(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-25
(45)【発行日】2023-10-03
(54)【発明の名称】不具合判定装置および不具合判定方法
(51)【国際特許分類】
F01N 3/18 20060101AFI20230926BHJP
F02D 45/00 20060101ALI20230926BHJP
F02D 9/06 20060101ALI20230926BHJP
F01N 13/08 20100101ALI20230926BHJP
F01N 11/00 20060101ALI20230926BHJP
【FI】
F01N3/18 C
F02D45/00 345
F02D9/06 A
F02D9/06 G
F01N13/08 B
F01N11/00
(21)【出願番号】P 2021027472
(22)【出願日】2021-02-24
【審査請求日】2022-06-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000000170
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】田中舘 亮太
(72)【発明者】
【氏名】前川 奈稚
(72)【発明者】
【氏名】小川 隆信
(72)【発明者】
【氏名】小野 義仁
【審査官】小川 克久
(56)【参考文献】
【文献】特開2009-121362(JP,A)
【文献】特開2007-205223(JP,A)
【文献】特開2006-322364(JP,A)
【文献】特開2016-223384(JP,A)
【文献】特開2011-190718(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01N 3/18
F02D 45/00
F02D 9/06
F01N 13/08
F01N 11/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンから排出される排ガスが流れる排気管に設けられた排ガス浄化部材の不具合を判定する不具合判定装置であって、
予め定められたアクセル開度が全開のときの目標ブースト圧と、エンジン回転数が所定範囲内でアクセル開度が全開となってから所定時間が経過した場合における実ブースト圧との偏差を算出する算出部と、
前記偏差が閾値以上である場合、前記排ガス浄化部材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。
【請求項2】
前記判定部は、
前記排ガス浄化部材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。
【請求項3】
前記不具合は、
前記排ガス浄化部材のハニカム構造の目詰まりである、
請求項1または2に記載の不具合判定装置。
【請求項4】
前記排ガス浄化部材は、
前記排気管において、前記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よりも上流側に設けられた触媒である、
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。
【請求項5】
エンジンから排出される排ガスが流れる排気管に設けられた排ガス浄化部材の不具合を判定する不具合判定方法であって、
予め定められたアクセル開度が全開のときの目標ブースト圧と、エンジン回転数が所定範囲内でアクセル開度が全開となってから所定時間が経過した場合における実ブースト圧との偏差を算出するステップと、
前記偏差が閾値以上である場合、前記排ガス浄化部材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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、排ガス浄化部材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。
【背景技術】
【0002】
従来、エンジンから排出される排ガスが流れる排気管に、触媒またはフィルタといった排ガス浄化部材を設けることが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
排ガス浄化部材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。
【0005】
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、ユーザが排ガス浄化部材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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様に係る不具合判定装置は、エンジンから排出される排ガスが流れる排気管に設けられた排ガス浄化部材の不具合を判定する不具合判定装置であって、予め定められたアクセル開度が全開のときの目標ブースト圧と、エンジン回転数が所定範囲内でアクセル開度が全開となってから所定時間が経過した場合における実ブースト圧との偏差を算出する算出部と、前記偏差が閾値以上である場合、前記排ガス浄化部材に不具合が発生したと判定する判定部と、を有する。
【0007】
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が流れる排気管に設けられた排ガス浄化部材の不具合を判定する不具合判定方法であって、予め定められたアクセル開度が全開のときの目標ブースト圧と、エンジン回転数が所定範囲内でアクセル開度が全開となってから所定時間が経過した場合における実ブースト圧との偏差を算出するステップと、前記偏差が閾値以上である場合、前記排ガス浄化部材に不具合が発生したと判定するステップと、を有する。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、エンジンの故障が発生する前に、ユーザが排ガス浄化部材の不具合の発生を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】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
【
図2】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
【
図3】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
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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、船舶や、その他の移動体であってもよい。
【0013】
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、吸気圧センサ18、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。
【0014】
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。エンジン2は、車両1以外の移動体、例えば船舶、建設機械、または産業機械に搭載されたものであってもよい。またエンジンは、移動体に搭載されたものでなくてもよく、定置式のものであってもよい。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
高圧側吸気管7aには、吸気圧センサ18が設けられている。吸気圧センサ18は、高圧側吸気管7aを流れる吸入空気の圧力(以下、吸気圧という)を検知する。吸気圧センサ18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、随時、検知した吸気圧(実ブースト圧ともいう)を不具合判定装置100へ出力する。なお、吸気圧センサ18の設置位置は、
図1に示す位置に限定されない。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
また、高圧側排気管14aの下流端は、ターボチャージャ8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。
【0023】
排気管14には、その上流側から順に、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。
【0024】
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(排ガス浄化部材の一例)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。
【0025】
また、本実施の形態では、プレキャタライザ20およびメインキャタライザ23のうち、少なくともプレキャタライザ20は、ハニカム構造を有するものとする。よって、高温化したプレキャタライザ20では、熱膨張によりハニカム構造が変形することで、目詰まり(排ガス浄化部材の不具合の一例)が発生しうる。この目詰まりによって新気量の不足が生じると、最終的には、エンジンの故障(例えば、車両の路上故障)を招くおそれがある。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
排気ブレーキ装置21は、図示しない排気ブレーキ制御装置と電気的に接続されている。
【0030】
排気ブレーキ装置21が排気ブレーキ制御装置から、バタフライバルブ22を閉状態にする指示を意味する閉弁指示信号を受け取った場合、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。
【0031】
一方、排気ブレーキ装置21が排気ブレーキ制御装置から、バタフライバルブ22を開状態にする指示を意味する開弁指示信号を受け取った場合、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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
また、
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、エンジン回転数センサ25、およびアクセル開度センサ26が搭載されている。エンジン回転数センサ25およびアクセル開度センサ26は、不具合判定装置100と電気的に接続されている。
【0036】
エンジン回転数センサ25は、随時、エンジン2の回転数(以下、エンジン回転数という)を検知し、そのエンジン回転数を不具合判定装置100へ通知する。
【0037】
アクセル開度センサ26は、随時、図示しないアクセルペダルの開度(以下、アクセル開度という)を検知し、そのアクセル開度を不具合判定装置100へ通知する。なお、アクセル開度はアクセルペダルの開度に限定されず、エンジン2単体で用いられる場合におけるエンジンの回転数を変化させるレバーその他の機構をも含む。
【0038】
なお、不具合判定装置100の詳細については、後述する。
【0039】
以上、車両1に搭載される構成要素について説明した。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
図2に示すように、不具合判定装置100は、算出部110、判定部120を有する。
【0043】
算出部110は、後述する判定部120により所定の条件(詳細は後述)が満たされたと判定された場合、目標ブースト圧と実ブースト圧との偏差(実ブースト圧と目標ブースト圧との偏差と言ってもよい)を算出する。
【0044】
目標ブースト圧は、アクセル開度に応じて予め定められた吸気圧の目標値である。本実施の形態では、目標ブースト圧は、アクセル開度が全開のときの吸気圧の目標値を意味するものとする。
【0045】
実ブースト圧は、吸気圧センサ18により検知される吸気圧である。また、偏差の算出に用いられる実ブースト圧は、アクセルペダルの踏み込みにより上昇した後で一定の値となった実ブースト圧である。
【0046】
なお、上述したプレキャタライザ20の目詰まりが発生した場合、実ブースト圧は、目標ブースト圧よりも低くなる。
【0047】
判定部120は、例えばエンジン2の始動後、所定の条件が満たされたか否かを判定する。
【0048】
所定の条件とは、エンジン回転数が所定範囲内であり、かつ、アクセル開度が全開であり、かつ、エンジン回転数が所定範囲内でアクセル開度が全開となった状態のまま所定時間が経過したことである。
【0049】
例えば、まず、判定部120は、エンジン回転数センサ25により検知されたエンジン回転数が所定範囲内であるか否かを判定する。
【0050】
エンジン回転数が所定範囲内である場合、判定部120は、アクセル開度センサ26により検知されたアクセル開度が全開となったか否かを判定する。
【0051】
そして、判定部120は、エンジン回転数が所定範囲内でアクセル開度が全開となった場合、その時点から所定時間が経過したか否かを判定する。
【0052】
所定時間とは、アクセル開度が全開となった時点(すなわち、乗員によりアクセルペダルが最大限踏み込まれた時点)から、上昇する実ブースト圧が一定の値となるまでの時間である。よって、換言すれば、判定部120は、エンジン回転数が所定範囲内でアクセル開度が全開となった場合、吸気圧センサ18により検知される実ブースト圧が一定の値となったか否かを判定する。
【0053】
また、判定部120は、算出部110により算出された、目標ブースト圧と実ブースト圧との偏差(以下、単に偏差ともいう)が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。
【0054】
ここでいう閾値とは、プレキャタライザ20の目詰まりにより新気量の不足が発生しうる、目標ブースト圧と実ブースト圧との偏差である。また、この閾値は、例えば、シミュレーションの結果、または、実機(例えば、エンジン2や車両1)による評価等に基づいて、予め定められる。
【0055】
偏差が閾値以上である場合、判定部120は、プレキャタライザ20の目詰まりが発生したと判定する。
【0056】
一方、偏差が閾値以上ではない場合(換言すれば、偏差が閾値未満である場合)、判定部120は、プレキャタライザ20の目詰まりが発生していないと判定する。
【0057】
判定部120は、プレキャタライザ20の目詰まりが発生したと判定した場合、プレキャタライザ20の目詰ま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。
【0058】
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、プレキャタライザ20の目詰ま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、プレキャタライザ20の目詰ま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。
【0059】
なお、本実施の形態では、判定部120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、プレキャタライザ20の目詰ま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、プレキャタライザ20の目詰まりが発生した旨を把握することができる。
【0060】
以上、不具合判定装置100の構成について説明した。
【0061】
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、エンジン2の始動後に開始される。
【0062】
まず、判定部120は、エンジン回転数センサ25により検知されたエンジン回転数が所定範囲内であるか否かを判定する(ステップS1)。
【0063】
エンジン回転数が所定範囲内ではない場合(ステップS1:NO)、フローは、ステップS1へ戻る。一方、エンジン回転数が所定範囲内である場合(ステップS1:YES)、フローは、後述するステップS2へ進む。
【0064】
次に、判定部120は、アクセル開度センサ26により検知されたアクセル開度が全開となったか否かを判定する(ステップS2)。
【0065】
アクセル開度が全開となっていない場合(ステップS2:NO)、フローは、ステップS2へ戻る。一方、アクセル開度が全開となった場合(ステップS2:YES)、フローは、後述するステップS3へ進む。
【0066】
次に、判定部120は、所定時間が経過したか否かを判定する(ステップS3)。
【0067】
所定時間が経過していない場合(ステップS3:NO)、フローは、ステップS3へ戻る。一方、所定時間が経過した場合(ステップS3:YES)、フローは、後述するステップS4へ進む。
【0068】
次に、算出部110は、目標ブースト圧と実ブースト圧との偏差を算出する(ステップS4)。
【0069】
次に、判定部120は、算出部110により算出された偏差が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS5)。
【0070】
偏差が閾値以上である場合(ステップS5:YES)、判定部120は、プレキャタライザ20の目詰まりが発生したと判定する(ステップS6)。
【0071】
そして、判定部120は、プレキャタライザ20の目詰ま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S7)。これにより、車両1の乗員は、プレキャタライザ20の目詰ま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。
【0072】
一方、偏差が閾値以上ではない場合(ステップS5:NO)、判定部120は、プレキャタライザ20の目詰まりが発生していないと判定する(ステップS8)。この場合、報知用デバイスによる報知は行われない。
【0073】
なお、上記フローにおいて、ステップS1とS2の順番は、逆であってもよい。
【0074】
また、ステップS3の処理は、「判定部120は、吸気圧センサ18により検知される実ブースト圧が一定の値となったか否かを判定する」と言ってもよい。その場合、フローは、実ブースト圧が一定の値となればステップS4へ進み、実ブースト圧が一定の値となっていなければステップS3へ戻る。
【0075】
以上、不具合判定装置100の動作について説明した。
【0076】
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、バタフライバルブ22のシャフトの渋り)が生じると、瞬間的に排ガス圧が上昇し、EGR率の増加によってエンジン2(具体的には燃焼室内)において失火が発生する(なお、失火の要因は、EGR率の増加以外であってもよい)。失火が発生すると、プレキャタライザ20に燃料が流入し、化学反応によりプレキャタライザ20が高温化する。その結果、熱膨張によってプレキャタライザ20のハニカム構造が変形して目詰まりが発生してしまい、新気量の不足が起こる。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、エンジン回転数が所定範囲内でアクセル開度が全開となり、そのタイミングから所定時間が経過した場合、目標ブースト圧と実ブースト圧との偏差を算出し、その偏差が閾値以上であれば、排ガス浄化部材の不具合(具体的には、プレキャタライザ20の目詰まり)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、排ガス浄化部材(例えば、プレキャタライザ20)に不具合が発生したことを把握することができる。
【0077】
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。
【0078】
[変形例1]
実施の形態において、不具合判定装置100は、上述した排気ブレーキ制御装置の機能を有してもよい。例えば、不具合判定装置100は、排気ブレーキ装置21のバタフライバルブ22の開閉を制御する制御部を有してもよい。
【0079】
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、制御部は、上述した閉弁指示信号を排気ブレーキ装置21へ出力してもよい。また、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、制御部は、上述した開弁指示信号を排気ブレーキ装置21へ出力してもよい。
【0080】
[変形例2]
実施の形態では、排気管14に設けられる排ガス浄化部材が触媒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。
【0081】
例えば、排ガス浄化部材は、ハニカム構造を有し、排ガス中の微粒子を捕集するフィルタ(例えば、DPF:Diesel particulate filter)であってもよい。
【0082】
[変形例3]
プレキャタライザ20が正常であっても、吸気圧センサ18により検知される実ブースト圧は、気温が高いほど、または、気圧が低いほど、小さくなる。よって、上述した閾値(算出部110により算出された偏差との比較に用いられる閾値)は、気温が高いほど大きくなるように、または、気圧が低いほど大きくなるように、設定されてもよい。例えば、閾値は、気温または気圧に応じて、段階的に設定されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0083】
本開示の不具合判定装置および不具合判定方法は、排ガス浄化部材の不具合の判定に有用である。
【符号の説明】
【0084】
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
18 吸気圧センサ
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 算出部
120 判定部