JP2022030598A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦ等の触媒の活性を向上させつつ、エンジンの燃料不良を抑制する。
【解決手段】エンジンの冷却水の温度を取得する取得部２２１と、エンジンの始動後の燃料噴射量の積算量を特定する特定部２２２と、冷却水の温度及び積算量に基づいて、インジェクタ１１からエンジンの筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件をエンジンが満たしているか否かを判定する判定部２２４と、インジェクタ１１からエンジンの筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件をエンジンが満たしていると判定部２２４が判定した場合に、インジェクタ１１からエンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させる分割噴射部２２５と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、インジェクタからエンジン筒内へ燃料を噴射させる制御装置に関する。

ディーゼルエンジンを有する車両の排気通路に設けられたＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等の排気ガス浄化装置の触媒の活性を向上させることを目的として、排気温度を上昇させる方法が提案されている。例えば、特許文献１には、燃料噴射を２回以上に分割して排気温度を上昇させることが提案されている。

特開２００６－２５０１２０号公報

燃料噴射を２回以上に分割する場合、１回当りの燃料噴射量は少なくなる。エンジン始動直後には、エンジン筒内の温度が比較的低いため、燃料噴射を２回以上に分割するとエンジンの燃焼不良が生じやすいという問題があった。

本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、ＤＰＦ等の触媒の活性を向上させつつ、エンジンの燃料不良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。

本発明の第１の態様の制御装置は、エンジンの冷却水の温度を取得する取得部と、前記エンジンの始動後の燃料噴射量の積算量を特定する特定部と、前記冷却水の温度及び前記積算量に基づいて、インジェクタから前記エンジンの筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件を前記エンジンが満たしているか否かを判定する判定部と、前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件を前記エンジンが満たしていると前記判定部が判定した場合に、前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させる分割噴射部と、を備える。

前記制御装置は、前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件を前記エンジンが満たしていると前記判定部が判定した場合に、排気バルブを開くタイミングを進角させるタイミング制御部をさらに備えてもよい。

前記制御装置は、前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるために要する前記燃料噴射量の積算量を示す基準積算量を設定し、当該基準積算量の設定において前記取得部が取得したエンジンの冷却水の温度が低いほど当該基準積算量を高い値とする基準設定部を備え、前記判定部は、前記基準設定部が設定した前記基準積算量よりも前記エンジンの始動後の燃料噴射量の積算量が大きい場合に、前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件を前記エンジンが満たしていると判定してもよい。

前記基準設定部は、エンジンの冷却水の温度と、基準積算量候補とを関連付けたテーブルを参照して、前記取得部が取得した前記冷却水の温度に前記テーブルにおいて関連付けられた前記基準積算量候補を前記基準積算量として設定してもよい。前記取得部は、車両の吸気温度を取得し、前記基準設定部は、エンジンの冷却水の温度と、吸気温度と、基準積算量候補とを関連付けたテーブルを参照して、前記取得部が取得した前記冷却水の温度と、取得した前記吸気温度とに前記テーブルにおいて関連付けられた前記基準積算量候補を前記基準積算量として設定してもよい。

前記取得部は、車両の排気温度を取得し、前記分割噴射部は、前記取得部が取得した前記排気温度が目標値を超える場合に、前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させなくてもよい。

本発明によれば、ＤＰＦ等の触媒の活性を向上させつつ、エンジンの燃料不良を抑制するという効果を奏する。

実施形態の車両の概要を示す図である。 車両の構成を示す図である。 タイミング制御部による排気バルブを開くタイミングの進角の様子を示す図である。 制御装置による後処理装置及び尿素ＳＣＲの早期昇温の処理手順を示すフローチャートである。

［制御装置の概要］
図１は、本実施形態の車両１００の概要を示す図である。車両１００は、エンジン１及び制御装置２を備える。エンジン１は、例えば、ディーゼルエンジンである。エンジン１内では、インジェクタ１１は、燃料を気筒内へ噴射する。インジェクタ１１は、１サイクル当たり所定の燃料噴射数で燃料を気筒内へ噴射する。燃料噴射数は、例えば、燃料の燃焼効率が最大になるように定められる。１サイクルは、気筒内に空気が取り込まれてから気筒内に空気が再度取り込まれるまでの期間である。ピストン１２は、クランクシャフト１３の取付位置（図１中のＰ）に取り付けられている。

気筒内において発火により膨張した燃料は、ピストン１２を押し下げることにより、クランクシャフト１３を回転させる。その後、排気バルブ１４が開くと、クランクシャフト１３の回転により、図１中の太い矢印で示すようにピストン１２が押し上げられ、図１中の細い矢印で示すように、燃焼ガスが気筒外に押し出される。

制御装置２は、例えば、コンピュータにより車両１００の各部を電子的に制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）により実現される。制御装置２は、エンジン１の始動直後等においてエンジン１の後段の後処理装置（Diesel Particulate Filter、DPF）や尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）の触媒の温度が低いときに、エンジン１のインジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させることにより、気筒外に排出される燃焼ガスの温度を高くする。このようにして、制御装置２は、エンジン１の後段の後処理装置や尿素ＳＣＲの触媒を早期に昇温させ、これらの触媒の温度が低いことに起因して排ガスの浄化能力が低下することを抑制することができる。

エンジン１の始動直後には、エンジン１の筒内の温度が低いことがある。制御装置２は、エンジン１の筒内の温度が上昇する前に１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させると、エンジン１の筒内の燃料不良を生じさせやすい。そこで、制御装置２は、エンジン１の冷却水の温度と、エンジン１の始動後の燃料噴射量の積算値とに基づいて、１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件をエンジン１が満たしているか否かを判定する。

制御装置２は、１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件をエンジン１が満たしていると判定した場合に、１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させる。このようにして、制御装置２は、後処理装置や尿素ＳＣＲの触媒を早期に昇温させることができる。制御装置２は、１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させる要件をエンジン１が満たしていないと判定した場合には、１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させないので、エンジン１の燃料不良が生じることを抑制することができる。

［車両の構成］
図２は、車両１００の構成を示す図である。車両１００は、水温センサ３１、吸気温センサ３２、排気温センサ３３、インジェクタ１１、可変バルブ機構３４及び制御装置２を備える。制御装置２は、記憶部２１及び制御部２２を備える。制御部２２は、取得部２２１、特定部２２２、基準設定部２２３、判定部２２４、分割噴射部２２５及びタイミング制御部２２６を備える。

水温センサ３１は、エンジン１の冷却水の温度を測定する。水温センサ３１は、エンジン１の冷却水の温度の測定結果を取得部２２１に入力する。吸気温センサ３２は、例えば、エンジン１のインテークに取り込まれた吸気温度を測定する。吸気温センサ３２は、吸気温度の測定結果を取得部２２１に入力する。排気温センサ３３は、例えば、エンジン１の後段の後処理装置付近の排気温度を測定する。排気温センサ３３は、排気温度の測定結果を取得部２２１に入力する。

インジェクタ１１は、エンジン１の気筒内へ燃料を噴射する。インジェクタ１１は、１サイクル当たり所定の燃料噴射数で燃料を気筒内へ噴射する。可変バルブ機構（Variable Valve Timing、VVT）３４は、油圧等を利用してクランクシャフトに対してカムシャフトをわずかに回転させることにより、排気バルブ１４を開くタイミングを早めたり遅らせたりする。

記憶部２１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶媒体を有する。記憶部２１は、制御部２２を機能させるための各種プログラムや各種データを記憶する。制御部２２は、記憶部２１に記憶されたプログラムを実行することにより、取得部２２１、特定部２２２、基準設定部２２３、判定部２２４、分割噴射部２２５、タイミング制御部２２６として機能する。

取得部２２１は、エンジン１の冷却水の温度を取得する。例えば、取得部２２１は、エンジン１の冷却水の温度を水温センサ３１から取得する。取得部２２１は、車両１００の吸気温度を取得する。取得部２２１は、車両１００の排気温度を取得する。例えば、取得部２２１は、車両１００の吸気温度及び排気温度をそれぞれ吸気温センサ３２及び排気温センサ３３から取得する。取得部２２１は、取得した冷却水の温度、吸気温度及び排気温度を基準設定部２２３へ出力する。

特定部２２２は、エンジン１の始動後の燃料噴射量の積算量を特定する。記憶部２１には、燃料噴射量と噴射時刻とを関連付けた履歴情報や、エンジン１の始動時刻が記憶されている。特定部２２２は、燃料噴射量の履歴情報及びエンジン１の始動時刻を記憶部２１から読み出し、エンジン１の始動時刻以降の燃料噴射量の積算量を特定する。特定部２２２は、特定した燃料噴射量の積算量を判定部２２４へ出力する。

［基準積算量の設定］
基準設定部２２３は、インジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための燃料噴射量の積算量の要件を示す基準積算量を設定する。基準設定部２２３は、基準積算量の設定において取得部２２１が取得したエンジン１の冷却水の温度が低いほど基準積算量を高い値とする。基準設定部２２３は、基準積算量の設定において取得部２２１が取得したエンジン１の冷却水の温度が高いほど基準積算量を低い値とする。

また、基準設定部２２３は、基準積算量の設定において取得部２２１が取得した吸気温度が低いほど基準積算量を高い値とする。一方、基準設定部２２３は、基準積算量の設定において取得部２２１が取得し吸気温度が高いほど基準積算量を低い値とする。

より詳しくは、記憶部２１には、エンジンの冷却水の温度と、吸気温度と、基準積算量候補とを関連付けたテーブルが記憶されている。基準設定部２２３は、このテーブルを記憶部２１から読み出す。基準設定部２２３は、読み出したテーブルを参照して、取得部２２１が取得した冷却水の温度と、取得した吸気温度とにテーブルにおいて関連付けられた基準積算量候補を基準積算量として設定する。基準設定部２２３は、設定した基準積算量を判定部２２４へ出力する。

［燃料噴射数を増加させる要件を満たすかの判定］
エンジン１の筒内の温度が低い状態では、インジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させた際にエンジン１の燃料不良が生じるリスクがある。そこで、判定部２２４は、インジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させる前に、１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件をエンジン１が満たしているか否かを判定する。

例えば、判定部２２４は、冷却水の温度及び燃料噴射量の積算量に基づいて、エンジン１がこの要件を満たしているか否かを判定する。判定部２２４は、基準設定部２２３が設定した基準積算量よりもエンジン１の始動後の燃料噴射量の積算量が大きい場合に、この要件をエンジン１が満たしていると判定する。一方、判定部２２４は、基準設定部２２３が設定した基準積算量よりもエンジン１の始動後の燃料噴射量の積算量以下である場合に、この要件をエンジン１が満たしていないと判定する。

判定部２２４は、エンジン１の筒内の温度を取得することができれば、エンジン１が要件を満たしているか否かを判定することが可能である。しかしながら、判定部２２４は、エンジン１の筒内の温度を直接計測することはできない。このため、判定部２２４は、エンジン１の筒内の温度の代わりに、エンジン１の冷却水の温度を参照することが考えられる。

ただし、エンジン１の始動直後と、エンジン１の始動から十分に時間が経った後とでは、冷却水の温度が同じであってもエンジン１の筒内の温度は異なる。このため、判定部２２４は、冷却水の温度だけを参照した場合には、筒内の温度を参照した場合と同じ判定結果を出力することができないことがある。そこで、判定部２２４は、冷却水の温度に加えて、燃料噴射量の積算量を参照して、エンジン１が要件を満たすか否かを判定する。このようにして、判定部２２４は、判定の精度を向上させることができる。

吸気温度が低い状態では、エンジン１の筒内において燃料が着火しにくくなるため、吸気温度が高い状態に比べて、エンジン１の筒内がより高い温度である必要がある。判定部２２４は、吸気温度が低いほど基準積算量が高い値となるように基準積算量が設定された場合には、この基準積算量よりもエンジン１の始動後の燃料噴射量の積算量が大きければ、エンジン１が要件を満たすと判定する。このようにして、判定部２２４は、１サイクル当たりの燃料噴射量を増加させるための要件をエンジン１が満たすか否かの判定に吸気温度の影響を反映させるので、判定の精度を向上させることができる。

［燃料噴射数の増加］
分割噴射部２２５は、インジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を制御する。分割噴射部２２５は、インジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件をエンジン１が満たしていると判定部２２４が判定した場合に、インジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させる。一方、分割噴射部２２５は、この要件をエンジン１が満たしていないと判定部２２４が判定した場合に、１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させない。

分割噴射部２２５は、取得部２２１が取得した排気温度が目標値を超える場合には、排気温度をさらに上昇させる必要がないことから、インジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させない。目標値は、例えば、エンジン１の後段の後処理装置や尿素ＳＣＲにおいて法規等により定めれた排ガス浄化能力が発揮される値である。

［排気バルブを開くタイミングの進角］
タイミング制御部２２６は、インジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件をエンジン１が満たしていると判定部２２４が判定した場合に、排気バルブ１４を開くタイミングを進角させる。タイミング制御部２２６は、この要件をエンジン１が満たしていないと判定部２２４が判定した場合に、排気バルブ１４を開くタイミングを進角させない。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、クランクシャフト１３において排気バルブ１４が開いてから閉じるまでの期間にピストン１２の取付位置（図１中のＰ）が回転する様子を示す図である。

図３（ａ）は、タイミング制御部２２６が排気バルブ１４を開くタイミングを可変バルブ機構３４により進角していない場合に、クランクシャフト１３において排気バルブ１４が開いてから閉じるまでの期間に対応するピストン１２の取付位置の変化を示す。図３（ａ）の例では、排気バルブ１４は、ピストン１２の取付位置が下死点に達したときに開き、上死点を超えてから閉じる。下死点は、図１のピストン１２がクランクシャフト１３の回転軸に最も近くなる取付位置であり、上死点は、ピストン１２がクランクシャフト１３の回転軸から最も遠くなる取付位置である。

図３（ｂ）は、タイミング制御部２２６が排気バルブ１４を開くタイミングを可変バルブ機構３４により進角した場合に、クランクシャフト１３において排気バルブ１４が開いてから閉じるまでの期間に対応するピストン１２の取付位置の変化を示す。タイミング制御部２２６が排気バルブ１４を開くタイミングを可変バルブ機構３４により進角させた場合、排気バルブ１４は、ピストン１２の取付位置が下死点に到達する前に開く。タイミング制御部２２６は、ピストン１２の取付位置が下死点に到達する前に排気バルブ１４を開くことにより、下死点に到達したときに排気バルブ１４を開く場合と比較して、高温の排ガスを後処理装置及び尿素ＳＣＲへ送ることができる。このため、タイミング制御部２２６は、後処理装置及び尿素ＳＣＲの早期昇温効果を向上させることができる。

タイミング制御部２２６が排気バルブ１４を開くタイミングを可変バルブ機構３４により進角した場合に、エンジン１の燃料不良が生じやすくなることはほとんどない。このため、タイミング制御部２２６は、インジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件をエンジン１が満たしていないと判定部２２４が判定した場合にも、排気バルブ１４を開くタイミングを進角させてもよい。

［早期昇温の処理手順］
図４は、制御装置２による後処理装置及び尿素ＳＣＲの早期昇温の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、車両１００のエンジン１を始動させる運転者の操作を操作受付部（不図示）が受け付けたときに開始する。まず、特定部２２２は、エンジン１の始動後の燃料噴射量の積算量を特定する（Ｓ１０１）。取得部２２１は、エンジン１の冷却水の温度を水温センサ３１から取得する（Ｓ１０２）。取得部２２１は、車両１００の吸気温度を吸気温センサ３２から取得する（Ｓ１０３）。

基準設定部２２３は、取得部２２１が取得したエンジン１の冷却水の温度及び吸気温度に基づいて、インジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるために要する燃料噴射量の積算量を示す基準積算量を設定する（Ｓ１０４）。判定部２２４は、特定部２２２が特定した燃料噴射量の積算量が基準積算量よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１０５）。

分割噴射部２２５は、特定部２２２が特定した燃料噴射量の積算量が基準積算量よりも大きいと判定部２２４が判定した場合に（Ｓ１０５のＹＥＳ）、インジェクタ１１からエンジン１の筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させる（Ｓ１０６）。タイミング制御部２２６は、排気バルブ１４を開くタイミングを進角させる（Ｓ１０７）。操作受付部は、エンジン１を停止させる運転者の操作を受け付けた否かを判定する（Ｓ１０８）。操作受付部は、エンジン１を停止させる運転者の操作を受け付けた場合に（Ｓ１０８のＹＥＳ）、処理を終了する。

判定部２２４は、Ｓ１０５の判定において特定部２２２が特定した燃料噴射量の積算量が基準積算量以下であると判定部２２４が判定した場合に（Ｓ１０５のＮＯ）、Ｓ１０８の処理に進む。操作受付部は、Ｓ１０８の判定においてエンジン１を停止させる運転者の操作を受け付けていない場合に（Ｓ１０８のＮＯ）、Ｓ１０１の処理に戻る。

［本実施形態の制御装置による効果］
本実施形態によれば、分割噴射部２２５は、１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させることにより、エンジン１の後段の後処理装置や尿素ＳＣＲの触媒の活性を向上させることができる。判定部２２４及び分割噴射部２２５は、エンジン１が１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件を満たしていないと判定部２２４が判定した場合に、１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させないので、エンジン１の燃料不良が生じることを抑制することができる。

本実施形態では、基準設定部２２３は、エンジンの冷却水の温度と、吸気温度と、基準積算量候補とを関連付けたテーブルを参照して、基準積算量を設定する場合の例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、基準設定部２２３は、エンジンの冷却水の温度と、基準積算量候補とを関連付けたテーブルを参照して、基準積算量を設定してもよい。記憶部２１には、エンジンの冷却水の温度と、基準積算量候補とを関連付けたテーブルが記憶されている。基準設定部２２３は、このテーブルを記憶部２１から読み出す。基準設定部２２３は、読み出したテーブルを参照して、取得部２２１が取得した冷却水の温度にテーブルにおいて関連付けられた基準積算量候補を基準積算量として設定する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１ エンジン
２ 制御装置
１１ インジェクタ
１２ ピストン
１３ クランクシャフト
１４ 排気バルブ
２１ 記憶部
２２ 制御部
３１ 水温センサ
３２ 吸気温センサ
３３ 排気温センサ
３４ 可変バルブ機構
１００ 車両
２２１ 取得部
２２２ 特定部
２２３ 基準設定部
２２４ 判定部
２２５ 分割噴射部
２２６ タイミング制御部

Claims (6)

1. エンジンの冷却水の温度を取得する取得部と、
   前記エンジンの始動後の燃料噴射量の積算量を特定する特定部と、
   前記冷却水の温度及び前記積算量に基づいて、インジェクタから前記エンジンの筒内への１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件を前記エンジンが満たしているか否かを判定する判定部と、
   前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件を前記エンジンが満たしていると前記判定部が判定した場合に、前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させる分割噴射部と、を備える、
   制御装置。
2. 前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件を前記エンジンが満たしていると前記判定部が判定した場合に、排気バルブを開くタイミングを進角させるタイミング制御部をさらに備える、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるために要する前記燃料噴射量の積算量を示す基準積算量を設定し、当該基準積算量の設定において前記取得部が取得したエンジンの冷却水の温度が低いほど当該基準積算量を高い値とする基準設定部を備え、
   前記判定部は、前記基準設定部が設定した前記基準積算量よりも前記エンジンの始動後の燃料噴射量の積算量が大きい場合に、前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させるための要件を前記エンジンが満たしていると判定する、
   請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記基準設定部は、エンジンの冷却水の温度と、基準積算量候補とを関連付けたテーブルを参照して、前記取得部が取得した前記冷却水の温度に前記テーブルにおいて関連付けられた前記基準積算量候補を前記基準積算量として設定する、
   請求項３に記載の制御装置。
5. 前記取得部は、車両の吸気温度を取得し、
   前記基準設定部は、エンジンの冷却水の温度と、吸気温度と、基準積算量候補とを関連付けたテーブルを参照して、前記取得部が取得した前記冷却水の温度と、取得した前記吸気温度とに前記テーブルにおいて関連付けられた前記基準積算量候補を前記基準積算量として設定する、
   請求項３又は４に記載の制御装置。
6. 前記取得部は、車両の排気温度を取得し、
   前記分割噴射部は、前記取得部が取得した前記排気温度が目標値を超える場合に、前記インジェクタから前記エンジンの筒内への前記１サイクル当たりの燃料噴射数を増加させない、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。

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