JP2007255262A - インタークーラ温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機付のエンジンであっても、インタークーラから流出する空気温度を調整することで、排ガスフィルタを迅速に再生可能なインタークーラ温度制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン１０に空気を過給する過給機１１と、過給機１１で圧縮されて温度上昇した空気を冷却するインタークーラ１２と、インタークーラに低温の冷却媒体を供給する低温回路Ａと、インタークーラに高温の冷却媒体を供給する高温回路Ｂと、インタークーラに冷却媒体を供給する回路を低温回路Ａ又は高温回路Ｂに切り替える回路切替手段１４とを備え、排ガスに含まれるパティキュレートを捕捉する排ガスフィルタ１３の再生時期になったら回路切替手段１４を制御して、インタークーラ１２に冷却媒体を供給する回路を低温回路Ａから高温回路Ｂに切り替えて、そのインタークーラ１２から流出する空気の温度を高くする。
【選択図】図１

Description

この発明は、過給機付きエンジンに使用するインタークーラから流出する空気の温度を制御する装置に関する。

特許文献１に記載されているように、過給機（ターボチャージャ、スーパチャージャ）によって吸気圧を高めて出力を増大するエンジンが広く知られている。このようなエンジンでは、吸気圧が高められることによって吸気温が高温になる。すると吸入空気の密度が疎になり吸気効率が低下してしまう。そこで過給機の下流にインタークーラを設けて吸気温度を下げている。

また近時は、排ガスに含まれるパティキュレート(Particulate Matter；以下「ＰＭ」という)を捕捉する排ガスフィルタを排気通路に設け、排ガス浄化性能を向上するようにしている。このような排ガスフィルタは、ＰＭを捕捉し続けるとやがて目詰まりを生じてしまう。そこでＰＭがある程度堆積したら、排ガス温度を上昇させて堆積したＰＭを強制的に燃焼除去する必要がある。
特開２００４−２３９０９２号公報

ところで、過給機付きエンジンに上述の排ガスフィルタを組み込んだ場合には、排ガスフィルタをうまく再生できないことがある。例えば排ガスフィルタの再生時期にエンジンが低回転低負荷運転になると、排ガスフィルタをうまく再生できない。すなわち低回転低負荷運転では、もともと排ガス温度があまり高くないうえ、さらにインタークーラで吸気温度を下げているので、排ガス温度が排ガスフィルタの再生温度に達しない。そのため、排ガスフィルタの再生時期であっても排ガスフィルタを再生できず、排ガスフィルタ再生に長時間を要する。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、過給機付きのエンジンであっても、インタークーラから流出する空気温度を調整することで、排ガスフィルタを迅速に再生可能なインタークーラ温度制御装置を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、エンジン（１０）の吸気通路に設けられ、そのエンジン（１０）に空気を過給する過給機（１１）と、前記エンジン（１０）の吸気通路であって前記過給機（１１）の下流に設けられ、その過給機（１１）で圧縮されて温度上昇した空気を冷却するインタークーラ（１２）と、前記インタークーラ（１２）に低温の冷却媒体を供給する低温回路（Ａ）と、前記インタークーラ（１２）に高温の冷却媒体を供給する高温回路（Ｂ）と、前記インタークーラ（１２）に冷却媒体を供給する回路を前記低温回路（Ａ）又は前記高温回路（Ｂ）に切り替える回路切替手段（１４）と、前記エンジン（１０）の排気通路に設けられ、そのエンジン（１０）から排出された排ガスに含まれるパティキュレートを捕捉する排ガスフィルタ（１３）と、前記排ガスフィルタ（１３）の再生時期になったら前記回路切替手段（１４）を制御して、前記インタークーラ（１２）に冷却媒体を供給する回路を低温回路（Ａ）から高温回路（Ｂ）に切り替えて、そのインタークーラ（１２）から流出する空気の温度を高くする回路切替制御手段（ステップＳ１０）とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、排ガスフィルタを再生する必要がないときはインタークーラを流れる冷却水の循環回路を低温回路Ａにし、排ガスフィルタ再生時には回路切替手段を制御して冷却水の循環回路を低温回路Ａから高温回路Ｂに切り替える。このようにすることで排ガスフィルタを再生する必要がないときはエンジンに吸入される吸気温度を十分に下げることができ、空気を高密度にでき、エンジンの高出力化を図れる。また排ガスフィルタ再生時には吸気温度を高温にすることで排ガス温度を高めることができ、排ガスフィルタの再生を促進できる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明によるインタークーラ温度制御装置の第１実施形態を示す図である。

インタークーラ温度制御装置１は、エンジン本体１０と、過給機１１と、インタークーラ１２と、ディーゼルパーティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter；以下「ＤＰＦ」という)１３とを備えるとともに、コントローラ２０で冷却水経路切替バルブ１４を切り替えて、インタークーラ１２を流れる冷却水の通流経路を切り替える。

過給機１１は、吸気通路を流れる吸入空気を圧縮する。過給機１１は、例えば、エンジン本体１０の排気圧力を利用するターボチャージャである。

インタークーラ１２は、過給機１１で圧縮され昇温した空気を冷却する。インタークーラ１２は水冷インタークーラである。

ＤＰＦ１３は、ＰＭを捕捉する。ＤＰＦ１３がＰＭを捕捉し続けると、やがて目詰まりを生じてしまう。そこでＰＭがある程度堆積したら排ガス温度を上昇させて、堆積したＰＭを強制的に燃焼除去する必要がある。ＤＰＦ１３が目詰まりを生じそうであるか否かはＤＰＦ１３の前後差圧に基づいて判定する。そこで差圧センサ１５が設けられている。ＤＰＦ１３の詳細な構造については後述する。

冷却水経路切替バルブ１４は、インタークーラ１２を流れる冷却水の循環回路を低温冷却水循環回路Ａ又は高温冷却水循環回路Ｂに切り替える。

低温冷却水循環回路Ａには、ウォータポンプ１６ａと、冷却装置１６ｂとが設けられる。ウォータポンプ１６ａは低温冷却水循環回路に冷却水を循環させる。冷却装置１６ｂは、低温冷却水循環回路Ａを循環する水を冷却する。冷却装置１６ｂは、例えばラジエータであり、低温冷却水循環回路Ａを循環する水を空冷する。この冷却装置１６ｂによって水は３０℃程度まで冷却される。そのためインタークーラ１２を流れる冷却水の循環回路が低温冷却水循環回路Ａのときは、インタークーラ１２に流入する１４０〜１５０℃程度の空気を５０〜７０℃程度に冷却する。

高温冷却水循環回路Ｂは、エンジン冷却水を循環する。エンジン水温は８０℃程度であるので、インタークーラ１２を流れる冷却水の循環回路が高温冷却水循環回路Ｂのときは、インタークーラ１２に流入する１４０〜１５０℃程度の空気を１００℃程度に冷却する。

コントローラ２０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ２０はＤＰＦ１３の再生時期に冷却水経路切替バルブ１４を制御して、インタークーラ１２を流れる冷却水の循環回路を高温冷却水循環回路Ｂに切り替える。具体的な制御内容は後述する。

次に本発明の理解を容易にするために図２を参照してＤＰＦの構造について補足説明する。図２はＤＰＦの側断面の模式図であり、図２（Ａ）はＰＭが堆積していない状態を示し、図２（Ｂ）はＰＭが堆積している状態を示す。なお図２（Ｂ）の白丸はＰＭを表す。

ＤＰＦ１３は、排ガス中に含まれるＰＭを捕捉する。ＤＰＦ１３は、例えばコージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造である。ＤＰＦ１３には、多孔質薄壁によって格子状に流路が区画される。図２（Ａ）に示すように、各流路の入口は、交互に目封じされる。入口が目封じされない流路は、出口が目封じされる。ＤＰＦ１３に流入した排ガスは、図２（Ｂ）の矢印で示すように、各流路を区画する多孔質薄壁を透過して下流へ排出される。このとき排ガスに含まれるＰＭは、図２(Ｂ)に示すように多孔質薄壁の内側表面で捕捉されて堆積する。この状態が継続しＤＰＦ１３がＰＭを捕捉し続けると、やがて目詰まりを生じてしまう。そこでＰＭがある程度堆積したら排ガス温度を上昇させて、堆積したＰＭを強制的に燃焼除去する必要がある。ＤＰＦ１３のＰＭ堆積状態はＤＰＦ１３の前後差圧に基づいて判定する。すなわちＰＭ堆積が多くなるほどＤＰＦ１３の前後差圧が大きくなる。そこで差圧センサ１５が設けられている。

次にコントローラ２０の動作を中心として、本発明によるインタークーラ温度制御装置の具体的な動作を説明する。図３はインタークーラ温度制御装置の動作を説明するフローチャートである。なおコントローラ２０はこの処理を微少時間（例えば１０ミリ秒）毎に繰り返し実行している。

ステップＳ１０において、コントローラ２０は、差圧センサ１５の信号に基づいてＤＰＦ１３を再生すべき時期であるか否かを判定する。再生時期であればステップＳ３０へ処理を移行し、そうでなければステップＳ２０へ処理を移行する。

ステップＳ２０において、コントローラ２０は、低温冷却水循環回路Ａを使用するように冷却水経路切替バルブ１４を制御する。

ステップＳ３０において、コントローラ２０は、高温冷却水循環回路Ｂを使用するように冷却水経路切替バルブ１４を制御する。

フローチャートは上述の通りであり、キーＯＮ後、ＤＰＦ１３の再生時期になるまでコントローラ２０はステップＳ１０→Ｓ２０を繰り返し実行し低温冷却水循環回路Ａを使用する(図４(Ａ)参照)。ＤＰＦ１３の再生時期中はコントローラ２０はステップＳ１０→Ｓ３０を繰り返し実行し高温冷却水循環回路Ｂを使用する(図４(Ｂ)参照)。

本実施形態によれば、ＤＰＦ１３を再生する必要がないときはインタークーラ１２を流れる冷却水の循環回路を低温冷却水循環回路Ａにし、ＤＰＦ再生時には冷却水経路切替バルブ１４を制御して冷却水の循環回路を低温冷却水循環回路Ａから高温冷却水循環回路Ｂに切り替える。このようにすることでＤＰＦ１３を再生する必要がないときはエンジン１０に吸入される吸気温度を十分に下げることができ、空気を高密度にでき、エンジンの高出力化を図れる。またＤＰＦ再生時には吸気温度を高温にすることで排ガス温度を高めることができ、ＤＰＦ１３の再生を促進できる。特にエンジンの運転状態が低負荷低回転速度であるときや寒地走行時のように排ガス温度が低温であるときであってもＤＰＦ１３を再生することが可能になる。

またエンジン冷却水を循環する回路を利用して高温冷却水循環回路Ｂを構成するので、回路構成が簡易であり、また車両への搭載も容易である。製造コストも安価に抑えることができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明によるインタークーラ温度制御装置の第２実施形態の制御内容を示すフローチャートである。なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

この第２実施形態では、ＤＰＦ１３の再生時期であってもエンジンの運転領域が特定の運転領域であるときには低温冷却水循環回路Ａを使用する点で、第１実施形態と相違する。

ステップＳ１０において、コントローラ２０は、差圧センサ１５の信号に基づいてＤＰＦ１３を再生すべき時期であるか否かを判定する。再生時期であればステップＳ１１へ処理を移行し、そうでなければステップＳ２０へ処理を移行する。

ステップＳ１１において、コントローラ２０は、あらかじめＲＯＭに格納された図６に示す特性のマップに基づいてエンジンの運転領域がＡ領域であるか否かを判定する。このマップはあらかじめ実験を通じて設定される。運転領域がＡ領域であればステップＳ２０へ処理を移行し、そうでなければステップＳ３０へ処理を移行する。

ステップＳ２０において、コントローラ２０は、低温冷却水循環回路Ａを使用するように冷却水経路切替バルブ１４を制御する。

ステップＳ３０において、コントローラ２０は、高温冷却水循環回路Ｂを使用するように冷却水経路切替バルブ１４を制御する。

エンジンが高回転高負荷運転状態であるときは、エンジンから排出される排ガス温度は高温であり、ＤＰＦ１３の再生温度に達する。そこでこのようなときには、高温冷却水循環回路Ｂを使用することなく、通常通り低温冷却水循環回路Ａを使用する。エンジンが高回転高負荷運転状態であるときにＤＰＦ１３の再生時期になったときは高温冷却水循環回路Ｂを使用することなく、通常通り低温冷却水循環回路Ａを使用する。また高温冷却水循環回路Ｂを使用しているときにエンジンが高回転高負荷運転状態でなったときは高温冷却水循環回路Ｂから低温冷却水循環回路Ａに切り替える。このようにすることでＤＰＦ再生時であっても、エンジンの出力を落とさない。

（第３実施形態）
図７は、本発明によるインタークーラ温度制御装置の第３実施形態の制御マップを示す図である。

この第３実施形態では、第２実施形態の場合よりも、さらに低回転低負荷域でのみ高温冷却水循環回路を使用する。第３実施形態は、制御マップが第２実施形態と相違する。

エンジンの運転状態が低負荷低回転速度であるときには、排ガス温度が低温であり、ＤＰＦ１３を再生しにくい。そこで本実施形態では、そのような運転領域であるときに、特に高温冷却水循環回路Ｂを使用し、それ以外の運転領域においては、通常通り低温冷却水循環回路Ａを使用する。このようにすることで通常走行中にＤＰＦを再生するときであっても、不要にエンジンの出力を落としてしまうことを防止できる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、上記実施形態においては、エンジンとしてディーゼルエンジンを一例に挙げて説明してるが、ガソリンエンジンであってもよい。また各マップは一例に過ぎず、実験によって適宜選択すればよい。さらに過給機としてターボチャージャを例示しているが機械式スーパチャージャであってもよい。

本発明によるインタークーラ温度制御装置の第１実施形態を示す図である。 ＤＰＦの側断面の模式図である。 インタークーラ温度制御装置の動作を説明するフローチャートである。 冷却水循環回路の使用について説明する図である。 本発明によるインタークーラ温度制御装置の第２実施形態の制御内容を示すフローチャートである。 第２実施形態の冷却水経路切替バルブの制御マップを示す図である。 本発明によるインタークーラ温度制御装置の第３実施形態の制御マップを示す図である。

符号の説明

１ インタークーラ温度制御装置
１０ エンジン本体
１１ 過給機
１２ インタークーラ
１３ ディーゼルパーティキュレートフィルタ(ＤＰＦ；排ガスフィルタ）
１４ 冷却水経路切替バルブ（回路切替手段）
２０ コントローラ
ステップＳ１０，ステップＳ１１ 回路切替制御手段
Ａ 低温冷却水循環回路（低温回路）
Ｂ 高温冷却水循環回路（高温回路）

Claims (7)

1. エンジンの吸気通路に設けられ、そのエンジンに空気を過給する過給機と、
   前記エンジンの吸気通路であって前記過給機の下流に設けられ、その過給機で圧縮されて温度上昇した空気を冷却するインタークーラと、
   前記インタークーラに低温の冷却媒体を供給する低温回路と、
   前記インタークーラに高温の冷却媒体を供給する高温回路と、
   前記インタークーラに冷却媒体を供給する回路を前記低温回路又は前記高温回路に切り替える回路切替手段と、
   前記エンジンの排気通路に設けられ、そのエンジンから排出された排ガスに含まれるパティキュレートを捕捉する排ガスフィルタと、
   前記排ガスフィルタの再生時期になったら前記回路切替手段を制御して、前記インタークーラに冷却媒体を供給する回路を低温回路から高温回路に切り替えて、そのインタークーラから流出する空気の温度を高くする回路切替制御手段と、
   を備えるインタークーラ温度制御装置。
2. 前記回路切替制御手段は、前記排ガスフィルタの再生時期になって、さらにエンジンが所定の運転状態になったら、前記回路切替手段を制御して、前記インタークーラに冷却媒体を供給する回路を低温回路から高温回路に切り替えて、そのインタークーラから流出する空気の温度を高くする、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインタークーラ温度制御装置。
3. 前記所定の運転状態とは、エンジンが高回転高負荷状態でない運転状態である、
   ことを特徴とする請求項２に記載のインタークーラ温度制御装置。
4. 前記所定の運転状態とは、エンジンが低回転低負荷の運転状態である、
   ことを特徴とする請求項２に記載のインタークーラ温度制御装置。
5. 前記回路切替制御手段は、前記インタークーラに冷却媒体を供給する回路が高温回路であるときにエンジンが所定の運転状態になったら、排ガスフィルタの再生時期であっても前記回路切替手段を制御して、前記インタークーラに冷却媒体を供給する回路を高温回路から低温回路に切り替える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のインタークーラ温度制御装置。
6. 前記所定の運転状態とは、エンジンが高回転高負荷の運転状態である、
   ことを特徴とする請求項５に記載のインタークーラ温度制御装置。
7. 前記高温回路は、エンジン冷却水を前記インタークーラに供給する回路である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のインタークーラ温度制御装置。

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