(57)【要約】【課題】ＥＧＲクーラーの排気ガス流通管にクラックが発生した時点で、クラック発生を検知することができるＥＧＲクーラーの破損診断装置を提供する。【解決手段】エンジンの排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を還流する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラーの破損を診断するＥＧＲクーラーの破損診断装置であって、ＥＧＲクーラーに配設されアコースティック・エミッション信号を出力するアコースティック・エミッションセンサーと、アコースティック・エミッションセンサーからの信号に基づいてＥＧＲクーラーの破損を診断する制御手段とを具備している。制御手段は、ＥＧＲクーラーにクラックが発生した状態で発生するクラック状態アコースティック・エミッション信号パターンを予め記憶しておくメモリを備えており、アコースティック・エミッションセンサーによって検出された検出信号パターンがクラック状態アコースティック・エミッション信号パターンと一致したときＥＧＲクーラーにクラックが発生したと判定する。【選択図】        図１
2004360546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を還流する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラーの破損を診断するＥＧＲクーラーの破損診断装置において、
該ＥＧＲクーラーに配設されアコースティック・エミッション信号を出力するアコースティック・エミッションセンサーと、該アコースティック・エミッションセンサーからの信号に基づいて該ＥＧＲクーラーの破損を診断する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該ＥＧＲクーラーにクラックが発生した状態で発生するクラック状態アコースティック・エミッション信号パターンを予め記憶しておくメモリを備えており、該アコースティック・エミッションセンサーによって検出された検出信号パターンが該クラック状態アコースティック・エミッション信号パターンと一致したとき該ＥＧＲクーラーにクラックが発生したと判定する、
ことを特徴とするＥＧＲクーラーの破損診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンに装備されるＥＧＲ装置におけるＥＧＲクーラーの制御装置にに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジン（以下、エンジンという）の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ  ）を低減するために、排気ガスを吸気系に再循環させる排気ガス再循環（以下、ＥＧＲという）装置が広く実用に供されている。このＥＧＲ装置は、エンジンの排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に配設されたＥＧＲバルブと、該ＥＧＲ通路を還流する排気ガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラーとを具備している。ＥＧＲバルブは、エンジンの運転状態例えばエンジン回転速度と負荷（燃料供給量）に基づいて予め設定された目標ＥＧＲ率になるように制御される。
【０００３】
上記ＥＧＲクーラーは、排気ガス通路と該排気ガス通路の周囲に形成された冷却水通路とからなっており、冷却水通路に例えばエンジンの冷却水を循環するように構成されており、排気ガスの熱を冷却水と熱交換することによって排気ガス温度を下げる。そして、エンジンとＥＧＲクーラーの冷却水通路とを連通する冷却水循環通路に冷却水制御弁が配設されており、該冷却水制御弁をＥＧＲクーラー内の冷却水温度に対応して制御し、冷却水の流量を調整するようになっている。
【０００４】
しかるに、循環する排気ガスの温度および流量とＥＧＲクーラーを循環する冷却水量によっては、ＥＧＲクーラー内の排気ガス流通管に接する冷却水が部分的に沸騰する可能性がある。この沸騰現象により排気ガス流通管にクラックが発生することがある。排気ガス流通管にクラックが発生すると、排気ガス流通管に冷却水が侵入し、この冷却水が吸気通路を通ってエンジンのシリンダ内に入るため、エンジンが損傷するという問題がある。
【０００５】
上述した問題を回避するために、従来は冷却水が沸騰しないようにＧＲ率の上限値を設定し、排気ガスの還流量を抑えるようにしている。しかしながら、この対策は排気ガスの還流量の上限を抑えるため、エンジンの運転条件によっては排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ  ）が増加するという問題がある。
【０００６】
また、上述した問題を回避するため、従来は排気ガスの温度が高い状態を想定し、ＥＧＲクーラーを循環する冷却水量を多めに設定することも行われている。しなしながら、ＥＧＲクーラーを循環する冷却水量を多めに設定すると、排気ガスの温度が低い場合には還流する排気ガスが冷却されすぎてＥＧＲクーラーの排気ガス流通管内で結露するという問題が発生する。
【０００７】
更に、上述した問題を回避する対策として、ＥＧＲクーラー内の排気ガス流通管の破損によって漏洩した冷却水を貯留するタンクを備え、該タンク内の水位が所定値に達したら排気ガス流通管が破損したものと判断し、冷却水の供給を停止するようにした技術が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２５９７６２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
而して、上記文献に開示された技術は、ＥＧＲクーラー内の排気ガス流通管が破損して冷却水が漏洩してからでないと排気ガス流通管の破損を検出することができない。従って、上記文献に開示された技術においては、排気ガス流通管が破損して冷却水が漏洩してから冷却水の供給を停止するまでの間に冷却水がエンジンのシリンダ内に入り、エンジンを損傷する虞がある。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、その主たる技術的課題は、ＥＧＲクーラー内の排気ガス流通管にクラックが発生した時点で、クラック発生を検知することができるＥＧＲクーラーの破損診断装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、エンジンの排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を還流する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラーの破損を診断するＥＧＲクーラーの破損診断装置において、
該ＥＧＲクーラーに配設されアコースティック・エミッション信号を出力するアコースティック・エミッションセンサーと、該アコースティック・エミッションセンサーからの信号に基づいて該ＥＧＲクーラーの破損を診断する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該ＥＧＲクーラーにクラックが発生した状態で発生するクラック状態アコースティック・エミッション信号パターンを予め記憶しておくメモリを備えており、該アコースティック・エミッションセンサーによって検出された検出信号パターンが該クラック状態アコースティック・エミッション信号パターンと一致したとき該ＥＧＲクーラーにクラックが発生したと判定する、
ことを特徴とするＥＧＲクーラーの破損診断装置が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成されたＥＧＲクーラーの破損診断装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図１には本発明に従って構成されたＥＧＲクーラーの破損診断装置を装備したＥＧＲ装置の概略構成図が示されている。図示の実施形態におけるエンジン２は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンからなっている。エンジン２は、インテークマニホールド３１とエキゾーストマニホールド４１を備えている。インテークマニホールド３１には、インテークマニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２が接続されている。また、エキゾーストマニホールド４１には、エキゾーストマニホールド４１とともに排気通路を構成する排気管４２が接続されている。
【００１３】
排気管４２と吸気管３２は、ＥＧＲ通路を構成する第１のＥＧＲ管５ａと第２のＥＧＲ管５ｂとによって連通されている。この第１のＥＧＲ管５ａと第２のＥＧＲ管５ｂとの間には、水冷式のＥＧＲクーラー６が配設されている。このＥＧＲクーラー６について、図２を参照して説明する。図２に示すＥＧＲクーラー６は、円筒状のハウジング６１を具備している。このハウジング６１内には２枚のエンドプレート６２ａと６２ｂが配設されている。従って、ハウジング６１内は、２枚のエンドプレート６２ａと６２ｂとの間に形成される冷却室６１ａと、一方のエンドプレート６２ａの外側に形成される排気ガス流入室６１ｂと、他方のエンドプレート６２ｂの外側に形成される排気ガス流出室６１ｃとに区画される。このように構成されたハウジング６１内には、冷却室６１ａおよび２枚のエンドプ１ート６２ａと６２ｂを貫通して複数本の排気ガス流通管６３が配設されている。この複数本の排気ガス流通管６３は、その一端が上記排気ガス流入室６１ｂに開口し、その他端が排気ガス流出室６１ｃに開口している。
【００１４】
このように構成されたＥＧＲクーラー６は、排気ガス流入室６１ｂが上記第１のＥＧＲ管５ａに接続され、排気ガス流出室６１ｃが上記第２のＥＧＲ管５ｂに接続される。また、ＥＧＲクーラー６を構成するハウジング６１には、冷却室６１ａに開口する冷却水入口６１ｄと冷却水出口６１ｅが設けられており、この冷却水入口６１ｄと冷却水出口６１ｅがそれぞれ冷却水通路を構成する冷却水流入管７ａと冷却水流出管７ｂによって上記エンジン２の冷却水循環路に接続されている（図１参照）。
【００１５】
図１に戻って説明を続けると、上記ＥＧＲ通路を構成する第１のＥＧＲ管５ａにはＥＧＲバルブ８（Ｖ１）が配設されており、このＥＧＲバルブ８（Ｖ１）は後述する制御手段１０によって制御される。また、上記冷却水流出管７ｂには冷却水制御弁９（Ｖ２）が配設されており、この冷却水制御弁９（Ｖ２）は後述する制御手段１０によって制御される。
【００１６】
図示の実施形態におけるＥＧＲクーラーの制御装置は、上記ＥＧＲクーラー６に装着されたアコースティック・エミッション（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサー（以下、ＡＥセンサという）１１を具備している。ＡＥセンサは、物体の変形や割れの進展、剥離等の現象に伴って発生する超音波および弾性波エネルギー（以下、ＡＥという）を検出するセンサである。このＡＥセンサは、排気ガス流通管６３で発生するＡＥが伝播する経路、例えば排気ガス流通管６３、エンドプ１ート６２ａ、６２ｂ、ハウジング６１に装着される。ＡＥセンサによって検出されたＡＥ信号は、後述する制御手段１０に送られる。また、図示の実施形態におけるＥＧＲクーラーの制御装置は、ＥＧＲクーラー６内の冷却水温度（Ｔ）を検出する冷却水温度センサ１２を備えている。この冷却水温度センサ１２はＥＧＲクーラー６の冷却水出口６１ｅ付近に配設されており、その検出信号（Ｔ）を後述する制御手段１０に送る。更に、図示の実施形態におけるＥＧＲクーラーの制御装置は、エンジン回転速度（Ｎｅ）を検出するエンジン回転速度センサ１３および燃料供給量（Ｏｔ）即ちエンジン負荷を検出するエンジン負荷センサ１４を具備しており、これらの各センサはその検出信号（Ｎｅ）および（Ｏｔ）を後述する制御手段１０に送る。
【００１７】
図示の実施形態における制御手段１０は、マイクロコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）１０１と、制御プログラムやエンジンの運転状態判定マップや後述するＡＥ信号パターン等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３と、入力インターフェース１０４、出力インターフェース１０５等を備えている。この制御手段１０の入力インターフェース１０４には、上記ＡＥセンサ、冷却水温度センサ１２、エンジン回転速度センサ１３、エンジン負荷センサ１４等から検出信号が入力される。また、制御手段１０の出力インターフェース１０５からは、上記ＥＧＲバルブ８（Ｖ１）や冷却水制御弁９（Ｖ２）等に制御信号を出力するとともに、警報器１５（ＡＲＭ）に制御信号を出力する。
【００１８】
ここで、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２に予め記憶しておくＡＥ波信号パターンについて説明する。
図３には、ＡＥセンサから出力されるＡＥ信号の波形例が示されている。一般にＡＥセンサから出力されるＡＥ信号は、振動の伝播経路やセンサの特性の影響を受け、図３に示すような減衰振動波形となる。また、ノイズも発生するため、図３に示すように所定の閥値を設定し、この閥値以上のパルスをＡＥ信号としてカウントする。なお、ＡＥ信号は帯域が広いため、全ての波形を記憶することはデータ量が膨大となり現実的ではない。このため、ＡＥ信号の性質を特徴づけるパラメータを個々のＡＥ信号から抽出し、これらのＡＥ波パラメータを記録し、解析する。代表的なＡＥパラメータとしては、一連のＡＥイベントの継続時間、ＡＥイベントの計数値、ピーク値、立ち上がり時間（イベント初期からピークまでの経過時間）等がある。ベンチ試験等により、予めＥＧＲクーラー６を構成す構成部材のクラック発生状態におけるＡＥ信号を計測し、上述したＡＥ波パラメータのパターンを取得しておく。図４には、ＡＥ波パラメータの解析図の例が示されている。図４に示すようにＡＥイベントの継続時間を横軸に、ＡＥイベントのピーク値の幅を縦軸にとり、ＡＥイベントのピーク値をプロットしたものである。このようにＥＧＲクーラー６を構成す構成部材のクラック発生状態におけるＡＥ波イベントを解析し、その継続時間とピーク値の相関性をパターン化し、その相関図（分布図）からクラック発生状態におけるＡＥイベントを識別する条件を設定し、そのパターンをリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２に予め記憶しておく。
【００１９】
図示の実施形態におけるＥＧＲクーラーの破損診断装置は、以上のように構成されており、以下その破損診断動作について図５に示すフローチャートを参照して説明する。
制御手段１０は、ステップＳ１においてエンジンが運転状態か否かをチェックする。このエンジンの運転状態か否かについては、例えばエンジン回転速度センサ１３からの回転信号によって判定することができる。ステップＳ１においてエンジンが運転状態である場合には、制御手段１０はステップＳ２に進んで、上記ＡＥセンサからの信号に基づいてＡＥ信号のパターンを計測する。そして、制御手段１０はステップＳ３に進んで、計測したＡＥ信号のパターンがリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２に予め記憶されているＥＧＲクーラー６を構成す構成部材のクラック発生状態におけるＡＥイベントのパターと等しいか否かをチェックする。ステップＳ３において計測したＡＥ信号のパターンがクラック発生状態におけるＡＥイベントのパターと等しいと判定された場合には、制御手段１０はステップＳ４に進んで、ＥＧＲバルブ８（Ｖ１）を閉止する。次に、制御手段１０はステップＳ５に進んで、冷却水温度センサ１４の検出信号であるＥＧＲクーラー６内の冷却水温度（Ｔ）を読み込む。そして、制御手段１０はステップＳ６に進んで、冷却水温度（Ｔ）が所定温度（Ｔ１）以下か否かをチェックする。冷却水温度（Ｔ）が所定温度（Ｔ１）以下でない場合には、制御手段１０は冷却水温度（Ｔ）が所定温度（Ｔ１）以下になるまで待つ。このように冷却水温度（Ｔ）が所定温度（Ｔ１）以下になるまで待つのは、冷却水温度が十分に下がらないうちに、冷却水制御弁９（Ｖ２）を閉じてしまうと、冷却水の流れが止まり、ＥＧＲクーラー内に残された水が沸騰して、クラックがより進行する虞があるためである。ステップＳ６において冷却水温度（Ｔ）が所定温度（Ｔ１）以下になったならば、制御手段１０はステップＳ７に進んで、冷却水制御弁９（Ｖ２）を閉止する。そして、制御手段１０はステップＳ８に進んで、警報器１５（ＡＲＭ）を作動して運転者に知らせる。この警報に基づいて運転者がエンジンを停止することにより、エンジンの損傷が未然に防止される。
【００２０】
なお、上記ステップＳ３において計測したＡＥ信号のパターンがクラック発生状態におけるＡＥイベントのパターと等しくない場合には、制御手段１０はＥＧＲクーラー６を構成す構成部材にクラックが発生していないと判断し、このルーチンは終了する。
【００２１】
次に、上記ステップＳ１においてエンジンが運転状態でない場合、即ちエンジン２が停止している場合について説明する。ステップＳ１においてエンジンが運転状態でない場合には、制御手段１０はステップＳ９に進んで、上記ＡＥセンサからの信号に基づいてＡＥ信号のパターンを計測する。そして、制御手段１０はステップＳ１０に進んで、計測したＡＥ信号のパターンがリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２に予め記憶されているＥＧＲクーラー６を構成す構成部材のクラック発生状態におけるＡＥイベントのパターと等しいか否かをチェックする。ステップＳ９において計測したＡＥ信号のパターンがクラック発生状態におけるＡＥイベントのパターと等しいと判定された場合には、制御手段１０は上記ステップＳ７に進んで、冷却水制御弁９（Ｖ２）を閉止する。そして、制御手段１０はステップＳ８に進んで、警報器１５（ＡＲＭ）を作動して運転者に知らせる。なお、上記ステップＳ１０において計測したＡＥ信号のパターンがクラック発生状態におけるＡＥイベントのパターンと等しくない場合には、制御手段１０はＥＧＲクーラー６を構成す構成部材にクラックが発生していないと判断し、このルーチンは終了する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、アコースティック・エミッションセンサーによって検出された検出信号パターンがクラック状態アコースティック・エミッション信号パターンと一致したとき冷ＥＧＲクーラーの構成部材にクラックが発生したと判定するので、クラックが発生した時点でこれを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成されたＥＧＲクーラーの破損診断装置を装備したＥＧＲ装置の概略構成図。
【図２】図１に示すＥＧＲ装置を構成するＥＧＲクーラーの断面図。
【図３】図１に示すＥＧＲクーラーの破損診断装置を構成するアコースティック・エミッションセンサーから出力されるアコースティック・エミッション信号の波形を示す説明図。
【図４】アコースティック・エミッションパラメータの解析図の例を示す説明図。
【図５】図１に示すＥＧＲクーラーの破損診断装置を構成する制御手段の動作手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
２：エンジン
３１：インテークマニホールド
３２：吸気管
４１：エキゾーストマニホールド
４２：排気管
５ａ：第１のＥＧＲ管
５ｂ：第２のＥＧＲ管
６：ＥＧＲクーラー
６１：ハウジング
６１ａ：冷却室
６１ｂ：排気ガス流入室
６１ｃ：排気ガス流出室
６２ａと６２ｂ：エンドプレート
６３：排気ガス流通管
７ａ：冷却水流入管
７ｂ：冷却水流出管
８：ＥＧＲバルブ（Ｖ１）
９：冷却水制御弁（Ｖ２）
１０：制御手段
１１：アコースティック・エミッションセンサ（ＡＥセンサ）
１２：冷却水温度センサ
１３：エンジン回転速度センサ
１４：エンジン負荷センサ
１５：警報器
【図１】
2004360546.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004360546.tif 000005
【図４】
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【図５】
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