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技術 EGRクーラー診断システム

出願人 いすゞ自動車株式会社
発明者 藤江英和塙哲史
出願日 2011年11月18日 (8年1ヶ月経過) 出願番号 2011-253230
公開日 2013年6月6日 (6年6ヶ月経過) 公開番号 2013-108414
状態 特許登録済
技術分野 排気還流装置 機関出力の制御及び特殊形式機関の制御
主要キーワード 温度計算値 入口温度計 ガス質量流量 ガス定数 質量流 検出遅れ 診断値 質量流量計
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年6月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

EGRクーラー冷却効率低コストでかつ精度良く診断することができるEGRクーラー診断システムを提供する。

解決手段

ディーゼルエンジン1の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、インタークーラー出口に設置されたインタークーラー出口温度センサ16、吸気管3の吸入口2近傍に設置された吸入空気量センサ17及びEGRクーラー11の出口に設置されたEGRクーラー出口温度センサ及び処理手段21とから構成され、その処理手段21は、上記4台のセンサ15〜18の測定値等を用いた一群の式により診断値ΔTを算出し、所定値と比較することでEGRクーラー11の冷却効率を診断する。

概要

背景

ディーゼルエンジン排気ガス中の窒素酸化物(NOx:Nitrogen Oxide)を低減することを目的として、排気ガスの一部を吸気還流させることで、燃焼温度を低く抑えてNOxの生成を抑制する排気ガス再循環EGR:Exhaust Gas Recirculation)が広く実用化されている(例えば、特許文献1を参照)。

通常、EGRは、ディーゼルエンジンの排気管から吸気管へ接続するEGR通路に設けたEGR弁で、排気ガスの分流EGRガス)量を調整することにより行われる。このとき、EGRガスをそのまま吸気側循環させると、高温膨張しているEGRガスがインテークマニホールドに供給されるので、吸気時に気筒内でEGRガスが占める割合が増加し、その分だけ空気量が減少してしまう。その結果、気筒内での燃焼状態が悪化して、排気ガス中の不純物が増加してしまうことになる。そのため、EGR通路の途中に水冷式EGRクーラーを設置して、EGRガスを冷却して体積を減少させてから、インテークマニホールドに供給することが行われている。

一方、EGRガスがEGRクーラーにおいて過度に冷却されると、エンジン暖機遅れたり、EGRガス中の水分が結露して気筒内での燃焼不良やエンジンの耐久性低下などを招くおそれがある。このようなことから、EGRクーラーの冷却効率診断することが重要になっている。

従来より、EGRクーラーの冷却効率の診断は、EGRクーラーの出入口にそれぞれ温度センサを設置して、それらの測定値偏差モニタ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。また、EGRクーラーの温度センサの台数が複数になると、センサ間の位置関係検出遅れなどに伴う補正が必要となるため、診断精度が低下するという問題もあった。

概要

EGRクーラーの冷却効率を低コストでかつ精度良く診断することができるEGRクーラー診断システムを提供する。ディーゼルエンジン1の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、インタークーラー出口に設置されたインタークーラー出口温度センサ16、吸気管3の吸入口2近傍に設置された吸入空気量センサ17及びEGRクーラー11の出口に設置されたEGRクーラー出口温度センサ及び処理手段21とから構成され、その処理手段21は、上記4台のセンサ15〜18の測定値等を用いた一群の式により診断値ΔTを算出し、所定値と比較することでEGRクーラー11の冷却効率を診断する。

目的

本発明の目的は、EGRクーラーの冷却効率を低コストでかつ精度良く診断することができるEGRクーラー診断システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ディーゼルエンジンEGRクーラー冷却効率診断するEGR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と、前記インテークマニホールドに接続するインタークーラー出口に設置されたインタークーラー出口温度センサと、前記インタークーラーに接続する吸気管吸入口近傍に設置された吸入空気量センサと、EGRクーラーの出口に設置されたEGRクーラー出口温度センサと、それら4台のセンサ測定値を処理する処理手段とを備え、前記処理手段は、前記シリンダー吸気圧力センサの測定値P2、吸入空気量センサーの測定値m1、インタークーラー出口温度センサの測定値T1及びEGRクーラー出口温度センサの測定値T2を用いて以下の(1)〜(5)式により診断値ΔTを算出し、前記診断値ΔTが所定値未満であるときに前記EGR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EGRクーラー診断システム。但し、T3:EGRクーラー入口温度計算値、T4:インテークマニホールド温度計算値、m2:EGRクーラー出口ガス質量流量計算値、m3:インテークマニホールドガス質量流量計算値、n:ディーゼルエンジンのシリンダー数、R:空気のガス定数、V:ディーゼルエンジンの排気量、η:体積効率、dT:燃焼によるガス温度上昇をそれぞれ示す。

請求項2

前記所定値が150〜200℃である請求項1に記載のEGRクーラー診断システム。

請求項3

前記処理手段が前記EGR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EGRクーラー診断システム。

請求項4

請求項1〜3のいずれかに記載のEGRクーラー診断システムを搭載したことを特徴とする内燃機関

技術分野

0001

本発明はEGRクーラー診断システムに関し、更に詳しくは、EGRクーラー冷却効率低コスト診断することができるEGRクーラー診断システムに関する。

背景技術

0002

ディーゼルエンジン排気ガス中の窒素酸化物(NOx:Nitrogen Oxide)を低減することを目的として、排気ガスの一部を吸気還流させることで、燃焼温度を低く抑えてNOxの生成を抑制する排気ガス再循環EGR:Exhaust Gas Recirculation)が広く実用化されている(例えば、特許文献1を参照)。

0003

通常、EGRは、ディーゼルエンジンの排気管から吸気管へ接続するEGR通路に設けたEGR弁で、排気ガスの分流EGRガス)量を調整することにより行われる。このとき、EGRガスをそのまま吸気側循環させると、高温膨張しているEGRガスがインテークマニホールドに供給されるので、吸気時に気筒内でEGRガスが占める割合が増加し、その分だけ空気量が減少してしまう。その結果、気筒内での燃焼状態が悪化して、排気ガス中の不純物が増加してしまうことになる。そのため、EGR通路の途中に水冷式のEGRクーラーを設置して、EGRガスを冷却して体積を減少させてから、インテークマニホールドに供給することが行われている。

0004

一方、EGRガスがEGRクーラーにおいて過度に冷却されると、エンジン暖機遅れたり、EGRガス中の水分が結露して気筒内での燃焼不良やエンジンの耐久性低下などを招くおそれがある。このようなことから、EGR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。

0005

従来より、EGRクーラーの冷却効率の診断は、EGRクーラーの出入口にそれぞれ温度センサを設置して、それらの測定値偏差モニタ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。また、EGRクーラーの温度センサの台数が複数になると、センサ間の位置関係検出遅れなどに伴う補正が必要となるため、診断精度が低下するという問題もあった。

先行技術

0006

特開2001−41110号公報

発明が解決しようとする課題

0007

本発明の目的は、EGRクーラーの冷却効率を低コストでかつ精度良く診断することができるEGRクーラー診断システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

上記の目的を達成する本発明のEGRクーラー診断システムは、ディーゼルエンジンのEGRクーラーの冷却効率を診断するEGR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と、前記インテークマニホールドに接続するインタークーラー出口に設置されたインタークーラー出口温度センサと、前記インタークーラーに接続する吸気管の吸入口近傍に設置された吸入空気量センサと、EGRクーラーの出口に設置されたEGRクーラー出口温度センサと、それら4台のセンサの測定値を処理する処理手段とを備え、前記処理手段は、前記シリンダー吸気圧力センサの測定値P2、吸入空気量センサーの測定値m1、インタークーラー出口温度センサの測定値T1及びEGRクーラー出口温度センサの測定値T2を用いて以下の(1)〜(5)式により診断値ΔTを算出し、前記診断値ΔTが所定値未満であるときに前記EGR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。

0009

但し、T3:EGRクーラー入口温度計算値、T4:インテークマニホールド温度計算値、m2:EGRクーラー出口ガス質量流量計算値、m3:インテークマニホールドガス質量流量計算値、n:ディーゼルエンジンのシリンダー数、R:空気のガス定数、V:ディーゼルエンジンの排気量、η:体積効率、dT:燃焼によるガス温度上昇をそれぞれ示す。

0010

EGRクーラーの冷却効率を診断するための所定値としては150〜200℃の範囲の値を用いることが望ましい。

0011

また、処理手段がEGR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EGR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。

0012

本発明のEGR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。

発明の効果

0013

本発明のEGRクーラー診断システムによれば、EGRクーラーの出口に新たに1台の温度センサを設置するだけでよいので、従来よりも温度センサの台数が少なくて済むため、EGRクーラーの冷却効率を低コスト診断することができる。また、温度センサが1台であるので、測定値の補正等が不要となるため診断精度を向上することができる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の実施形態からなるEGR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EGRクーラー診断システムの構成図である。

実施例

0015

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。

0016

図1は、本発明の実施形態からなるEGRクーラー診断システムを示す。

0017

このEGR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のそれぞれへ供給される。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。

0018

本発明のEGR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と、インタークーラー6の出口に設置されたインタークーラー出口温度センサ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に設置された吸入空気量センサ17と、EGRクーラー11の出口に設置されたEGRクーラー出口温度センサ18と、それら4台のセンサ15〜18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〜20eを通じて接続する処理手段21とから構成されている。

0019

シリンダー吸気圧力センサ15は、インテークマニホールド7内の空気の圧力を測定する。また、吸入空気量センサ17は、吸入口2から吸入された空気の質量流量を測定する。なお、シリンダー吸気圧力センサ15、インタークーラー出口温度センサ16及び吸入空気量センサ17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。

0020

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。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。

0021

このような構成を有するEGR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。

0022

処理手段21は、ディーゼルエンジン1の運転条件成立しているか否かをECU19から送られる信号で確認(S10)する。なお、運転条件が成立する場合としては、基本的にはEGRクーラー11のオン時、つまり暖機後アイドル運転時以外の状態などが例示される。

0023

次に、運転条件が成立している場合には、シリンダー吸気圧力センサ15の測定値P2、インタークーラー出口温度センサ16の測定値T1、吸入空気量センサー17の測定値m1及びEGRクーラー出口温度センサ18の測定値T2を取得する(S20)。それら取得した測定値P2、m1、T1、T2を用いて、以下に示す(1)〜(5)式によりEGRクーラーの冷却効率の診断値ΔTを算出する(S30)。

0024

但し、T3はEGRクーラー11の入口温度の計算値を、T4はインテークマニホールド7の温度の計算値を、m2はEGRクーラー11の出口ガス質量流量の計算値を、m3はインテークマニホールド7のガス質量流量の計算値をそれぞれ示す。また、定数として、nはディーゼルエンジン1のシリンダー数(気筒8の数)を、Rは空気のガス定数を、Vはディーゼルエンジン1の排気量をそれぞれ示す。更に、ηは体積効率を、dTは燃焼によるガスの温度上昇をそれぞれ示すが、それらは機器の特性を表すマップデータから得ることができる。例えば、dTは、ディーゼルエンジン1の種類毎に設定された燃料噴射量とエンジン回転数とからなるマップデータから得ることができる。また、通常のηの値は70〜100%となる。

0025

そして、診断値ΔTと所定値とを比較して(S40)、診断値ΔTが所定値未満である場合には、EGRクーラー11の冷却効率が劣化していると診断し(S50)、反対に所定値以上の場合には、EGRクーラー11の冷却効率が正常であると診断する(S60)。

0026

以上のように、新たにEGRクーラー11の出口に温度センサを1台設置するだけよいので、従来のように2台設置する場合に比べてEGRクーラー11の冷却効率を低コストで診断することができる。また、EGRクーラー11の温度センサが1台で済むので、測定値の補正等が不要となるため診断精度を向上することができる。

0027

EGRクーラー11の冷却効率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150〜200℃の範囲の値を用いることが望ましい。

0028

図3は、本発明の実施形態からなるEGRクーラー診断システムを示す。

0029

このEGRクーラー診断システムは、EGRクーラー11の冷却効率の診断結果を通知する通知手段22を、信号線20f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。

0030

このように通知手段22を設けることにより、EGRクーラー11の冷却効率の劣化を、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。

0031

本発明のEGR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。

0032

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
10EGR通路
11EGRクーラー
12EGR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インタークーラー出口温度センサ
17吸入空気量センサ
18 EGRクーラー出口温度センサ
19 ECU
20a〜20f信号線
21 処理手段
22通知手段

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