JP4248267B2 - 車両用自動切替制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用自動切替制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るSOF分(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)とを主成分とし、更に微量のサルフェート(ミスト状硫酸成分)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【0003】
この種のパティキュレートフィルタは、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となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【0004】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量の希土類元素を添加して成る酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの実用化が進められている。
【0005】
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。
【0006】
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがあり、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階でパティキュレートフィルタより上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを強制再生することが考えられている。
【0007】
つまり、パティキュレートフィルタより上流側で燃料を添加すれば、その添加された燃料がパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。
【0008】
尚、この種のパティキュレートフィルタの強制再生を図る方法に関しては、下記の特許文献1や特許文献2にもとりあげられており、これらの文献中の説明では、エンジンの燃料噴射装置に対し圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火又はそれに近いタイミングでポスト噴射を行うことで燃料添加を実行するようにしている。
【0009】
【特許文献1】
特願2001−355061号
【特許文献2】
特願2002−20374号
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒再生型のパティキュレートフィルタを車両に装着することに関しては、未だ法規等により義務化されているわけではないので、車両を購入する時点では、パティキュレートフィルタの装着を不要と考える購買者もいるわけであるが、購入後に法規が変わる等して後付けでパティキュレートフィルタの装着が必要となった場合、前述した如きパティキュレートフィルタの強制再生等といった運用制御が別途必要となるため、一般エンジン制御だけに対応した制御装置(エンジン制御コンピュータ[ECU:Electronic Control Unit])を、パティキュレートフィルタの運用制御を併せ持つ制御装置と交換しなければならなくなり、購入者にとって多大な費用負担をかけることが避けられなかった。
【0011】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パティキュレートフィルタの装着の有無により交換しなくても済むようにした車両用自動切替制御装置を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一般エンジン制御と触媒再生型のパティキュレートフィルタに関する運用制御とを併せ持ち、該触媒再生型のパティキュレートフィルタに関する運用制御は、触媒床温度を計測する温度センサの結線が電気信号により確認された時に排気ガスの温度を上昇させるように排気ブレーキを作動させる排気昇温手段によって行なうようにしており、前記パティキュレートフィルタの運用制御に必要な温度センサの結線が電気信号により確認された時に前記一般エンジン制御とパティキュレートフィルタに関する運用制御とを併用し且つ前記温度センサの結線が電気信号により確認できない時にパティキュレートフィルタに関する運用制御を休眠させて一般エンジン制御のみを実行し得るよう制御ロジック切替手段を備えたことを特徴とする車両用自動切替制御装置、に係るものである。
【0013】
而して、このようにすれば、パティキュレートフィルタが装着されている場合に、該パティキュレートフィルタの運用制御に必要な温度センサの結線が電気信号により確認されるので、制御ロジック切替手段により一般エンジン制御とパティキュレートフィルタに関する運用制御とを併用する制御ロジックが選択され、他方、パティキュレートフィルタが装着されていない場合には、前記温度センサの結線が電気信号により確認できないことになるので、制御ロジック切替手段によりパティキュレートフィルタに関する運用制御を休眠させて一般エンジン制御のみを実行し得るよう制御ロジックが選択されることになる。
【0014】
即ち、パティキュレートフィルタを装着したり、或いは、非装着のまま維持したりするだけで、自動的に制御装置の制御ロジックが切り替わって適切な制御が実行されることになるので、パティキュレートフィルタの装着の有無にかかわらず制御装置の交換が不要となる。
【0015】
また、本発明においては、パティキュレートフィルタに関する運用制御が、パティキュレートフィルタの上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段を制御するためのものであっても良いし、排気ガスの温度を上昇させる排気昇温手段を制御するためのものであっても良い。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【0017】
図1〜図3は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図1中における1はターボチャージャ2を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ3から導かれた吸気4が吸気管5を通し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへと送られ、該コンプレッサ2aで加圧された吸気4がインタークーラ6へと送られて冷却され、該インタークーラ6から更に吸気マニホールド7へと吸気4が導かれてディーゼルエンジン1の各気筒8(図1では直列6気筒の場合を例示している)に分配されるようになっている。
【0018】
更に、このディーゼルエンジン1の各気筒8から排出された排気ガス9は、排気マニホールド10を介しターボチャージャ2のタービン2bへと送られ、該タービン2bを駆動した排気ガス9が排気管11を介し車外へ排出されるようにしてある。
【0019】
また、この排気管11の途中には、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ12がフィルタケース13に抱持されて装備されている。
【0020】
図2に拡大して示す如く、このパティキュレートフィルタ12は、セラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路12aの入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路12aについては、その出口が目封じされるようになっており、各流路12aを区画する多孔質薄壁12bを透過した排気ガス9のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【0021】
そして、フィルタケース13の出口部分には、パティキュレートフィルタ12を通過した排気ガス9の温度を触媒床温度の代用値として計測する温度センサ14が装備されており、該温度センサ14の温度信号14aがエンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)を成す制御装置15に対し入力されるようになっている。
【0022】
この制御装置15は、エンジン制御コンピュータを兼ねていることから燃料の噴射に関する制御も担うようになっており、より具体的には、アクセル開度をディーゼルエンジン1の負荷として検出するアクセルセンサ16(負荷センサ)からのアクセル開度信号16aと、ディーゼルエンジン1の機関回転数を検出する回転センサ17からの回転数信号17aとに基づき、ディーゼルエンジン1の各気筒8に燃料を噴射する燃料噴射装置18に向け燃料噴射信号18aが出力されるようになっていて、この燃料噴射信号18aの出力に際し、ディーゼルエンジン1の運転状態が制御装置15に常時把握されるようになっている。
【0023】
ここで、前記燃料噴射装置18は、各気筒8毎に装備される複数のインジェクタ19により構成されており、これら各インジェクタ19の電磁弁が前記燃料噴射信号18aにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング(開弁時期)及び噴射量(開弁時間)が適切に制御されるようになっている。
【0024】
他方、前記制御装置15では、アクセル開度信号16a及び回転数信号17aに基づき通常モードの燃料噴射信号18aが決定されるようになっている一方、パティキュレートフィルタ12の再生制御を行う必要が生じた際に、通常モードから再生モードに切り替わり、圧縮上死点(クランク角0゜)付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火又はそれに近いタイミングでポスト噴射を行うような噴射パターンの燃料噴射信号18aが決定されるようになっている。
【0025】
つまり、このようにメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射が行われると、このポスト噴射により排気ガス9中に未燃の燃料(主としてHC:炭化水素)が添加されることになり、この未燃の燃料がパティキュレートフィルタ12表面の酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により触媒床温度が上昇してパティキュレートフィルタ12内のパティキュレートが燃焼除去されることになる。
【0026】
尚、必要に応じメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行わしめるようにしても良く、このようにメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射が行われると、該アフタ噴射の燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりディーゼルエンジン1の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気ガス9の温度の上昇を図ることが可能となる。
【0027】
また、この制御装置15においては、回転センサ17からの回転数信号17aに基づきディーゼルエンジン1の回転数を抽出すると共に、アクセルセンサ16からのアクセル開度信号16aに基づく燃料噴射信号18aの決定時に判明している燃料の噴射量を抽出し、これら回転数と噴射量とによるパティキュレートの発生量マップからディーゼルエンジン1の現在の運転状態に基づくパティキュレートの基本的な発生量を推定し、この基本的な発生量に対しパティキュレートの発生にかかわる各種の条件を考慮した補正係数を掛け且つ現在の運転状態におけるパティキュレートの処理量を減算して最終的な発生量を求め、この最終的な発生量を時々刻々積算してパティキュレートの堆積量を推定するようになっており、この堆積量が所定の目標値に達したものと推定された時に通常モードから再生モードへの切り替えが成されるようになっている。
【0028】
尚、このようなパティキュレートの堆積量を推定する方法には各種の考え方があり、ここに例示した推定方法以外の手法を用いてパティキュレートの堆積量を推定することも勿論可能である。
【0029】
また、パティキュレートフィルタ12より上流側の適宜位置には、排気管11の流路を適宜な開度に絞り込む開度調整可能な排気ブレーキ20が装備されており、該排気ブレーキ20は、制御装置15からの開度指令信号20aにより開度制御されるようになっているが、本形態例においては、制御装置15にて再生モードが選択された際に、排気ブレーキ20に対し本来の作動から独立した別の作動を指令し、後述する如き排気ガスの温度を上昇させるための排気昇温手段として排気ブレーキ20を活用できるようにしてある。
【0030】
そして、以上に述べた如き制御装置15においては、再生モードでのパティキュレートフィルタ12の強制再生を実行するための運用制御と、通常のエンジン制御コンピュータとしての一般エンジン制御とを併せ持つものとなっているわけであるが、図3に示すように、制御ロジック切替手段を成すロジックR1にて、パティキュレートフィルタ12の強制再生を実行するための運用制御に必要な温度センサ14が結線されているか否かが電気信号により確認されるようになっており、このロジックR1にて、温度センサ14の結線が確認された場合に、ロジックR2が選択されて前記一般エンジン制御とパティキュレートフィルタ12の強制再生を実行するための運用制御とが併用されるようになっており、他方、ロジックR1にて、温度センサ14の結線が確認されなかった場合には、ロジックR3が選択されてパティキュレートフィルタ12の強制再生を実行するための運用制御を休眠させることで一般エンジン制御のみが実行されるようになっている。
【0031】
而して、ここに図示している例では、排気管11の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタ12が装着されており、このパティキュレートフィルタ12の強制再生を実行するための運用制御に必要な温度センサ14が制御装置15に結線されているので、この結線を電気信号により確認した制御装置15にてロジックR2が選択されて一般エンジン制御とパティキュレートフィルタ12に関する運用制御とが併用される結果、以下の通りのパティキュレートフィルタ12の強制再生が実行されることになる。
【0032】
即ち、制御装置15でパティキュレートの堆積量が所定の目標値に達したものと推定された際に、前記制御装置15による燃焼噴射制御が通常モードから再生モードへ切り替えられる結果、メイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い着火しない又は着火し難いタイミングでポスト噴射が実行され、このポスト噴射により未燃のまま排気ガス9中に添加された燃料がパティキュレートフィルタ12の酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により触媒床温度が上昇してパティキュレートフィルタ12内のパティキュレートが強制的に燃焼除去されることになる。
【0033】
しかも、このような再生モードにあっては、制御装置15から閉作動指令を開度指令信号20aとして受けた排気ブレーキ20により排気流量が絞り込まれ、これより上流側の排気ガス9が昇圧されることで排気温度の上昇が図られる。
【0034】
即ち、排気ガス9の温度Tと、排気圧力Pと、流量Vとには、下記の関係式
【数1】
P・V/T=一定
が決まっており、排気流路を絞り込んで排気圧力Pを大きくして流量Vを一定に保てば、所定の運転状態に関して排気ガス9の温度Tが大きく上昇することになる。
【0035】
また、ディーゼルエンジン1の排気抵抗が高まることにより気筒内に比較的温度の低い吸気が流入し難くなって比較的温度の高い排気ガス9の残留量が増加し、この比較的温度の高い排気ガス9を多く含む気筒内の空気が次の圧縮行程で圧縮されて爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上昇が図られる。
【0036】
他方、ここに図示されている如きパティキュレートフィルタ12が排気管11途中に装着されていない場合には、このパティキュレートフィルタ12の強制再生も当然にして不要となるわけであるから、温度センサ14の装備が不要となって該温度センサ14の結線が制御装置15で確認されなくなり、該制御装置15にてロジックR3が選択されることでパティキュレートフィルタ12の強制再生を実行するための運用制御が休眠して通常のエンジン制御コンピュータとしての一般エンジン制御のみが実行されることになる。
【0037】
尚、制御装置15に一般エンジン制御と触媒再生型のパティキュレートフィルタ12に関する運用制御とを併せ持たせること自体は、プログラム上で簡単に対処することが可能で、従来より高い演算能力を要求されるものではないので、制御装置15のコストが高騰する虞れはない。
【0038】
従って、上記形態例によれば、パティキュレートフィルタ12を装着したり、或いは、非装着のまま維持したりするだけで、自動的に制御装置15の制御ロジックが切り替わって適切な制御が実行されることになるので、パティキュレートフィルタ12の装着の有無にかかわらず制御装置15の交換を不要とすることができ、パティキュレートフィルタ12の非装着車両に関し後付けでパティキュレートフィルタ12を装着する必要が生じた際に、車両の購入者に多大な費用負担をかける虞れを解消することができる。
【0039】
尚、本発明の車両用自動切替制御装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、先の形態例においては、燃料添加手段として燃料噴射装置を採用し、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで排気ガス中に燃料を添加するようにしているが、気筒内へのメイン噴射の時期を通常より遅らせることで排気ガス中に燃料を添加するようにしても良く、更には、このように気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことにより燃料添加を行う手段だけでなく、排気管の適宜位置(排気マニホールドでも可)に燃料添加手段としてインジェクタを貫通装着し、このインジェクタにより排気ガス中に燃料を直噴して添加するようにしても良いこと、更には、排気昇温手段には必ずしも排気ブレーキを利用しなくても良く、燃料噴射装置にてメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を行わしめることで対処しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0040】
【発明の効果】
上記した本発明の車両用自動切替制御装置によれば、パティキュレートフィルタを装着したり、或いは、非装着のまま維持したりするだけで、自動的に制御装置の制御ロジックが切り替わって適切な制御が実行されることになるので、パティキュレートフィルタの装着の有無にかかわらず制御装置の交換を不要とすることができ、パティキュレートフィルタの非装着車両に関し後付けでパティキュレートフィルタを装着する必要が生じた際に、車両の購入者に多大な費用負担をかける虞れを解消することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図2】図1のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。
【図3】図1の制御装置内の制御ロジックの切り替えに関するフローシートである。
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジン(エンジン)
2 ターボチャージャ
2a コンプレッサ
2b タービン
3 エアクリーナ
4 吸気
5 吸気管
6 インタークーラ
7 吸気マニホールド
8 気筒
9 排気ガス
10 排気マニホールド
11 排気管
12 パティキュレートフィルタ
12a 流路
12b 多孔質薄壁
13 フィルタケース
14 温度センサ(各種センサ類)
14a 温度信号
15 制御装置
16 アクセルセンサ
16a アクセル開度信号
17 回転センサ
17a 回転数信号
18 燃料噴射装置(燃料添加手段:アフタ噴射に関しては排気昇温手段)
18a 燃料噴射信号
19 インジェクタ
20 排気ブレーキ(排気昇温手段)
20a 開度指令信号
Claims (3)
- 一般エンジン制御と触媒再生型のパティキュレートフィルタに関する運用制御とを併せ持ち、該触媒再生型のパティキュレートフィルタに関する運用制御は、触媒床温度を計測する温度センサの結線が電気信号により確認された時に排気ガスの温度を上昇させるように排気ブレーキを作動させる排気昇温手段によって行なうようにしており、前記パティキュレートフィルタの運用制御に必要な温度センサの結線が電気信号により確認された時に前記一般エンジン制御とパティキュレートフィルタに関する運用制御とを併用し且つ前記温度センサの結線が電気信号により確認できない時にパティキュレートフィルタに関する運用制御を休眠させて一般エンジン制御のみを実行し得るよう制御ロジック切替手段を備えたことを特徴とする車両用自動切替制御装置。
- パティキュレートフィルタに関する運用制御が、パティキュレートフィルタの上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段を制御するためのものであることを特徴とする請求項1に記載の車両用自動切替制御装置。
- パティキュレートフィルタに関する運用制御が、排気ガスの温度を上昇させる排気昇温手段を制御するためのものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用自動切替制御装置。
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