JP2022035678A - 車両の制御装置、車両、及び制御方法 - Google Patents

車両の制御装置、車両、及び制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】再生時における後処理装置の破損を抑制し得る車両の制御装置を提供すること。【解決手段】エンジン10の排気管30の後処理装置40が配設された領域の被水状態を検出する被水状態検出部103と、後処理装置40中に堆積した異物量又は後処理装置40中に吸蔵された不純ガス量に基づいて、後処理装置40の再生制御を行う再生制御部104と、を備え、被水状態検出部103は、後処理装置40の被水状態が検出された場合、後処理装置40の再生を禁止する、車両の制御装置。【選択図】図5

Description

本開示は、車両の制御装置、車両、及び制御方法に関する。
内燃機関(以下、「エンジン」と称する)を有する車両が知られている(例えば、特許文献1を参照)。一般に、この種の内燃機関の排気管内には、排ガス中の異物(例えば、PM(Particulate Matter))や不純ガス(例えば、NOx)を除去するための後処理装置(例えば、PMフィルタやNOx吸蔵還元型触媒)が設けられている。
特開2007-270646号公報
車両が使用される環境は、様々であり、大雨等の影響で、走行路が浸水し、車両が水没した状況下で、車両を走行させざるを得ない場合がある。このような状況下では、車両の底部に延在するエンジンの排気管が水没した状態で、車両を走行させることになる。
従来の車両設計においては、水没した状態で車両を走行させることは想定されておらず、後処理装置(例えば、PMフィルタやNOx吸蔵還元型触媒)の再生制御も、このような状態を想定した仕様とはなっていなかった。しかしながら、本願の発明者らの鋭意検討の結果、排気管の後処理装置が配設された領域が水没した状態(以下、「後処理装置が被水した状態」と称する)で、後処理装置の再生を実行しようとすると、後処理装置が破損するおそれがあることが分かってきた。
これは、後処理装置が被水した状態では、排気管の周囲に存在する水による水冷によって、後処理装置の周縁温度が上昇せず、このような状態で無理に後処理装置の高温化を図った場合、後処理装置の中心温度と周縁温度との間で大きな温度差が生じてしまうためであると考えられる(後述する図4を参照)。つまり、後処理装置の中心温度と周縁温度との間の温度差が、後処理装置の内部に異常な歪を誘起し、後処理装置の触媒割れを生じさせる、という原理である。
本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、再生時における後処理装置の破損を抑制し得る車両の制御装置、車両、及び制御方法を提供することを目的とする。
前述した課題を解決する主たる本開示は、
内燃機関及び当該内燃機関の排気管内に配設された後処理装置を有する車両の制御装置であって、
前記排気管の前記後処理装置が配設された領域の被水状態を検出する被水状態検出部と、
前記後処理装置中に堆積した異物量又は前記後処理装置中に吸蔵された不純ガス量に基づいて、前記後処理装置の再生制御を行う再生制御部と、
を備え、
前記被水状態検出部は、前記被水状態が検出された場合、前記後処理装置の再生を禁止する、
車両の制御装置である。
又、他の局面では、
上記制御装置を備える車両である。
又、他の局面では、
内燃機関及び当該内燃機関の排気管内に配設された後処理装置を有する車両の制御方法であって、
前記排気管の前記後処理装置が配設された領域の被水状態を検出する第1処理と、
前記後処理装置中に堆積した異物量又は前記後処理装置中に吸蔵された不純ガス量に基づいて、前記後処理装置の再生制御を行う第2処理と、
を備え、
前記第1処理において、前記被水状態が検出された場合、前記後処理装置の再生を禁止する、
車両の制御方法である。
本開示に係る車両の制御装置によれば、再生時における後処理装置の破損を抑制することができる。
一実施形態に係る車両の構成を示す図 一実施形態に係る後処理装置(PMフィルタ)の外観を示す図 車両が走行している際に、後処理装置の被水状態が発生したときの上流側排気温度及び下流側排気温度それぞれの時間的変化を示す図 フィルタ再生実行時における、被水状態発生前のPMフィルタ内部の温度分布(上図)と、被水状態発生後のPMフィルタ内部の温度分布(下図)と、を示す図 一実施形態に係るECUの動作の一例を示すフローチャート 一実施形態に係るECUの動作の一例を示すフローチャート
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
[車両の構成]
以下、図1を参照して、一実施形態に係る車両の構成について説明する。本実施形態では、本発明の車両の制御装置を、ディーゼルエンジン車両に適用した態様ついて説明する。
図1は、本実施形態に係る車両Uの構成を示す図である。図2は、本実施形態に係る後処理装置40(PMフィルタ42)の外観を示す図である。
本実施形態に係る車両Uは、エンジン10、吸気管20、エアクリーナ21、ターボチャージャ22、排気管30、EGR装置31、後処理装置40、各種センサ51~53、及び、ECU(Electronic Control Unit)100等を備えている。
エンジン10は、燃焼室及び当該燃焼室に燃料供給を行う燃料噴射装置等(図示せず)を含んで構成される。エンジン10は、燃焼室内で、燃料と空気の混合気を燃焼及び膨張させて、動力を発生する。そして、エンジン10が発生した回転動力は、トランスミッションを介して駆動輪に伝達されている。エンジン10には、燃焼室内に空気を導入する吸気管20と、燃焼室から排出される燃焼後の排気を、車両の外部に排出する排気管30と、が接続されている。
エンジン10は、ECU100からの制御信号によって動作制御されている。即ち、エンジン10は、ECU100からの制御信号により決定された燃料噴射量及び燃料噴射タイミングで、燃料噴射装置に燃料噴射を行わせる。尚、エンジン10は、ECU100(後述する再生制御部104)から後処理装置40(ここでは、PMフィルタ42)の再生要求を受け付けた場合、エンジン10の燃料噴射装置における燃料噴射態様等を、燃費を優先した低燃費運転モード(以下、「通常運転時」とも称する)から、後処理装置40の再生を実行する再生運転モードに切り替え可能に構成されている。
吸気管20は、吸気口20aから新気(空気)を吸入し、エンジン10に当該新気を供給する吸気通路である。吸気管20内には、上流側の吸気口20aから燃焼室にかけて、順に、エアクリ-ナ21及びターボチャージャ22のコンプレッサが設けられている。
エアクリ-ナ21は、吸気口20aから吸入された空気が供給され、当該空気から不純物質を除去してターボチャージャ22側に送り出す。
ターボチャージャ22は、吸気管20内に設けられたコンプレッサ、排気管30内に設けられたタービン、及び、これらを同軸上に支持する回転軸を有する。そして、ターボチャージャ22は、排気管30の排気の圧力を利用してタービンを回転させ、当該タービンの回転運動によって、同軸上のコンプレッサを動作させ、吸気管20を通流する空気を圧縮して、エンジン10側に送り出す。
排気管30は、エンジン10から排出される燃焼後の排気を、車両Uの外部に排出する排気通路である。排気管30内には、エンジン10から下流側に向かって、順に、EGR装置31、ターボチャージャ22のタービン、及び後処理装置40が設けられている。
後処理装置40は、例えば、酸化触媒41、及びPMフィルタ42を含んで構成されている。
酸化触媒41は、排気中に含まれるHCやCOを酸化して除去する。酸化触媒41は、例えば、コージェライトや炭化ケイ素等の担持体に、白金や酸化セリウム等の酸化触媒が担持されて構成されている。
酸化触媒41は、排気通路30のPMフィルタ42の上流側に隣接して配設されている。酸化触媒41は、PMフィルタ42の再生時には、エンジン10側から排出されるHCを酸化して、当該酸化熱により、排気を高温化するようにも機能する。
PMフィルタ42は、排気中に含まれるPMを捕捉する。PMフィルタ42は、例えば、多孔質セラミック(例えば、コージェライトや炭化ケイ素の多孔質セラミック)で形成した捕集壁でハニカム状の複数の流路を形成し、当該捕集壁中を排気が通過するように入口と出口を交互に目封じした構造を呈している(図2を参照)。
PMフィルタ42は、捕集できるPM量に上限があるため、当該PMフィルタ42中のPM堆積量が閾値以上まで増加した場合、PMフィルタ42中のPMを燃焼除去するフィルタ再生(以下、単に「フィルタ再生」とも称する)が行われている。
尚、図1には、後処理装置40として、酸化触媒41及びPMフィルタ42のみが配設された構成を示しているが、後処理装置40としては、これらと共に、又はこれらに代えて、NOx吸蔵還元型触媒(Lean NOx Trap:LNT)やNOx選択還元型触媒(Selective Catalytic Reduction:SCR触媒)が設けられてもよい。
各種センサ51~53は、車両Uの各部の状態を検出するために設けられている。ここでは、各種センサ51~53として、第1温度センサ51、第2温度センサ52、及び、差圧センサ53等が備え付けられている。
第1温度センサ51は、排気管30内の上流側の地点(後処理装置40よりも上流側の地点を意味する。以下同じ)に配設され、当該地点を通流する排気の温度を検出する。尚、本実施形態に係る第1温度センサ51は、排気管30の排気マニホールドの地点に配設されている。
第2温度センサ52は、排気管30内の下流側の地点(後処理装置40よりも下流側の地点を意味する。以下同じ)に配設され、当該地点を通流する排気の温度を検出する。尚、本実施形態に係る第2温度センサ52は、排気管30の出口付近の地点に配設されている。
差圧センサ53は、例えば、一端がPMフィルタ42の上流側の排気管30内に配設され、他端がPMフィルタ42の下流側の排気管30内に配設され、PMフィルタ42の上流側の排気圧と下流側の排気圧との差圧(以下、「PMフィルタ42の前後差圧」と称する)を検出する。尚、排気が酸化触媒41を通過する際の流動抵抗は極めて小さいため、差圧センサ53が検出する前後差圧は、実質的にPMフィルタ42の前後差圧と同一である。
これらの各種センサ51~53は、検出により得られた情報を検出信号として、逐次、ECU100に送信する。尚、これらの各種センサ51~53は、公知のセンサで実現され得る。
ECU100(本発明の「制御装置」に相当)は、車両Uの各部の動作を統括制御する。ECU100は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されている。ECU100の後述する各機能は、例えば、CPUがROM、RAM等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。
尚、ECU100は、エンジン10等の車両Uの各部と通信することで、これらを制御したり、これらからデータを受信したりする。又、ECU100は、車両Uに設けられた各種センサ(第1温度センサ51、第2温度センサ52、及び圧力センサ53等)からセンサ情報を取得して、後処理装置40や車両Uの各部の状態を検出している。
[ECUの構成]
次に、図1~図4を参照して、本実施形態に係るECU100の構成の一例について説明する。
ECU100は、第1排気温度情報取得部101、第2排気温度情報取得部102、被水状態検出部103、及び、再生制御部104を備えている。
第1排気温度情報取得部101は、エンジン10の排気管30内の上流側地点において測定された排気温度(以下、「上流側排気温度」と称する)に係る情報を取得する。本実施形態では、第1排気温度情報取得部101は、排気管30の排気マニホールドに配設された第1温度センサ51から、上流側排気温度に係る情報を取得している。
第2排気温度情報取得部102は、エンジン10の排気管30内の下流側地点において測定された排気温度(以下、「下流側排気温度」と称する)に係る情報を取得する。本実施形態では、第2排気温度情報取得部102は、排気管30の出口付近の地点に配設された第2温度センサ52から、下流側排気温度に係る情報を取得している。
被水状態検出部103は、排気管30の後処理装置40が配設された領域の被水状態を検出する。被水状態検出部103は、例えば、第1排気温度情報取得部101が取得した上流側排気温度と第2排気温度情報取得部102が取得した下流側排気温度と、の差分に基づいて、排気管30の後処理装置40が配設された領域の被水状態を検出する。
図3は、車両Uが走行している際に、後処理装置40の被水状態が発生したときの上流側排気温度及び下流側排気温度それぞれの時間的変化を示す図である。尚、図3では、T1のタイミングで、後処理装置40の被水状態が発生した状況を示している。
図4は、フィルタ再生実行時における、被水状態発生前のPMフィルタ42内部の温度分布(上図)と、被水状態発生後のPMフィルタ42内部の温度分布(下図)と、を示す図である。図4は、図2のPMフィルタ42のA-A’の位置の切断面におけるPMフィルタ42内部の温度分布を示している。
車両Uが走行している際に、排気温度は、通常(定常運転状態を表す。以下同じ)、エンジン10の運転状態に依拠して緩やかに変化する。そして、上流側排気温度と下流側排気温度との間の温度差は、通常、主に、エンジン10から排出された排気が下流に至るまでの間の排気管30における放熱量に依拠し、通常状態では、例えば、上流側排気温度は500℃程度、下流側排気温度は300℃程度となる。
この点、車両Uが浸水した走行路を走行し、後処理装置40の被水状態が発生した場合(図3のT1のタイミング)、排気管30内を通流する排気の温度は、排気管30への放熱を通して、急速に低下することになる。つまり、後処理装置40の被水状態が発生した場合、下流側排気温度が、急速に低下することになる。
被水状態検出部103は、かかる観点から、単位時間当たりの上流側排気温度に対する下流側排気温度の下降量に着目して、当該下降量が閾値以上となった場合か否かにより、後処理装置40の被水状態(即ち、排気管30の後処理装置40が配設された領域の被水状態)の発生を検出する。尚、ここで、被水状態検出部103が単位時間当たりの時間変化量を観測対象としているのは、後処理装置40の被水状態の発生以外の要因に起因して生じる上流側排気温度と下流側排気温度との差(例えば、エンジン10始動時の温度差)を、後処理装置40の被水状態の発生と誤検出することを抑制するためである。
被水状態検出部103は、後処理装置40の被水状態を検出した場合、かかる状況下で、後述する再生制御部104が後処理装置40(ここでは、PMフィルタ42)の再生を行わないように、後処理装置40の再生を禁止する。
又、被水状態検出部103は、一旦、後処理装置40の被水状態が検出された場合、暫くの間、後処理装置40の再生禁止を解除しないようにするのが好ましい。具体的には、被水状態検出部103は、一旦、後処理装置40の被水状態が検出された場合、車両Uにおける現時点の走行が終了して、次の走行開始時に、再度、イグニッションキーがオンされるまでの間、後処理装置40の再生を禁止する。又、被水状態検出部103は、これに代えて、後処理装置40の被水状態が検出された場合、所定時間経過するまでの間、後処理装置40の再生を禁止するようにしてもよい。
これは、後処理装置40の被水状態が発生し得る状況は、車両Uが走行している走行路自体の状況に依拠するため、仮に、一時的に、後処理装置40の被水状態が解消されても、その後、短時間の間に、再度、後処理装置40の被水状態が発生すると予測されるからである。このような状況で、後処理装置40の再生を試みると、後処理装置40が温度上昇した状態で、被水してしまうおそれがあり、後処理装置40の破損を一層招きやすくなる。
再生制御部104は、PMフィルタ42中のPM堆積量(本発明の異物量に相当)を推定して、PMフィルタ42中のPM堆積量に基づいて、PMフィルタ42の再生タイミングを制御する。
再生制御部104は、例えば、差圧センサ53が示すPMフィルタ42の前後差圧に基づいて、PMフィルタ42中におけるPM堆積量を推定する。そして、再生制御部104は、例えば、PMフィルタ42中におけるPM堆積量が所定量以上となった場合、PMフィルタ42の再生を開始する。尚、再生制御部104は、この際、前回の再生からの走行距離や、走行中のエンジン10の運転状態から推定される各時点のPM堆積量の累積により、PMフィルタ42中におけるPM堆積量を推定してもよい。
PMフィルタ42の再生は、PMフィルタ42に通流する排気を昇温することで実現される。そのため、再生制御部104は、例えば、エンジン10に対してポスト噴射を実行させ、酸化触媒41に未燃焼燃料の炭化水素(以下、HC)を供給し、酸化触媒41でHCの酸化反応を生じさせることで、排気を昇温する制御を行う。尚、車両Uが排気管30内に燃料噴射装置を有する場合、再生制御部104は、当該燃料噴射装置に対して燃料噴射を実行させてもよい。
但し、再生制御部104は、被水状態検出部103によって、後処理装置40の被水状態が検出されている場合(即ち、再生禁止フラグが設定されている場合)、後処理装置40の再生を実行せず、後処理装置40の再生タイミングを延期する。これによって、後処理装置40の被水状態が発生している状況下で、PMフィルタ42の再生を行うことを防止し、PMフィルタ42の破損を防止する。
尚、後処理装置40として、LNTが設けられる場合には、再生制御部104は、LNT中に吸蔵されたNOx吸蔵量(本発明の不純物ガス量に相当)を推定して、推定されるNOx吸蔵量に基づいて、LNTの再生を実行する。再生制御部104は、LNTの再生時にも、再生禁止フラグが設定されているか否かを判定し、再生禁止フラグが設定されている場合には、PMフィルタ42の再生と同様に、LNTの再生を延期する。
[ECUの動作フロー]
図5、図6は、本実施形態に係るECU100の動作の一例を示すフローチャートである。図5、図6に示すフローチャートは、ECU100がコンピュータプログラムに従って、所定間隔(例えば、100msec毎)で繰り返し実行する処理である。
まず、図5に示すECU100の被水状態検出部103の動作を示すフローチャートについて、説明する。
ステップS1において、ECU100は、排気管30内の上流側排気温度を把握するべく、第1温度センサ51のセンサ値を取得する。
ステップS2において、ECU100は、排気管30内の下流側排気温度を把握するべく、第2温度センサ52のセンサ値を取得する。
ステップS3において、ECU100は、単位時間当たりの上流側排気温度に対する下流側排気温度の下降量が閾値以上か否かを判定する。ここで、ECU100は、単位時間当たりの上流側排気温度に対する下流側排気温度の下降量が閾値以上の場合(S3:YES)、ステップS4に処理を進め、単位時間当たりの上流側排気温度に対する下流側排気温度の下降量が閾値未満の場合(S3:NO)、特に処理を行うことなく、図5のフローチャートの処理を終了する。
ステップS4において、ECU100は、後処理装置40の被水状態が発生していると断定し、後処理装置40の再生を禁止するべく、再生禁止フラグを設定する。尚、ECU100は、一旦、再生禁止フラグを設定した場合、その後のルーチンのステップS4又はステップS4でNO判定を行っても、車両Uにおける現時点の走行が終了して、次の走行開始時に、再度、イグニッションキーがオンされるまでの間、再生禁止フラグの解除を行わない。
次に、図6に示すECU100の再生制御部104の動作を示すフローチャートについて、説明する。
ステップS11において、ECU100は、差圧センサ53のセンサ値を取得して、PMフィルタ42中におけるPM堆積量を推定する。尚、差圧センサ53のセンサ値と、PMフィルタ42中におけるPM堆積量とは、例えば、予めECU100に記憶された制御マップによって、関連付けられている。
ステップS12において、ECU100は、PMフィルタ42中におけるPM堆積量が所定量以上か否かを判定する。ここで、ECU100は、PMフィルタ42中におけるPM堆積量が所定量以上の場合(S12:YES)、ステップS13に処理を進め、PMフィルタ42中におけるPM堆積量が所定量未満の場合(S12:NO)、特に処理を行うことなく、図6のフローチャートの処理を終了する。
ステップS13において、ECU100は、再生禁止フラグが設定されているか否かを判定する。ここで、ECU100は、再生禁止フラグが設定されている場合(S13:YES)、ステップS14に処理を進め、再生禁止フラグが設定されていない場合(S13:NO)、特に処理を行うことなく、図6のフローチャートの処理を終了する。
ステップS14において、ECU100は、エンジン10に対して再生モードでの運転を指令し、PMフィルタ42の再生を実行する。
本実施形態に係るECU100は、以上のような処理によって、後処理装置40の被水状態が発生している状況下を避けながら、PMフィルタ42に過剰にPMが堆積することを抑制する。
[効果]
以上のように、本実施形態に係るECU100は、後処理装置40の被水状態を検出し、当該被水状態が検出された場合には、後処理装置40の再生を禁止する処理を行う。これによって、後処理装置40の被水に起因して、後処理装置40の周縁領域が温度低下している状態又は温度上昇しにくい状態で、後処理装置40の再生を実行してしまうことを抑制することができる。これにより、後処理装置40の破損を抑制することができる。
(その他の実施形態)
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
例えば、上記実施形態では、後処理装置40の被水状態が発生した場合に、再生禁止を行う対象の一例として、PMフィルタ42を示した。しかしながら、本発明において、保護すべき対象の後処理装置40としては、LNT(NOx吸蔵還元型触媒)も含まれる。LNTも、再生実行時には、高温化させるため、被水状態で再生が行われた場合には、PMフィルタ42と同様に、破損するおそれがあるからである。
又、上記実施形態では、ECU100を適用する車両Uの一例として、ディーゼルエンジン車両に適用した態様について説明したが、本発明に係るECU100は、ガソリンエンジン車両にも適用し得るのは勿論である。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本開示に係る車両の制御装置によれば、再生時における後処理装置の破損を抑制することができる。
U 車両
10 エンジン
20 吸気管
20a 吸気口
21 エアクリーナ
22 ターボチャージャ
30 排気管
31 EGR装置
40 排気浄化装置
41 酸化触媒
42 PMフィルタ
51 第1温度センサ
52 第2温度センサ
53 差圧センサ
100 ECU
101 第1排気温度情報取得部
102 第2排気温度情報取得部
103 被水状態検出部
104 再生制御部

Claims (8)

  1. 内燃機関及び当該内燃機関の排気管内に配設された後処理装置を有する車両の制御装置であって、
    前記排気管の前記後処理装置が配設された領域の被水状態を検出する被水状態検出部と、
    前記後処理装置中に堆積した異物量又は前記後処理装置中に吸蔵された不純ガス量に基づいて、前記後処理装置の再生制御を行う再生制御部と、
    を備え、
    前記被水状態検出部は、前記被水状態が検出された場合、前記後処理装置の再生を禁止する、
    車両の制御装置。
  2. 前記被水状態検出部は、前記排気管の上流側地点で測定された第1排気温度情報と、前記排気管の下流側地点で測定された第2排気温度情報と、を参照して、単位時間当たりの前記第1排気温度に対する前記第2排気温度の下降量が閾値以上となった場合、前記被水状態が発生したものと判定する、
    請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記被水状態検出部は、一旦、前記被水状態が検出された場合、その後、前記車両における現時点の走行が終了して、次の走行開始時にイグニッションキーがオンされるまでの間、前記後処理装置の再生を禁止する、
    請求項1又は2に記載の制御装置。
  4. 前記被水状態検出部は、一旦、前記被水状態が検出された場合、所定時間経過するまでの間、前記後処理装置の再生を禁止する、
    請求項1又は2に記載の制御装置。
  5. 前記後処理装置は、PMフィルタを含む、
    請求項1乃至4のいずれか一項に記載の制御装置。
  6. 前記後処理装置は、LNTを含む、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の制御装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の制御装置を備える車両。
  8. 内燃機関及び当該内燃機関の排気管内に配設された後処理装置を有する車両の制御方法であって、
    前記排気管の前記後処理装置が配設された領域の被水状態を検出する第1処理と、
    前記後処理装置中に堆積した異物量又は前記後処理装置中に吸蔵された不純ガス量に基づいて、前記後処理装置の再生制御を行う第2処理と、
    を備え、
    前記第1処理において、前記被水状態が検出された場合、前記後処理装置の再生を禁止する、
    車両の制御方法。
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