JP6097603B2 - エアクリーナの雪詰まり進行防止システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関例えばディーゼルエンジンを搭載した車両におけるエアクリーナの雪詰まり進行防止システムに関する。

寒冷地や高山地帯では、大量の雪が降る中を車両が走行すると、走行中に吸気口から侵入した雪によってエアクリーナが目詰まりを起こして、吸入負圧が増大してエンジン出力不足、ひいてはエンジンストールに至る場合があることが知られている。
そこで、そのような不具合が生じるのを回避するために、エアクリーナ本体のエンジン側の吸気負圧が設定値より大きい負圧になったときに切換弁を加熱吸気ダクト側に切り換えるようにした技術が開示されている（例えば特許文献１）。

実開平０１−１５８５４８号公報

一方、本発明者は、エアクリーナの雪詰まりによる不具合について検証する過程で、エアクリーナが目詰まりを起こすと、インテークマニホールド内が負圧となり、ターボコンプレッサの軸からオイルが流出してシリンダ内に流入することがある。そして、それが、エンジンのランオン（ディーゼリング）を招くことがあることを見出した。
特に、ディーゼルエンジンにおいては、暖気中などの特別な条件を除いては、負荷に応じて吸気スロットルを絞らず常に全開とする制御を行うことがあるため、吸気スロットルを絞ってエンジン出力を調整するガソリンエンジンに比べて吸気流量が多い。その結果、ディーゼルエンジンでは、吸気ダクトから空気とともに吸い込む雪の量も多くなり、豪雪時にはエアクリーナに雪が詰まるおそれが高くなる。

しかしながら、特許文献１に開示されている技術にあっては、本来の吸気ダクトとは別に、加熱器を備えた加熱吸気ダクトと切換弁を新たに設ける必要があるため、雪詰まりの進行防止対策のために部品点数が増加するというデメリットがある。
また、特許文献１に開示されている技術は、エンジンの運転状態に関係なく、外気温が設定値以下でエアクリーナ本体のエンジン側の吸気負圧が設定値より大きい負圧になったときに切換弁を加熱吸気ダクト側に切り換えるようにしているに過ぎない。そのため、エンジンの運転状態例えばスロットル全閉時等においては誤って雪詰まりと判定してしまうおそれがある。すなわち、特許文献１の技術は、エンジンの運転状態に応じたエアクリーナの雪詰まりの進行防止を行うことができないという課題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大がかりな部品を追加することなくエアクリーナの雪詰まりの進行を防止することができる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ディーゼルエンジンの運転状態に応じてエアクリーナの雪詰まりを的確に検出し、効果的に雪詰まりの進行を防止することができる技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、
ディーゼルエンジンに空気を導入する吸気管と、前記吸気管の上流側に設けられディーゼルエンジンに導入される空気を浄化する空気清浄装置と、前記空気清浄装置から前記吸気管に至る吸気通路の途中に設けられた吸気制御弁と、前記ディーゼルエンジン内へ噴射する燃料の量および前記ディーゼルエンジンへ導入する吸気量を制御する制御手段と、運転状態に応じて設定した雪詰まり判定用の吸気通路の流量値を記憶する記憶手段とを備えた車両用のエアクリーナの雪詰まり進行防止システムであって、
前記吸気通路の前記空気清浄装置に近い側に設けられた流量検出手段を含む運転状態を把握するための複数の検出手段を備え、
前記制御手段は、
外気温とエンジン回転数とアクセル開度と車速および吸気通路の流量に基づいて運転状態を把握し、前記流量検出手段により検出された流量が、そのときの運転状態に対応された前記雪詰まり判定用の流量値よりも低くなった場合に前記空気清浄装置が雪詰まりを起こしていると判定し、
前記空気清浄装置が雪詰まりを起こしていると判定したときには、前記吸気制御弁の開度を絞るように制御するように構成した。

上記構成によれば、制御手段は、流量検出手段を含む複数の検出手段からの信号に基づいて運転状態を把握し、運転状態に応じた好適な開度になるよう吸気制御弁を制御する。そのため、外気温とディーゼルエンジン側の吸気負圧のみに基づいて切換弁を加熱吸気ダクト側に切り換える従来方式に比べてより的確に雪詰まりの進行を防止することができる。また、加熱吸気ダクトと切換弁を設ける必要がないので、大がかりな部品を追加することなく圧縮空気冷却装置（エアクリーナ）の雪詰まりの進行を防止することができる。

ここで、望ましくは、
前記記憶手段には、エンジン回転数および燃料噴射量に対応して、複数の吸気流量判定閾値および吸気制御弁開度が予め記憶されており、
前記複数の検出手段として、
前記エンジン回転数を検出する回転数検出手段と、
前記アクセルの開度を検出するアクセル開度検出手段と、
をさらに備え、前記制御手段は、アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度に応じて燃料噴射量を決定し、所定の運転状態である場合には、エンジン回転数および燃料噴射量に応じて前記記憶手段から前記吸気流量判定閾値を取得し、該判定閾値と前記流量検出手段により測定された吸気流量とを比較して閾値を超えていると判断した場合に、前記吸気制御弁の開度を所定の開度に絞るように制御するように構成する。

運転状態に応じた吸気流量判定閾値と検出した吸気流量とに基づいて圧縮空気冷却装置（エアクリーナ）が雪詰まりを起こしているか否か判定し、運転状態に応じて所定の開度に絞るように吸気制御弁を制御するので、的確に雪詰まりの進行を防止することができる。

また、望ましくは、前記複数の検出手段として、さらに、
前記空気清浄装置の近傍の空気もしくは吸気の温度を検出する外気温検出手段と、
車両の走行速度を検出する車速検出手段と、
を備え、前記制御手段は、前記流量検出手段と、前記回転数検出手段と、前記アクセル開度検出手段と、前記外気温検出手段と、前記車速検出手段からの信号に基づいて運転状態を把握し、所定の運転状態である場合には、エンジン回転数および燃料噴射量に応じて前記記憶手段から前記吸気流量判定閾値を取得し、該判定閾値と前記流量検出手段により測定された吸気流量とを比較して閾値を超えていると判断した場合に、前記吸気制御弁の開度を所定の開度に絞るように制御するように構成する。

これにより、制御手段は、流量検出手段、回転数検出手段およびアクセル開度検出手段の他に、外気温検出手段と車速検出手段からの信号に基づいて運転状態を把握するので、より正確に運転状態を把握して吸気制御弁の開度を所定の開度に絞るように制御することができる。

さらに、望ましくは、前記空気清浄装置から導入された空気を圧縮する空気圧縮装置と、前記空気圧縮装置により圧縮された空気を冷却する圧縮空気冷却装置とを備え、前記吸気制御弁は前記圧縮空気冷却装置と前記吸気管との間に設けるように構成する。

吸気制御弁が圧縮空気冷却装置（エアクリーナ）と吸気管（マニホールド）との間に設けられているので、エアクリーナが雪詰まりを起こしていると判定したときに吸気制御弁を絞ることで、マニホールドの負圧をエアクリーナに伝えにくくすることができる。その結果、ガソリンエンジンに比べて吸気流量が多いディーゼルエンジンにおいて、エアクリーナの雪詰まりが進行するのを効果的に防止することができる。

本発明によれば、大がかりな部品を追加することなくエアクリーナの雪詰まりの進行を防止することができる。また、ディーゼルエンジンの運転状態に応じてエアクリーナの雪詰まりを的確に検出し、効果的に雪詰まりの進行を防止することができるという効果がある。

図１は、本発明に係るエアクリーナの雪詰まり進行防止システムを適用可能なエンジンとその吸気系及び排気系の一例を示す概略構成図である。 図２は、実施形態におけるエンジン制御ユニットによる制御システムの構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態におけるエンジン制御ユニットによるエアクリーナの雪詰まり検出および防止制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明の一実施形態について詳しく説明する。
図１は、本実施形態に係るエアクリーナの雪詰まり進行防止システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１０は、特に限定されるものでないが、複数の気筒を有する水冷式の４サイクルディーゼルエンジンである。

内燃機関（以下、エンジンと称する）１０には、吸気管としてのインテークマニホールド１１及び排気管としてのエキゾーストマニホールド１２が接続されている。図示しないが、インテークマニホールド１１及び排気管としてのエキゾーストマニホールド１２との間には排気ガスの一部をインテークマニホールド１１へ戻すＥＧＲ（排気再循環装置）が設けられることもある。

インテークマニホールド１１の上流側の吸気通路には、スロットルバルブ１３が設けられており、該スロットルバルブ１３はＥＣＵ（エンジン制御ユニット）１４によってバルブ開度が制御されるように構成されている。また、スロットルバルブ１３の上流側にはインタークーラー１５が設けられ、該インタークーラー１５より上流側には、排気のエネルギを駆動力として作動するターボコンプレッサ１６が設けられている。ターボコンプレッサ１６により圧縮され加熱した吸気がインタークーラー１５によって冷却され、インテークマニホールド１１を経てエンジン１０に供給される。

さらに、ターボコンプレッサ１６の上流側には吸気通路１７が設けられ、吸気通路１７の入口にエアクリーナ１８が配設されている。一方、ターボコンプレッサ１６の排気出口側には排気通路１９が接続され、該排気通路１９の出口にマフラ（消音器）２０が配設されている。また、排気通路１９の途中には排気ガスを浄化するＤＰＦ（排気ガスの浄化装置）２１が設けられている。

ＤＰＦ２１は、酸化触媒と、酸化触媒の後段にパティキュレートフィルタとを有しており、フィルタには吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されている。フィルタは排気中のパティキュレートマターを捕集する。また、ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高い場合は排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下した場合に吸蔵していたＮＯｘを放出する。ＮＯｘ触媒からＮＯｘが放出される際、ＮＯｘ触媒周囲の排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘがＮ２等に還元される。

さらに、この実施形態においては、上記エアクリーナ１８からターボコンプレッサ１６へ吸気を送る吸気通路１７の途中、エアクリーナ１８に近い側に、吸気流量を計測可能なエアフロセンサ２２が設けられている。そして、該エアフロセンサ２２の検出信号がＥＣＵ（エンジン制御ユニット）１４へ供給され、ＥＣＵ１４によってスロットルバルブ１３のバルブ開度が制御されるように構成されている。
なお、エアフロセンサ２２は、吸気流量と吸気温度を計測可能なものであってもよい。また、図示しないが、排気通路１９の途中から上記吸気通路１７へ排気ガスの一部を還流する還流通路（低圧側ＥＧＲ）が設けられることもある。

また、エンジン１０には、燃料噴射ノズル２３やエンジンの回転数を検出する回転数センサ２４が設けられ、図２に示すように、該回転数センサ２４の検出信号および前記エアフロセンサ２２の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されている。エアフロセンサ２２は、流量計と温度センサとで構成されたものでもよい。さらに、ＥＣＵ１４には、外気温度を検出する外気温センサ２５や車両の走行速度を検出する車速センサ２６、イグニッションキー（またはスタートスイッチ）２７やアクセルペダルに設けられているアクセル開度センサ２８からの信号が入力されている。
上記外気温センサ２５は、エアクリーナ１８直後の吸気の温度を測定するものでも、エアクリーナ１８の近傍の吸入される前の空気の温度を測定するものでもよい。

ＥＣＵ１４は、これらの入力に基づいて、スロットルバルブ１３のモータを駆動してバルブ開度を制御する。また、ＥＣＵ１４は、アクセル開度に応じて、図示しない燃料噴射ポンプを駆動制御して、適切な量の燃料を燃料噴射ノズル２３より噴射させる。なお、ＥＣＵ１４には、インテークマニホールド１１に設けられた過給圧センサからの信号が入力され、該センサからの検出信号に基づいてエンジンの制御を行うこともできる。
なお、ＥＣＵ１４は、アクセル開度センサ２８からの信号に基づいて燃料噴射ノズル２３より噴射する燃料の量を演算し、それに応じて燃料噴射ポンプを制御するので、常時、燃料噴射量を把握している。

さらに、ＥＣＵ１４には、フラッシュメモリのような不揮発性の半導体メモリあるいは磁気ディスクなどからなる記憶装置２９が接続されている。そして、この記憶装置２９に、ＥＣＵ１４が実行する制御プログラムやエアクリーナの雪詰まり判定用のマップデータが格納（記憶）されている。
雪詰まり判定用のマップデータは、予め実験やシミュレーションによりエンジン回転数および負荷を表す燃料噴射量をパラメータとして、エアクリーナが雪詰りしたと看做し得る吸気量を求めてマップあるいはテーブルの形式として作成したものである。このマップデータには、雪詰りと判定した時の運転状態に応じて、スロットルバルブ１３の開度等の、雪詰りの進行を防止するための周辺装置制御データ（例えばスロットバルブの開度データ）が含まれている。

次に、実施形態におけるＥＣＵ（エンジン制御ユニット）１４によるエアクリーナの雪詰まり検出および防止制御処理の内容について、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、この当該制御処理は、メイン制御フローの中で常時繰り返し実行してもよいし、タイマ割込み等によって所定時間ごとに実行するようにしてもよい。
ＥＣＵ１４による雪詰まり検出および防止制御処理においては、先ず回転数センサ２４、外気温センサ２５、車速センサ２６およびアクセル開度センサ２８からの信号を読み込む（ステップＳ１）。そして、これらのセンサからの信号に基づいて、外気温とアクセル開度とエンジン回転数と車速を算出する（ステップＳ２）。

次に、算出されたこれらの値に基づいて、外気温が０℃よりも低く、かつ、アクセル開度が1.0％より大きく、かつ、エンジン回転数が1600ｒｐｍより高く、かつ、車速が60ｋｍ／ｈより速いか判定する（ステップＳ３）。
なお、これらの判定を行うための判定閾値は、外気温等の物理量や百分率値に変換する前の各センサの信号そのものの大きさ、つまり上記判定閾値（０℃等）に対応するセンサの値を予め記憶装置２９に記憶しておいて判定に使用するようにしてもよい。その場合、図３のステップＳ２の算出処理は不要となる。後に説明するエアフロセンサ２２の検出信号についても同様である。

上記ステップＳ３で、外気温が０℃よりも低くない、またはアクセル開度が1.0％より大きくないか、エンジン回転数が1600ｒｐｍより高くないか、車速が60ｋｍ／ｈより速くない（Ｎｏ）と判定したときは、ステップＳ１へ戻って上記処理を繰り返す。
一方、外気温が０℃よりも低く、アクセル開度が1.0％より大きく、エンジン回転数が1600ｒｐｍより高く、車速が60ｋｍ／ｈより速い（ステップＳ３：Ｙｅｓ）と判定したときはステップＳ４へ進む。そして、アクセル開度センサ２８からの信号に基づいて決定した燃料噴射量を読み込む（ステップＳ４）。

次に、記憶装置２９に記憶されているマップデータを参照して、ステップＳ２で算出されたエンジン回転数およびステップＳ３で読み込んだ燃料噴射量に応じた吸気流量の雪詰まり判定閾値を取得する（ステップＳ５）。続いて、エアフロセンサ２２の検出信号を読み込んで、吸気流量を算出する（ステップＳ６）。次に、算出した吸気流量がステップＳ５で取得した雪詰まり判定閾値よりも低いか否か判定する（ステップＳ７）。
ここで、算出した吸気流量がステップＳ５で取得した雪詰まり判定閾値よりも低くない（ステップＳ７：Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ１の処理から繰り返す。

一方、ステップＳ７で吸気流量がステップＳ５で取得した雪詰まり判定閾値よりも低い（Ｙｅｓ）と判定すると、エアクリーナ１８に雪が詰まっているとみなして、ステップＳ８へ進む。そして、マップデータに基づいてエンジン回転数と燃料噴射量に応じたスロットルバルブ１３の開度を出力する（ステップＳ８）。具体的には、スロットルバルブ１３の開度を絞って、インテークマニホールド１１内の吸入負圧がエアクリーナ１８に伝わりにくくする。その後、運転席のコンソールパネル等に設けられている警報用のランプを点灯させるなどの警報の出力（ステップＳ９）を行うことで、ユーザへ警告を出して当該制御処理を終了する。

上記のように、エアクリーナ１８が雪詰まりと判定するとスロットルバルブ１３の開度を制御することにより、エアクリーナ１８における雪詰まりの進行を防止することができる。その結果、雪詰まりでインテークマニホールド１１内の吸入負圧が増大してエンジン出力不足、ひいてはエンジンストールを生じるのを防止することができる。また、雪詰まりでインテークマニホールド１１内の吸入負圧が増大して、ターボコンプレッサの軸からオイルが流出してエンジンのシリンダ内に流入して、エンジンのランオンを引き起こす状態に至るのを防止することができる。

なお、上記実施形態では、一例として、本発明をインテークマニホールド１１とインタークーラー１５との間にスロットルバルブ１３を設けたエンジン制御システムに適用したものを説明した。本発明は、インタークーラー１５とターボコンプレッサ１６の間にスロットルバルブ１３を設けたシステム、あるいはターボコンプレッサ１６とエアクリーナ１８との間にスロットルバルブ１３を設けたエンジン制御システムにも適用することができる。

また、低圧側ＥＧＲを設けたシステムでは、エアクリーナの雪詰まりを検出した場合に、例えばスロットルバルブ１３を絞り低圧ＥＧＲバルブを開くような制御を行う。これにより、排気ガスの一部を吸気通路側へ誘導して排気ガスの熱でエアクリーナを温めて雪詰まりを解消させるようなことも可能である。
さらに、上記実施形態では、本発明をディーゼルエンジンのエアクリーナの雪詰まり検出および防止に適用した場合について説明したが、本発明は、ガソリンエンジンその他エアクリーナを備えた内燃機関一般に利用することができる。

１０ エンジン（内燃機関）
１１ インテークマニホールド（吸気管）
１２ エキゾーストマニホールド
１３ スロットルバルブ（吸気制御弁）
１４ ＥＣＵ（エンジン制御ユニット：制御手段）
１５ インタークーラー（圧縮空気冷却装置）
１６ ターボコンプレッサ（空気圧縮装置）
１７ 吸気通路
１８ エアクリーナ（空気清浄装置）
１９ 排気通路
２０ マフラ（消音器）
２１ ＤＰＦ（排気ガスの浄化装置）
２２ エアフロセンサ（流量検出手段）
２３ 燃料噴射ノズル
２４ 回転数センサ（回転数検出手段）
２５ 外気温センサ（外気温検出手段）
２６ 車速センサ（車速検出手段）
２８ アクセル開度センサ（開度検出手段）

Claims (4)

1. ディーゼルエンジンに空気を導入する吸気管と、前記吸気管の上流側に設けられディーゼルエンジンに導入される空気を浄化する空気清浄装置と、前記空気清浄装置から前記吸気管に至る吸気通路の途中に設けられた吸気制御弁と、前記ディーゼルエンジン内へ噴射する燃料の量および前記ディーゼルエンジンへ導入する吸気量を制御する制御手段と、運転状態に応じて設定した雪詰まり判定用の吸気通路の流量値を記憶する記憶手段とを備えた車両用のエアクリーナの雪詰まり進行防止システムであって、
   前記吸気通路の前記空気清浄装置に近い側に設けられた流量検出手段を含む運転状態を把握するための複数の検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   外気温とエンジン回転数とアクセル開度と車速および吸気通路の流量に基づいて運転状態を把握し、前記流量検出手段により検出された流量が、そのときの運転状態に対応された前記雪詰まり判定用の流量値よりも低くなった場合に前記空気清浄装置が雪詰まりを起こしていると判定し、
   前記空気清浄装置が雪詰まりを起こしていると判定したときには、前記吸気制御弁の開度を絞るように制御することを特徴とするエアクリーナの雪詰まり進行防止システム。
2. 前記記憶手段には、エンジン回転数および燃料噴射量に対応して、複数の吸気流量判定閾値および吸気制御弁開度が予め記憶されており、
   前記複数の検出手段として、
   前記エンジン回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記アクセルの開度を検出するアクセル開度検出手段と、
   をさらに備え、前記制御手段は、アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度に応じて燃料噴射量を決定し、所定の運転状態である場合には、エンジン回転数および燃料噴射量に応じて前記記憶手段から前記吸気流量判定閾値を取得し、該判定閾値と前記流量検出手段により測定された吸気流量とを比較して閾値を超えていると判断した場合に、前記吸気制御弁の開度を所定の開度に絞るように制御することを特徴とする請求項１に記載のエアクリーナの雪詰まり進行防止システム。
3. 前記複数の検出手段として、さらに、
   前記空気清浄装置の近傍の空気もしくは吸気の温度を検出する外気温検出手段と、
   車両の走行速度を検出する車速検出手段と、
   を備え、前記制御手段は、前記流量検出手段と、前記回転数検出手段と、前記アクセル開度検出手段と、前記外気温検出手段と、前記車速検出手段からの信号に基づいて運転状態を把握し、所定の運転状態である場合には、エンジン回転数および燃料噴射量に応じて前記記憶手段から前記吸気流量判定閾値を取得し、該判定閾値と前記流量検出手段により測定された吸気流量とを比較して閾値を超えていると判断した場合に、前記吸気制御弁の開度を所定の開度に絞るように制御することを特徴とする請求項２に記載のエアクリーナの雪詰まり進行防止システム。
4. 前記空気清浄装置から導入された空気を圧縮する空気圧縮装置と、前記空気圧縮装置により圧縮された空気を冷却する圧縮空気冷却装置とを備え、前記吸気制御弁は前記圧縮空気冷却装置と前記吸気管の間に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエアクリーナの雪詰まり進行防止システム。

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