(57)【要約】【課題】ＰＭ等除去装置を設置することなくＥＧＲバルブ及びＥＧＲクーラの破損を未然に防止することができるリードバルブ開固着異常検出装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ３２は、第１マップ３４に基づいて、ディーゼルエンジン１の運転状態に対する過給圧が所定範囲よりも小さいと判断し、さらに、第２マップ３５に基づいて、ディーゼルエンジンの運転状態に対するノズル開度が所定範囲よりも大きいと判断した場合に、リードバルブ２２，２３が開いたまま固着した状態であると判断する。これにより、ＥＧＲ経路１５，１６内を高温の排気ガスが流れないようにするために、エンジンチェックランプ３３を点灯させて運転者に高負荷運転を行わせないようにしたり、アクセル制限を行うことによりディーゼルエンジン１が高負荷運転とならないようにしたりする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのバンクを有する内燃機関に設けられたリードバルブ開固着異常検出装置であって、
一端が各バンクの排気経路に接続されると共に他端が吸気経路に接続された２つのＥＧＲ経路であって、該２つのＥＧＲ経路は部分的に合流した合流部を有する２つのＥＧＲ経路と、
前記合流部に設けられた１つのＥＧＲバルブと、
前記２つのＥＧＲ経路の少なくとも一方において前記ＥＧＲバルブよりも上流側に設けられた少なくとも１つのリードバルブと、
前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧検出手段と、
タービン及びコンプレッサを有する可変容量型ターボチャージャであって、ノズル開度を変化させることによって前記タービンへの排気ガスの流速を制御可能な可変容量型ターボチャージャと、
前記内燃機関の運転状態に対する前記過給圧についての第１マップ及び前記ノズル開度についての第２マップを有する制御装置と
を備え、
該制御装置は、前記第１マップに基づいて、前記内燃機関の運転状態に対する前記過給圧が所定範囲よりも小さいと判定し、さらに、前記第２マップに基づいて、前記内燃機関の運転状態に対する前記ノズル開度が所定範囲よりも大きいと判定した場合に、前記リードバルブが開いたまま固着した状態であると判断する、リードバルブ開固着異常検出装置。
【請求項２】
前記可変容量型ターボチャージャが各バンクに設けられている、請求項１に記載のリードバルブ開固着異常検出装置。
【請求項３】
前記リードバルブが開いたまま固着した状態であると判断された場合に、前記内燃機関の運転者に警報を発する警報手段を備える、請求項１または２に記載のリードバルブ開固着異常検出装置。
【請求項４】
前記リードバルブが開いたまま固着した状態であると判断された場合に、前記制御装置はアクセル制限を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリードバルブ開固着異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リードバルブ開固着異常検出装置に係り、特に、内燃機関のＥＧＲ経路に設けられたリードバルブが開いたままで固着した状態を検出するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｖ型あるいは水平対向型のような２つのバンクを有し、それぞれのバンクに可変容量型ターボチャージャを備える従来のディーゼルエンジンにおいて、過給圧をセンシングすることによって、それぞれの可変容量型ターボチャージャにおけるノズル開度がフィードバック制御されている。それぞれのバンクから取り出されたＥＧＲガスは、ＥＧＲ経路に設けられたＥＧＲバルブによって流量が制御される。各ＥＧＲ経路を流通するＥＧＲガスの流量を１つのＥＧＲバルブによって制御する場合、それぞれのバンクに接続されたＥＧＲ経路がＥＧＲバルブの前で合流し連通することから、排気ガスエネルギーを損失し、可変容量型ターボチャージャのタービン効率の悪化を招き、結果として過給圧が低下してしまう。このタービン効率の悪化を回避するために、ＥＧＲ経路に逆止弁であるリードバルブが設けられることがある。
【０００３】
排気ガスには未燃焼燃料や粒子状物質（ＰＭ）が含まれており、排気ガスの一部であるＥＧＲガスがＥＧＲ経路を流通して、ＥＧＲバルブやＥＧＲクーラに付着し炭化することによって、ＥＧＲバルブに固着したりＥＧＲクーラの詰まりが生じてしまう可能性がある。そこで例えば特許文献１では、ＥＧＲバルブ及びＥＧＲクーラにオゾンを供給することによって、ＥＧＲバルブ及びＥＧＲクーラに付着して炭化した未燃焼燃料やＰＭを酸化除去し、ＥＧＲバルブの固着やＥＧＲクーラの詰まりを解消している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２０３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数のバンク及び１つのＥＧＲバルブを有しＥＧＲ経路にリードバルブが設置されるエンジンでは、ＥＧＲ経路に設置されたリードバルブが開いた状態で未燃焼燃料やＰＭが固着してしまうと（以下、「開固着状態」とも呼ぶ。）、各バンクから排出された排気ガスが流通する２つの排気管が常時連通することになる。したがって、特に高負荷運転時において、一方のバンク側から排出され、ＥＧＲバルブの前の合流部に到達した排気ガスが、他方のバンク側に逆流する可能性がある。
しかしながら、特許文献１の排気浄化装置では、未燃焼燃料やＰＭ等によるＥＧＲバルブの固着やＥＧＲクーラの詰まりを解消させているものの、ＰＭ等除去装置を別途設置しなければならないといった問題点があった。また、特許文献１の排気浄化装置では、複数のバンクと１つのＥＧＲバルブを有しＥＧＲ経路にリードバルブが設置されるエンジンについては検討されておらず、当然ながら、リードバルブの開固着状態の検知については何ら考慮されていない。リードバルブが開固着状態のまま高負荷運転を継続した場合に、開固着状態が検出されなければ、高温の排気ガスが排出される状態が継続されてしまい、ＥＧＲバルブ及びＥＧＲクーラが高温の排気ガスで破損するという二次的不具合が生じるといった問題点も生じていた。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ＰＭ等除去装置を新設することなく、既存の装置のみでリードバルブの開固着状態を判断することによってＥＧＲバルブ及びＥＧＲクーラの破損を未然に防止することができるリードバルブ開固着異常検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るリードバルブ開固着異常検出装置は、２つのバンクを有する内燃機関に設けられたリードバルブ開固着異常検出装置であって、一端が各バンクの排気経路に接続されると共に他端が吸気経路に接続された２つのＥＧＲ経路であって、該２つのＥＧＲ経路は部分的に合流した合流部を有する２つのＥＧＲ経路と、前記合流部に設けられた１つのＥＧＲバルブと、前記２つのＥＧＲ経路の少なくとも一方において前記ＥＧＲバルブよりも上流側に設けられた少なくとも１つのリードバルブと、前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧検出手段と、タービン及びコンプレッサを有する可変容量型ターボチャージャであって、ノズル開度を変化させることによって前記タービンへの排気ガスの流速を制御可能な可変容量型ターボチャージャと、前記内燃機関の運転状態に対する前記過給圧についての第１マップ及び前記ノズル開度についての第２マップを有する制御装置とを備え、該制御装置は、前記第１マップに基づいて、前記内燃機関の運転状態に対する前記過給圧が所定範囲よりも小さいと判定し、さらに、前記第２マップに基づいて、前記内燃機関の運転状態に対する前記ノズル開度が所定範囲よりも大きいと判定した場合に、前記リードバルブが開いたまま固着した状態であると判断する。リードバルブが開いたまま固着した状態であると判断された後、ＥＧＲ経路内を高温の排気ガスが流れないようするために適切な処理を行うことができる。
前記可変容量型ターボチャージャが各バンクに設けられていてもよい。
前記リードバルブが開いたまま固着した状態であると判断された場合に、前記内燃機関の運転者に警報を発する警報手段を備えてもよい。
前記リードバルブが開いたまま固着した状態であると判断された場合に、前記制御装置はアクセル制限を行ってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、内燃機関の運転状態に対する過給圧についての第１マップ及び可変容量型ターボチャージャのノズル開度についての第２マップを有する制御装置によって、第１マップに基づいて、内燃機関の運転状態に対する過給圧が所定範囲よりも小さいと判定し、さらに、第２マップに基づいて、内燃機関の運転状態に対するノズル開度が所定範囲よりも大きいと判定した場合に、リードバルブが開固着状態であると判断される。リードバルブの開固着状態が検知されると、運転者に警告を発したり、アクセル制限を行うように制御するため、一方のバンク側から排出された高温の排気ガスが、開固着したリードバルブを通過して他方のバンク側に流れないようにすることができる。したがって、ＰＭ除去装置等の別個独立した装置を構成することなく、リードバルブへのＰＭ固着量の増加を制限し、さらには、リードバルブの開固着状態での高温の排気ガスによるＥＧＲバルブ及びＥＧＲクーラの破損を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この実施の形態に係るリードバルブ開固着異常検出装置を備えた内燃機関の構成模式図を図１に示す。自動車の内燃機関であるディーゼルエンジン１は、２つのバンク２，３を有し、各バンク２，３には３つのシリンダが設けられたＶ型６気筒ディーゼルエンジンである。バンク２，３には、吸気マニホールド４，５がそれぞれ接続されると共に、排気マニホールド６，７がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド４，５にはそれぞれ、吸気管８，９が接続され、排気マニホールド６，７にはそれぞれ、排気管１０，１１が接続されている。ここで、吸気マニホールド４，５及び吸気管８，９は、各バンクの吸気経路を構成し、排気マニホールド６，７及び排気管１０，１１は、各バンクの排気経路を構成する。吸気管８，９には、各吸気管８，９を流通する吸気を共通に冷却するインタークーラ１２が設けられている。また、吸気管８，９にはそれぞれ、インタークーラ１２と吸気マニホールド４，５との間に、ディーゼルスロット１３，１４が設けられている。吸気マニホールド４には、吸気マニホールド４内の圧力、すなわち過給圧を測定するための過給圧検出手段である圧力センサ２１が設けられている。
【００１０】
バンク２，３にはそれぞれ、一端が排気マニホールド６，７に接続されると共に他端が吸気マニホールド４，５に接続されたＥＧＲ経路１５，１６が設けられている。ＥＧＲ経路１５，１６にはそれぞれ、ＥＧＲクーラ１７，１８が設けられている。ＥＧＲ経路１５，１６は、ＥＧＲクーラ１７，１８よりも吸気マニホールド４，５側で、部分的に合流した合流部１９を有している。合流部１９には、ＥＧＲバルブ２０が設けられている。ＥＧＲ経路１５，１６にはそれぞれ、ＥＧＲクーラ１７，１８と合流部１９との間に、リードバルブ２２，２３が設けられている。
【００１１】
バンク２，３にはそれぞれ、吸気管８，９に設けられたコンプレッサ２４，２６と、排気管１０，１１に設けられたタービン２５，２７とを有する可変容量型ターボチャージャ２８，２９が設けられている。タービン２５，２７にはそれぞれ、複数のノズルベーン３０，３１が設けられている。図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、複数のノズルベーン３０は、タービン２５のタービンホイール２５ａの周囲を囲むように設けられ、各ノズルベーン３０が図示しない支持リングの回転に連動して矢印Ａのように回動する。ノズルベーン３０の回動によって、隣り合うノズルベーン３０，３０間の隙間の大きさ（ノズルベーン３０，３０間の排気ガスの通路面積）が変化するので、タービンホイール２５ａに向かう排気ガスの流速が制御される。図２（ａ）は、隙間が最も小さい状態（通常「ノズル全閉」と呼ばれるが、本願では「ノズル開度最大」と表現する）であり、図２（ｂ）は、隙間が最も大きい状態（通常「ノズル全開」と呼ばれるが、本願では「ノズル開度最小」と表現する）を示している。ここで、隣り合うノズルベーン３０，３０間の隙間について、最小値をＶｍｉｎ（図２（ａ））、最大値をＶｍａｘ（図２（ｂ））、任意の隙間の大きさをＶとしたときに、
（Ｖｍａｘ−Ｖ）／（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）×１００（％）
によって算出される値を、可変容量型ターボチャージャのノズル開度と定義する。つまり、ノズル開度が大きくなると、当該隙間（ノズルベーン３０，３０間の排気ガスの通路面積）が小さくなってタービンホイール２５ａに向かう排気ガスの流速が大きくなる。尚、タービン２７（図１参照）に設けられた複数のノズルベーン３１（図１参照）も、ノズルベーン３０と同じ構成となっている。
【００１２】
図１に示されるように、ディーゼルエンジン１には、制御装置であるＥＣＵ３２が設けられている。ＥＣＵ３２には、バンク２，３内に設けられた図示しないクランクシャフト及び燃料噴射装置と、圧力センサ２１と、ノズルベーン３０，３１を回動させる駆動装置３６，３７とが電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ３２は、ディーゼルエンジン１の稼動中に、ディーゼルエンジン１の回転数についての電気信号と、ディーゼルエンジン１の各燃焼室内に噴射される燃料噴射量についての電気信号と、ディーゼルエンジン１の過給圧についての電気信号と、可変容量型ターボチャージャ２８，２９のノズル開度についての電気信号を受信するようになっている。また、ＥＣＵ３２には、ディーゼルエンジン１を備えた自動車の運転者に警報を発するための警報手段であるエンジンチェックランプ３３が電気的に接続されている。
【００１３】
ＥＣＵ３２には、図３に示される第１マップ３４と、図４に示される第２マップ３５とが組み込まれている。
図３に示されるように、第１マップ３４は、ディーゼルエンジン１の回転数（ｒｐｍ）と最大燃料噴射量に対する燃料噴射量（％）とによって表されたディーゼルエンジン１の運転状態に対する、ディーゼルエンジン１の標準的な過給圧を表している。ディーゼルエンジン１に異常がない場合、すなわち、リードバルブ２２，２３が開いたまま固着した状態でない場合には、圧力センサ２１による測定値は、第１マップ３４に示された標準的な過給圧に対して±１０％程度の範囲の値をとる。この実施の形態では、この範囲を過給圧の所定範囲と定義する。
【００１４】
図４に示されるように、第２マップ３５は、ディーゼルエンジン１の回転数（ｒｐｍ）と最大燃料噴射量に対する燃料噴射量（％）とによって表されたディーゼルエンジン１の運転状態に対する、可変容量型ターボチャージャ２８，２９の標準的なノズル開度を表している。ディーゼルエンジン１に異常がない場合、すなわち、リードバルブ２２，２３が開いた状態で固着していない場合には、過給圧が所定範囲にあるときに、ノズルベーン３０，３１は、第２マップ３５に示された標準的なノズル開度に対して±１０％程度の範囲のノズル開度をとる。この実施の形態では、この範囲をノズル開度の所定範囲と定義する。
【００１５】
次に、この発明の実施の形態に係るリードバルブ開固着異常検出装置の動作を、図５に示されたフローチャートに基づいて説明する。
ディーゼルエンジン１が稼動すると、ＥＣＵ３２は、ディーゼルエンジン１の回転数についての電気信号と、ディーゼルエンジン１の各燃焼室内に噴射される燃料噴射量についての電気信号とを受信し、ディーゼルエンジン１の運転状態を認定する（ステップＳ１）。次に、ＥＣＵ３２は、圧力センサ２１から電気信号を受信し、ディーゼルエンジン１の過給圧を検知する（ステップＳ２）。ＥＣＵ３２は、第１マップ３４に基づいて、検知されたディーゼルエンジン１の過給圧が、ディーゼルエンジン１の運転状態に対する所定範囲よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において、検知されたディーゼルエンジン１の過給圧が所定範囲よりも大きいと判定された場合には、ＥＣＵ３２は、駆動装置３６，３７を作動させることにより、ノズル開度を低下させ（ステップＳ４）、ステップＳ３に戻る。一方、ステップＳ３において、ディーゼルエンジン１の過給圧が所定範囲よりも大きくはないと判定された場合には、ＥＣＵ３２は、ディーゼルエンジン１の過給圧が所定範囲よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５）。ディーゼルエンジン１の過給圧が所定範囲よりも小さくないと判定された場合には、ディーゼルエンジン１の過給圧は所定範囲内であることから、リードバルブ開固着異常検出装置の動作を終了する。一方、ステップＳ５において、ディーゼルエンジン１の過給圧が所定範囲よりも小さいと判定された場合には、ＥＣＵ３２は、駆動装置３６，３７を作動させることにより、ノズル開度を増加させる（ステップＳ６）。次に、ＥＣＵ３２は、ノズル開度が所定範囲よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ７）、ノズル開度が所定範囲よりも大きくないと判定された場合には、ステップＳ２に戻る。一方、ステップＳ７において、ノズル開度が所定範囲よりも大きいと判定された場合には、ＥＣＵ３２は、リードバルブ２２，２３が開いた状態で固着したと判断し（ステップＳ８）、エンジンチェックランプ３３を点灯させ（ステップＳ９）、アクセル制限を行う（ステップＳ１０）。
【００１６】
リードバルブ２２，２３が開いた状態で固着すると、排気管１０及び１１が連通する。この状態で、ディーゼルエンジン１が高負荷運転になると、ＥＧＲクーラ１７，１８内を高温の排気ガスが流通することによりＥＧＲクーラ１７，１８内の冷却水が沸騰し、さらに、合流部１９内を高温の排気ガスが流通することで、ＥＧＲバルブ２０に高温の排気ガスが接触する。これにより、ＥＧＲクーラ１７，１８及びＥＧＲバルブ２０が熱せられて破損してしまうおそれがある。しかし、ディーゼルエンジン１では、リードバルブ２２，２３が開いた状態で固着したと判断されると、エンジンチェックランプ３３が点灯することにより、運転者がこれに気がつくので、運転者は高負荷運転を行わないように気をつけるようになる。また、アクセル制限を行うことにより、運転者がいくらアクセルを踏んでも、ディーゼルエンジン１は高負荷運転とはならなくなる。
【００１７】
このように、ＥＣＵ３２は、第１マップ３４に基づいて、ディーゼルエンジン１の運転状態に対する過給圧が所定範囲よりも小さいと判定し、さらに、第２マップ３５に基づいて、ディーゼルエンジンの運転状態に対するノズル開度が所定範囲よりも大きいと判定した場合に、リードバルブ２２，２３が開いたまま固着した状態であると判断することにより、ＥＧＲ経路１５，１６内を高温の排気ガスが流れないようにするために、エンジンチェックランプ３３を点灯させて運転者に高負荷運転を行わせないようにしたり、アクセル制限を行うことによりディーゼルエンジン１が高負荷運転とならないようにしたりすることができるので、ＥＧＲバルブ２０及びＥＧＲクーラ１７，１８の破損を未然に防止することができる。
【００１８】
この実施の形態で示された第１マップ３４及び第２マップ３５に記載されている数字はあくまでも例示に過ぎず、ディーゼルエンジン１の仕様等により数値は異なる。また、ノズル開度及び過給圧についての所定範囲について、第１マップ３４及び第２マップ３５に記載された数値に対して±１０％程度の範囲として説明したが、±１０％という数値に限定するものではない。ディーゼルエンジン１の仕様等により、第１マップ３４及び第２マップ３５に記載された数値からの振れ幅を考慮して適宜変更することができる。
【００１９】
この実施の形態では、ディーゼルエンジン１として、図１に示されるような構成で説明したが、この構成に限定するものではない。例えば、図６に示されるように、１つのディーゼルスロット１３が吸気量を制御し、一方のＥＧＲ経路１５のみにリードバルブ２２が設けられ、両方の吸気マニホールド４，５に圧力センサ２１が設けられたディーゼルエンジン４０であってもよい。
【００２０】
この実施の形態では、ＥＧＲ経路１５，１６はそれぞれ、吸気マニホールド４，５と、排気マニホールド６，７に接続されていたが、この形態に限定するものではない。吸気側と排気側を連通すればよいので、吸気管８，９と、排気管１０，１１とに接続されていてもよい。
【００２１】
この実施の形態では、警報手段としてエンジンチェックランプ３３を例にして説明したが、これに限定するものではない。リードバルブ２２，２３が開いたまま固着した状態であることを運転者に知らせることができればよいため、ブザーや音声を発する装置であってもよい。
【００２２】
この実施の形態では、ディーゼルエンジン１はＶ型６気筒であったが、これに限定するものではない。ディーゼルエンジンであれば気筒数がいくつであってもよい。また、バンクを複数有するものであればどのような形態のディーゼルエンジンでもよく、例えば、水平対向型のディーゼルエンジンであってもよい。
【００２３】
この実施の形態では、各バンクにターボチャージャが設けられているが、この構成に限定するものではない。例えば、図７に示されるように、ディーゼルエンジン５０が、複数のバンクと１基の可変容量型ターボチャージャで構成されていてもよい。この実施の形態では、排気マニホールド６、７から排出された排気ガスが、タービン２５の上流で合流するように構成される。リードバルブ２２は少なくとも一方のＥＧＲ経路１５または１６に設けられていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態に係るリードバルブ開固着異常検出装置を備えた内燃機関の構成模式図である。
【図２】この実施の形態に係るリードバルブ開固着異常検出装置を備えた内燃機関の可変容量型ターボチャージャのタービンに設けられたノズルベーンの平面図である。
【図３】この実施の形態に係るリードバルブ開固着異常検出装置を備えた内燃機関のＥＣＵに組み込まれた第１マップの概念図である。
【図４】この実施の形態に係るリードバルブ開固着異常検出装置を備えた内燃機関のＥＣＵに組み込まれた第２マップの概念図である。
【図５】この実施の形態に係るリードバルブ開固着異常検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】この実施の形態に係るリードバルブ開固着異常検出装置を備えた内燃機関の変形例の構成模式図である。
【図７】この実施の形態に係るリードバルブ開固着異常検出装置を備えた内燃機関の別の変形例の構成模式図である。
【符号の説明】
【００２５】
１，４０，５０  ディーゼルエンジン（内燃機関）、２，３  バンク、４，５  吸気マニホールド（吸気経路）、６，７  排気マニホールド（排気経路）、８，９  吸気管（吸気経路）、１０，１１  排気管（排気経路）、１５，１６  ＥＧＲ経路、１９  合流部、２０  ＥＧＲバルブ、２１  圧力センサ（過給圧検出手段）、２２，２３  リードバルブ、２４，２６  コンプレッサ、２５，２７  タービン、２８，２９  可変容量型ターボチャージャ、３２  ＥＣＵ（制御装置）、３３  エンジンチェックランプ（警報手段）、３４  第１マップ、３５  第２マップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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