排気ブレーキ装置２１が不具合判定装置１００から、バタフライバルブ２２を開状態にする指示を意味する信号（以下、開弁指示信号という）を受け取った場合、バタフライバルブ２２は開状態に制御される。これにより、排気ブレーキが解除される。

各気筒３の燃焼室からの排ガスは、排気マニホールド１３から高圧側排気管１４ａへ流入する。この排ガスのうち、一部はＥＧＲ管１５へ流入し、残りはタービン１０へ流入する。

ＥＧＲ管１５へ流入した排ガス（すなわち、ＥＧＲガス）は、ＥＧＲクーラ１６、開状態であるＥＧＲバルブ１７を順に通過し、高圧側吸気管７ａへ流入する。

一方、タービン１０へ流入した排ガスは、排気管１４を流れる。すなわち、排ガスは、プレキャタライザ２０、バタフライバルブ２２が開状態である排気ブレーキ装置２１、メインキャタライザ２３を順に通過し、最終的に車両外へ排出される。

図１では図示を省略しているが、車両１には、図２に示す不具合判定装置１００が搭載されている。不具合判定装置１００の詳細については、後述する。

以上、車両１に搭載される構成要素について説明した。

次に、本実施の形態に係る不具合判定装置１００の構成について、図２を用いて説明する。図２は、不具合判定装置１００の構成例を示すブロック図である。

図示は省略するが、不具合判定装置１００は、ハードウェアとして、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）、作業用メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する。以下に説明する不具合判定装置１００の各機能は、ＣＰＵがＲＯＭから読み出したコンピュータプログラムをＲＡＭにて実行することにより実現される。不具合判定装置１００は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって実現されてもよい。

図２に示すように、不具合判定装置１００は、制御部１１０、計測部１２０、判定部１３０を有する。

制御部１１０は、排気ブレーキ装置２１のバタフライバルブ２２の状態を制御する。

具体的には、車両１の乗員によって排気ブレーキの実行（開始と言ってもよい）を指示する操作が行われた場合、制御部１１０は、バタフライバルブ２２を閉状態にするために、上述した閉弁指示信号を排気ブレーキ装置２１へ出力する。

一方、車両１の乗員によって排気ブレーキの解除（終了と言ってもよい）を指示する操作が行われた場合、制御部１１０は、バタフライバルブ２２を開状態にするために、上述した開弁指示信号を排気ブレーキ装置２１へ出力する。

計測部１２０は、排気ブレーキ装置２１に対して開弁指示信号が出力された場合（換言すれば、排気ブレーキの解除が指示された場合）、ラムダセンサ１９により検知されたラムダ値が予め定められた閾値（例えば、１）未満である時間を計測する。

判定部１３０は、ラムダセンサ１９により検知されたラムダ値が閾値未満であるか否かを判定する。

また、判定部１３０は、計測部１２０により計測された時間（以下、計測時間という）が予め定められた時間（以下、設定時間という）以上であるか否かを判定する。

計測時間が設定時間以上である場合、判定部１３０は、バタフライバルブ２２のシャフトの渋りが発生したと判定する。

一方、ラムダ値が閾値未満ではない場合、または、計測時間が設定時間未満である場合、判定部１３０は、バタフライバルブ２２のシャフトの渋りが発生していないと判定する。

以下では、バタフライバルブ２２のシャフトの渋りを「シャフト渋り」という。シャフト渋りは、排気ブレーキ装置２１の不具合（詳細には、バタフライバルブ２２の解除遅れ）の一例に相当する。なお、本実施の形態では、バタフライバルブ２２の解除遅れの要因の一例としてシャフト渋りを挙げ、そのシャフト渋りの発生の有無を判定する場合を例に挙げて説明するが、判定対象となる要因は、シャフト渋りに限定されない。

判定部１３０は、シャフト渋りが発生したと判定した場合、シャフト渋りが発生した旨を乗員（ユーザの一例）に対して報知するように、車室内に設けられた報知用デバイス（図示略）を制御する。

報知用デバイスとしては、ランプ、ディスプレイ、スピーカ等が挙げられる。報知用デバイスがランプである場合、判定部１２０は、ランプを点灯（または、点滅でもよい）させてもよい。報知用デバイスがディスプレイである場合、判定部１２０は、シャフト渋りが発生した旨を示す画像をディスプレイに表示させてもよい。報知用デバイスがスピーカである場合、判定部１２０は、シャフト渋りが発生した旨を示す音声（または、効果音でもよい）をスピーカから出力させてもよい。

なお、本実施の形態では、判定部１３０は、車両１内に設けられた報知用デバイスを制御する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、判定部１３０は、シャフト渋りが発生した旨を示す報知情報を、車両１の外部（遠隔地）に設置された報知用デバイスへ送信するように、車両１に搭載された通信装置（図示略）を制御してもよい。これにより、遠隔地の報知用デバイスにおいて報知情報が出力され、車両１の運行管理者（ユーザの一例）は、シャフト渋りが発生した旨を把握することができる。

以上、不具合判定装置１００の構成について説明した。

次に、不具合判定装置１００の動作について、図３を用いて説明する。図３は、不具合判定装置１００の動作例を示すフローチャートである。図３に示すフローは、排気ブレーキの解除が行われる場合に開始される。

まず、制御部１１０は、開弁指示信号を排気ブレーキ装置２１へ出力する（ステップＳ１）。

次に、判定部１３０は、ラムダセンサ１９により検知されたラムダ値が閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。

ラムダ値が閾値未満である場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、フローは、後述するステップＳ３へ進む。一方、ラムダ値が閾値未満ではない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、フローは、後述するステップＳ７へ進む。

次に、計測部１２０は、ラムダ値が閾値未満である時間を計測する（ステップＳ３）。

次に、判定部１３０は、計測部１２０により計測された計測時間が設定時間以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

計測時間が設定時間以上である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、判定部１３０は、シャフト渋りが発生したと判定する（ステップＳ５）。

そして、判定部１３０は、シャフト渋りの発生を報知するように報知用デバイスを制御する（ステップＳ６）。これにより、車両１の乗員は、シャフト渋りが発生したことを把握（認識と言ってもよい）することができる。

一方、ラムダ値が閾値未満ではない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、または、計測時間が設定時間以上ではない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、判定部１３０は、シャフト渋りが発生していないと判定する（ステップＳ７）。この場合、報知用デバイスによる報知は行われない。

以上、不具合判定装置１００の動作について説明した。

例えば、排気ブレーキ装置の不具合（具体的には、排気ブレーキの頻度が多いことによって生じるシャフト渋り）が生じると、瞬間的に排ガス圧が上昇し、ＥＧＲ率の増加によって排ガス中の酸素濃度が減少する。本開示は、このような現象を利用したものである。すなわち、本実施の形態の不具合判定装置１００は、排気ブレーキの解除が行われる際に、排ガスのラムダ値が閾値未満である時間を計測し、その時間が設定時間以上であれば、排気ブレーキ装置２１の不具合（具体的には、シャフト渋り）が発生したと判定することを特徴とする。これにより、エンジン２の故障（例えば、車両１の路上故障）が発生する前に、乗員は、排気ブレーキ装置２１に不具合が発生したことを把握することができる。

なお、本開示は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。以下、変形例について説明する。

［変形例１］
実施の形態では、不具合判定装置１００が、排気ブレーキ装置２１（具体的には、バタフライバルブ２２の開閉）を制御する制御部１１０を有する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。

例えば、制御部１１０は、不具合判定装置１００とは別の装置（例えば、ＥＣＵ）によって実現されてもよい。その場合、不具合判定装置１００は、図３のステップＳ１の代わりに、その別の装置からの通知により開弁指示信号が排気ブレーキ装置２１へ出力されたことを認識し、その後、図３のステップＳ２以降を実行してもよい。

［変形例２］
実施の形態では、ラムダセンサ１９により検知されたラムダ値と比較される閾値が１である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。

例えば、閾値は、１より小さい値（例えば、０．８）であってもよい。１より小さい閾値を用いることにより、シャフト渋りがより深刻な状態（すなわち、車両の故障の発生が近い状態）であることを判定することができる。

本開示の不具合判定装置および不具合判定方法は、排気ブレーキ装置の不具合の判定に有用である。

１ 車両
２ エンジン
３ 気筒
４ 吸気ポート
５ 排気ポート
６ エアフィルタ
７ 吸気管
７ａ 高圧側吸気管
８ ターボチャージャ
９ コンプレッサ
１０ タービン
１１ インタークーラ
１２ 吸気マニホールド
１３ 排気マニホールド
１４ 排気管１４
１４ａ 高圧側排気管
１５ ＥＧＲ管
１６ ＥＧＲクーラ
１７ ＥＧＲバルブ
１９ ラムダセンサ
２０ プレキャタライザ
２１ 排気ブレーキ装置
２２ バタフライバルブ
２３ メインキャタライザ
１００ 不具合判定装置
１１０ 制御部
１２０ 計測部
１３０ 判定部

Claims (6)

1. エンジンから排気管を通って排出される排ガスの流れを遮断することにより排気ブレーキを実現する排気ブレーキ装置の不具合を判定する不具合判定装置であって、
   前記排気ブレーキ装置に対して排気ブレーキの解除が指示された場合、前記排ガスのラムダ値が閾値未満である時間を計測する計測部と、
   計測された時間が予め定められた時間以上である場合、前記排気ブレーキ装置に不具合が発生したと判定する判定部と、を有する、
   不具合判定装置。
2. 前記判定部は、
   前記排気ブレーキ装置に不具合が発生した旨の報知を行うように、前記不具合判定装置が搭載された移動体の内部または前記移動体の外部に設けられた報知用デバイスを制御する、
   請求項１に記載の不具合判定装置。
3. 前記不具合は、
   前記排気管の開放または閉塞を行うバタフライバルブのシャフトの渋りである、
   請求項１または２に記載の不具合判定装置。
4. 前記閾値は、１である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の不具合判定装置。
5. 前記閾値は、１より小さい値である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の不具合判定装置。
6. エンジンから排出される排ガスの流れを遮断することにより排気ブレーキを実現する排気ブレーキ装置の不具合を判定する不具合判定方法であって、
   前記排気ブレーキ装置に対して排気ブレーキの解除が指示された場合、前記排ガスのラムダ値が閾値未満である時間を計測するステップと、
   計測された時間が予め定められた時間以上である場合、前記排気ブレーキ装置に不具合が発生したと判定するステップと、を有する、
   不具合判定方法。