JP2021008875A

JP2021008875A - 制御装置

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Publication number: JP2021008875A
Application number: JP2019124298A
Authority: JP
Inventors: 斉藤　猛; Takeshi Saito; 猛斉藤
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2021-01-28
Anticipated expiration: 2039-07-03
Also published as: JP7209594B2

Abstract

【課題】フィルタの目詰まりを抑制する。【解決手段】制御装置は、エンジン１よりも下流側に設けられ、エンジン１から排出されたガスが流通する排気通路１２に設けられたフィルタ１８と、フィルタ１８よりも下流側に設けられた第１のバルブ１４と、エンジン１よりも上流側に設けられ、エンジン１への吸気の流量を可変に調整するスロットルバルブ１１と、第１のバルブ１４およびスロットルバルブ１１の開閉制御を行うバルブ制御部１０５と、を備え、バルブ制御部１０５は、第１のバルブ１４を閉状態に制御して、排気通路１２内のガスの圧力を上昇させた後に、スロットルバルブ１１を開状態に制御して排気通路１２内のガスを逆流させる。【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置に関する。

エンジンから排気された排気ガスに含まれる、煤やオイル由来のアッシュ等の粒子状物質を取り除く車両用のフィルタとして、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）やＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）が知られている。このようなフィルタでは、フィルタに形成された孔で粒子状物質を捕捉することで、排気ガスから粒子状物質を取り除いている（例えば、特許文献１）。

特開２０１５−２２２０２８号公報

このようなフィルタは、使用を継続するにしたがって粒子状物質によって目詰まりしてしまう。

本発明は、フィルタの目詰まりを抑制することができる制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による制御装置は、エンジンよりも下流側に設けられ、前記エンジンから排出されたガスが流通する排気通路に設けられたフィルタと、前記フィルタよりも下流側に設けられた第１のバルブと、前記エンジンよりも上流側に設けられ、前記エンジンへの吸気の流量を可変に調整するスロットルバルブと、前記第１のバルブおよび前記スロットルバルブの開閉制御を行うバルブ制御部と、を備え、前記バルブ制御部は、前記第１のバルブを閉状態に制御して、前記排気通路内の前記ガスの圧力を上昇させた後に、前記スロットルバルブを開状態に制御して前記排気通路内の前記ガスを逆流させる。

前記バルブ制御部は、前記エンジンへの燃料供給が停止されたことに基づいて、前記第１のバルブを閉状態に制御して、前記排気通路内の前記ガスの圧力を上昇させてもよい。

前記バルブ制御部は、前記エンジンの停止に基づいて、前記スロットルバルブを開状態に制御して前記排気通路内の前記ガスを逆流させてもよい。

一端が前記エンジンと前記フィルタとの間に接続され、他端が前記エンジンと前記スロットルバルブとの間に接続される還流管と、前記還流管に設けられ、前記バルブ制御部よって開閉制御が行われる第２のバルブと、を備え、前記バルブ制御部は、前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを閉状態に制御して、前記排気通路内の前記ガスの圧力を上昇させた後に、前記第２のバルブおよび前記スロットルバルブを開状態に制御して、前記排気通路内の前記ガスを逆流させてもよい。

前記フィルタの上流側に設けられ、前記フィルタに捕捉された粒子状物質を貯留する貯留部を備えてもよい。

本発明によれば、フィルタの目詰まりを抑制することができる。

制御装置を説明するための概略図である。吹き飛ばし制御処理の流れを示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、制御装置１００を示す概略図である。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。図１に示すように、制御装置１００は、エンジン１およびＥＣＵ（Engine Control Unit）１０１を備えている。

エンジン１は、複数のシリンダ２が対向して配される水平対向エンジンである。ただし、エンジン１は、水平対向エンジンに限らない。ＥＣＵ１０１は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータにより構成され、エンジン１全体を統括制御する。また、ＥＣＵ１０１は、後述する燃料カット条件の成立可否を判定する条件判定部１０３、エンジン１への燃料供給を制御する燃料制御部１０４、後述する各バルブの開閉制御を行うバルブ制御部１０５として機能する。なお、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

シリンダ２内には、ピストン３が配される。ピストン３には、コネクティングロッド４の一端が連結される。コネクティングロッド４の他端は、クランクシャフト５に連結される。クランクシャフト５は、クランク室６内の不図示の軸受に回転自在に軸支される。

シリンダ２のうち、クランクシャフト５と反対側の端部には、シリンダヘッド７が設けられる。シリンダヘッド７には、不図示の吸気ポートおよび排気ポートが形成される。吸気ポートおよび排気ポートは、シリンダヘッド７を、シリンダヘッド７の内側（燃焼室８側）から外側まで貫通する。

吸気ポートには、インテークマニホールドを含んで構成される吸気通路９が連通する。吸気通路９には、上流側から順に、エアクリーナ１０、スロットルバルブ１１が設けられる。

排気ポートには、エキゾーストマニホールドを含んで構成される排気通路１２が連通する。排気通路１２には、上流から順に、浄化装置１３、第１のバルブ１４、マフラ１５が設けられる。

また、浄化装置１３は、三元触媒（Three-Way Catalyst）１６、貯留部１７およびフィルタ１８を有する。三元触媒１６は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒成分を含む。三元触媒１６は、排気ポートから排出された排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する。

フィルタ１８は、三元触媒１６よりも下流側に設けられる。また、フィルタ１８は、例えば、パティキュレートフィルタで構成され、排気ガス中の煤やアッシュを捕集するＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）である。貯留部１７は、三元触媒１６とフィルタ１８との間に設けられている。貯留部１７は、浄化装置１３内における鉛直下方側に設けられている。そして、貯留部１７が設けられていない箇所よりも、浄化装置１３の底面が深くなるように形成されている。

また、浄化装置１３には、差圧センサ１９が設けられる。差圧センサ１９は、フィルタ１８の上流側と下流側の圧力差（差圧）を検出する。また、制御装置１００には、アクセル開度センサ１０２が設けられる。これら差圧センサ１９、アクセル開度センサ１０２は、ＥＣＵ１０１に接続されており、アクセルの開度の検出値を示す信号をＥＣＵ１０１に出力する。

ＨＰＥＧＲ（High Pressure EGR）流路２１は、排気通路１２における浄化装置１３の上流と、吸気通路９におけるスロットルバルブ１１の下流とを連通させる。ＨＰＥＧＲ流路（還流管）２１には、ＨＰＥＧＲクーラ２２が設けられており、ＨＰＥＧＲクーラ２２で冷却された排気ガスが燃焼室８に還流する。ＨＰＥＧＲバルブ（第２のバルブ）２３は、ＨＰＥＧＲ流路２１に設けられ、ＨＰＥＧＲ流路２１の流路幅を調整することで、燃焼室８に環流させる排気ガスの流量を制御する。このように、排気ガスを燃焼室８に環流させることで、吸気の酸素濃度を低下させて、燃料の燃焼温度を低減してＮＯｘ（窒素酸化物）等の生成を抑えることが可能となる。

本実施形態においては、条件判定部１０３によって、所定の燃料カット条件が成立したと判定された場合には、燃料制御部１０４がエンジン１への燃料の供給を停止（フューエルカット）する燃料カット処理が実行される。所定の条件としては、例えば、減速中（車速>０）であり、アクセル開度センサ１０２から取得したアクセル開度信号が示すアクセルの開度がゼロである場合などである。

ところで、フィルタ１８が煤やアッシュ（以下、粒子状物質２０と呼称する）によって目詰まりすると、フィルタ１８の上流側と下流側の圧力差が上昇する。フィルタ１８の上流側と下流側の圧力差が上昇すると、排気ガスが排気通路１２に流出し難く、燃焼室８の圧力が下がり難くなり、エンジン１の性能が低下する場合がある。

そこで、本実施形態では、フィルタ１８に堆積した粒子状物質２０を除去するための吹き飛ばし制御を実行する。吹き飛ばし処理は、上記の燃料カット処理が実行された場合において、エンジン１が停止した場合（車両が停止した場合）に実行される。具体的には、燃料カット処理が実行された場合に、バルブ制御部１０５は、第１のバルブ１４およびＨＰＥＧＲバルブ２３を閉状態（あるいは開度が小さくなるよう）に制御する。これによって、排気通路１２における第１のバルブ１４の上流側の圧力、および、ＨＰＥＧＲ流路２１におけるＨＰＥＧＲバルブ２３よりも上流側の圧力がそれぞれ上昇することとなる。このとき、バルブ制御部１０５は、排気通路１２における第１のバルブ１４の上流側の圧力、および、ＨＰＥＧＲ流路２１におけるＨＰＥＧＲバルブ２３よりも上流側の圧力が下がらないように、スロットルバルブ１１の開度を調整する。例えば、バルブ制御部１０５は、エンジン１が停止するよりも前にスロットルバルブ１１の開度を小さくするように制御する。そして、エンジン１の停止に基づいて、バルブ制御部１０５は、ＨＰＥＧＲバルブ２３およびスロットルバルブ１１を開状態（あるいは開度が大きくなるよう）に制御する。これにより、排気通路１２における第１のバルブ１４の上流側、および、ＨＰＥＧＲ流路２１におけるＨＰＥＧＲバルブ２３よりも上流側において圧縮されていたガスが、吸気通路９側へ向かって逆流することとなる。そして、フィルタ１８内を逆流するガスによって、フィルタ１８に堆積していた粒子状物質２０がフィルタ１８よりも上流側へと吹き飛ばされる。

図２は、吹き飛ばし制御の処理の流れを示すフローチャートである。ＥＣＵ１０１は、所定の割り込みタイミングにおいて図２に示す一連の処理を実行する。

まず、条件判定部１０３は、所定の燃料カット条件が成立しているか判定する（Ｓ１０）。その結果、所定の燃料カット条件が成立していると判定した場合には、Ｓ１２に処理を移し、所定の燃料カット条件が成立していないと判定した場合にはＳ１８に処理を移す。なお、所定の燃料カット条件は、例えば、上記したように減速中（車速>０）であり、アクセル開度センサ１０２から取得したアクセル開度信号が示すアクセルの開度がゼロである場合に成立することとすることができる。

燃料カット条件が成立している場合（Ｓ１０のＹＥＳ）、燃料制御部１０４は、エンジン１への燃料の供給を停止する燃料カット処理を実行（Ｓ１２）する。バルブ制御部１０５は、第１のバルブ１４、および、ＨＰＥＧＲバルブ２３を閉状態（あるいは開度が小さくなるよう）に制御（Ｓ１４）し、ＥＣＵ１０１は、燃料カットの実行中であることを示す燃料カットフラグをオンする（Ｓ１６）。燃料カット処理の実行中にも、車両の走行によってエンジン１が回転している。そのため、バルブ制御部１０５が第１のバルブ１４、および、ＨＰＥＧＲバルブ２３を閉状態（あるいは開度が小さくなるよう）に制御することによって、排気通路１２における第１のバルブ１４の上流側の圧力、および、ＨＰＥＧＲ流路２１におけるＨＰＥＧＲバルブ２３よりも上流側の圧力がそれぞれ上昇することとなる。また、このとき、バルブ制御部１０５は、排気通路１２における第１のバルブ１４の上流側の圧力、および、ＨＰＥＧＲ流路２１におけるＨＰＥＧＲバルブ２３よりも上流側の圧力が下がらないように、スロットルバルブ１１の開度を調整する。例えば、上記したように、バルブ制御部１０５は、エンジン１が停止するよりも前にスロットルバルブ１１の開度を小さくするように制御する。

また、燃料カット条件が成立していない場合（Ｓ１０のＹＥＳ）、ＥＣＵ１０１は、エンジン１の停止を判定する（Ｓ１８）。その結果、エンジン１が停止していると判定した場合には、Ｓ２０に処理を移し、エンジン１が停止していないと判定した場合には当該吹き飛ばし制御処理を終了する。

エンジン１が停止している場合（Ｓ１８のＹＥＳ）、ＥＣＵ１０１は、燃料カットフラグがオンであるか判定する（Ｓ２０）。その結果、燃料カットフラグがオンであると判定した場合には、Ｓ２２に処理を移し、燃料カットフラグがオンではないと判定した場合には、当該吹き飛ばし制御処理を終了する。

燃料カットフラグがオンである場合（Ｓ２０のＹＥＳ）、バルブ制御部１０５は、ＨＰＥＧＲバルブ２３およびスロットルバルブ１１を開状態（あるいは開度が大きくなるよう）に制御する（Ｓ２２）。これにより、排気通路１２における第１のバルブ１４の上流側、および、ＨＰＥＧＲ流路２１におけるＨＰＥＧＲバルブ２３よりも上流側において圧縮されていたガスが、吸気通路９側へ向かって逆流することとなる。そして、フィルタ１８内を逆流するガスによって、フィルタ１８に堆積していた粒子状物質２０がフィルタ１８よりも上流側へと吹き飛ばされる。吹き飛ばされた粒子状物質２０のうち、少なくとも一部は貯留部１７へと落下し、貯留される。このように、フィルタ１８内に堆積していた粒子状物質２０をフィルタ１８から吹き飛ばすことによって、フィルタ１８の目詰まりが解消されることとなる。

本実施形態では、上記の吹き飛ばし処理を燃料カット条件が成立するたびに実行する。そのため、仮に、貯留部１７に貯留された粒子状物質２０の一部が下流へと流されて、フィルタ１８に堆積したとしても、その後の再度の吹き飛ばし処理によって再びフィルタ１８から除去することができる。また、排気ガス中に含まれる粒子状物質２０が、貯留部１７に貯留された粒子状物質２０に付着することで、時間経過とともに、貯留部１７に貯留された粒子状物質２０が徐々に大きくなる。そして、貯留部１７に貯留され、所定以上の大きさへと成長した粒子状物質２０は、排気ガスの流れによってフィルタ１８まで吹き飛ばされることが低減されることとなる。そのため、フィルタ１８を長期にわたって継続的に使用することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態においてフィルタ１８よりも下流に設けられる第１のバルブ１４としては、例えば、浄化装置１３とマフラ１５との間に設けられたＥＣＶ（Exhaust Control Valve）を適用してもよい。ＥＣＶを設ける場合には、一端を浄化装置１３とＥＣＶとの間に接続され、他端がエアクリーナ１０とスロットルバルブ１１との間に接続されるＬＰＥＧＲ流路を設け、このＬＰＥＧＲ流路において、上流側からＬＰＥＧＲクーラ、ＬＰＥＧＲバルブを設けてもよい。なお、ＬＰＥＧＲクーラで冷却された排出ガスは、エアクリーナ１０を通過した吸入空気とともに燃焼室８に還流される。ＬＰＥＧＲバルブは、ＬＰＥＧＲ流路に設けられ、ＬＰＥＧＲ流路の流路幅を調整することで、燃焼室８に環流させる排出ガスの流量を制御する。

この場合、バルブ制御部１０５は、燃料カット処理において第１のバルブ１４、ＨＰＥＧＲバルブ２３、および、ＬＰＥＧＲバルブを閉状態（あるいは開度が小さくなるよう）に制御して、その後、吹き飛ばし処理において、ＨＰＥＧＲバルブ２３およびスロットルバルブ１１を開状態（あるいは開度が大きくなるよう）に制御すればよい。このように、ＨＰＥＧＲ流路２１同様、排出ガスを燃焼室８に環流させることで、酸素濃度を低下させて、燃料の燃焼温度を低減してＮＯｘ等の生成を抑えることが可能となる。また、ＬＰＥＧＲ流路は、ＨＰＥＧＲ流路２１に比べ、応答の遅れを伴う場合があるものの、低温かつ大量の排出ガスを環流させることができる。また、エンジン１をディーゼルエンジンとして、第１のバルブ１４を排気ブレーキに適用してもよい。

また、上記実施形態では、貯留部１７を設けた場合を示したが、貯留部１７の構成は必須ではない。また、上記した実施形態では、三元触媒１６とフィルタ１８との間に貯留部１７を設ける場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、貯留部１７を設ける場合、貯留部１７は少なくともフィルタ１８よりも上流側に設ければよく、その位置は特に限定されるものではない。また、例えば、貯留部１７を取り外し可能な構成とすれば、貯留部１７に貯留された粒子状物質２０を簡単に破棄することが可能となる。

また、上記実施形態では、燃料カット処理が実行される際に、第１のバルブ１４、および、ＨＰＥＧＲバルブ２３を閉状態（あるいは開度が小さくなるよう）に制御して、排気通路１２における第１のバルブ１４の上流側の圧力、および、ＨＰＥＧＲ流路２１におけるＨＰＥＧＲバルブ２３よりも上流側の圧力がそれぞれ上昇させる場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、エンジン１が稼働している（燃料を噴射して燃焼させている）際に、バルブ制御部１０５が第１のバルブ１４、および、ＨＰＥＧＲバルブ２３を閉状態（あるいは開度が小さくなるよう）に制御し、その後、ＨＰＥＧＲバルブ２３およびスロットルバルブ１１を開状態（あるいは開度が大きくなるよう）に制御してもよい。

また、上記実施形態では、燃料カット条件が成立し、エンジン１が停止するたびに、吹き飛ばし処理を実行する場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＥＣＵ１０１は、差圧センサ１９によって検出される差圧に基づいて、吹き飛ばし処理の実行の可否を決定してもよい。すなわち、ＥＣＵ１０１は、差圧センサ１９によって検出される差圧が予め設定された閾値を超えた場合に、吹き飛ばし処理の実行を決定してもよい。

本発明は、車両の制御装置に利用できる。

１エンジン
９吸気通路
１１スロットルバルブ
１２排気通路
１４第１のバルブ
１７貯留部
１８フィルタ
２０粒子状物質
２１ＨＰＥＧＲ流路（還流管）
２３ＨＰＥＧＲバルブ（第２のバルブ）
１００制御装置
１０５バルブ制御部

Claims

エンジンよりも下流側に設けられ、前記エンジンから排出されたガスが流通する排気通路に設けられたフィルタと、
前記フィルタよりも下流側に設けられた第１のバルブと、
前記エンジンよりも上流側に設けられ、前記エンジンへの吸気の流量を可変に調整するスロットルバルブと、
前記第１のバルブおよび前記スロットルバルブの開閉制御を行うバルブ制御部と、
を備え、
前記バルブ制御部は、
前記第１のバルブを閉状態に制御して、前記排気通路内の前記ガスの圧力を上昇させた後に、前記スロットルバルブを開状態に制御して前記排気通路内の前記ガスを逆流させる制御装置。
前記バルブ制御部は、前記エンジンへの燃料供給が停止されたことに基づいて、前記第１のバルブを閉状態に制御して、前記排気通路内の前記ガスの圧力を上昇させる請求項１に記載の制御装置。
前記バルブ制御部は、前記エンジンの停止に基づいて、前記スロットルバルブを開状態に制御して前記排気通路内の前記ガスを逆流させる請求項１または２に記載の制御装置。
一端が前記エンジンと前記フィルタとの間に接続され、他端が前記エンジンと前記スロットルバルブとの間に接続される還流管と、
前記還流管に設けられ、前記バルブ制御部よって開閉制御が行われる第２のバルブと、
を備え、
前記バルブ制御部は、前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを閉状態に制御して、前記排気通路内の前記ガスの圧力を上昇させた後に、前記第２のバルブおよび前記スロットルバルブを開状態に制御して、前記排気通路内の前記ガスを逆流させる請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置。
前記フィルタの上流側に設けられ、前記フィルタに捕捉された粒子状物質を貯留する貯留部を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。