(57)【要約】【課題】アクセルオフ時における従来と変わらない減速感を保ちながらも従来より効果的な排気昇温を図り得る排気昇温装置を提供する。【解決手段】排気管１１途中に装備されて無段階で開度を調整可能な排気ブレーキ１４（排気絞り弁）と、該排気ブレーキ１４を走行中に適宜な開度に絞り込んでディーゼルエンジン１に負荷抵抗を与えることで排気昇温を図る排気昇温モードを必要に応じて実行し且つその実行中にアクセルオフが検出されても前記排気ブレーキ１４の絞り込みを戻さずに該絞り込みによるポンピングロス分に見合うトルクが発生するよう燃料噴射を継続する制御装置１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管途中に装備されて無段階で開度を調整可能な排気絞り弁と、該排気絞り弁を走行中に適宜な開度に絞り込んでエンジンに負荷抵抗を与えることで排気昇温を図る排気昇温モードを必要に応じて実行し且つその実行中にアクセルオフが検出されても前記排気絞り弁の絞り込みを戻さずに該絞り込みによるポンピングロス分に見合うトルクが発生するよう燃料噴射を継続する制御装置とを備えたことを特徴とする排気昇温装置。
【請求項２】
排気絞り弁として排気ブレーキが流用されており、ドライバによる排気ブレーキスイッチのオンが検出されている条件下では通常のブレーキ制御を優先してアクセルオフでの燃料噴射を停止するように制御装置が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気昇温装置。
【請求項３】
排気昇温モード中のギヤチェンジに伴うクラッチの切断時にエンジン回転数に基づき減速度を算出し且つその算出値と減速度の規定値との偏差を検出して排気昇温モードでのアクセルオフ時の燃料噴射量を学習補正するように制御装置が構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気昇温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気絞り弁を絞り込んでエンジンに負荷抵抗を与えることにより排気昇温を図るようにした排気昇温装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯx（窒素酸化物）を還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxと還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水が還元剤として広く使用されている。
【０００４】
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、該排気ガスの熱によって尿素水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに加水分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
【０００５】
ただし、この種の選択還元型触媒では、その床温度が所定の活性温度まで上昇していないと排気ガス中のＮＯxをアンモニアにより良好に還元浄化させることができないため、冷間始動時にアイドル停車しながらエンジンを暖機しているような状況では、未だ選択還元型触媒の床温度が低すぎて尿素水の添加を開始することができず、この間にＮＯxの排出量を十分に低減できない虞れがある。
【０００６】
このため、従来においては、アイドル停車中に排気管途中に備えた排気絞り弁を閉じてエンジンに負荷抵抗を与えることで排気昇温を図る排気昇温モードを実行し、これによりエンジンの暖機を促進するようにしており、このようにアイドル停車中に排気絞り弁を閉じてエンジンに負荷抵抗を与えれば、この負荷抵抗に見合う燃料噴射の増量が成されて排気温度が上昇し、しかも、エンジンの排気抵抗が高まることで気筒内に比較的温度の低い吸気が流入し難くなって比較的温度の高い排気ガスの残留量が増加し、この比較的温度の高い排気ガスを多く含む気筒内の空気が次の圧縮行程で圧縮されて爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上昇が図られることになる。尚、ディーゼルエンジンにおいては、排気管途中に開閉式の排気ブレーキが装備されることが多く、これを排気絞り弁に流用して排気昇温を行うこともできる。
【０００７】
尚、本発明に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１９３８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の如き開閉式の排気ブレーキを排気絞り弁に流用して行う排気昇温では、アイドル停車中での限定的な適用しかできないため、近年においては、電動アクチュエータ等を用いて無段階で開度を調整可能な排気ブレーキを採用して排気絞り弁に流用し、該排気ブレーキにより走行中も排気絞りを実施して排気昇温を図ることが検討されているが、アクセルオフ時の減速感が従来と変わらないよう排気ブレーキを開放する必要があるため、加減速に伴うアクセルオフ（無噴射）の機会が多い運行の場合、燃料噴射の停止に伴う排気温度の低下に加え、燃焼行程を経ない冷えた吸気がそのまま多量に選択還元型触媒に流れ込むことで、暖まりかけた触媒床温度が急激に低下してしまうという課題があった。
【００１０】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、アクセルオフ時における従来と変わらない減速感を保ちながらも従来より効果的な排気昇温を図り得る排気昇温装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、排気管途中に装備されて無段階で開度を調整可能な排気絞り弁と、該排気絞り弁を走行中に適宜な開度に絞り込んでエンジンに負荷抵抗を与えることで排気昇温を図る排気昇温モードを必要に応じて実行し且つその実行中にアクセルオフが検出されても前記排気絞り弁の絞り込みを戻さずに該絞り込みによるポンピングロス分に見合うトルクが発生するよう燃料噴射を継続する制御装置とを備えたことを特徴とする排気昇温装置、に係るものである。
【００１２】
而して、このようにすれば、冷間始動から間もない走行時等に制御装置により排気昇温モードが実行されると、排気絞り弁が適宜な開度に絞り込まれてエンジンに負荷抵抗が与えられ、この負荷抵抗によるトルク低下が燃料噴射量の増加により補償されて効果的な排気昇温が図られる一方、その実行中にアクセルオフとなっても前記排気絞り弁の絞り込みが維持され、該絞り込みによるポンピングロス分に見合うトルクが発生するよう燃料噴射が継続されるので、燃焼行程を経ない冷えた吸気がそのまま多量に排気管途中の後処理装置に流れ込むといった事態が起こらなくなり、該後処理装置を必要温度まで急速に高めることが可能となると共に、アクセルオフ時における従来と変わらない減速感を保つことが可能となる。
【００１３】
また、本発明をより具体的に実施するに際し、排気絞り弁として排気ブレーキが流用されており、ドライバによる排気ブレーキスイッチのオンが検出されている条件下では通常のブレーキ制御を優先してアクセルオフでの燃料噴射を停止するように制御装置が構成されていることが好ましく、このようにすれば、ドライバが排気ブレーキを本来の補助ブレーキとして使用したい時に通常のブレーキ制御に戻すことが可能であり、制動を効かせたい運転状況で燃料噴射が継続されるといった不合理な事態を未然に回避することが可能となる。
【００１４】
更に、本発明においては、排気昇温モード中のギヤチェンジに伴うクラッチの切断時にエンジン回転数に基づき減速度を算出し且つその算出値と減速度の規定値との偏差を検出して排気昇温モードでのアクセルオフ時の燃料噴射量を学習補正するように制御装置が構成されていることが好ましく、このようにすれば、インジェクタの燃料噴射量や排気絞り弁の排気絞り量に関する作動誤差や劣化によるバラツキを修正し、実際の減速度と規定の減速度とのズレを無くして一層確実に従前通りの減速感を保つことが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
上記した本発明の排気昇温装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１６】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、走行中に排気絞り弁を適宜な開度に絞り込んでエンジンに負荷抵抗を与えることで排気昇温を図る排気昇温モードを実行するにあたり、アクセルオフ時における従来と変わらない減速感を保ちながらも従来より効果的な排気昇温を図ることができるので、排気管途中の後処理装置を必要温度まで急速に高めることができ、例えば、後処理装置がＮＯx低減触媒である場合に、冷間始動から間もない走行時に前記ＮＯx低減触媒を早期に活性温度まで上昇させて良好なＮＯx低減効果を発揮させることができ、また、後処理装置がパティキュレートフィルタである場合には、該パティキュレートフィルタの強制再生を早期に且つ確実に完了させることができる。
【００１７】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、排気絞り弁として排気ブレーキが流用されていても、ドライバによる排気ブレーキスイッチのオンが検出されている条件下では通常のブレーキ制御を優先してアクセルオフでの燃料噴射を停止するようにしているので、ドライバが排気ブレーキを本来の補助ブレーキとして使用したい時に通常のブレーキ制御に戻すことができ、制動を効かせたい運転状況で燃料噴射が継続されるといった不合理な事態を未然に回避することができる。
【００１８】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、排気昇温モード中のギヤチェンジに伴うクラッチの切断時にエンジン回転数に基づき減速度を算出し且つその算出値と減速度の規定値との偏差を検出して排気昇温モードでのアクセルオフ時の燃料噴射量を学習補正するようにしているので、インジェクタの燃料噴射量や排気絞り弁の排気絞り量に関する作動誤差や劣化によるバラツキを修正し、実際の減速度と規定の減速度とのズレを無くして一層確実に従前通りの減速感を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す全体系統図である。
【図２】図１の制御装置の制御手順について説明するフローチャートである。
【図３】アクセルオフ時の燃料噴射量の学習補正に関するフローチャートである。
【図４】本形態例と既存技術との比較を項目別に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は本発明の排気昇温装置の一例を示すもので、図１中における符号１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４は吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４はインタークーラ６へと送られて冷却され、冷却された吸気４は吸気マニホールド７へと導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。
【００２２】
また、前記ディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気管１１へと送り出されるようにしてあり、この排気管１１には後処理装置としてパティキュレートフィルタ１２と選択還元型触媒１３とが装備されている。
【００２３】
そして、ここに図示している例においては、電動アクチュエータ等により無段階で開度を調整し得るようにした排気ブレーキ１４が前記タービン２ｂの直後に装備されており、この排気ブレーキ１４を、本来の制動力を増強する作動から独立させて排気絞り弁として利用し、この排気ブレーキ１４を制御装置１５により走行中に絞り込んでディーゼルエンジン１に負荷抵抗を与えることで排気昇温を図る排気昇温モードを実行し得るようにしてある。
【００２４】
ここで、前記制御装置１５には、アクセル開度を検出するアクセルセンサ１６や、エンジン回転数を検出する回転センサ１７、エンジン水温を検出する水温センサ１８、排気ブレーキ１４を補助ブレーキとして作動させるための排気ブレーキスイッチ１９、更には、図示していない各種センサ類からの検出信号が入力されるようになっている。
【００２５】
他方、前記制御装置１５からは、前記ディーゼルエンジン１の各インジェクタ２０（図１中には一つの気筒８についてのみ図示）及び前記排気ブレーキ１４に向け制御信号を出力し、該排気ブレーキ１４を走行中に適宜な開度に絞り込んでディーゼルエンジン１に負荷抵抗を与えることで排気昇温を図る排気昇温モードを必要に応じて実行すると共に、その実行中にアクセルオフが検出されても前記排気ブレーキ１４の絞り込みを戻さずに該絞り込みによるポンピングロス分に見合うトルクを発生させるべく燃料噴射を継続させるようにしている。
【００２６】
尚、図１中における符号２１は排気マニホールド１０から排気ガス９の一部を抜き出して吸気マニホールド７の入口に導くＥＧＲ流路、２２は該ＥＧＲ流路２１を必要時に開通する常時閉のＥＧＲバルブ、２３は再循環される排気ガス９を冷却するためのＥＧＲクーラを夫々示している。
【００２７】
また、図２は前記制御装置１５における具体的な制御手順を示しており、先ずステップＳ１において、エンジン始動モード（セルでクランキングしている始動状況）ではないことが確認された時に次のステップＳ２に進み、確認されないうちはステップＳ１の判定が繰り返されるようになっている。
【００２８】
次のステップＳ２では、運転席における排気ブレーキスイッチ１９がオンであるか、或いは、従来周知の圧縮圧開放型エンジンブレーキのスイッチ（図１中には排気ブレーキスイッチ１９ついてのみ図示）がオンであることが確認され、何れかのスイッチがオンである場合には、ドライバに明確な補助ブレーキ作動の要求があるものとして次のステップＳ３に進んで補助ブレーキモードとなる。
【００２９】
そして、ステップＳ４において、エンジン回転数がＡ［ｒｐｍ］（Ａは任意の適合値）以上であること、車速がＢ［ｋｍ／ｈ］（Ｂは任意の適合値）以上であること（車両が走行中）、ギヤ位置がニュートラル又はリバースではないこと、クラッチが接続状態であること、アクセル開度が０％であること（アクセルが踏まれていない）が全て確認された時に次のステップＳ５へ進み、全てが確認されないうちはステップＳ４の判定が繰り返されるようになっている。
【００３０】
次のステップＳ５では、先のステップＳ２で確認されたスイッチに基づき補助ブレーキ（排気ブレーキ１４又は圧縮圧開放型エンジンブレーキ）が作動されると共に、通常通り燃料噴射が停止されるようになっている。この際、補助ブレーキの効きが損なわれないようＥＧＲバルブ２２は全閉とされることになる。
【００３１】
他方、先のステップＳ２における判定で何れのスイッチもオンでない場合には、ドライバに明確な補助ブレーキ作動の要求がないものとして次のステップＳ６にて通常走行モードとなり、ステップＳ７でエンジン水温がＣ［℃］（Ｃは任意の適合値）以下であるか否かが判定され、エンジン水温がＣ［℃］を超えていればステップＳ８へ進んで通常制御モードとなり、排気ブレーキ１４を全開にしたまま通常のガバナ制御（ディーゼルエンジン１の回転数とアクセル開度に対する燃料噴射量制御）が実施されるようになっている。
【００３２】
ただし、ステップＳ７でエンジン水温がＣ［℃］以下であると判定された場合には、ディーゼルエンジン１が未だ冷えていて排気昇温モードを実行する必要があるものと認定され、次のステップＳ９へと進んで排気昇温モードとなり、ステップＳ１０にてガバナ制御が排気昇温モード用に切り替えられると共に、排気ブレーキ１４の無段階排気絞り制御が実施されるようにしてある。
【００３３】
即ち、前述した通り、排気ブレーキ１４が走行中に適宜な開度に絞り込んでディーゼルエンジン１に負荷抵抗を与えることで排気昇温が図られ、その実行中にアクセルオフが検出されても前記排気ブレーキ１４の絞り込みを戻さずに該絞り込みによるポンピングロス分に見合うトルクを発生させるべく燃料噴射が継続されるよう制御が成されることになる。
【００３４】
ここで、本形態例にあっては、インジェクタ２０の燃料噴射量や排気ブレーキ１４の排気絞り量に関する作動誤差や劣化によるバラツキを修正することを目的とし、排気昇温モード中のギヤチェンジに伴うクラッチの切断時を見計らい、該クラッチの切断時における瞬時の減速度をエンジン回転数に基づき算出し且つその算出値と減速度の規定値との偏差を検出して排気昇温モードでのアクセルオフ時の燃料噴射量を学習補正するようにしてあり、例えば、図３のフローチャートで示す如き制御が成されるようにしてある。
【００３５】
即ち、図３にフローチャートで示す学習補正の制御では、先ずステップＳ１１にてエンジン回転数がＤ［ｒｐｍ］（Ｄは任意の適合値）からＥ［ｒｐｍ］（Ｅは任意の適合値）までの範囲にあること、アクセル開度が０％であること（アクセルが踏まれていない）、クラッチが切断状態であることが全て確認された時に次のステップＳ１２へ進み、判定回転数毎の基準減速度（エンジン回転数とエンジン水温からのマップ算出値）を算出すると共に、判定回転数毎の実減速度（回転センサによる実測値）を算出するようになっている。
【００３６】
そして、次のステップＳ１３にて基準減速度と実減速度との偏差（減速度偏差）を算出した後、次のステップＳ１４にて基本噴射量（エンジン回転数からのマップ算出値）を算出すると共に、学習補正噴射量（エンジン回転数と減速度偏差からのマップ算出値）を算出し、ステップＳ１５にてアクセルオフ時の燃料噴射量（基本噴射量に学習補正噴射量を加えた算出値）を算出するようにしている。
【００３７】
ただし、先のステップＳ１３で求められた減速度偏差が外乱程度のＦ［ｒ／ｓ2］（Ｆは任意の適合値）以下の時は、ステップＳ１４における学習補正噴射量を更新せずに前回値を再び採用することでロバスト性を高めるようにしている。
【００３８】
尚、ステップＳ１４で学習補正噴射量を算出するにあたり、先のステップＳ１１における判定で全ての条件が整わないうちは、ステップＳ１６を経由して減速度偏差の前回値を採用するようになっている。
【００３９】
而して、このように排気昇温装置を構成した場合、冷間始動から間もない走行時等において、ディーゼルエンジン１が未だ冷えていて排気昇温モードを実行する必要があると制御装置１５で認定されると、該制御装置１５により排気昇温モードが実行され、排気ブレーキ１４が適宜な開度に絞り込まれてディーゼルエンジン１に負荷抵抗が与えられ、この負荷抵抗によるトルク低下が燃料噴射量の増加により補償されて効果的な排気昇温が図られる一方、その実行中にアクセルオフとなっても前記排気ブレーキ１４の絞り込みが維持され、該絞り込みによるポンピングロス分に見合うトルクが発生するよう燃料噴射が継続されるので、燃焼行程を経ない冷えた吸気４がそのまま多量に排気管１１途中の選択還元型触媒１３（ＮＯx低減触媒）に流れ込むといった事態が起こらなくなり、該選択還元型触媒１３を必要温度まで急速に高めることが可能となると共に、アクセルオフ時における従来と変わらない減速感を保つことが可能となる。
【００４０】
図４は冷間始動から間もない過渡状態における本形態例（図４中の全ての項目で実線で示す曲線を参照）と既存技術（図４中の全ての項目で鎖線で示す曲線を参照）との比較を項目別にグラフで示したものであり、何れも走行中に排気ブレーキ１４を適宜な開度に絞り込んでディーゼルエンジン１に負荷抵抗を与えることで排気昇温を図るようにしているが、既存技術でアクセルオフ時に排気絞り開度を全開に戻しているのに対し、本形態例ではアクセルオフ時に排気絞り開度を全閉に保ち続けているので、アクセルオフ時における排気背圧が高まり、このままではドライバが予想外の減速感を感じてしまうことになり兼ねないが、本形態例では、アクセルオフ時にも排気ブレーキ１４の絞り込みを戻さずに該絞り込みによるポンピングロス分に見合うトルクが発生するよう燃料噴射を継続しているので、エンジントルクの推移は既存技術と殆ど変わらずに推移することになり、結果的に既存技術よりも効率良く排気温度を上昇させることが可能となっている。
【００４１】
従って、上記形態例によれば、走行中に排気ブレーキ１４を適宜な開度に絞り込んでディーゼルエンジン１に負荷抵抗を与えることで排気昇温を図る排気昇温モードを実行するにあたり、アクセルオフ時における従来と変わらない減速感を保ちながらも従来より効果的な排気昇温を図ることができるので、選択還元型触媒１３（ＮＯx低減触媒）を活性温度まで急速に高めることができ、図示しない尿素水添加弁による尿素水の添加を従来よりも早い段階から開始することができる。
【００４２】
また、特に本形態例においては、ドライバによる排気ブレーキスイッチ１９のオンが検出されている条件下では通常のブレーキ制御を優先してアクセルオフでの燃料噴射を停止するようにしているので、ドライバが排気ブレーキ１４を本来の補助ブレーキとして使用したい時に通常のブレーキ制御に戻すことができ、制動を効かせたい運転状況で燃料噴射が継続されるといった不合理な事態を未然に回避することができる。
【００４３】
しかも、排気昇温モード中のギヤチェンジに伴うクラッチの切断時にエンジン回転数に基づき減速度を算出し且つその算出値と減速度の規定値との偏差を検出して排気昇温モードでのアクセルオフ時の燃料噴射量を学習補正するようにしているので、インジェクタ２０の燃料噴射量や排気ブレーキ１４の排気絞り量に関する作動誤差や劣化によるバラツキを修正し、実際の減速度と規定の減速度とのズレを無くして一層確実に従前通りの減速感を保つことができる。
【００４４】
また、以上は選択還元型触媒１３を早期に活性温度まで上昇させることを目的として排気昇温モードを実行する場合について説明したが、この種の排気昇温モードは、走行中にパティキュレートフィルタ１２を強制再生する場合にも用いることができる。
【００４５】
即ち、ディーゼルエンジン１の排気浄化を図る場合、排気ガス９中のＮＯxを除去するだけでは十分ではなく、排気ガス９中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）についてもパティキュレートフィルタ１２を通して捕集する必要があるが、この種のパティキュレートフィルタ１２を採用する場合には、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタ１２の強制再生を図る必要がある。
【００４６】
このため、パティキュレートフィルタ１２に酸化触媒を担持させ、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で上流の排気ガス９中に燃料を添加してパティキュレートフィルタ１２を強制再生するようにしているが、このようなパティキュレートフィルタ１２の強制再生時に前述の如き排気昇温モードを実行すれば、排気温度の低い運転状況であってもパティキュレートフィルタ１２の強制再生を早期に且つ確実に完了させることができる。
【００４７】
尚、本発明の排気昇温装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、後処理装置は排気昇温モードを要するものであれば選択還元型触媒等のＮＯx低減触媒であってもパティキュレートフィルタであっても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４８】
１      ディーゼルエンジン（エンジン）
９      排気ガス
１１    排気管
１２    パティキュレートフィルタ（後処理装置）
１３    選択還元型触媒（後処理装置）
１４    排気ブレーキ（排気絞り弁）
１５    制御装置
１６    アクセルセンサ
１９    排気ブレーキスイッチ
２０    インジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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