JP5993293B2

JP5993293B2 - 異常診断装置

Info

Publication number: JP5993293B2
Application number: JP2012264148A
Authority: JP
Inventors: 陽介青山; 祐二鴨田; 夏輝津島
Original assignee: Volvo Truck Corp
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2032-12-03
Also published as: US9957872B2; EP2927466A4; JP2014109227A; WO2014087820A1; US20160115849A1; EP2927466A1

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射量の異常を診断する異常診断装置に関するものである。

エンジンの燃料噴射装置は、個体差による噴射量のバラツキを抑えるため、予め噴射量の調整が行われる。しかし、この調整が不十分なために噴射量が適正値からずれる場合がある。また、燃料噴射装置の経年劣化により、噴射量が適正値からずれる場合がある。これらの場合、特に燃料噴射量が適正値より多く噴射される場合、燃費が悪化するとともにエミッションが増大する。

そこで、特許文献１には、排気ガス温度とエンジンのヘッド温度との比が、適正温度比範囲内にあるか否かに基づいて燃料噴射量が目標燃料噴射量からずれていることを検出する異常検出装置が記載されている。

特開２００１−２０７８９７号公報

しかし、特許文献１の異常検出装置では、エンジンのヘッドの温度を検出するヘッド温度センサを新たに設ける必要があるので、コストが上昇する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、新たにセンサを追加することなく燃料噴射装置の噴射量の異常を診断することが可能な異常診断装置を提供することを目的とする。

本発明は、排気通路に設けられる酸化触媒と、酸化触媒の上流側の排気温度である上流側排気温度及び酸化触媒の下流側の排気温度である下流側排気温度を検出する排気温度検出器と、を備えるディーゼルエンジンディーゼルエンジンの各気筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置の燃料噴射量の異常を診断する異常診断装置であって、上流側排気温度と下流側排気温度との比較に基づいてディーゼルエンジンを運転するときの燃料噴射装置の燃料噴射量が過剰であるか否かを判定する異常判定部を備える、ことを特徴とする。

本発明では、酸化触媒の上流側及び下流側の排気温度を検出する排気温度検出器の検出値に基づいて燃料噴射量が過剰であるか否かを判定する。酸化触媒が排気通路に設けられるディーゼルエンジンでは、酸化触媒における燃料の酸化による排気の昇温状態をモニターするため、酸化触媒の上流側及び下流側に排気温度検出器が設けられている。したがって、新たにセンサを追加することなく既存のシステムを利用して燃料噴射装置の異常診断を行うことができる。

本発明の実施形態に係る異常診断装置を搭載したエンジンの構成図である。コントローラの処理内容を示すフローチャートである。エンジン回転速度と排気温度との関係を示す図である。エンジン回転速度とＮＯｘ濃度との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における異常診断装置１００を搭載したディーゼルエンジン１（以下、単に「エンジン１」という）の構成図である。

エンジン１は、吸気が流れる吸気通路２と、燃焼後の排気が流れる排気通路３と、エンジンの各気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射装置（インジェクタ）４と、を備える。

吸気通路２は、上流側から順に、エアクリーナ２１、ターボチャージャ２２及びインタークーラ２３を有する。エアクリーナ２１を介して吸入された吸気は、ターボチャージャ２２によって圧縮され、インタークーラ２３によって冷却された後、エンジン１の燃焼室内へ吸入される。

排気通路３は、上流側から順に、タービン３１、ＤＯＣ（ＤｉｅｓｅｌＯｘｉｄａｔｉｏｎＣａｔａｌｙｓｔ：酸化触媒）３２、ＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）３３及びＳＣＲ（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒３４を有する。

タービン３１は、排気の圧力によって回転し、同軸上に配置されるターボチャージャ２２を回転駆動する。ＤＯＣ３２は、排気中のＮＯ（一酸化窒素）をＮＯ_２（二酸化窒素）へと酸化させるとともに、未燃焼燃料であるＨＣを酸化させてＨ_２ＯとＣＯ_２とに変化させる。ＤＰＦ３３は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタである。ＳＣＲ触媒３４は、尿素水溶液から生成される還元剤としてのアンモニアを用いてＮＯｘ（窒素酸化物）を選択還元浄化する。

排気通路３はさらに、タービン３１より下流側であってＤＯＣ３２より上流側の排気温度である第１排気温度を検出する第１排気温度センサ３５と、ＤＯＣ３２より下流側であってＤＰＦ３３より上流側の排気温度である第２排気温度を検出する第２排気温度センサ３６と、ＤＰＦ３３より下流側であってＳＣＲ触媒３４より上流側の排気温度である第３排気温度を検出する第３排気温度センサ３７と、ＤＰＦ３３より下流側であってＳＣＲ触媒３４より上流側のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度を検出する第１ＮＯｘセンサ３８と、ＳＣＲ触媒３４より下流側のＮＯｘ濃度である第２ＮＯｘ濃度を検出する第２ＮＯｘセンサ３９と、を備える。これらのセンサは、排気通路３に設けられるＤＯＣ３２、ＤＰＦ３３及びＳＣＲ触媒３４からなる排気ガス後処理システムを制御するために設けられ、各センサの検出値はコントローラ１０へ送信される。

ここで、ＤＰＦ３３は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであるので、ＤＰＦ３３に堆積した粒子状物質が多くなるとＤＰＦ３３が目詰まりを起こし、排気の浄化性能が低下する可能性がある。そこで、ＤＰＦ３３の上流側と下流側との差圧が所定圧以上である等の一定の条件を満たす場合には、ＤＰＦ３３に堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するＤＰＦ再生が行われる。ＤＰＦ再生の際、エンジン１の燃料噴射装置４は、通常の運転状態における燃料噴射の後、主に膨張行程又は排気工程において追加的に燃料を噴射するポスト噴射を行う。ポスト噴射によって排気通路３に排出された未燃焼燃料は、ＤＯＣ３２において酸化（燃焼）し、反応熱によって排気温度が上昇し、ＤＰＦ３３に堆積した粒子状物質が燃焼して除去される。

ＤＰＦ再生時の排気温度は、高すぎるとＤＰＦ３３及びＳＣＲ触媒３４が劣化し、低すぎると粒子状物質が燃焼しないので、適切な温度範囲内に制御する必要がある。したがって、コントローラ１０は、上記ＤＰＦ再生が行われる際に、第１排気温度、第２排気温度及び第３排気温度に基づいて排気の昇温状態をモニターしている。

また、ＳＣＲ触媒３４は、アンモニアによる脱硝能力をＮＯｘ濃度に応じて調整して、規定濃度以上のＮＯｘが大気放出されないように制御する必要がある。したがって、コントローラ１０は、第１ＮＯｘ濃度及び第２ＮＯｘ濃度を常にモニターしている。

次に、このエンジン１の燃料噴射量の異常を診断する異常診断装置１００について説明する。

異常診断装置１００は、異常判定部としてのコントローラ１０と、排気温度検出器としての第１排気温度センサ３５と、排気温度検出器としての第２排気温度センサ３６と、第１ＮＯｘセンサ３８と、を備える。なお、第１排気温度センサ３５、第２排気温度センサ３６及び第１ＮＯｘセンサ３８は、前述のように、排気ガス後処理システムには必須の構成であり、本実施形態において新たに追加したセンサではない。

図２は、コントローラ１０の処理内容を示すフローチャートである。この処理は、エンジン１が運転中、微小時間（例えば１０ｍｓ）毎に繰り返し行われる。

ステップＳ１においてコントローラ１０は、エンジン１が低負荷及び低回転で運転していること、通常のエンジン制御モードであること、ポスト噴射が行われていないこと、の全ての条件を満たしているか否かを判定する。全ての条件が成立する場合には処理がステップＳ２へ進み、一つでも条件が成立しない場合には処理がステップＳ５へ進む。

エンジン１が低負荷及び低回転で運転していることは、エンジントルクが所定の燃料増量負荷値より小さい低負荷範囲内であること、及びエンジン回転速度が所定の低回転範囲内であること、を両方満たす場合に成立する。通常のエンジン制御モードであることは、エンジン１が通常の運転モードに比べて燃料を多く噴射する運転モードとなっている場合に非成立となる。

ステップＳ２においてコントローラ１０は、第１排気温度センサ３５によって検出された第１排気温度を温度Ｔ１として記憶し、第２排気温度センサ３６によって検出された第２排気温度を温度Ｔ２として記憶する。

ステップＳ３においてコントローラ１０は、温度Ｔ１と温度Ｔ２との差の絶対値が過剰判定値より小さいか否かを判定する。差が過剰判定値より小さいと判定されると処理がステップＳ５へ進む。一方、差が過剰判定値以上であると判定されると処理がステップＳ４へ進み、燃料噴射量が過剰であると判断される。過剰判定値は、燃料噴射量が過剰であると判定できる程度の値に予め設定される。

ここで、図３は、燃料噴射量が過剰である場合におけるエンジン回転速度と第１排気温度及び第２排気温度との関係を示す図である。燃料噴射量が過剰である場合には、過剰な燃料がＤＯＣ３２において酸化し、反応熱が生じるので、第２排気温度が第１排気温度より高くなる。

しかし、エンジン回転速度が高い場合には、排気の流速が速いため、ＤＯＣ３２における排気の昇温幅は小さくなり、燃料噴射量が過剰であるか否かの判定は困難である。また、エンジントルクが大きい場合には、そもそも燃料噴射量が多いので、燃料噴射量が過剰であるか否かの判定は困難である。さらに、ＤＰＦ再生のためにポスト噴射が行われている場合には、燃料噴射量が敢えて過剰に噴射されるので、燃料噴射量が過剰であるか否かの判定は困難である。

したがって、ステップＳ１において、エンジン１が低負荷及び低回転で運転していること、通常のエンジン制御モードであること、ポスト噴射が行われていないこと、の全ての条件を満たした場合であって、温度Ｔ１と温度Ｔ２との差の絶対値が過剰判定値以上であると判定された場合に、燃料噴射量が過剰であると判断する。

ステップＳ５においてコントローラ１０は、エンジン１がアイドル状態であるか否かを判定する。エンジン１がアイドル状態であると判定されると処理がステップＳ６へ進み、アイドル状態でないと判定されると処理が終了する。アイドル状態とは、車両が停車中であって運転者からの加速意図がない場合のエンジン１の状態を意味する。

ステップＳ６においてコントローラ１０は、第１ＮＯｘ濃度を濃度Ｅとして記憶する。

ステップＳ７においてコントローラ１０は、濃度Ｅが不足判定値より小さいか否かを判定する。濃度Ｅが不足判定値より小さいと判定されると処理がステップＳ８へ進み、燃料噴射量に異常はないと判断される。一方、濃度Ｅが不足判定値以上であると判定されると処理がステップＳ９へ進み、燃料噴射量が不足していると判断される。不足判定値は、燃料噴射量が不足していると判定できる程度の値に予め設定される。

ここで、図４は、エンジン回転速度と第１ＮＯｘ濃度との関係を示す図であり、噴射量が不足している場合の関係を実線で示し、正常時の関係を破線で示す。燃料噴射量が不足している場合には排気中のＮＯｘ濃度が高くなるので第１ＮＯｘ濃度が高くなる。エンジン回転速度が高い場合には正常時と比べた場合に顕著な差が生じないが、エンジン１がアイドル状態の場合には燃料噴射量の不足に応じて第１ＮＯｘ濃度が高くなる。そこで、ステップＳ５においてエンジン１がアイドル状態であると判定された場合であって、第１ＮＯｘ濃度が不足判定値以上であると判定された場合に燃料噴射量が不足していると判断する。

以上の制御をまとめると、コントローラ１０は、ステップＳ１〜Ｓ３において燃料噴射量が過剰であるか否かを判断し、ステップＳ５〜Ｓ７において燃料噴射量が不足しているか否かを判断している。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

ＤＯＣ３２の上流側に設けられる第１排気温度センサ３５によって検出された第１排気温度と、ＤＯＣ３２の下流側に設けられる第２排気温度センサ３６によって検出された第２排気温度と、を比較してエンジン１の燃料噴射量が過剰であると判定する。ＤＯＣ３２が排気通路３に設けられるエンジン１では、ＤＯＣ３２における燃料の酸化による排気の昇温状態をモニターするため、ＤＯＣ３２の上流側及び下流側にそれぞれ排気温度センサ３５、３６が設けられている。したがって、本実施形態では新たにセンサを追加することなく既存のシステムを利用して燃料噴射装置４の異常診断を行うことができる。

さらに、各気筒から排出された排気が合流して流れる排気通路３の排気温度に基づいて異常診断を行うので、全気筒が均等に異常であり気筒間のバラツキがない場合であっても、精度よく異常診断を行うことができる。

さらに、第１排気温度と第２排気温度との差が過剰判定値以上である場合に燃料噴射量が過剰であると判定するので、燃料噴射量の異常をより精度よく判定することができる。

さらに、ＤＯＣ３２より下流側の排気温度としてＤＰＦ３３より上流側に設けられる第２排気温度センサ３６の検出値を用いるので、ＤＰＦ３３における粒子状物質の燃焼によって生じる熱の影響を受けることなくＤＯＣ３２の上流側と下流側との温度差を比較することができ、燃料噴射量の異常をより精度よく判定することができる。

さらに、エンジン１が低負荷及び低回転で運転していること、通常のエンジン制御モードであること、ポスト噴射が行われていないこと、の全ての条件を満たした場合に燃料噴射量が過剰であるか否かを判定するので、燃料噴射量が比較的少ない運転領域で判定が行われることとなり、燃料噴射量の異常をより精度よく判定することができる。

さらに、ＤＯＣ３２より下流側であってＳＣＲ触媒３４の上流側に設けられる第１ＮＯｘセンサ３８によって検出された第１ＮＯｘ濃度が不足判定値以上である場合、燃料噴射量が不足していると判定する。ＳＣＲ触媒３４が設けられるエンジン１では、ＳＣＲ触媒３４における脱硝能力を調整するためＳＣＲ触媒３４の上流側及び下流側にＮＯｘセンサが設けられている。したがって、本実施形態では新たにセンサを追加することなく既存のシステムを利用して燃料噴射装置４の異常診断を行うことができる。

さらに、エンジン１がアイドル状態である場合に燃料噴射量が不足しているか否かを判定するので、ＮＯｘ濃度が正常時と比べて顕著に増加する運転状態で判定が行われることとなり、燃料噴射量の異常をより精度よく判定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、ＤＯＣ３２の下流側の排気温度として第２排気温度センサ３６の検出値を用いているが、第３排気温度センサ３７の検出値を用いてもよい。

さらに、上記実施形態では、エンジン１がアイドル状態である場合に燃料噴射量が不足しているか否かを判定しているが、判定を行う運転領域をアイドル状態以外のエンジン１が比較的低負荷及び低回転である状態まで拡大してもよい。

１ディーゼルエンジン
３排気通路
１０コントローラ（異常判定部）
３２ＤＯＣ（酸化触媒）
３３ＤＰＦ（フィルタ）
３４ＳＣＲ触媒
３５第１排気温度センサ（排気温度検出器）
３６第２排気温度センサ（排気温度検出器）
１００異常診断装置

Claims

排気通路に設けられる酸化触媒と、前記酸化触媒の上流側の排気温度である上流側排気温度及び前記酸化触媒の下流側の排気温度である下流側排気温度を検出する排気温度検出器と、を備えるディーゼルエンジンの各気筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置の燃料噴射量の異常を診断する異常診断装置であって、
前記上流側排気温度と前記下流側排気温度との比較に基づいて前記ディーゼルエンジンを運転するときの前記燃料噴射装置の燃料噴射量が過剰であるか否かを判定する異常判定部を備える、
ことを特徴とする異常診断装置。
請求項１に記載の異常診断装置であって、
前記異常判定部は、前記上流側排気温度と前記下流側排気温度との差が過剰判定値以上である場合、前記燃料噴射装置の燃料噴射量が過剰であると判定する、
ことを特徴とする異常診断装置。
請求項１又は請求項２に記載の異常診断装置であって、
前記ディーゼルエンジンは、前記排気通路の前記酸化触媒より下流側において排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、
前記排気温度検出器は、前記フィルタより上流側の排気温度を前記下流側排気温度として検出する、
ことを特徴とする異常診断装置。
請求項３に記載の異常診断装置であって、
前記異常判定部は、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させるために行われる燃料噴射であるポスト噴射が行われていないこと、及び、ディーゼルエンジンに対する要求負荷が燃料増量負荷値より大きい高負荷運転時でないこと、を満たす場合に前記燃料噴射装置の燃料噴射量が過剰であるか否かを判定する、
ことを特徴とする異常診断装置。
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の異常診断装置であって、
前記ディーゼルエンジンは、前記排気通路の前記酸化触媒より下流側において排気中の窒素酸化物を還元浄化するＳＣＲ触媒を備え、
前記異常判定部は、前記酸化触媒より下流側であって前記ＳＣＲ触媒より上流側における窒素酸化物の濃度が不足判定値以上である場合、前記燃料噴射装置の燃料噴射量が不足していると判定する、
ことを特徴とする異常診断装置。
請求項５に記載の異常診断装置であって、
前記異常判定部は、前記ディーゼルエンジンがアイドル状態である場合に前記燃料噴射装置の燃料噴射量が不足しているか否かを判定する、
ことを特徴とする異常診断装置。