JP4492306B2 - エンジンの排気温度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料増量によって排気温度を低下させるエンジンの排気温度制御装置に関するものである。

エンジンが高負荷運転状態となって燃焼温度が上昇すると、これに伴って排気温度が上昇し排気通路の途中に設けられた排気触媒の温度が上昇するので触媒の劣化及び熱損を生じる。

そこで、触媒温度を推定して高負荷運転時に燃料噴射量を増加させることで排気温度を低下させて触媒の劣化及び熱損を防止する技術が特許文献１に記載されている。
特開平１０−２０５３７５号公報

また、エンジンの排気通路に設けられているＡ／Ｆセンサなどの各種センサ部品は、排気温度が上昇することで許容温度を超えて破損するおそれがある。そこで、上記従来の技術を用いて排気温度を低下させることで、排気通路に設けられているセンサ類を保護することが考えられる。

ここで、センサ類は排気通路の外側から取り付けられているので、車両が走行中には走行風によって冷却されており、排気温度が高くても高車速のときには冷却する必要のない場合がある。しかし、上記従来技術では車速に依存する走行風量に拘わらず、エンジンの運転状態によって触媒温度が高いと推定されるときには燃料噴射量を増加させるので、高車速により十分な走行風が得られるときには燃料増量分が無駄となってその分燃費が悪化する。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、排気温度に加えて走行風によるセンサの冷却を考慮して燃料増量を行うことができるエンジンの排気温度制御装置を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、エンジン（２）の排気系に設けられたセンサ（６）と、エンジン（２）の運転状態に基づいてエンジン（２）の排気温度を推定する排気温度推定手段（Ｓ１１２）と、センサ（６）近傍を流れる走行風量を推定する走行風量推定手段（Ｓ１２３）と、排気温度と走行風量とに基づいてセンサ（６）の温度を推定するセンサ温度推定手段（Ｓ１１３）と、センサ温度が所定温度に達したときエンジン（２）の排気温度を低下させる排気温度低下手段（Ｓ１２０）とを備えることを特徴とする。
また、排気温度推定手段は、エンジン（２）の運転状態に基づいてエンジン（２）の排気温度を複数の排気温度領域から選択し、センサ温度推定手段（Ｓ１１３）は、排気温度領域と走行風量とに基づいてカウンタ値を加算して、積算されるカウンタ値が大きいほどセンサ温度が高いと推定する。
また、排気温度低下手段（Ｓ１２０）は、積算されるカウンタ値が閾値に到達したときセンサ温度が前記所定温度に達したと判断してエンジン（２）の排気温度を低下させる。

本発明によれば、排気温度の上昇を抑制する燃料増量制御を実施する条件の一つとして車速を検出し、車速が大きく走行風量が多いときは燃料増量制御を行わない。よって、エンジンの排気系に設けられたセンサの熱害防止を図りながら、無駄な燃料の消費量を抑制して燃費を向上させることができる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。

図１は、本発明によるエンジンの排気温度制御装置を示す構成図である。吸気通路１はエンジン２の燃焼室と連通するように配設され、燃焼室へ吸気を供給する。燃料噴射弁３は吸気通路１の途中に設けられ、吸気通路１内へ燃料を噴射する。排気通路４はエンジン２の燃焼室と連通するように配設され、エンジン２の燃焼室で燃焼して排出されたガスを外部へ導出する。排気触媒５は排気通路４の途中に設けられ、排気通路４を流通する排ガスに含有されるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどを浄化する。

Ａ／Ｆセンサ６は排気通路４の排気触媒５より上流に設けられ、排気通路４を流通する排気中の酸素濃度を検出してコントローラ７へ送信する。クランク角センサ８はエンジン２の回転速度を検出してコントローラ７へ送信する。車速センサ９は車両の速度を検出してコントローラ７へ送信する。アクセル操作量（ＡＰＳ）センサ１０は車両の要求負荷を検出してコントローラ７へ送信する。

コントローラ７はＡ／Ｆセンサ６、クランク角センサ８、車速センサ９及びＡＰＳセンサ１０から受信した各検出値に基づいて燃料噴射弁３から供給される燃料の噴射量を制御する。

次に、コントローラ７で行う制御について図２を参照しながら説明する。図２はエンジンの排気温度制御装置における制御を示したフローチャートである。本制御では、エンジン２の回転速度及び負荷に基づいて触媒保護のための燃料増量制御を実施するのに加えて、さらに車速に基づいてＡ／Ｆセンサ６の保護のための燃料増量制御を実施する。なお、本制御は所定時間（例えば１０ｍｓ）ごとに繰り返し行われている。

ステップＳ１１１では、エンジン２の回転速度及び負荷を読み込む。回転速度はクランク角センサ８によって検出され、負荷はＡＰＳセンサ１０によって検出される。

ステップＳ１１２では、排ガス温度領域を検索する。排ガス温度領域は図３のマップを参照してエンジン２の回転速度及び負荷に基づいて検索される。図３はエンジン２の回転速度及び負荷と排ガス温度領域との関係を示したマップである。排ガス温度はエンジン２の回転速度が高く、負荷が大きいほど高くなるので、排ガス温度領域は温度によって高い方から順にａ、ｂ、ｃ、ｄの４段階に区分される。

ステップＳ１１３では、カウンタ値を読み込む。カウンタ値は各排ガス温度領域や車速条件などに応じて加算または減算されるものであり、概ねＡ／Ｆセンサ６に蓄積された熱エネルギーすなわちＡ／Ｆセンサ６の温度を表している。

ステップＳ１１４では車速を読み込む。車速は車速センサ９によって検出される。

ステップＳ１１５では、排ガス温度領域がａであるか否かを判定する。排ガス温度領域がａであればステップＳ１１６へ進み、排ガス温度領域がａでなければステップＳ１２０へ進む。

ステップＳ１１６では、触媒保護のための燃料増量制御を実行する。燃料増量制御では、燃料噴射量を増加して燃焼温度を下げることで排ガス温度を低下させるように燃料噴射弁の開弁期間を制御する。

ステップＳ１１７では、カウンタ値が領域ａの所定値未満であるか否かを判定する。カウンタ値が領域ａの所定値未満であればステップＳ１１８へ進み、領域ａの所定値以上であればステップＳ１１９へ進む。領域ａの所定値とは、排ガス温度領域が領域ａに移行してからＡ／Ｆセンサ６の温度変化が収束したときの温度に相当するカウンタ値である。排ガス温度はエンジン２の回転速度や負荷の変化に応じて迅速に変化するが、Ａ／Ｆセンサ６の温度は排ガス温度の変化に対して遅れて変化する。よって、この遅れ時間を考慮してＡ／Ｆセンサ６の温度が領域ａの排ガス温度に対応する温度になったと判断できるカウンタ値を領域ａの所定値とする。

ステップＳ１１８ではカウンタを加算し、ステップＳ１１７でカウンタ値が領域ａの所定値以上であると判定されたときはステップＳ１１９でカウンタを減算する。すなわち、カウンタを加減算してカウンタ値を領域ａの所定値に収束させる。

一方、ステップＳ１１５において排ガス温度領域がａでないと判定されたとき、ステップＳ１２０へ進み排ガス温度領域がｂであるか否かを判定する。排ガス温度領域がｂであればステップＳ１２１へ進み、ｂでなければステップＳ１２８へ進む。領域ｂの所定値とは、領域ａと同様に排ガス温度領域が領域ｂに移行してからＡ／Ｆセンサ６の温度変化が収束したときの温度に相当するカウンタ値である。

ステップＳ１２１では、車速が所定値ＶＳＰ以上であるか否かを判定する。車速が所定値ＶＳＰ以上であればステップＳ１２２へ進み、所定値ＶＳＰ未満であればステップＳ１２５へ進む。図４に示すように車速とＡ／Ｆセンサ６温度とは反比例の関係にあり、車速が高くなるほど走行風量が多くなってＡ／Ｆセンサ６の温度は低くなる。よって、Ａ／Ｆセンサ６の許容温度となる車速を所定値ＶＳＰに設定することで、排ガス温度領域にかかわらず車速が所定値ＶＳＰ以上であるときは常にＡ／Ｆセンサ６温度は許容温度以下であると判断することができる。

ステップＳ１２２では、カウンタ値が領域ｂの所定値未満であるか否かを判定する。カウンタ値が領域ｂの所定値未満であればステップＳ１２３へ進み、領域ａの所定値以上であればステップＳ１２４へ進む。

ステップＳ１２３ではカウンタを加算し、ステップＳ１２２でカウンタ値が領域ｂの所定値以上であると判定されたときはステップＳ１２４でカウンタを減算する。すなわち、カウンタを加減算してカウンタ値を領域ｂの所定値に収束させる。

一方、ステップＳ１２１において車速が所定値ＶＳＰ未満であると判定されたとき、ステップＳ１２５へ進みカウンタ値が増量開始閾値に達しているか否かを判定する。カウンタ値が増量開始閾値に達していればステップＳ１２６へ進み、カウンタ値が増量開始閾値未満であればステップＳ１２７へ進む。増量開始閾値とはＡ／Ｆセンサ６の保護のための燃料増量制御を実行すると判断するカウンタ値である。図５に示すように排ガス温度とＡ／Ｆセンサ６の温度とは比例関係にあるので、排ガス温度が高くなるほどＡ／Ｆセンサ６の温度は高くなる。また、カウンタ値は排ガス温度領域が高温領域であるほどより大きい値（各領域の所定値）まで加算されるので、Ａ／Ｆセンサ６の温度許容値に相当するカウンタ値を増量開始閾値に設定する。なお、増量開始閾値は領域ａの所定値より大きい値に設定される。

ステップＳ１２６では、Ａ／Ｆセンサ６の保護のための燃料増量制御を実行する。燃料増量制御はステップＳ１１６において説明した触媒保護のための燃料増量制御と同様である。

一方、ステップＳ１２５においてカウンタ値が増量開始閾値に達していないと判定されたとき、ステップＳ１２７へ進みカウンタを加算する。

一方、ステップＳ１２０において排ガス温度領域がｂでないと判定されたとき、ステップＳ１２８へ進み排ガス温度領域がｃであるか否かを判定する。排ガス温度領域がｃであればステップＳ１２９へ進み、ｃでなければステップＳ１３２へ進む。領域ｃの所定値とは、領域ａと同様に排ガス温度領域が領域ｃに移行してからＡ／Ｆセンサ６の温度変化が収束したときの温度に相当するカウンタ値である。

ステップＳ１２９では、カウンタ値が領域ｃの所定値未満であるか否かを判定する。カウンタ値が領域ｃの所定値未満であればステップＳ１３０へ進み、領域ｃの所定値以上であればステップＳ１３１へ進む。

ステップＳ１３０ではカウンタを加算し、ステップＳ１２９でカウンタ値が領域ｃの所定値以上であると判定されたときはステップＳ１３１でカウンタを減算する。すなわち、カウンタを加減算してカウンタ値を領域ｃの所定値に収束させる。

一方、ステップＳ１２８において排ガス領域がｃでないと判定されたとき、ステップＳ１３２へ進んでカウンタを減算する。

以上の制御をまとめて作用を説明する。なお、本制御を示した図２のフローチャートに対応する符号を括弧内に示した。本発明にかかるエンジンの排気温度制御装置は、排ガス温度領域がａであるとき無条件に触媒保護のための燃料増量制御を実行する（Ｓ１１５、Ｓ１１６）。排ガス温度領域がａとなるような高回転速度及び高負荷の状況では、排ガス温度が非常に高くなっているので、燃料増量制御を実行して排気温度を低下させることで排気通路４の下流に設けられた排気触媒５の劣化及び熱損を防止する。このとき、排気通路に設けられたＡ／Ｆセンサの熱害も同時に防止される。

また、排ガス温度領域がｂでかつ車速が所定値ＶＳＰ以上のときはカウンタ値を領域ｂの所定値に収束させる（Ｓ１２０〜Ｓ１２４）。車速が所定値ＶＳＰ以上のときはＡ／Ｆセンサ６の温度は走行風による冷却によって許容温度以上になることはないので、排ガス温度が比較的高温となる領域ｂであってもカウンタ値を領域ｂの所定値以上に加算する必要はない。

その後、排ガス温度領域がｂで車速が所定値ＶＳＰ未満の状態でかつカウンタ値が増量開始閾値に到達したとき、Ａ／Ｆセンサ６の保護のための燃料増量制御を実行する（Ｓ１２５、Ｓ１２６）。車速が所定値ＶＳＰ未満となってＡ／Ｆセンサ６の走行風による冷却効果が薄れた後に引き続き排ガス温度が比較的高温の領域ｂで持続された場合、Ａ／Ｆセンサ６は熱エネルギーの蓄積によって温度が上昇するので、許容温度を超えたところで燃料増量制御を実行する。

さらに理解を容易にするために図６を参照しながら本発明の内容について説明する。図６は、本実施形態におけるエンジンの排気温度制御装置の内容を示したタイムチャートである。（ａ）は車速、（ｂ）は排ガス温度領域、（ｃ）はカウンタ値、（ｄ）は燃料増量比をそれぞれ示している。

時刻ｔ１に排ガス温度領域はｄであり、車両が発進して車速が上昇する（図６（ａ）、図６（ｂ））。時刻ｔ２において排ガス温度領域がｃへ移行するとカウンタ値が増加する（図６（ｂ）、図６（ｃ））。時刻ｔ３においてカウンタ値が領域ｃの所定値に到達すると、カウンタ値はこの所定値に保持される（図６（ｃ））。時刻ｔ４において排ガス温度領域がｂへ移行するとカウンタ値は増加する（図６（ｂ）、図６（ｃ））。

その後、時刻ｔ５において排ガス領域がａへ移行すると触媒保護のための燃料増量制御が実行され、増量比が上昇する（図６（ｂ）、図６（ｄ））。また、カウンタ値が領域ａの所定値に到達すると、カウンタ値は領域ａの所定値に保持される（図６（ｃ））。時刻ｔ６において排ガス温度領域がｂへ移行すると触媒保護のための燃料増量制御は停止され、カウンタ値は低下する（図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ））。ここで、カウンタ値が低下するのは車速が所定値ＶＳＰ以上で走行風によるＡ／Ｆセンサ６の冷却が十分であるため、カウンタ値が領域ｂの所定値に収束しているからである。時刻ｔ７において車速が所定値ＶＳＰを下回るとカウンタ値は再度増加する（図６（ａ）、（ｃ））。

その後、時刻ｔ８においてカウンタ値が増量開始閾値に到達すると、Ａ／Ｆセンサ６の保護のための燃料増量制御が実行され、増量比が増加する（図６（ｃ）、（ｄ））。仮にこの状態で車速が所定値ＶＳＰ以上となればカウンタ値は領域ｂの所定値に収束しようと低下するので、カウンタ値が増量開始閾値より小さくなって燃料増量制御が停止される。時刻ｔ９において排ガス温度領域がｃへ移行するとカウンタ値は低下するのでＡ／Ｆセンサ６の保護のための燃料増量制御は停止される（図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ））。

このように排気触媒５の保護のための燃料増量制御は排ガス温度領域に基づいて実施を判断するのに対して、Ａ／Ｆセンサ６の保護のための燃料増量制御は排ガス温度領域及び車速に応じて加減算して積算されたカウンタ値に基づいて実施が判断される。

以上のように本実施形態では排ガス温度を低下させる燃料増量制御の実行を判断する条件として車速条件を追加したので、Ａ／Ｆセンサ６の走行風による冷却を考慮して燃料増量制御を実施することができる。これにより、従来の触媒保護のための燃料増量制御を排気通路４のＡ／Ｆセンサ６の保護のために適用しても、走行風による冷却によってＡ／Ｆセンサ６を冷却する必要がないときには燃料増量を行うことなく無駄な燃料消費を抑制することができる。よって、燃費の悪化や排気ガスの性状悪化を抑制することができる。

また、Ａ／Ｆセンサ６の保護のための燃料増量制御はエンジン２の回転速度及び負荷に基づいて検索される排ガス温度領域と車速とが所定の条件を満足することで直ちに実行されるのではなく、エンジン２の回転速度、負荷及び車速に基づいて加減算されるカウンタ値が閾値に到達したときに実行される。これにより、排ガス温度の変化に遅れて変化するＡ／Ｆセンサ６の温度が許容温度近傍に上昇してから燃料増量制御を実行することができ、必要以上に早期に燃料増量制御を実行することを回避して無駄な燃料消費を抑制することができる。よって、燃費の悪化や排気ガスの性状悪化を抑制することができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、本実施形態ではＡ／Ｆセンサ６の保護のために燃料増量制御を実施しているが、これに限定されることなく排気通路４に配設される各種センサ類の保護に適用することができる。

また、本実施形態では走行風量を車速によって推定しているが、その他の方法によって推定または検出してもよい。

さらに、本実施形態では燃料噴射量を増量させて排気温度を低下させているが、これに限定されることなくその他の手段によって排気温度を低下させてもよい。

本実施形態におけるエンジンの排気温度制御装置を示す全体構成図である。 本実施形態におけるエンジンの排気温度制御装置の制御を示したフローチャートである。 エンジンの回転速度及び負荷と排ガス温度領域との関係を示したマップである。 車速とＡ／Ｆセンサ温度との関係を示したテーブルである。 排ガス温度とＡ／Ｆセンサ温度との関係を示したテーブルである。 本実施形態におけるエンジンの排気温度制御装置の内容を示したタイムチャートである。

符号の説明

１ 吸気通路
２ エンジン
３ 燃料噴射弁
４ 排気通路
５ 排気触媒
６ Ａ／Ｆセンサ
７ コントローラ
８ クランク角センサ
９ 車速センサ
１０ アクセル操作量（ＡＰＳ）センサ

Claims (5)

1. エンジンの排気系に設けられたセンサと、
   前記エンジンの運転状態に基づいて前記エンジンの排気温度を推定する排気温度推定手段と、
   前記センサ近傍を流れる走行風量を推定する走行風量推定手段と、
   前記排気温度と前記走行風量とに基づいて前記センサの温度を推定するセンサ温度推定手段と、
   前記センサ温度が所定温度に達したとき前記エンジンの排気温度を低下させる排気温度低下手段と、
   を備え、
   前記排気温度推定手段は、前記エンジンの運転状態に基づいて前記エンジンの排気温度を複数の排気温度領域から選択し、
   前記センサ温度推定手段は、前記排気温度領域と前記走行風量とに基づいてカウンタ値を加算して、積算されるカウンタ値が大きいほどセンサ温度が高いと推定し、
   前記排気温度低下手段は、前記積算されるカウンタ値が閾値に到達したとき前記センサ温度が前記所定温度に達したと判断して前記エンジンの排気温度を低下させる、
   ことを特徴とするエンジンの排気温度制御装置。
2. 前記所定温度は前記センサの破損しない上限温度であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気温度制御装置。
3. 前記排気温度推定手段は、前記エンジンの回転速度及び負荷に基づいて前記エンジンの排気温度を推定することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの排気温度制御装置。
4. 前記走行風量推定手段は、車速に基づいて前記走行風量を推定することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のエンジンの排気温度制御装置。
5. 前記排気温度低下手段は、前記エンジンへの供給燃料を増量させることで前記エンジンの排気温度を低下させることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のエンジンの排気温度制御装置。

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