JP6972809B2 - 車輌 - Google Patents

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Description

本開示は、車輌に関する。
内燃機関(以下、「エンジン」と称する)の排気通路には、一般に、排気ガス中の粒子状物質(Particulate Matter:PM)を捕集するPMフィルタ、排気ガス中に含まれる炭化水素や一酸化窒炭素を除去する酸化触媒、及び、排気ガス中のNOxを還元浄化する選択的還元(Selective Catalytic Reduction:SCR)触媒等の排気浄化装置が配設されている。
この種の排気浄化装置は、低温下においては、内蔵する触媒が機能を発揮せず、排気ガスを、有害物質を含んだ状態で大気中に排出してしまうことが知られている。
このような背景から、始動時等、低温下において、排気浄化装置の触媒の早期活性化を行うための種々の手法が検討されている。例えば、特許文献1には、エンジン始動前において、排気ターボ過給機に設けた電動モータを始動させて過給を行うことで吸気圧力を上昇させ、この圧力上昇に伴って空気の温度を上昇させてエンジン及び排気浄化装置の昇温を行うようにすることが記載されている。
特開2004−332715号公報
しかしながら、特許文献1に記載の従来技術においては、排気浄化装置に通流する排気ガス自体の温度上昇は非常に小さいものであり、排気浄化装置を早期に昇温させるには十分ではない。
又、エンジン自体の暖機が不要又は短時間で済む車輌もあり、この種の車輌においては、車輌を走行させながら、排気浄化装置を昇温する要請もある。但し、車輌を走行させながら、エンジンの排気ガスを用いて排気浄化装置を昇温する際には、トルク不足による走行状態の不安定化も問題になる。
本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、安定した走行状態を維持しつつ、排気浄化装置の触媒の早期活性化を行うことを可能とする車輌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、
回転動力を生成するエンジンと、
前記エンジンの出力軸の回転数及びトルクを変換して、前記エンジンの回転動力を駆動輪に伝達する自動変速機と、
前記エンジンの排気通路に配設された排気浄化装置と、
前記自動変速機と前記エンジンの運転状態を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記排気浄化装置の昇温を行う際には、
前記エンジンの運転点が最適燃費線から高回転側となるように前記自動変速機に変速比を調整させると共に、アクセル開度に応じたインジェクタの燃料噴射量が燃費を優先した運転モードに比較して増加するように前記エンジンを運転させる、
車輌である。
本開示に係る車輌によれば、安定した走行状態を維持しつつ、排気浄化装置の触媒の早期活性化を行うことを可能である。
一実施形態に係る車輌の構成の一例を示す図 一実施形態に係る車輌の各運転モードにおけるエンジン本体及び自動変速機の動作態様の一例を示す図 一実施形態に係る車輌のエンジン本体がインジェクタを制御する際の制御マップの一例を示す図 一実施形態に係る車輌ECUの動作の一例を示すフローチャート 変形例1に係る車輌の各運転モードにおけるエンジン本体及び自動変速機の動作態様の一例を示す図
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構成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。
[車輌の構成]
図1は、本実施形態に係る車輌1の構成の一例を示す図である。
本実施形態に係る車輌1は、動力伝達機構として、エンジン本体10、クラッチ11、自動変速機12、プロペラシャフト13、デファレンシャルギヤ14、及び駆動輪15等を備えている。
又、本実施形態に係る車輌1は、エンジン本体10の吸排気系統として、吸気通路20、排気通路30、エアクリーナ21、ターボチャージャ22、EGR装置31、及び排気浄化装置32等を備えている。
又、本実施形態に係る車輌1は、エンジン本体10等を統括制御するための制御系統として、各種センサ51〜54、及び車輌ECU(Electronic Control Unit)60等を備えている。尚、図1中の矢印は、信号経路を表している。
エンジン本体10(本発明の「エンジン」に相当する)は、燃料を燃焼して、車輌1を走行させるための回転動力を生成する。本実施形態に係るエンジン本体10は、例えば、ディーゼルエンジンである。
エンジン本体10は、燃料を噴射するインジェクタ(図示せず)、及び当該インジェクタを制御するエンジンECU(図示せず)を有している。そして、エンジンECUは、車輌ECU60からの制御信号に基づいて、所定の運転特性(後述する最適燃費モード、排ガス昇温モード)となるように、インジェクタから噴射する燃料の噴射タイミング、及び噴射量等を制御する。
自動変速機12は、クラッチ11を介してエンジン本体10の出力軸と接続されており、エンジン本体10の出力軸の回転数及びトルクを変換して、エンジン本体10の回転動力をプロペラシャフト13に伝達する。そして、当該回転動力は、プロペラシャフト13から、デファレンシャルギヤ14を介して、駆動輪15に伝達される。
自動変速機12としては、典型的には、ベルト式やトロイダル式の無段変速機(CVT)が用いられる。
自動変速機12は、変速比を切り替えるアクチュエータ(図示せず)、及び当該アクチュエータを動作させる変速機ECU(図示せず)を有している。変速機ECUは、車輌ECU60からの制御信号に基づいて、エンジン本体10が所定の運転点(後述する最適燃費モード、排ガス昇温モード)で運転し得るように、変速比を変化させる。
吸気通路20は、吸気口20aから新気(空気)を吸入し、エンジン本体10に当該新気を供給する配管である。吸気通路20には、上流側の吸気口20aからエンジン本体10の燃焼室にかけて、順に、エアクリ−ナ21、ターボチャージャ22のコンプレッサ、及び、吸気スロットルバルブ23等が設けられている。
排気通路30は、エンジン本体10から排出される燃焼後の排気ガスを、車輌1の外部に排出する配管である。排気通路30には、エンジン本体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、排気浄化装置32等が設けられている。
排気浄化装置32は、排気通路30内に設けられた不純物除去フィルタである。排気浄化装置32は、例えば、排気ガス中のPMを捕集するPMフィルタ32a、及び、NOxを還元浄化するSCR触媒32b等を含んで構成される。
尚、排気浄化装置32は、上記したように、低温下(例えば、始動時)には、内蔵する触媒が不純物を除去するフィルタとしての機能を発現できない。特に、SCR触媒32bは、昇温に時間を要することが知られている。そのため、本実施形態においては、排気浄化装置32が低温である場合には、車輌ECU60の制御のもと、排気ガスの高熱化が行われ、排気浄化装置32の昇温が実行される(詳細は後述)。
各種センサ51〜54は、車輌1の各部の状態等を検出するために設けられている。各種センサ51〜54としては、具体的には、運転者が行うアクセル操作を検出するアクセル開度センサ51、エンジン本体10の出力軸の回転数を検出するクランク角センサ52、車輌1の車速を検出する車速センサ53、及び、排気浄化装置32の触媒温度を検出する温度センサ54等が備え付けられている。尚、これらの各種センサ51〜54は、公知のセンサで実現される。
各種センサ51〜54は、検出により得られた情報を検出信号として、逐次、車輌ECU60に送信する(図1中の点線)。又、各種センサ51〜54の検出信号は、車輌ECU60を介して、エンジンECUや変速機ECUにも、逐次伝送される。
車輌ECU60(本発明の「制御装置」に相当する)は、車輌1の運転状態を統括制御する電子制御ユニットである。車輌ECU60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。車輌ECU60は、車輌1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。尚、図1中の点線矢印は、信号経路を表している。
車輌ECU60は、例えば、昇温要否判定部61及び運転モード設定部62を備えている。
昇温要否判定部61は、排気浄化装置32の昇温が必要か否かを判定する。
具体的には、昇温要否判定部61は、温度センサ54から取得した排気浄化装置32の温度情報を読み出し、当該排気浄化装置32が第1の閾値温度(例えば、30℃)以下である場合、当該排気浄化装置32の昇温が必要であると判断して、昇温要求フラグを生成する。又、昇温要否判定部61は、排ガス昇温モード実行中に、排気浄化装置32が第2の閾値温度(例えば、170℃)を超えた場合、昇温要求フラグを取り消す。
尚、昇温要否判定部61は、車輌始動時には、排気浄化装置32の温度を検出することなく、排気浄化装置32の昇温が必要と判定してもよい。
運転モード設定部62は、エンジン本体10と自動変速機12とが協調動作するように、エンジン本体10及び自動変速機12の動作態様を規定する運転モードを設定する。
具体的には、運転モード設定部62は、昇温要否判定部61が昇温要求フラグを生成した場合、排気浄化装置32に対して高温な排気ガスが排出されるように、排ガス昇温モードにて、エンジン本体10及び自動変速機12を動作させる。そして、運転モード設定部62は、昇温要否判定部61が昇温要求フラグを取り消すに応じて、最適燃費モードにて、エンジン本体10及び自動変速機12を動作させる。
尚、上記した昇温要否判定部61、及び運転モード設定部62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。
[車輌の動作]
次に、図2〜図4を参照して、排気浄化装置32を昇温する際の車輌1の動作の一例について説明する。
図2は、各運転モードにおけるエンジン本体10及び自動変速機12の動作態様の一例を示す図である。
図2において、横軸はエンジン本体10のエンジン回転数[rpm]を示し、縦軸はエンジン本体10のエンジントルク[N・m]を示している。図2中の最外側の太線で示す曲線Laはエンジン本体10の最大トルク線(エンジン回転数毎の最大トルクを表す)を示し、その内側に細線で示す曲線Lbはエンジン本体10の等出力線[W]を示している。
図2中の点線L1及びL2は、自動変速機12が変速比を制御する際に基準とする変速線であり、点線L1は最適燃費モードの変速線、点線L2は排ガス昇温モードの変速線を示している。尚、自動変速機12の変速比は、例えば、エンジントルクが大きくなるにつれて、1速から2速、2速から3速…のように、変速線L1又はL2に沿って段階的に小さくなる。
最適燃費モードの変速線L1は、最適燃費線と略一致するように設定され、排ガス昇温モードの変速線L2は、当該最適燃費線から高回転側に設定されている。尚、最適燃費線は、エンジン本体10のエンジン回転数[rpm]とエンジントルク[N・m]との関係が、最適な燃費となる量的関係を表したものである。
又、図2中の点P1及びP2は、それぞれ、要求トルク[N・m]をT0としたときの、最適燃費モードにおけるエンジン本体10の運転点、及び、排ガス昇温モードにおけるエンジン本体10の運転点を示している。尚、自動変速機12の変速比は、例えば、図2中の運転点P1では1速、運転点P2では2速のように、運転点P1の方が運転点P2よりも変速比が大きくなっている。
本実施形態に係る自動変速機12は、最適燃費モードにおいては、エンジン本体10の運転点(運転中のエンジン本体10のエンジン回転数及びエンジントルクを表す。以下同じ)が変速線L1上となるように変速比を制御し、排ガス昇温モードにおいては、エンジン本体10の運転点が変速線L2上となるように変速比を制御する。
換言すると、本実施形態に係るエンジン本体10は、最適燃費モードにおいては、アクセル開度に応じた要求トルク[N・m]と変速線L1の交点の運転点(例えば、図2中の変速線L1上の運転点P1)で運転し、排ガス昇温モードにおいては、アクセル開度に応じた要求トルク[N・m]と変速線L2の交点の運転点(例えば、図2中の変速線L2上の運転点P2)で運転する。
尚、自動変速機12(変速機ECU)は、例えば、上記した変速線L1及びL2に対応する制御マップを予め用意しておき、運転中のエンジン本体10のエンジントルク(又はアクセル開度から推定される要求トルク)とエンジン回転数(又は車速)と、に基づいて、エンジン本体10の運転点が変速線L1又はL2上となるように変速比を制御する。
このように、本実施形態に係るエンジン本体10は、最適燃費モードにおいては、燃費を優先するため、要求トルクが小さい領域ではエンジン回転数も低い状態で運転する。これに対し、エンジン本体10は、排ガス昇温モードにおいては、要求トルクが小さい領域においてもエンジン回転数が最適燃費モードよりも高い運転点、即ち高負荷状態で運転する。これによって、エンジン本体10から高温な排気ガスが排気浄化装置32に通流することになる。尚、この際、エンジン本体10は、より好適には、より高温な排気ガスを生成するためアフター噴射等を利用する(変形例2で後述)。
加えて、エンジン本体10は、排ガス昇温モードにおいては、車輌1がトルク不足によって減速状態となることを回避するため、アクセル開度に応じた燃料噴射量が最適燃費モードよりも増加するように、インジェクタを制御する(図3を参照)。
図3は、エンジン本体10がインジェクタを制御する際の制御マップの一例を示す図である。
図3の横軸はエンジン回転数[rpm],縦軸はインジェクタの燃料噴射量[m/s]であり、図3中には、一例として、アクセル開度が100%のときの制御マップ、アクセル開度が30%のときの制御マップ、アクセル開度が0%のときの制御マップを示す。又、図3中の実線は、最適燃費モードにおけるインジェクタの制御マップを示し、点線は、排ガス昇温モードにおけるインジェクタの制御マップを示す。
エンジン本体10(エンジンECU)は、かかる制御マップを用いて、アクセル開度に応じた燃料噴射量を燃料噴射するように、インジェクタを制御する。
尚、排ガス昇温モードにおける制御マップは、典型的には、アクセル開度[%]に応じて生成されるエンジントルクが最適燃費モードの際と同程度となるように設定される。これによって、運転者がアクセル操作により期待するエンジントルク[N・m]を、排ガス昇温モードの際と最適燃費モードの際とで、同程度にすることができる。
このように、本実施形態に係るエンジン本体10は、排ガス昇温モードにおいては、自動変速機12との協調制御とアクセル開度に応じた燃料噴射量の増加により、トルク不足を回避しながら、高温な排気ガスを排気浄化装置32に通流させる。
図4は、車輌ECU60の動作の一例を示すフローチャートである。
図4に示すフローチャートは、例えば、車輌ECU60がコンピュータプログラムに従って、所定間隔(例えば、1秒毎)で実行するものである。
ステップS1において、車輌ECU60は、排気浄化装置32の温度情報を読み出し、排気浄化装置32の温度が第1の閾値温度(例えば、30℃)以下か否かを判定する。車輌ECU60は、排気浄化装置32の温度が第1の閾値温度以下であると判定した場合(ステップS1:YES)、続くステップS2の処理を実行する。一方、車輌ECU60は、排気浄化装置32の温度が第1の閾値温度以下ではないと判定した場合(ステップS1:NO)、一連のフローを終了する。
ステップS2において、車輌ECU60は、エンジン本体10(エンジンECU)及び自動変速機12(変速機ECU)に対して制御信号を出力して、エンジン本体10及び自動変速機12の運転モードを排ガス昇温モードに設定する。エンジン本体10及び自動変速機12においては、これによって、上記した排ガス昇温モードにおける制御が実行されることになる。
ステップS3において、車輌ECU60は、排気浄化装置32の温度情報を監視し、排気浄化装置32の温度が第2の閾値温度(例えば、170℃)を超えることを待ち受ける(ステップS3:NO)。そして、車輌ECU60は、排気浄化装置32の温度が第2の閾値温度が超えた場合(ステップS3:YES)、続くステップS4の処理を実行する。
ステップS4において、車輌ECU60は、エンジン本体10(エンジンECU)及び自動変速機12(変速機ECU)に対して制御信号を出力して、エンジン本体10及び自動変速機12の運転モードを最適燃費モードに設定する。エンジン本体10及び自動変速機12においては、これによって、上記した最適燃費モードにおける制御が実行されることになる。
以上のように、本実施形態に係る車輌1は、排気浄化装置32の昇温の要否を判定し、排気浄化装置32の昇温が必要な場合には、排ガス昇温モードにて、自動変速機12とエンジン本体10とを協調制御する。つまり、本実施形態に係る車輌1は、排ガス昇温モードにおいては、エンジン本体10の運転点が最適燃費線上の運転点から高回転側となるように自動変速機12に変速比を制御させると共に、アクセル開度に応じた燃料噴射量が最適燃費モードの際よりも増加するようにエンジン本体10に高回転の高負荷状態で運転させる。
本実施形態に係る車輌1は、これによって、安定した走行状態を維持しつつ、高温な排気ガスにより排気浄化装置32の触媒の早期活性化を実現することができる。そして、排気浄化装置32の昇温が完了した後には、運転者の操作によることなく自動的に、燃費が良好な最適燃費モードに移行することができる。
(変形例1)
排ガス昇温モードにおいては、自動変速機12は、排気浄化装置32の温度が上昇するにつれて、エンジン本体10の運転点が最適燃費線上の運転点に近づくように変速比を制御するのがより好適である。
図5は、変形例1に係るエンジン本体10及び自動変速機12の動作態様を示す図である。
図5中には、図2の変速線L2に代えて、排ガス昇温モード開始時の変速線L2aと、排ガス昇温モードから最適燃費モードに移行する時の変速線L2bとを示している。
変形例1に係る自動変速機12は、排ガス昇温モード開始時には、エンジン本体10の運転点が変速線L2a上になるように、変速比を制御する。そして、自動変速機12は、排ガス昇温モードを実行している際に排気浄化装置32がある程度まで昇温(例えば、100℃)された場合、エンジン本体10の運転点が変速線L2b上になるように、変速比を制御する。そして、自動変速機12は、排気浄化装置32の昇温が完了するに応じて、最適燃費モードに移行する。
このように、エンジン本体10の運転点が段階的に最適燃費線上の運転点に近づくように変速比を制御することによって、高負荷状態が長期化することによるエンジン本体10の耐久性の低下等を回避することができる。
(変形例2)
排ガス昇温モードにおいては、エンジン本体10は、圧縮上死点直前に行うメイン噴射に加えて、ポスト噴射又はアフター噴射の少なくともいずれかを行うのがより好適である。
アフター噴射は、メイン噴射の燃え残った燃料を完全燃焼させるとともに、排ガス温度を高めて排ガス処理の効率を高めることができる。又、ポスト噴射は、燃料の一部を未燃のまま排出し、排気浄化装置32に設けた酸化触媒(図示せず)等で燃焼させ、排ガス温度を高めることができる。
このように、メイン噴射に加えて、ポスト噴射又はアフター噴射を行うことによって、より高温の排気ガスを排気浄化装置32に通流させることができる。
(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。
上記実施形態では、制御マップの一例を図2、図3に示した。しかしながら、自動変速機12が変速比を制御する際及びエンジン本体10がインジェクタを制御する際に参照するデータは、種々に変形可能である。例えば、エンジン本体10は、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、生成するべきエンジントルクを設定し、当該エンジントルクを生成するように燃料噴射量を決定してもよい。又、車輌ECU60が、アクセル開度とエンジン本体10の運転点とから、続くタイミングにおいてエンジン本体10の運転点が変速線L1又はL2上になるように、統括的に、エンジン本体10の燃料噴射量及び自動変速機12の変速比等を決定してもよい。
又、上記実施形態では、車輌1の制御系統の一例として、自動変速機12を制御する変速機ECU、エンジン本体10を制御するエンジンECU、及び車輌ECU60がそれぞれ別個に設けられる態様を示した。しかしながら、これらの構成は、一のコンピュータによって実現されてもよいし、複数のコンピュータによって実現されてもよいのは勿論である。
又、上記実施形態では、車輌1の一例として、ディーゼルエンジン車輌に適用した態様ついて説明した。但し、本発明に係る車輌1は、ガソリンンジン車輌にも適用し得る。又、本発明に係る車輌1の駆動源としては、エンジン本体10に加えて、モータが用いられてもよい。
又、上記実施形態では、自動変速機12の一例として、無段変速機(CVT)を示したが、有段式の自動変速機(AT)、デュアルクラッチ式の自動変速機(DCT)等が用いられてもよい。
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。
本開示に係る車輌によれば、安定した走行状態を維持しつつ、排気浄化装置の触媒の早期活性化を行うことを可能である。
1 車輌
10 エンジン本体
11 クラッチ
12 自動変速機
13 プロペラシャフト
14 デファレンシャルギヤ
15 駆動輪
20 吸気通路
21 エアクリーナ
22 ターボチャージャ
23 吸気スロットルバルブ
30 排気通路
31 EGR装置
32 排気浄化装置
51 アクセル開度センサ
52 クランク角センサ
53 車速センサ
54 温度センサ
60 車輌ECU

Claims (7)

  1. 回転動力を生成するエンジンと、
    前記エンジンの出力軸の回転数及びトルクを変換して、前記エンジンの回転動力を駆動輪に伝達する自動変速機と、
    前記エンジンの排気通路に配設された排気浄化装置と、
    前記自動変速機と前記エンジンの運転状態を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記排気浄化装置の昇温を優先した排ガス昇温モードで前記エンジンを動作させる際には、
    前記エンジンの運転点が最適燃費線から高回転側となるように前記自動変速機に変速比を調整させると共に、アクセル開度に応じたインジェクタの燃料噴射量が燃費を優先した最適燃費モードに比較して増加するように前記エンジンを運転させ、
    前記制御装置は、
    前記最適燃費モード及び前記排ガス昇温モードそれぞれの用に設定された前記エンジンの運転時のエンジン回転数とエンジントルクとの関係を規定する第1及び第2変速線と、前記アクセル開度に応じた要求トルクと、に基づいて、前記自動変速機の変速比及び前記エンジンの燃料噴射量を決定しており、
    前記アクセル開度が同一である場合、前記最適燃費モードにおけるエンジントルクと前記排ガス昇温モードにおけるエンジントルクとが同一となるように、前記自動変速機の変速比及び前記エンジンの燃料噴射量を決定する、
    車輌。
  2. 前記制御装置は、前記排気浄化装置の昇温の要否を判定し、当該昇温が必要な場合には、前記排ガス昇温モードで前記自動変速機及び前記エンジンを運転させ、当該昇温が完了するに応じて、前記最適燃費モードで前記自動変速機及び前記エンジンを運転させる、
    請求項1に記載の車輌。
  3. 前記制御装置は、前記排気浄化装置の温度に基づいて、前記排気浄化装置の昇温の要否及び前記排気浄化装置の昇温の完了を判定する、
    請求項2に記載の車輌。
  4. 前記制御装置は、前記排ガス昇温モードで前記エンジンを動作させる際には、
    前記排気浄化装置の温度が上昇するにつれて前記エンジンの運転点が最適燃費線に近づくように、前記自動変速機に変速比を調整させる、
    請求項1乃至3のいずれか一項に記載の車輌。
  5. 前記制御装置は、前記排ガス昇温モードで前記エンジンを動作させる際には、
    圧縮上死点直前に行うメイン噴射に加えて、ポスト噴射又はアフター噴射の少なくともいずれかを行うように、前記エンジンを運転させる、
    請求項1乃至4のいずれか一項に記載の車輌。
  6. 前記自動変速機は、無段変速機である、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の車輌。
  7. 前記排気浄化装置は、SCR触媒を含む、
    請求項1乃至6のいずれか一項に記載の車輌。

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