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技術 制御装置及び圧力制御方法

出願人 いすゞ自動車株式会社
発明者 池田卓史矢澤武紘原正敏
出願日 2018年9月19日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-175359
公開日 2020年3月26日 (8ヶ月経過) 公開番号 2020-045825
状態 未査定
技術分野 過給機
主要キーワード 煤詰まり 電子制御バルブ 排気漏れ 排気内 閉塞圧力 内部演算 自動再生中 ディーゼル車両
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年3月26日)のものです。
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図面 (3)

課題

開度の制御が可能なバルブ以外のデバイスを制御することにより排気管内の圧力を制御する。

解決手段

車両の排気管7内の圧力又は排気流量を検出する検出部211と、排気管7上に設けられたターボチャージャー10と、排気内粒子状物質を除去するためのフィルタ9の再生処理中に検出部211が検出した圧力又は排気流量に基づいて、ターボチャージャー10のタービン101が有する可動ベーンの開度を制御する開度制御部212と、を有する。

概要

背景

ディーゼル車両においては、排気に含まれる粒子状物質を除去するためのフィルタが設けられている。フィルタに付着した有害物質蓄積し過ぎないように、有害物質を燃焼させて除去する再生処理技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。

概要

開度の制御が可能なバルブ以外のデバイスを制御することにより排気管内の圧力を制御する。車両の排気管7内の圧力又は排気流量を検出する検出部211と、排気管7上に設けられたターボチャージャー10と、排気内の粒子状物質を除去するためのフィルタ9の再生処理中に検出部211が検出した圧力又は排気流量に基づいて、ターボチャージャー10のタービン101が有する可動ベーンの開度を制御する開度制御部212と、を有する。

目的

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、開度の制御が可能なバルブ以外のデバイスを制御することにより排気管内の圧力を制御する制御装置及び圧力制御方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

車両の排気管内の圧力又は排気流量を検出する検出部と、前記排気管上に設けられたターボチャージャーと、排気内粒子状物質を除去するためのフィルタ再生処理中に前記検出部が検出した圧力又は排気流量に基づいて、前記ターボチャージャーのタービンが有する可動ベーン開度を制御する制御部と、を有する制御装置

請求項2

前記制御部は、前記検出部が検出した圧力が大きいほど又は排気流量が少ないほど前記可動ベーンの開度を大きくする、請求項1に記載の制御装置。

請求項3

前記制御部は、前記車両のエンジンアイドル状態であることを条件として、前記検出部が検出した圧力又は排気流量に基づいて、前記可動ベーンの開度を制御する、請求項1又は2に記載の制御装置。

請求項4

前記制御部は、前記車両のエンジンが駆動状態に変化した場合に、前記検出部が検出した圧力又は排気流量に基づく前記可動ベーンの開度の制御を停止する、請求項1から3のいずれか一項に記載の制御装置。

請求項5

前記制御部は、前記検出部が検出した圧力が第1閾値以上であることを条件として前記可動ベーンの開度を制御する、請求項1から4のいずれか一項に記載の制御装置。

請求項6

排気圧を調整するための排気ブレーキバルブをさらに有し、前記制御部は、前記検出部が検出した圧力が前記第1閾値よりも大きい第2閾値以上である場合に、前記排気ブレーキバルブを一時的に開いた後に閉じる、請求項5に記載の制御装置。

請求項7

前記検出部は、排気マニホールドにおける排気の圧力又は排気流量を前記排気管内の圧力又は前記排気流量として検出する、請求項1から6のいずれか一項に記載の制御装置。

請求項8

前記検出部は、エンジンの回転数の低下に基づいて、前記排気管内の圧力が上昇したことを検出する、請求項1から7のいずれか一項に記載の制御装置。

請求項9

前記検出部は、燃料噴射量の増大に基づいて、前記排気管内の圧力が上昇したことを検出する、請求項1から7のいずれか一項に記載の制御装置。

請求項10

コンピュータが実行する、排気管内の圧力を検出するステップと、排気内の粒子状物質を除去するためのフィルタの再生処理中に検出した前記排気管内の圧力又は排気流量に基づいて、前記排気管上に設けられたターボチャージャーのタービンが有する可動ベーンの開度を制御するステップと、を有する圧力制御方法

技術分野

0001

本発明は、車両の排気管の圧力を制御するための制御装置及び圧力制御方法に関する。

背景技術

0002

ディーゼル車両においては、排気に含まれる粒子状物質を除去するためのフィルタが設けられている。フィルタに付着した有害物質蓄積し過ぎないように、有害物質を燃焼させて除去する再生処理技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。

先行技術

0003

特開2011−247144号公報

発明が解決しようとする課題

0004

アイドル時等のエンジン負荷が低い再生処理を行う間は、排気管に設けられたバルブを閉じることにより排気管を閉空間にした状態で温度を上昇させる。その結果、排気管内の圧力が上昇する。ところが、排気管内の圧力が上昇し過ぎると、排気管の接合部等から排気が漏れてしまったり、によりバルブが閉塞してしまったりするという問題が生じるおそれがある。

0005

排気管内の圧力を適正な圧力に維持するために、バルブの開度を制御するという方法も考えられる。しかしながら、開度の制御が可能なバルブは閉塞圧力コントロール微調整が困難であり、排気管に設けられたバルブを制御する方法以外の方法で排気管内の圧力を制御することが求められている。

0006

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、開度の制御が可能なバルブ以外のデバイスを制御することにより排気管内の圧力を制御する制御装置及び圧力制御方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明の第1の態様の制御装置は、車両の排気管内の圧力又は排気流量を検出する検出部と、前記排気管上に設けられたターボチャージャーと、排気内の粒子状物質を除去するためのフィルタの再生処理中に前記検出部が検出した圧力又は排気流量に基づいて、前記ターボチャージャーのタービンが有する可動ベーンの開度を制御する制御部と、を有する。

0008

前記制御部は、前記検出部が検出した圧力が大きいほど又は排気流量が少ないほど前記可動ベーンの開度を大きくしてもよい。前記制御部は、前記車両のエンジンアイドル状態であることを条件として、前記検出部が検出した圧力又は排気流量に基づいて、前記可動ベーンの開度を制御してもよい。

0009

前記制御部は、前記車両のエンジンが駆動状態に変化した場合に、前記検出部が検出した圧力又は排気流量に基づく前記可動ベーンの開度の制御を停止してもよい。

0010

前記制御部は、前記検出部が検出した圧力が第1閾値以上であることを条件として前記可動ベーンの開度を制御してもよい。

0011

前記制御装置は、排気圧を調整するための排気ブレーキバルブをさらに有し、前記制御部は、前記検出部が検出した圧力が前記第1閾値よりも大きい第2閾値以上である場合に、前記排気ブレーキバルブを一時的に開いた後に閉じてもよい。

0012

前記検出部は、排気マニホールドにおける排気の圧力又は排気流量を前記排気管内の圧力又は前記排気流量として検出してもよい。前記検出部は、エンジンの回転数の低下に基づいて、前記排気管内の圧力が上昇したことを検出してもよい。前記検出部は、燃料噴射量の増大に基づいて、前記排気管内の圧力が上昇したことを検出してもよい。

0013

本発明の第2の態様の圧力制御方法は、コンピュータが実行する、排気管内の圧力を検出するステップと、排気内の粒子状物質を除去するためのフィルタの再生処理中に検出した前記排気管内の圧力又は排気流量に基づいて、前記排気管上に設けられたターボチャージャーのタービンが有する可動ベーンの開度を制御するステップと、を有する。

発明の効果

0014

本発明によれば、開度の制御が可能なバルブ以外のデバイスを制御することにより排気管内の圧力を制御することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0015

車両の吸排気系の模式図である。
ECUが実行する排気圧力を制御する動作のフローチャートである。

実施例

0016

[吸排気系1の概要
図1は、本実施形態に係る車両の吸排気系1の模式図である。吸排気系1は、エンジン2と、吸気管3と、吸気マニホールド4と、排気マニホールド5と、センサ6と、排気管7と、排気ブレーキバルブ8と、フィルタ9(DPF:Diesel Particulate Filter)と、ターボチャージャー10と、ECU(Engine Control Unit)20とを有する。ターボチャージャー10は、タービン101とコンプレッサー102とを有する。

0017

エンジン2は、ディーゼルエンジンである。吸気管3は、エンジン2が燃焼に用いる空気を供給するための管であり、吸気流量を測定するためのMAFセンサ(Mass Air Flow sensor)11が取り付けられている。吸気マニホールド4は、吸気用インテークマニホールドである。排気マニホールド5は、排気用エキゾーストマニホールドである。

0018

排気管7は、エンジン2の排気を外部に出力するための管である。
センサ6は、排気マニホールド5における排気圧力を検出する。センサ6は、検出した排気圧力をECU20に通知する。

0019

排気ブレーキバルブ8は、排気管7に設けられており、ECU20の制御に基づいて開閉することによりエンジン2からの排気量を調整する。排気ブレーキバルブ8が閉じた状態になると、エンジン2の排気圧力が上昇することによりエンジン回転への制動力が生じ、エンジン負荷が増大する。その結果、排気温度及び排気圧力が増大する。

0020

フィルタ9は、排気に含まれるSOF(Soluble Organic Fraction)及び煤煙などの粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集する。フィルタ9は、主としてセラミックから構成される細孔を有しており、PMを一時的に捕集する。

0021

フィルタ9に捕集されたPMの堆積量が増加すると排気が流れにくくなり、エンジン2の排圧が上昇してエンジン2の特性が低下する。そこで、フィルタ9に堆積したPMを燃焼により除去するDPF再生を実行する必要がある。DPF再生時には、排気温度を上昇させるための燃料噴射によって排気温度を上昇させてDPFを昇温させることで、DPFに捕集されているPMを燃焼させる。

0022

DPF再生は、車両が停止してエンジン2がアイドリング状態に自動的に行われる自動再生と、運転手の操作によって行われる手動再生とがある。いずれの場合においても、再生を行っている間は排気ブレーキバルブ8が閉じられるので、排気管7の内部圧力が上昇する。排気ブレーキバルブ8の煤詰まり及び排気ブレーキバルブ8の閉り過ぎ等により排気管7の内部圧力が上昇し過ぎると、排気管7に存在する空隙から排気が漏洩してしまう。または、排圧の上昇により通常運転よりも多く煤が発生する。そこで、本実施の形態に係る吸排気系1は、ターボチャージャー10が有するタービン101の可動ベーン(羽根)の開度をECU20が制御することにより、排気管7の内部圧力が適切な範囲に収まるように構成されている。

0023

ターボチャージャー10は、排気管7に設けられており、排気の圧力を利用してエンジン2に圧縮空気を供給する。具体的には、ターボチャージャー10は、タービン101及びコンプレッサー102を有しており、排気の圧力によりタービン101が回転して生じる回転力によりコンプレッサー102を動作させることで、流入する空気を圧縮することにより圧縮空気を生成する。

0024

タービン101には、扇状に複数のベーンが設けられている。タービン101の複数のベーンは角度が調整可能に構成された可動ベーンであり、ECU20の制御により角度を変化させることができる。

0025

ECU20は、吸排気系1を始めとする車両の各部を制御する装置である。ECU20は、センサ6、MAFセンサ11、タービン101及び排気ブレーキバルブ8の少なくともいずれかと連動することにより、排気管内の圧力を制御する制御装置を構成する。ECU20は、プログラムを実行することにより動作するCPU21(Central Processing Unit)及び各種のデータを記憶する記憶部22を有している。記憶部22は、例えばROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等の記憶媒体を有している。

0026

CPU21は、プログラムを実行することにより、検出部211、開度制御部212及びバルブ制御部213として機能し、検出部211が検出した排気圧力に基づいてタービン101の可動ベーンの開度及び排気ブレーキバルブ8の開閉状態を制御する。検出部211は、DPF再生処理中にセンサ6が出力した圧力信号を取得することにより、排気圧力を検出する。検出部211は、検出した排気圧力を開度制御部212及びバルブ制御部213に通知する。検出部211は、センサ6の代替として、MAFセンサ11により検出される吸気流量、又はエンジン2の回転数を、排気圧力とともに、又は排気圧力の代わりに開度制御部212及びバルブ制御部213に通知してもよい。

0027

開度制御部212は、フィルタ9の再生処理中に検出部211が検出した排気圧力、排気流量又はエンジン2の回転数に基づいて、タービン101が有する可動ベーンの開度を制御する。例えば、検出部211は、排気圧力が大きければ大きいほど可動ベーンの開度を大きくする。また、検出部211は、排気流量が少ないほど可動ベーンの開度を大きくする。開度制御部212は、車両のエンジン2がアイドル状態であることを条件として、検出部211が検出した排気圧力、排気流量又はエンジン2の回転数に基づいて、可動ベーンの開度を制御する。

0028

開度制御部212は、車両のエンジン2が駆動状態に変化した場合に、検出部211が検出した排気圧力に基づく可動ベーンの開度の制御を停止する。このようにすることで、車両が停止した状態から動き始めた場合に、ターボチャージャー10を最適な状態で動作させ、ターボチャージャー10が、車両の加速に必要な圧縮空気をエンジン2に供給することが可能になる。

0029

開度制御部212は、検出部211が検出した排気圧力が、排気圧力を下げる必要がある第1閾値以上であり、かつ可動ベーンの開度の制御によって排気圧力を下げる余地がある値である第2閾値未満であることを条件として可動ベーンの開度を制御してもよい。開度制御部212は、排気圧力が、再生に必要以上になっており、タービン101の可動ベーンの開度を制御するだけでは排気管7内の圧力を十分に下げることができない第2閾値以上であると判定した場合、バルブ制御部213により排気ブレーキバルブ8を制御させる。

0030

バルブ制御部213は、検出部211から通知された排気圧力に基づいて、排気ブレーキバルブ8に付着した煤等で閉塞している可能性があることを示す所定の条件を満たす場合に、排気ブレーキバルブ8を一時的に開いた後に閉じることにより、排気圧力を解放する。バルブ制御部213は、例えば、検出部211が検出した排気圧力が第1閾値よりも大きい第2閾値以上である場合に、排気ブレーキバルブ8を一時的に開いた後に、排気ブレーキバルブ8を閉じる。バルブ制御部213がこのように動作することで、排気管7内の圧力が過度に大きくなった場合に、排気管7に溜まった排気を解放することで圧力を下げることができる。また、排気ブレーキバルブ8が開く際の排気圧力解放時に排気ブレーキバルブ8に付着する煤も吹き飛ばすことができるので、再度排気ブレーキバルブ8が閉じた時の排気圧力が下がる。その結果として、排気管7からガスが漏洩すること及び排気ブレーキバルブ8に付着した煤による排気ブレーキバルブ8が閉塞することを予防・抑制することができる。

0031

記憶部22は、例えばCPU21が実行するプログラムを記憶している。また、記憶部22は、CPU21が各種の制御を行うために必要なデータを記憶している。記憶部22は、例えば排気圧力と開度との関係を示すテーブルを記憶している。この場合、開度制御部212は、排気圧力の大きさに対応する開度になるように可動ベーンを制御してもよい。開度制御部212は、例えば記憶部22に予め記憶された、排気圧力と開度との関係を示すテーブルを参照することにより、可動ベーンの開度を制御する。開度制御部212は、可動ベーン開閉による排気圧力等をフィードバック制御してもよい。

0032

また、記憶部22は、バルブ制御部213が排気ブレーキバルブ8を開く動作が行われた回数を記憶している。CPU21は、記憶部22に記憶された排気ブレーキバルブ8を開く動作が行われた回数が所定の閾値以上になった場合に、排気ブレーキバルブ8の点検が必要であると判定し、例えばインスツルメントパネル警告情報を出力する。

0033

[排気圧力制御動作
図2は、ECU20が実行する排気圧力を制御する動作のフローチャートである。図2においては、一例として、排気圧力に基づいて開度制御部212が可動ベーンの開度を制御する場合を示すが、開度制御部212は、排気流量又はエンジン2の回転数に基づいて可動ベーンの開度を制御する場合も同様の流れで処理することができる。

0034

開度制御部212は、エンジン2が起動している間、DPF再生処理中か否かを判定する(S11)。具体的には、開度制御部212は、手動再生中であるか、エンジン2がアイドル停止状態自動再生中であるかを判定する。開度制御部212は、DPF再生処理中であると判定した場合(S11においてYES)、検出部211からの通知に基づいて、排気圧力を特定する(S12)。

0035

続いて、開度制御部212は、排気圧力が第1閾値以上であるか否かを判定する(S13)。開度制御部212は、排気圧力が第1閾値未満であると判定した場合(S13においてNO)、S11に処理を戻す。開度制御部212は、排気圧力が第1閾値以上であると判定した場合(S13においてYES)、排気圧力が第2閾値以上であるか否かを判定する(S14)。

0036

開度制御部212は、排気圧力が第2閾値未満であると判定した場合(S14においてNO)、開度制御部212は、タービン101の可動ベーンの開度を大きくする(S15)。ここで、開度制御部212は、排気圧力の大きさに対応する開度に可動ベーンの開度を制御してもよい。

0037

続いて、開度制御部212は、エンジン2が停止したか否か、又は再生中断指令があったか否かを確認する(S16)。開度制御部212は、エンジン2が停止していない場合、また再生中断指令等をECU20が受領していない場合(S16においてNO)、S11に戻って、再び排気圧力に基づく可動ベーンの開度を制御する。開度制御部212が、このような制御を繰り返すことで、排気圧力を第1閾値未満の大きさにすることができる。なお、再生中断指令を受領することには、ECU20において内部演算した内容の結果が再生禁止事項に抵触するような場合も含む。

0038

開度制御部212は、S14において、排気圧力が第2閾値以上であると判定した場合(S14においてYES)、その旨をバルブ制御部213に通知する。バルブ制御部213は、排気ブレーキバルブ8を開くことにより排気を解放する(S17)。その後、バルブ制御部213は、所定の時間が経過すると(S18においてYES)、排気ブレーキバルブ8を閉じて再生処理を再開できるようにする(S19)。

0039

(変形例)
上記の説明においては、センサ6が排気圧力を検出する圧力センサである場合を例示したが、センサ6は、排気流量を検出する流量センサであってもよい。また、MAFセンサ11が検出した吸気流量を排気流量として用いてもよい。この場合、検出部211は、センサ6又はMAFセンサ11から入力される流量信号に基づいて、排気流量を検出し、排気流量を開度制御部212及びバルブ制御部213に通知する。

0040

この場合、開度制御部212は、排気圧力の代わりに排気流量を用いて可動ベーンを制御する。具体的には、開度制御部212は、検出部211が検出した排気流量が少なければ排気圧力が高いと判断し、可動ベーンの開度を大きくする。なお、センサ6又はMAFセンサ11が圧力センサ及び流量センサを有しており、開度制御部212は、排気圧力及び排気流量の両方に基づいて可動ベーンを制御してもよい。

0041

また、検出部211は、エンジン2の回転数の低下に基づいて、排気管7内の圧力が上昇したことを検出し、エンジン2の回転数が、排気圧力を下げる必要があると想定される回転数以下になった場合に、可動ベーンの開度を制御してもよい。また、検出部211は、エンジン2への燃料噴射量の増大に基づいて、排気管7内の圧力が上昇したことを検出し、燃料噴射量が、排気圧力を下げる必要があると想定される量以上になった場合に、可動ベーンの開度を制御してもよい。

0042

[本実施形態の圧力制御装置による効果]
本実施形態の圧力制御装置が有する開度制御部212は、フィルタ9の再生処理中に検出部211が検出した圧力又は排気流量に基づいて、タービン101が有する可動ベーンの開度を制御する。このように、開度制御部212がタービン101の可動ベーンの開度を制御することにより、高価な電子制御バルブを用いることなく排気管7内の排気圧力を適正な範囲に維持することができるので、排気漏れを防止できるとともに、適切な圧力下で再生処理を継続することが可能になる。

0043

再生処理中には、排気ブレーキバルブ8が閉まり、排気が抑え込まれるため、ターボチャージャー10がほとんど圧縮空気をエンジン2に供給しない。したがって、開度制御部212は、再生処理中はタービン101の可動ベーンを自由に制御できるので、再生処理中の排気圧力を調整するために可動ベーンの開度を制御することは好適である。

0044

また、開度制御部212が可動ベーンの開度を制御することにより、排気ブレーキバルブ8のばらつきに起因して排気圧力が設計値から乖離した場合にも、排気圧力を微調整することができる。

0045

また、バルブ制御部213は、検出部211が検出した排気圧力が第1閾値よりも大きい第2閾値以上である場合に、排気ブレーキバルブ8を一時的に開いた後に、再び閉じる。バルブ制御部213がこのように構成されていることで、開度制御部212が可動ベーンの開度を制御しても排気管7内の圧力が十分に下がらない場合であっても排気ブレーキバルブ8を開き、排気ブレーキバルブ8に付着し、排気圧力を上げる原因となる煤を吹き飛ばし、煤を除去することができる。また、一定時間のバルブ解放により排気圧力自体も下がる。その結果、排気が漏れたり、エンジン2に過度な負荷がかかったりすることを抑制・防止できる。

0046

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

0047

1吸排気系
2エンジン
3吸気管
4吸気マニホールド
5排気マニホールド
6センサ
7排気管
8排気ブレーキバルブ
9フィルタ
10ターボチャージャー
11MAFセンサ
20 ECU
21 CPU
22 記憶部
101タービン
102コンプレッサー
211 検出部
212開度制御部
213バルブ制御部

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