JP2009108775A - 内燃機関排気絞り弁開度制御装置 - Google Patents

内燃機関排気絞り弁開度制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】排気絞り弁を有する内燃機関において内燃機関保護のために排気温や排気背圧の過剰な上昇を招かずに適切な排気絞り弁開度制御を可能とする。
【解決手段】PM再生時に排気絞り弁を閉状態にする前提条件(S108,S110,S112)が不成立(NO)であると判定された場合には、補機類であるエアコン、ラジオ、電動ファンについてオンからオフに切り替える。このことにより前提条件の成立性を高めた結果、実際に前提条件が成立(YES)した場合には、排気絞り弁を閉状態に駆動することができる(S114)。このように排気絞り弁が閉状態に移行できることにより、パティキュレートフィルタ(DPF)の床温制御が安定したものとなり、十分な床温維持が可能となって、DPFの再生が迅速に実行できるようになる。こうして排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となるため、安定したPM再生処理が実行できる。
【選択図】図2

Description

本発明は、内燃機関の排気経路に配置された排気絞り弁の開度により内燃機関の運転状態を調節可能とした内燃機関排気絞り弁開度制御装置に関する。
ディーゼルエンジンの排気浄化のために、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタが用いられている。このパティキュレートフィルタの目詰まりを防止するために、堆積したパティキュレートを焼却することによりパティキュレートフィルタを再生している(例えば特許文献1,2参照)。
特許文献1,2では排気絞り弁を備え、この排気絞り弁の開度を調節することでパティキュレートフィルタの床温を調節して効果的な再生を実行している。すなわちパティキュレートフィルタの床温が低い場合には排気絞り弁を閉じ方向に駆動することにより、排気背圧や排気温を上昇させ、このことにより排気からパティキュレートフィルタへの伝熱量を高めてパティキュレートフィルタの床温を高めている。逆にパティキュレートフィルタの床温が高すぎる場合には排気絞り弁を開き方向に駆動することにより、排気背圧や排気温を低下させ、このことにより排気からパティキュレートフィルタへの伝熱量を低くしてパティキュレートフィルタの床温を抑制している。
特開2007−16653号公報(第8−10頁、図6) 特開2006−152870号公報(第11−15頁、図2−4)
排気温や排気背圧の上昇は排気絞り弁によらず内燃機関運転状態によっても引き起こされる。例えば内燃機関出力に基づいて駆動される補機類(エアコン、ラジオ、電動ファンなど)をオン操作することにより、内燃機関に対する負荷が増加することによっても引き起こされる。
このように補機類・オンにより排気温や排気背圧の上昇が引き起こされるおそれがある場合には、内燃機関の保護と同時にパティキュレートフィルタについても過剰床温防止のため、特許文献1,2では閉じていた排気絞り弁を開方向に制御することになる。
しかし排気絞り弁を開いてしまうと、実際にはパティキュレートフィルタの床温制御が安定したものとならず、十分な床温維持ができずにパティキュレートフィルタの再生が迅速に実行できなくなるおそれがある。
本発明は、内燃機関保護のために排気温や排気背圧の過剰な上昇を招かずに適切な排気絞り弁開度制御が可能な内燃機関排気絞り弁開度制御装置を目的とするものである。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の内燃機関排気絞り弁開度制御装置は、内燃機関の排気経路に配置された排気絞り弁の開度により内燃機関の運転状態を調節可能とした内燃機関排気絞り弁開度制御装置であって、前記排気絞り弁の開度を低下させる前提条件の成立有無を判定する前提条件判定手段と、前記前提条件判定手段にて前記前提条件が成立していると判定された場合には、前記排気絞り弁の開度を低下させる排気絞り実行手段と、前記前提条件判定手段にて前記前提条件が不成立であると判定された場合には、前記前提条件の成立有無判定にて判定対象となる内燃機関運転状態を表す物理量を、前記前提条件の成立性を高める方向に調節する内燃機関運転状態調節手段とを備えたことを特徴とする。
内燃機関運転状態調節手段は、排気絞り弁の開度を低下させる前提条件が不成立であると判定された場合には、前提条件成立有無判定にて判定対象となっている内燃機関運転状態を表す物理量を調節し、このことにより前提条件の成立性を高めている。
このように前提条件成立性を高めた結果、前提条件判定手段にて前提条件が成立しているとして、不成立状態から判定が変化した場合には、排気絞り実行手段は排気絞り弁の開度を低下させることができるようになる。
このことにより、前提条件が不成立であることで内燃機関運転状態が排気絞り弁の開度を低下させられない状態であったとしても、内燃機関運転状態調節手段が機能することで排気絞り弁の開度低下を実現できるようになる。このように排気絞り弁が閉じ側に移行できることにより、本来の排気絞り弁の開度調節に近づきあるいは同一となる。
したがって排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく、内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となる。
請求項2に記載の内燃機関排気絞り弁開度制御装置では、請求項1において、本装置は、内燃機関の排気経路に配置されたパティキュレートフィルタの再生時に、該パティキュレートフィルタの下流に配置された前記排気絞り弁の開度により再生状態を調節可能とする装置であることを特徴とする。
排気絞り弁が閉じ側に移行できることにより、パティキュレートフィルタの再生時におけるパティキュレートフィルタの床温制御が安定したものとなり、十分な床温維持が可能となって、パティキュレートフィルタの再生が迅速に実行できるようになる。
こうして排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となるため、安定したパティキュレートの再生処理を実行できる。
請求項3に記載の内燃機関排気絞り弁開度制御装置では、請求項2において、前記排気絞り実行手段にて前記排気絞り弁の開度を低下させた後に、前記前提条件判定手段にて前記前提条件が不成立であると判定された場合には、前記排気絞り弁の開度を復帰させる排気絞り復帰手段を備えたことを特徴とする。
尚、排気絞り実行手段が排気絞り弁の開度を低下させた後、PM再生中に何らかの原因で前提条件が不成立となる場合がある。この場合には、排気絞り復帰手段が、排気絞り弁の開度を復帰させることができる。このことによりPM再生期間の途中で排気温や排気背圧が過剰上昇したりすることを防止できる。
請求項4に記載の内燃機関排気絞り弁開度制御装置では、請求項2又は3において、前記内燃機関運転状態を表す物理量は、パティキュレートフィルタの床温に寄与する物理量であることを特徴とする。
前提条件成立有無判定にて判定対象となる内燃機関運転状態を表す物理量としては、パティキュレートフィルタの床温に寄与する物理量を挙げることができる。このことによりパティキュレートフィルタの床温制御が安定したものとなり、十分な床温維持が可能となって、パティキュレートフィルタの再生が迅速に実行できるようになる。
請求項5に記載の内燃機関排気絞り弁開度制御装置では、請求項4において、前記パティキュレートフィルタの床温に寄与する物理量は、燃料供給量、排気温及び排気背圧のいずれか又は2つ以上の組み合わせであることを特徴とする。
パティキュレートフィルタの床温に寄与する物理量は、燃料供給量、排気温及び排気背圧のいずれか又は2つ以上の組み合わせを挙げることができる。このことにより排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となるため、安定したパティキュレートの再生処理が可能となる。
請求項6に記載の内燃機関排気絞り弁開度制御装置では、請求項4又は5において、前記物理量のいずれかが内燃機関の負荷耐久性上の境界を示す基準値よりも高負荷側である場合に前記前提条件は不成立となり、前記物理量の全てが前記基準値よりも高負荷側でない場合に前記前提条件は成立することを特徴とする。
このように前提条件成立有無を判定することにより、排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となる。
請求項7に記載の内燃機関排気絞り弁開度制御装置では、請求項2〜6のいずれかにおいて、前記内燃機関運転状態調節手段は、内燃機関の出力に基づいて駆動される補機類の稼働停止により、前記物理量を、前記前提条件の成立性を高める方向に調節することを特徴とする。
このように補機類の稼働停止により、内燃機関での消費エネルギーが小さくなる。したがって排気温や排気背圧が過剰に上昇しにくくなる。その結果、前提条件の成立性が高まることになり、排気絞り実行手段は排気絞り弁の開度を低下させることができるようになる。
こうして排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となる。
請求項8に記載の内燃機関排気絞り弁開度制御装置では、請求項7において、前記補機類は、エアコン及び電動機器のいずれか又は両方であることを特徴とする。
補機類としてはエアコン及び電動機器のいずれか又は両方を挙げることができる。前提条件が不成立である場合には、これらの補機類の稼働を停止することにより、前提条件の成立性を高めることができる。
請求項9に記載の内燃機関排気絞り弁開度制御装置では、請求項2〜8のいずれかにおいて、前記各手段は、パティキュレートフィルタの手動再生時に機能することを特徴とする。
特に手動再生は、パティキュレートフィルタ再生を実行しにくい内燃機関回転数と負荷とが低い状態にある時に要求されるが、この手動再生が開始されると、パティキュレートを効率的に焼却させるために内燃機関回転数や負荷を高める必要がある。このために燃料供給量などの増大と共に排気絞り弁を閉じる必要性が高まる。したがって前提条件の成立性を高めることが重要となるが、本発明では、前提条件不成立時には内燃機関運転状態調節手段が機能することで前提条件の成立性を高めることができるので、排気絞り弁の開度低下を実現できるようになる。
このことにより手動再生時にも排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となり、安定したパティキュレートの再生処理が可能となる。
[実施の形態1]
図1は、本発明が適用された内燃機関としてのディーゼルエンジン(以下、エンジンと略す)2、及びその制御系の概略構成を示している。エンジン2は車両駆動用の内燃機関であり、その出力により車両を走行駆動させるものである。このエンジン2の各気筒4には、吸気弁6、排気弁8及び燃焼室へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁10が配置されている。
燃料噴射弁10は燃料を所定圧まで蓄圧するコモンレール12と連通し、コモンレール12は燃料供給管14を介してエンジン2により回転駆動される燃料ポンプ16に連通している。コモンレール12から各気筒4の燃料噴射弁10へ分配される加圧燃料は、燃料噴射弁10に所定の駆動電流が印加されることで燃料噴射弁10が開弁し、その結果、燃料噴射弁10から気筒4内へ燃料が噴射される。
エンジン2にはインテークマニホールド18が接続されており、インテークマニホールド18の各枝管は、各気筒4の燃焼室に対して吸気ポートを介して連通している。インテークマニホールド18は吸気管20に接続され、吸気管20は上流側でエアクリーナ22に接続されている。吸気管20の途中には、ターボチャージャ24のコンプレッサ24aが配置されている。このコンプレッサ24aはタービン24b側の回転により吸気を圧縮する。
コンプレッサ24aより下流の吸気管20には、コンプレッサ24aにて圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ26が配置されている。インタークーラ26より下流の吸気管20には、吸気量を絞る吸気絞り弁28が取り付けられ、この吸気絞り弁28は電動アクチュエータ30により開度調節がなされる。
エンジン2にはエキゾーストマニホールド32が接続され、エキゾーストマニホールド32の各枝管は排気ポートを介して各気筒4の燃焼室に連通している。エキゾーストマニホールド32はターボチャージャ24のタービン24bを介して排気管34に接続されている。タービン24bは内部のタービンホイールが排気の圧力を受けて回転し、コンプレッサ24a側に回転駆動力を伝達している。
排気管34の途中には排気浄化装置36が配置されている。排気浄化装置36内には、上流側に酸化触媒(以下、DOCと称する)36a、下流側にパティキュレートフィルタ(以下、DPFと称する)36bが配置されている。DOC36aとDPF36bとの間には触媒床温センサ38が配置されており、DOC36aからDPF36bに流れ込む排気の温度を床温として検出している。尚、排気浄化装置36の上流側にも排気温センサ40が配置されて、排気浄化装置36に流れ込む排気の温度を検出している。更にタービン24bと排気浄化装置36との間に排気背圧センサ41が設けられて排気背圧Eprを検出している。又、排気浄化装置36の上流側と下流側との排気差圧ΔPexを排気差圧センサ42が検出している。
エキゾーストマニホールド32には燃料ポンプ16から燃料が供給される燃料添加弁37が設けられ、パティキュレート(以下、PMと略す)再生時には排気中に燃料を添加することで、排気浄化装置36に燃料を供給している。この燃料は、DOC36aにて酸化されることで発熱し、DPF36bの床温が上昇して、DPF36b内に堆積しているPMが焼却される。
排気浄化装置36より下流の排気管34には、排気流量を調節する排気絞り弁44が設けられている。この排気絞り弁44の開閉動作はアクチュエータ44aにより行われる。
インテークマニホールド18は、エキゾーストマニホールド32内を流れる排気の一部を、排気再循環通路(EGR通路)46を介して導入している。このEGR通路46の途中には、EGR通路46内を流れるEGRガスの流量を調節するEGR弁48が設けられている。EGR弁48より上流の部位にはEGRガスを冷却するEGRクーラ50が設けられている。
このようなエンジン2に対してエンジン運転状態を制御するための電子制御ユニット(ECU)52が設けられている。このECU52は、エンジン運転状態やドライバーの要求に応じてエンジン運転を制御する制御回路であり、CPU、ROM、RAM、及びバックアップRAM等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成されている。
ECU52には、前述した触媒床温センサ38、排気温センサ40、排気背圧センサ41及び排気差圧センサ42が接続されている。更にエンジン2のクランク軸2aの回転(エンジン回転数NE)を検出するクランク角センサ54、エンジン冷却水温度を検出する冷却水温センサ56、アクセルペダルの操作量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ58が接続されている。更にコモンレール12の燃料圧力を検出する燃料圧力センサ60、吸入空気量GAを検出する吸気量センサ62、補機類の操作スイッチ類65、手動再生スイッチ66、その他のセンサ・スイッチ類が接続されている。このことにより各種センサ・スイッチ類の出力信号がECU52に入力される。尚、補機類の操作スイッチ類65としては、エアコンスイッチ65a、ラジオスイッチ65b、電動ファンスイッチ65c等である。エアコンスイッチ65aがオンされると、クラッチ64aが係合され、エンジン2のクランク軸2aから、エアコン64のコンプレッサにクラッチ64aを介して回転力が伝達されることでエアコン64が駆動される。ラジオスイッチ65bがオンされると、クランク軸2aにより回転されるオルタネータの発電により蓄電されるバッテリーからの電気エネルギーによりラジオが作動する。電動ファンスイッチ65cがオンされると、同じくバッテリーからの電気エネルギーにより車室空調用の電動ファンが作動する。
ECU52は、燃料噴射弁10、EGR弁48、吸気絞り弁28用のアクチュエータ30、排気絞り弁44用のアクチュエータ44a、クラッチ64aが電気的に接続されることで、ECU52は各機構の駆動制御を実行している。更に、ECU52は、排気浄化装置36にて手動再生が必要なPM堆積量(後述する基準値A以上)となると、DPFランプ68の点灯によりドライバーに手動再生要求を報知している。
次にECU52にて実行される排気絞り弁開度制御処理を図2,3のフローチャートに示す。この処理は一定時間周期あるいは一定クランク角周期で割り込み実行される。尚、個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「S〜」で表す。
本処理(図2,3)が開始されると、まず待機中でないか否かを判定する(S100)。この待機は後述するエンジン2に対する負荷を低減した場合にエンジン運転状態が安定化するまでの待機であり、当初は待機時間が設定されていないので(S100でYES)、次にPM堆積量が基準値A(g)以上か否かを判定する(S102)。PM堆積量は、エンジン運転状態及びPM再生状態に基づいて推定計算されている。基準値Aは、手動再生要求PM堆積量として設定された基準値であり、PM堆積量が手動再生要求に必要なPM堆積量に到達したか否かを判定するものである。
PM堆積量<Aであれば(S102でNO)、このまま本処理を出る。
その後、エンジン2の運転継続によりPM堆積量が増加してPM堆積量≧Aとなれば(S102でYES)、次にドライバーによる手動再生スイッチ66のオン操作があったか否かを判定する(S104)。前述したごとくにDPFランプ68が点灯されてもドライバーが手動再生スイッチ66をオンしていなければ(S104でNO)、このまま本処理を出る。
DPFランプ68の点灯に対して、ドライバーが車両停止時に応答して手動再生スイッチ66を押した場合には(S104でYES)、次に目標アイドル回転数として手動再生時アイドル回転数B(rpm:例えば1200rpm)を設定する(S106)。
次にエンジン2に対する燃料供給量である燃料噴射弁10による燃料噴射量が、基準噴射量C(mm3/st)より小さいか否かを判定する(S108)。この基準噴射量Cは排気絞り弁44を閉にするか開にするかを判定するための基準値である。基準噴射量Cよりも燃料噴射量が少なければ、排気絞り弁44を閉状態としても排気の過熱とこれによる排気浄化装置36の過熱とを招きにくいことから、排気絞り弁44を閉状態とする前提条件の内の1条件が満足されたことになる。
ここで燃料噴射量<Cであれば(S108でYES)、次に排気温センサ40にて検出される排気温Tcat(℃)が基準排気温Dより低いか否かを判定する(S110)。この基準排気温Dは排気絞り弁44を閉にするか開にするかを判定するための基準値である。基準排気温Dよりも排気温Tcatが低ければ、排気絞り弁44を閉状態としても排気の過熱とこれによる排気浄化装置36の過熱とを招きにくいことから、排気絞り弁44を閉状態とする前提条件の内の1条件が満足されたことになる。
ここでTcat<Dであれば(S110でYES)、次に排気背圧センサ41にて検出される排気背圧Epr(Pa)が基準排気背圧Eより低いか否かが判定される(S112)。この基準排気背圧Eは排気絞り弁44を閉にするか開にするかを判定するための基準値である。基準排気背圧Eよりも排気背圧Eprが低ければ、排気絞り弁44を閉状態としても排気の過熱とこれによる排気浄化装置36の過熱とを招きにくいことから、排気絞り弁44を閉状態とする前提条件の内の1条件が満足されたことになる。
上述したステップS108,S110,S112の3条件の論理積が排気絞り弁44の開度を低下(ここでは閉とする)させる前提条件である。すなわち基準噴射量C、基準排気温D及び基準排気背圧Eが内燃機関の負荷耐久性上の境界を示す基準値となっている。
この3条件の全てが満足されると(S108でYES、S110でYES及びS112でYES)、排気絞り弁44用のアクチュエータ44aを閉駆動して排気絞り弁44を閉状態とする(S114)。
そして次に燃料添加条件が成立したか否かを判定する(S116)。例えばエンジン回転数NEが過渡時であって安定していない場合には燃料添加条件は不成立となる。ここで燃料添加条件が不成立であれば(S116でNO)、一旦本処理を出る。
燃料添加条件が成立していれば(S116でYES)、燃料添加実行の設定がなされる(S118)。このことにより図4のフローチャートに示す燃料添加処理にて実質的な処理を開始することになる。
燃料添加処理(図4)は一定時間周期あるいは一定クランク角周期で割り込み実行される。燃料添加処理(図4)では、まず、燃料添加実行設定時か否かを判定する(S150)。ここで図2のステップS118にて述べた燃料添加実行設定がなされていなければ(S150でNO)、このまま一旦本処理を出る。
図2のステップS118にて燃料添加実行設定がなされると(S150でYES)、PM堆積量が0か否かを判定する(S152)。当初はPM堆積量>0であるので(S152でNO)、再生制御としてPM再生のための燃料添加が実行される(S154)。すなわち燃料添加弁37から排気中に燃料を噴霧し、この燃料を排気と共に排気浄化装置36内に供給する。このことで排気浄化装置36内のDOC36aにて燃料が酸化されて発熱し、高温となった排気が下流のDPF36bを加熱する。この加熱によりDPF36bの床温が上昇してDPF36b内に堆積しているPMが焼却される。
以後、PM堆積量>0である限り(S152でNO)、燃料添加によるPM再生を継続させる。そしてPMの焼却によりPM堆積量=0になると(S152でYES)、燃料添加を停止する(S156)。そして目標アイドル回転数が元の状態(PM再生がなされていない状態での目標アイドル回転数)に復帰される(S158)。
そして排気絞り弁44が閉状態か否かが判定される(S160)。前記図2のステップS114の実行がなされていた場合には、排気絞り弁44は閉状態であるので(S160でYES)、排気絞り弁44を開駆動、ここでは全開にして(S162)、本処理を出る。尚、後述するごとく排気絞り弁44が開状態のままでPM再生を実行した場合には、ステップS160でNOと判定されて、このまま本処理を出る。
このようにステップS152にてYESと判定された場合には、燃料添加実行は非設定に変わることから、次以降の制御周期では燃料添加実行設定時ではない(S150でNO)。したがって燃料添加処理(図4)での実質的な処理は終了する。
上述したステップS108,S110,S112に示した前提条件のいずれかにてNOと判定された場合には、すなわちいずれかの物理量が基準値よりも高負荷側である場合には、エアコン64がオンか否かを判定する(S122)。すなわちクラッチ64aを係合しているが否かを判定する。ここでエアコンスイッチ65aの状態からエアコン64がオンであると判定すると(S122でYES)、強制的にエアコン64をオフに設定する(S124)。すなわちクラッチ64aを解放することによりエアコン64のコンプレッサとクランク軸2aとの間の動力伝達を停止し、エンジン2に対する負荷を低下させる処理を行う。
そして次に待機時間が未経過か否かを判定する(S120)。この待機時間は、エアコン64によりエンジン2に与えられていた負荷が消滅してから燃料噴射量、排気温Tcat及び排気背圧Eprが安定化するまで、前提条件(S108,S110,S112)の判定を保留するために設けられている。したがって当初は待機時間は経過していないので(S120でYES)、このまま本処理を出る。
次の制御周期では、待機中であるので(S100でNO)、直ちに待機時間未経過か否かを判定する(S120)。以後、待機時間未経過の場合にはステップS100でNO、ステップS120でYESと判定する状態が継続する。
待機時間が経過すると(S120でNO)、次に前提条件(S108,S110,S112)の成立を判定する。ここでエアコン64のオフにより前提条件(S108,S110,S112)が成立した場合には、前述したごとく排気絞り弁44を閉じる(S114)。そして燃料添加条件が成立していれば(S116でYES)、ステップS118の実行により、燃料添加処理(図4)を実行してPM再生することになる。
エアコン64のオフ後に待機時間を経過しても(S120でNO)、前提条件(S108,S110,S112)のいずれかが不成立(NO)であった場合には、再度、エアコン64がオンか否かを判定する(S122)。しかし既にエアコン64はオフとされていることから(S122でNO)、次にラジオがオンか否かを判定する(S126)。ここでラジオスイッチ65bがオンであれば(S126でYES)、強制的にラジオスイッチ65bをオフとする(S128)。このことによりラジオによる電気負荷を停止し、エンジン2に対する負荷を低下させる。
そして次に待機時間が未経過か否かを判定する(S120)。この待機時間は、ラジオの電気負荷が消滅してから燃料噴射量、排気温Tcat及び排気背圧Eprが安定化するまで、前提条件(S108,S110,S112)の判定を保留するために設けられている。したがって当初は待機時間は経過していないので(S120でYES)、このまま本処理を出る。
次の制御周期では、待機中であるので(S100でNO)、直ちに待機時間未経過か否かを判定する(S120)。以後、待機時間未経過の場合にはステップS100でNO、ステップS120でYESと判定する状態が継続する。
そして待機時間が経過すると(S120でNO)、次に前提条件(S108,S110,S112)の成立を判定する。ここでラジオのオフにより前提条件(S108,S110,S112)が成立した場合には、前述したごとく排気絞り弁44を閉じる(S114)。そして燃料添加条件が成立していれば(S116でYES)、ステップS118の実行により、燃料添加処理(図4)を実行してPM再生することになる。
ラジオのオフ後に待機時間経過しても(S120でNO)、前提条件(S108,S110,S112)のいずれかが不成立(NO)であった場合には、再度、エアコン64がオンか否かを判定する(S122)。しかし既にエアコン64はオフとされていることから(S122でNO)、次にラジオがオンか否かを判定する(S126)。ここでも既にラジオはオフであるので(S126でNO)、次に電動ファンがオンか否かを判定する(S130)。ここで電動ファンのスイッチ65cがオンであれば(S130でYES)、強制的に電動ファンのスイッチ65cをオフとする(S132)。このことにより電動ファンによる電気負荷を停止し、エンジン2に対する負荷を低下させる。
そして次に待機時間が未経過か否かを判定する(S120)。この待機時間は、電動ファンの電気負荷が消滅してから燃料噴射量、排気温Tcat及び排気背圧Eprが安定化するまで、前提条件(S108,S110,S112)の判定を保留するために設けられている。したがって当初は待機時間は経過していないので(S120でYES)、このまま本処理を出る。
次の制御周期では、待機中であるので(S100でNO)、直ちに待機時間未経過か否かを判定する(S120)。以後、待機時間未経過の場合にはステップS100でNO、ステップS120でYESと判定する状態が継続する。
そして待機時間が経過すると(S120でNO)、次に前提条件(S108,S110,S112)の成立が判定される。ここで電動ファンのオフにより前提条件(S108,S110,S112)が成立した場合には、前述したごとく排気絞り弁44を閉じる(S114)。そして燃料添加条件が成立していれば(S116でYES)、ステップS118の実行により、燃料添加処理(図4)を実行してPM再生することになる。
電動ファンのオフ後に待機時間経過しても(S120でNO)、前提条件(S108,S110,S112)のいずれかが不成立(NO)であった場合には、再度、エアコン64がオンか否かを判定する(S122)。しかし既にエアコン64はオフとされていることから(S122でNO)、次にラジオがオンか否かを判定する(S126)。ここでも既にラジオはオフであるので(S126でNO)、次に電動ファンはオンか否かを判定する(S130)。ここでも既に電動ファンはオフであるので(S130でNO)、次に排気絞り弁44を開駆動する(S134)。尚、既に排気絞り弁44が開状態にある場合には開状態を維持することになる。
そして燃料添加実行を設定する(S118)。したがって排気絞り弁44の開状態にて燃料添加処理(図4)を実行してPM再生することになる。この場合、PM再生終了時においては、図4のステップS160ではNOと判定されて、直ちに処理を出ることになる。
上述した構成において、請求項との関係は、ECU52が内燃機関排気絞り弁開度制御装置に相当し、ECU52が実行する処理が前提条件判定手段、排気絞り実行手段及び内燃機関運転状態調節手段としての処理に相当する。排気絞り弁開度制御処理(図2,3)のステップS108,S110,S112が前提条件判定手段としての処理に、ステップS114が排気絞り実行手段としての処理に、ステップS122〜S132が内燃機関運転状態調節手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態1によれば、以下の効果が得られる。
(イ).PM再生時に排気絞り弁44を閉状態にする前提条件(S108,S110,S112)が不成立であると判定された場合には、この前提条件の成立有無判定(S108,S110,S112)にて判定対象となっている内燃機関運転状態を表す物理量を調節する。ここでは燃料噴射量(燃料供給量に相当)、排気温Tcat及び排気背圧EprといったDPF36bの床温に寄与する物理量を調節する。この調節は、補機類であるエアコン64、ラジオ、電動ファンについてオンからオフに切り替えることにより(S122〜S132)実現し、このことにより前提条件の成立性を高めている。そしてこのようにして前提条件の成立性を高めた結果、実際に前提条件(S108,S110,S112)が成立した場合には、排気絞り弁44を閉状態に駆動することができるようになる(S114)。
したがってエンジン運転状態が排気絞り弁44を閉状態に移行させることができない状態であったとしても、燃料噴射量、排気温Tcat及び排気背圧Eprを調節することで排気絞り弁44を閉状態にできるようになる。
このように排気絞り弁44が閉状態に移行できることにより、DPF36bの床温制御が安定したものとなり、十分な床温維持が可能となって、DPF36bの再生が迅速に実行できるようになる。こうして排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となるため、安定したPM再生処理が実行できる。
(ロ).排気絞り弁開度制御処理(図2,3)でのPM再生処理は、特に手動再生であることを実行条件としている(S104)。手動再生は、燃料噴射量等の負荷及びエンジン回転数NEが低い状態にある時、すなわちPM再生が実行しにくい時に要求される。
したがって手動再生が開始されると、エンジン回転数NEや負荷を高めるために燃料噴射弁10からの燃料噴射量などの増大と共に排気絞り弁44を閉じる必要性が高まる。このため前提条件(S108,S110,S112)の成立性を高めることは重要となる。本実施の形態では、前提条件不成立時に(S108,S110,S112のいずれかでNO)、エアコン64、ラジオ、電動ファンについてオンからオフに切り替えることにより(S122〜S132)、前提条件成立性を高めることができるので、排気絞り弁44の閉状態を実現できるようになる。
したがって手動再生時にも排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となり、安定したPM再生処理が可能となる。
[実施の形態2]
本実施の形態では、燃料添加処理として図4の代わりに図5の処理を実行する。図5の処理も一定時間周期あるいは一定クランク角周期で割り込み実行される。他の構成は前記実施の形態1と同じである。したがって図1〜3を参照して説明する。
燃料添加処理(図5)について説明する。本処理のステップS250〜S254、S262〜S268の処理は、図4のステップS150〜S162と同じ処理である。図5においては、燃料添加実行(S254)の次にステップS256〜S260が実行される点が図4と異なる。
排気絞り弁開度制御処理(図2,3)において前提条件(S108,S110,S112)が成立して排気絞り弁44が閉状態とされ(S114)、その後に燃料添加実行を設定すると(S116でYES、S118)、燃料添加処理(図5)のステップS250にてYESと判定されて実質的な処理が開始される。最初はPM堆積量>0であるので(S252でNO)、排気絞り弁44の閉状態で、燃料添加弁37から燃料添加が実行されて(S254)、PM再生処理が行われる。そしてステップS256,S258,S260の処理が実行される。このステップS256,S258,S260の処理は、排気絞り弁開度制御処理(図2,3)の前提条件(S108,S110,S112)と同じである。
すなわち前提条件の成立が維持されている間は(S256でYES、S258でYES及びS260でYES)、前記実施の形態1の場合と同じく、排気絞り弁44の閉状態にてPM再生処理が行われる。
しかしこのように排気絞り弁44の閉状態にてPM再生処理がなされている間に、前提条件(S256,S258,S260)が、いずれかにて不成立となると、ステップS266にて排気絞り弁44が閉状態か否かが判定される(S266)。ここでは閉状態であるので(S266でYES)、排気絞り弁44は開状態にされる(S268)。
次の制御周期では、PM堆積量>0である限り(S252でNO)、燃料添加が実行されるが(S254)、前提条件(S256,S258,S260)が未だ不成立ならば、排気絞り弁44が閉状態か否かが判定されるが、既に開状態であるので(S266でNO)、このまま本処理を一旦出る。したがって排気絞り弁44は開状態でPM再生が継続する。
そして、前提条件(S256,S258,S260)が成立した場合には、このまま本処理を一旦出るので、やはり排気絞り弁44は開状態のままである。
したがって、以後、PM堆積量>0である限り(S252でNO)、排気絞り弁44は開弁状態でPM再生処理が実行され、PM堆積量=0となれば(S252でYES)、燃料添加を停止し(S262)、目標アイドル回転数を復帰する(S264)。そして排気絞り弁44は開状態であるので(S266でNO)、一旦本処理を出る。次の制御周期では燃料添加実行設定時ではないので(S250でNO)、実質的な処理は終了する。
上述した構成において、請求項との関係は、ECU52が内燃機関排気絞り弁開度制御装置に相当し、ECU52が実行する処理が前提条件判定手段、排気絞り実行手段及び内燃機関運転状態調節手段に相当する。排気絞り弁開度制御処理(図2,3)のステップS108,S110,S112及び燃料添加処理(図5)のステップS256,S258,S260が前提条件判定手段としての処理に相当する。ステップS114が排気絞り実行手段としての処理に、ステップS122〜S132が内燃機関運転状態調節手段としての処理に、ステップS266,S268が排気絞り復帰手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態2によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態1の効果を生じる。すなわち排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となるため、安定したPM再生処理が実行できる。
これと共に、排気絞り弁44を閉状態とした後、PM再生中に何らかの原因で前提条件(S256,S258,S260)が不成立となった場合には排気絞り弁44を開状態に戻している。
このことによりPM再生期間の途中で排気温や排気背圧が過剰に上昇したりすることを防止できる。
[実施の形態3]
本実施の形態では、排気絞り弁開度制御処理(図2,3)の内で、図2の代わりに図6の処理を実行する。他の構成は前記実施の形態1と同じである。したがって図1,3,4を参照して説明する。
排気絞り弁開度制御処理(図6)について説明する。本処理のステップS300〜S312,S314〜S320の処理は、図2のステップS100〜S120と同じ処理である。図6においては、ステップS302又はステップS304にてNOと判定された後に直ちに処理を出るのではなく、制御ハンチングのおそれがないか否かを判定する(S322)。PM再生中に、前提条件(S308,S310,S312)が成立から不成立に変わり、排気絞り弁44を開状態とした後に、更に前提条件(S308,S310,S312)の成立を判定すると、再度、前提条件(S308,S310,S312)が成立して制御ハンチングが生じるおそれがある。この場合のためにステップS322が設けられている。
制御ハンチングのおそれがない場合には(S322でYES)、PM再生中でないか否かが判定される(S324)。PM再生中でない場合には(S324でYES)、このまま直ちに本処理を出るが、PM再生中である場合には(S324でNO)、前提条件(S308,S310,S312)の成立判定となる。
したがって排気絞り弁44の閉状態でPM再生処理している期間においても(S324でNO)、前提条件(S308,S310,S312)が判定されて、この前提条件が不成立となると前述したごとく図3に示した処理に移り、補機類の負荷低減(S122〜S132)が実行される。この補機類の負荷低減の結果、前提条件(S308,S310,S312)が再度、成立すれば、ステップS314が実行されるので、排気絞り弁44の閉状態は維持される。
又、全ての補機類の負荷低減(S122〜S132)を実行しても、前提条件(S308,S310,S312)が成立しなければ、排気絞り弁44は開状態にする(S134)。
次の制御周期では、排気絞り弁44を閉状態から開状態にしたことにより、前提条件(S308,S310,S312)が再度、成立して、制御上のハンチングが生じるおそれがあることから(S322でNO)、ステップS324を避けて、このまま本処理を出るようになる。このことにより、前提条件(S308,S310,S312)の判定はなされず、排気絞り弁44は開状態が維持され、制御ハンチングは防止される。
上述した構成において、請求項との関係は、ECU52が内燃機関排気絞り弁開度制御装置に相当し、ECU52が実行する処理が前提条件判定手段、排気絞り実行手段及び内燃機関運転状態調節手段に相当する。排気絞り弁開度制御処理(図6,3)のステップS308,S310,S312が前提条件判定手段としての処理に、ステップS314が排気絞り実行手段としての処理に、ステップS122〜S132が内燃機関運転状態調節手段としての処理に、ステップS134が排気絞り復帰手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態3によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態1の効果を生じる。すなわち排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となるため、安定したPM再生処理が実行できる。
これと共に、排気絞り弁44を閉状態とした後、PM再生中に何らかの原因で前提条件(S308,S310,S312)が不成立となった場合には排気絞り弁44を開状態(S134)にする前に、補機類の負荷低減(S122〜S132)している。このことで排気絞り弁44の閉状態をできるだけ維持している。
このことによりPM再生期間の途中で排気温や排気背圧が過剰に上昇しても、これを、できるだけ排気絞り弁44の閉状態で元に戻している。このことにより、DPF36bの床温制御の安定性をより確実なものとしてDPF36bの再生を十分迅速に実行できるようになる。こうして排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となる。
[実施の形態4]
本実施の形態では、排気絞り弁開度制御処理(図2,3)の内で、図2のステップS102〜S106の代わりに図7に示す処理(S402〜S406)を実行する。そして排気絞り弁開度制御処理(図2,3,7)は、通常のPM再生、すなわち自動再生時に起動する処理としている。このことで通常走行時も含めて自動で実行されるPM再生モード時に補機類による負荷を調節するようにしたものである。他の構成は前記実施の形態1と同じである。
この自動再生時での条件としては、まず、PM堆積量が基準値F以上か否かが判定される(S402)。この基準値Fは通常PM再生要求PM堆積量であり、PM堆積量が自動再生要求が必要なPM堆積量に到達したか否かを判定するものである。
PM堆積量<Fであれば(S402でNO)、このまま一旦本処理を出る。PM堆積量≧Fであれば(S402でYES)、現在のエンジン運転領域が排気絞り弁44の開度を低下させることで排気を絞る領域、ここでは閉状態にする領域か否かが判定される(S404)。閉状態にする領域(排気絞り領域)は例えば図8の排気絞り弁開閉マップに示すごとくである。すなわちエンジン負荷に相当する燃料噴射弁10からの燃料噴射量(mm3/st)とエンジン回転数NE(rpm)との両方が小さい領域が、排気背圧や排気温が低いことにより排気絞り弁44を閉状態とする領域である。これ以外の領域である燃料噴射量(mm3/st)とエンジン回転数NE(rpm)との一方又は両方が大きい領域が排気背圧や排気温が高いことにより排気絞り弁44を開状態とする領域である。
エンジン運転状態が図8に示した排気絞り領域でない場合には(S404でNO)、排気絞り弁44を閉状態にする要求はないことになり、ステップS118の処理に移ることになる。したがって排気絞り弁44は開状態にてPM再生が行われる。
図8に示した排気絞り領域である場合には(S404でYES)、目標アイドル回転数に自動再生時アイドル回転数Gが設定される(S406)。この自動再生時アイドル回転数Gはエンジン2のアイドル時に対するものであるが、エンジン2に接続された変速機が手動か自動か、自動変速機のレンジ状態などにより異なる値が設定される。
そしてステップS406の次にステップS108(図2)の処理に移行する。
上述した構成において、請求項との関係は、ECU52が内燃機関排気絞り弁開度制御装置に相当し、ECU52が実行する処理が前提条件判定手段、排気絞り実行手段及び内燃機関運転状態調節手段に相当する。排気絞り弁開度制御処理(図2,7,3)のステップS108,S110,S112が前提条件判定手段としての処理に、ステップS114が排気絞り実行手段としての処理に、ステップS122〜S132が内燃機関運転状態調節手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態4によれば、以下の効果が得られる。
(イ).自動再生時においても上述したごとくに制御することにより、前記実施の形態1の(イ)と同じ効果を生じさせることができる。すなわち排気温や排気背圧の過剰な上昇を招くことがなく内燃機関保護及び適切な排気絞り弁開度制御が可能となるため、安定したPM再生処理が実行できる。
[その他の実施の形態]
(a).前記各実施の形態においては、PM再生時には、燃料添加弁37にて排気浄化装置36側へ燃料を供給したが、これ以外にポスト噴射やアフター噴射などにより燃料を排気浄化装置36側に供給しても良い。
(b).前記各実施の形態においては、排気絞り弁の開度を低下させる前提条件として、燃料噴射量、排気温及び排気背圧の3つの論理積条件を用いたが、この3つの内の2つの論理積条件でも良く、1つを用いても良い。
(c).補機類の内で、電動機器としては、ラジオや電動ファン以外に、非走行時にはヘッドライトやフォグランプなどを含めるようにしても良い。
実施の形態1のディーゼルエンジン及びその制御系の概略構成図。 実施の形態1のECUが実行する排気絞り弁開度制御処理の一部のフローチャート。 同じく排気絞り弁開度制御処理の一部のフローチャート。 同じく燃料添加処理のフローチャート。 実施の形態2のECUが実行する燃料添加処理のフローチャート。 実施の形態3のECUが実行する排気絞り弁開度制御処理の一部のフローチャート。 実施の形態4のECUが実行する排気絞り弁開度制御処理の一部のフローチャート。 排気絞り弁開閉マップの構成説明図。
符号の説明
2…エンジン、2a…クランク軸、4…気筒、6…吸気弁、8…排気弁、10…燃料噴射弁、12…コモンレール、14…燃料供給管、16…燃料ポンプ、18…インテークマニホールド、20…吸気管、22…エアクリーナ、24…ターボチャージャ、24a…コンプレッサ、24b…タービン、26…インタークーラ、28…吸気絞り弁、30…電動アクチュエータ、32…エキゾーストマニホールド、34…排気管、36…排気浄化装置、36a…DOC、36b…DPF、37…燃料添加弁、38…触媒床温センサ、40…排気温センサ、41…排気背圧センサ、42…排気差圧センサ、44…排気絞り弁、44a…アクチュエータ、46…EGR通路、48…EGR弁、50…EGRクーラ、52…ECU、54…クランク角センサ、56…冷却水温センサ、58…アクセル開度センサ、60…燃料圧力センサ、62…吸気量センサ、64…エアコン、64a…クラッチ、65…補機類の操作スイッチ類、65a…エアコンスイッチ、65b…ラジオスイッチ、65c…電動ファンスイッチ、66…手動再生スイッチ、68…DPFランプ。

Claims (9)

  1. 内燃機関の排気経路に配置された排気絞り弁の開度により内燃機関の運転状態を調節可能とした内燃機関排気絞り弁開度制御装置であって、
    前記排気絞り弁の開度を低下させる前提条件の成立有無を判定する前提条件判定手段と、
    前記前提条件判定手段にて前記前提条件が成立していると判定された場合には、前記排気絞り弁の開度を低下させる排気絞り実行手段と、
    前記前提条件判定手段にて前記前提条件が不成立であると判定された場合には、前記前提条件の成立有無判定にて判定対象となる内燃機関運転状態を表す物理量を、前記前提条件の成立性を高める方向に調節する内燃機関運転状態調節手段と、
    を備えたことを特徴とする内燃機関排気絞り弁開度制御装置。
  2. 請求項1において、本装置は、内燃機関の排気経路に配置されたパティキュレートフィルタの再生時に、該パティキュレートフィルタの下流に配置された前記排気絞り弁の開度により再生状態を調節可能とする装置であることを特徴とする内燃機関排気絞り弁開度制御装置。
  3. 請求項2において、前記排気絞り実行手段にて前記排気絞り弁の開度を低下させた後に、前記前提条件判定手段にて前記前提条件が不成立であると判定された場合には、前記排気絞り弁の開度を復帰させる排気絞り復帰手段を備えたことを特徴とする内燃機関排気絞り弁開度制御装置。
  4. 請求項2又は3において、前記内燃機関運転状態を表す物理量は、パティキュレートフィルタの床温に寄与する物理量であることを特徴とする内燃機関排気絞り弁開度制御装置。
  5. 請求項4において、前記パティキュレートフィルタの床温に寄与する物理量は、燃料供給量、排気温及び排気背圧のいずれか又は2つ以上の組み合わせであることを特徴とする内燃機関排気絞り弁開度制御装置。
  6. 請求項4又は5において、前記物理量のいずれかが内燃機関の負荷耐久性上の境界を示す基準値よりも高負荷側である場合に前記前提条件は不成立となり、前記物理量の全てが前記基準値よりも高負荷側でない場合に前記前提条件は成立することを特徴とする内燃機関排気絞り弁開度制御装置。
  7. 請求項2〜6のいずれかにおいて、前記内燃機関運転状態調節手段は、内燃機関の出力に基づいて駆動される補機類の稼働停止により、前記物理量を、前記前提条件の成立性を高める方向に調節することを特徴とする内燃機関排気絞り弁開度制御装置。
  8. 請求項7において、前記補機類は、エアコン及び電動機器のいずれか又は両方であることを特徴とする内燃機関排気絞り弁開度制御装置。
  9. 請求項2〜8のいずれかにおいて、前記各手段は、パティキュレートフィルタの手動再生時に機能することを特徴とする内燃機関排気絞り弁開度制御装置。
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