JP7803256B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

排気通路には、内燃機関の排気を浄化する排気処理装置、および温度を検出する温度センサが設けられる（特許文献１など）。

特開２０１９－１２０２３８号公報

排気中の水分が凝縮することで、排気通路に凝縮水が発生する。温度センサが凝縮水に被水し、被水によって温度センサによる温度測定の誤差が大きくなることがある。凝縮水は移動し、排気通路の内部に分布する。凝縮水の位置に応じて、被水の可能性が変わる。そこで、排気通路における凝縮水の分布を検出することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、内燃機関の排気を浄化する排気処理装置が排気通路に設けられ、前記排気通路における凝縮水の発生量を取得する発生量取得部と、前記排気通路のうち前記排気処理装置よりも上流側、前記排気処理装置よりも下流側、および前記上流側と前記下流側との間の位置、それぞれにおける前記凝縮水の分布量を取得する分布量取得部と、を具備する内燃機関の制御装置によって達成できる。

前記発生量取得部は、前記内燃機関が停止していた時間、および前記排気通路のうち前記排気処理装置よりも上流側の温度に基づいて、前記内燃機関が停止していた期間における前記凝縮水の発生量を取得し、前記分布量取得部は、前記内燃機関が搭載された車両の姿勢に基づいて、前記内燃機関が停止していた期間における前記凝縮水の分布量を取得してもよい。

前記内燃機関が運転している間、前記分布量取得部は前記凝縮水の分布量を更新してもよい。

前記排気通路のうち前記排気処理装置よりも上流側に第１温度センサが設けられ、前記排気処理装置よりも上流側に第２温度センサが設けられ、前記凝縮水の分布量および車両の挙動に基づいて、前記第１温度センサおよび前記第２温度センサが前記凝縮水に被水したか判定する判定部を具備してもよい。

排気通路における凝縮水の分布を検出することが可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は実施形態に係る車両を例示する図である。 図２はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。 図３（ａ）から図３（ｃ）は排気通路を例示する図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は凝縮水の量を例示する図である。

以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の制御装置について説明する。図１は実施形態に係る車両１００を例示する図である。図１に示すように、車両１００は、内燃機関１０、およびＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を有する。

内燃機関１０は例えばガソリンなどの燃料を燃焼し、動力を発生させる。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が接続されている。空気は吸気通路１２を流れ、内燃機関１０に導入される。吸気通路１２にはスロットルバルブ１６およびエアフローメータ１８が設けられ、上流側からこの順番に並ぶ。スロットルバルブ１６の開度が大きくなると、吸気通路における空気の流量が増加する。開度が小さくなると空気の流量は減少する。エアフローメータ１８は空気の流量を検出する。加速度センサ２６は、内燃機関１０が搭載された車両１００の姿勢および加速度を検出する。

燃焼で発生する排気は、排気通路１４を流れ、車両の外に排出される。排気通路１４には温度センサ２２（第１温度センサ）、排気処理装置２０、および温度センサ２４（第２温度センサ）が設けられ、上流側からこの順番に並ぶ。排気処理装置２０は、例えばＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）を有し、排気中の粒子状物質を捕集する。排気処理装置２０は触媒を含んでもよい。触媒は例えば一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）などの物質を浄化する。排気処理装置２０はＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を有してもよい。

排気通路１４のうち、排気処理装置２０よりも上流側を領域１４ａとし、排気処理装置２０よりも下流側を領域１４ｃとする。領域１４ａと領域１４ｃとの間の位置を領域１４ｂとする。温度センサ２２は、排気処理装置２０よりも上流側の領域１４ａに位置し、上流側における温度を検出する。温度センサ２４は、排気処理装置２０よりも下流側の領域１４ｃに位置し、下流側における温度を検出する。温度センサ２２および２４は、排気通路１４の外から内に向けて差し込まれ、排気通路１４のうち例えば上半分の壁に設けられている。下は重力が作用する方向であり、上は下とは反対の方向である。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置を備え、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う制御装置である。

ＥＣＵ３０はスロットルバルブ１６の開度を制御する。ＥＣＵ３０は、エアフローメータ１８から空気の流量（吸気量）を取得する。ＥＣＵ３０は、加速度センサ２６から車両１００の姿勢および加速度を取得する。ＥＣＵ３０は、温度センサ２２および２４から排気通路１４の温度を取得する。

排気には水分が含まれる。冷却されることで水分は凝縮し、凝縮水が発生する。ＥＣＵ３０は、排気通路１４における凝縮水の発生量を取得する発生量取得部として機能する。ＥＣＵ３０は、領域１４ａ、１４ｂおよび１４ｃそれぞれにおける凝縮水の分布量を取得する分布量取得部として機能する。ＥＣＵ３０は、温度センサ２２および２４が凝縮水に被水したか判定する判定部として機能する。被水とは、水がセンサにかかることを意味する。

図２はＥＣＵ３０が実行する処理を例示するフローチャートである。処理の開始時点では内燃機関１０は停止しているものとする（ソーク中）。ＥＣＵ３０は、例えば排気通路１４の領域１４ａの温度および内燃機関１０の停止時間（ソーク時間）などに基づいて、凝縮水の発生量を取得する（ステップＳ１０）。温度が低く、停止時間が長いほど、凝縮水の発生量は多くなる。ＥＣＵ３０は、例えば車両１００の姿勢に基づいて、停止期間中の領域１４ａ、１４ｂおよび１４ｃのそれぞれにおける凝縮水の分布量を取得する（ステップＳ１２）。内燃機関１０が運転を開始すると、排気が排気通路１４に流れる。凝縮水は排気によって吹き飛ばされるため、排気通路１４の下流に移動する。また、凝縮水は車両１００の外に吹き飛ばされることもあり、蒸発することもある。内燃機関１０の運転時間が長くなると、凝縮水は蒸発し、減少していく。運転時間および吸気量などに基づいて、ＥＣＵ３０は分布量を更新する（ステップＳ１４）。

車両１００の加速および減速などによって、凝縮水が移動し、温度センサ２２および２４にかかることがある。ＥＣＵ３０は、温度センサ２２および２４が被水したか否か判定する（ステップＳ１６）。温度センサ２２および２４の両方が被水していないと判定された場合、ステップＳ１６で否定判定（Ｎｏ）となる。否定判定の場合、図２の処理は終了する。温度センサ２２および２４のいずれかが被水したと判定された場合、ステップＳ１６で肯定判定（Ｙｅｓ）となる。肯定判定の場合、ＥＣＵ３０は補正を行う（ステップＳ１８）。補正とは、被水した温度センサの出力値の補正、または温度から算出される値の補正などである。補正後の値は、例えば排気処理装置２０が取り外されたか否かの判定に用いられる。ステップＳ１８の後、処理は終了する。

表１は凝縮水の発生量を例示する表である。温度は領域１４ａの温度であり、低い方から順にＴ１、Ｔ２、Ｔ３とする。時間は内燃機関１０が停止してからの経過時間であり、０、ｔａ、ｔｂと経過していく。

表１に示すように経過時間が０であるときには、凝縮水の発生量は０である。時間がｔａかつ温度がＴ１のとき、発生量はＷ１である。時間がｔａかつ温度がＴ２のとき、発生量はＷ２である。時間がｔａかつ温度がＴ３のとき、発生量はＷ３である。発生量Ｗ１はＷ２およびＷ３より多い。発生量Ｗ２はＷ３より多い。時間がｔｂかつ温度がＴ１のとき、発生量はＷ４である。時間がｔｂかつ温度がＴ２のとき、発生量はＷ５である。時間がｔｂかつ温度がＴ３のとき、発生量はＷ６である。発生量Ｗ４はＷ１およびＷ５より多い。発生量Ｗ５はＷ２およびＷ６より多い。発生量Ｗ６はＷ３より多い。温度が低いほど凝縮水の発生量は多くなる。経過時間が長いほど発生量は多くなる。ＥＣＵ３０は、例えば表１のようなデータテーブルを記憶し、データテーブルを参照して凝縮水の発生量を取得する（図２のステップＳ１０）。

図３（ａ）から図３（ｃ）は排気通路１４を例示する図である。Ｘ軸は水平方向を表す。Ｘ軸の左は車両１００が前進する方向である。右は車両１００が後退する方向である。Ｙ軸は上下の方向を表す。重力はＹ軸の下向きに作用する。排気通路１４に凝縮水４０、４２および４４が発生しているものとする。凝縮水４０は領域１４ａにたまり、温度センサ２２より上流（前方）に位置する。凝縮水４２は排気処理装置２０付近にたまっている。凝縮水４４は領域１４ｃにたまり、温度センサ２４より下流（後方）に位置する。

図３（ａ）の例では、車両１００は水平な道に位置する。排気通路１４はＸ軸に対して略平行である。車両１００が加速すると、凝縮水は後方に移動しやすい。車両１００が減速すると、凝縮水は前方に移動しやすい。

図３（ｂ）の例では、車両１００は下り坂に位置している。排気通路１４はＸ軸に対して傾斜し、斜め下を向く。Ｘ軸からの傾斜角度をａとする。凝縮水は排気通路１４の上流側に移動しやすい。

図３（ｃ）の例では、車両１００は登り坂に位置している。排気通路１４はＸ軸に対して傾斜し、斜め上を向く。Ｘ軸からの傾斜角度をｂとする。凝縮水は排気通路１４の下流側に移動しやすい。

表２および表３は凝縮水の移動量を例示する表である。表２では図３（ｂ）のように車両１００の姿勢は下向きに傾斜する。排気通路１４のＸ軸からの角度ａは、小さい方から０、ａ１、ａ２とする。

表２に示すように、角度ａが０のとき、領域１４ｃから領域１４ｂへの凝縮水の移動量および領域１４ｂから領域１４ａへの移動量は０である。角度ａがａ１のとき、領域１４ｃから領域１４ｂへの凝縮水の移動量はＤ１である。領域１４ｂから領域１４ａへの移動量はＤ２である。例えば、Ｄ１はＤ２以上である。角度ａがａ２のとき、領域１４ｃから領域１４ｂへの凝縮水の移動量はＤ３である。領域１４ｂから領域１４ａへの移動量はＤ４である。例えば、Ｄ３はＤ１およびＤ４以上である。

表３では図３（ｃ）のように車両１００の姿勢は上向きに傾斜する。排気通路１４のＸ軸からの角度ｂは、小さい方から０、ｂ１、ｂ２とする。

表３に示すように、角度ｂが０のとき、領域１４ａから領域１４ｂへの凝縮水の移動量および領域１４ｂから領域１４ｃへの移動量は０である。角度ｂがｂ１のとき、領域１４ａから領域１４ｂへの凝縮水の移動量はＤ５である。領域１４ｂから領域１４ｃへの移動量はＤ６である。Ｄ５はＤ６以上である。角度ｂがｂ２のとき、領域１４ａから領域１４ｂへの凝縮水の移動量はＤ７である。領域１４ｂから領域１４ｃへの移動量はＤ８である。例えば、Ｄ７はＤ５およびＤ８以上である。

車両１００が傾斜していることで、凝縮水は排気通路１４内を移動する。角度が大きいほど、移動量は増加する。ＥＣＵ３０は、表２および表３のようなデータテーブルを記憶し、傾斜角度に基づいて、凝縮水の移動量を取得する。凝縮水の発生量および移動量に基づいて、領域ごとの凝縮水の分布を取得することができる（図２のステップＳ１２）。

図４（ａ）および図４（ｂ）は凝縮水の量を例示する図である。図４（ａ）は領域１４ａ、１４ｂおよび１４ｃそれぞれにおける、内燃機関１０の始動からの凝縮水量の推移を表す。横軸は始動からの経過時間である。縦軸は、始動時から累積した凝縮水の量を表す。排気中の水分が凝縮することで、凝縮水が発生する。排気通路１４の温度が低いほど、凝縮水は発生しやすい。領域１４ａ、１４ｂおよび１４ｃの順番に凝縮水が発生する。凝縮水は排気によって吹き飛ばされ、排気通路１４の下流側に移動する。領域１４ａの凝縮水は減少し、領域１４ｂの凝縮水は増加していく。領域１４ｂの凝縮水が下流に移動すると、領域１４ｃの凝縮水は増加していく。内燃機関１０への吸気量が多いほど、排気量も増加する。排気量が多いほど、凝縮水は後方に移動しやすくなる。

図４（ｂ）は内燃機関１０が再始動した後の、領域１４ｃにおける凝縮水の量を表す。横軸は内燃機関１０の再始動から積算された吸気量を表す。縦軸は領域１４ｃにおける凝縮水量を表す。図４（ａ）の時間ｔ１で内燃機関１０が停止したとする。領域１４ｃにおける凝縮水の量はＶ１である。内燃機関１０の停止中、領域１４ｃにおける凝縮水の量はＶ１のままである。内燃機関１０が再始動した後、内燃機関１０で発生する排気は、排気通路１４に流れる。凝縮水は排気の熱より蒸発し、かつ排気により車両１００の外に吹き飛ばされる。このため凝縮水は減少していく。

車両１００の運転中、排気通路１４内における凝縮水の分布量は変化する。ＥＣＵ３０は分布量を更新する（図２のステップＳ１４）。車両１００の挙動によって凝縮水が移動し、温度センサにかかる可能性がある。挙動とは例えば加速および減速である。ＥＣＵ３０は温度センサの被水を判定する。

表４は温度センサ２２の被水の可能性を例示する表である。加速度Ａ１およびＡ２は正の値であり、Ａ３およびＡ４は負の値である。Ａ１の絶対値はＡ２の絶対値より大きい。Ａ４の絶対値はＡ３の絶対値より大きい。加速度がＡ１のとき車両１００は急加速する。加速度がＡ２のとき車両１００は緩加速する。加速度がＡ３のとき車両１００は緩減速する。加速度がＡ４のとき車両１００は急減速する。加速度が０のとき車両１００は停車しているか、等速で走行する。

領域１４ａ、１４ｂ、および１４ｃのうちいずれかひとつは、他の領域に比べて凝縮水の多い場所とする。領域１４ａに凝縮水が多く、かつ加速度がＡ１の場合、温度センサ２２が被水する可能性が高い。領域１４ａにたまっている凝縮水が、急加速によって後方に移動し、温度センサ２２にかかる可能性が高い。領域１４ａに凝縮水が多く、かつ加速度がＡ２の場合、温度センサ２２が被水する可能性は低い。領域１４ａに凝縮水がたまっているが、加速度Ａ２が小さいため、後方に移動する凝縮水の量は少ない。温度センサ２２にかかる可能性は低い。領域１４ａに凝縮水が多く、加速度が０、Ａ３、およびＡ４のいずれかの場合、温度センサ２２が被水する可能性は極めて低く、例えば０である。加速度が０のとき、凝縮水は移動しにくいため、温度センサ２２にかかりにくい。加速度がＡ３およびＡ４のとき、凝縮水は前方に移動するため、温度センサ２２にかかりにくい。

領域１４ｂに凝縮水が多く、かつ加速度がＡ１、Ａ２および０のいずれかの場合、温度センサ２２が被水する可能性は極めて低い。加速度がＡ１およびＡ２のとき、凝縮水は領域１４ｂから後方に移動するため、温度センサ２２にかかりにくい。加速度が０のとき、凝縮水は移動しにくいため、温度センサ２２にかかりにくい。加速度がＡ３のとき、被水の可能性は低い。少量の凝縮水が領域１４ｂから前方の領域１４ａに移動するためである。加速度がＡ４のとき、被水の可能性は高い。大量の凝縮水が領域１４ｂから領域１４ａに移動するためである。

領域１４ｃに凝縮水が多く、かつ加速度がＡ１、Ａ２、０およびＡ３のいずれかの場合、温度センサ２２が被水する可能性は極めて低い。加速度がＡ１およびＡ２のとき、凝縮水は後方に移動するため、温度センサ２２にかかりにくい。加速度が０のとき、凝縮水は移動しにくいため、温度センサ２２にかかりにくい。加速度がＡ３のとき、少量の凝縮水が領域１４ｃから前方に移動する。領域１４ｃから領域１４ａまでの距離は大きいため、温度センサ２２は被水しにくい。加速度がＡ４のとき、被水の可能性は低い。大量の凝縮水が領域１４ｃから前方に移動する。領域１４ｃから領域１４ａまでの距離は大きいため、温度センサ２２まで移動する凝縮水の量は少ないと考えられる。

表５は温度センサ２４の被水の可能性を例示する表である。

領域１４ａに凝縮水が多く、かつ加速度がＡ２、０、Ａ３およびＡ４のいずれかの場合、温度センサ２２が被水する可能性は極めて低い。加速度がＡ３およびＡ４のとき、凝縮水は前方に移動するため、温度センサ２４にかかりにくい。加速度が０のとき、凝縮水は移動しにくいため、温度センサ２４にかかりにくい。加速度がＡ２のとき、少量の凝縮水が領域１４ａから後方に移動する。領域１４ａから領域１４ｃまでの距離は大きいため、温度センサ２４は被水しにくい。加速度がＡ１のとき、被水の可能性は低い。大量の凝縮水が領域１４ａから後方に移動する。領域１４ａから領域１４ｃまでの距離は大きいため、温度センサ２４まで移動する凝縮水の量は少ないと考えられる。

領域１４ｂに凝縮水が多く、かつ加速度が０、Ａ３およびＡ４のいずれかの場合、温度センサ２４が被水する可能性は極めて低い。加速度がＡ３およびＡ４のとき、凝縮水は前方に移動するため、温度センサ２４にかかりにくい。加速度が０のとき、凝縮水は移動しにくいため、温度センサ２４にかかりにくい。加速度がＡ２のとき、被水の可能性は低い。少量の凝縮水が領域１４ｂから後方の領域１４ｃに移動するためである。加速度がＡ１のとき、被水の可能性は高い。大量の凝縮水が領域１４ｂから領域１４ｃに移動するためである。

領域１４ｃに凝縮水が多く、かつ加速度がＡ１、Ａ２および０のいずれかの場合、温度センサ２４が被水する可能性は極めて低い。加速度がＡ１およびＡ２のとき、凝縮水は後方に移動するため、温度センサ２４にかかりにくい。加速度が０のとき、凝縮水は移動しにくいため、温度センサ２４にかかりにくい。加速度がＡ３のとき、被水の可能性は低い。少量の凝縮水が前方に移動し、温度センサ２４にかかる可能性はある。加速度がＡ４のとき、被水の可能性は高い。大量の凝縮水が前方に移動するためである。

本実施形態によれば、ＥＣＵ３０は排気通路１４における凝縮水の発生量を取得し、排気通路１４の領域１４ａ、１４ｂおよび１４ｃそれぞれにおける凝縮水の分布量を取得する（ステップＳ１０およびＳ１２）。排気通路１４における凝縮水の分布を検出することができる。

表１に示すように、温度が低く、停止時間が長いほど凝縮水の量が多くなる。表２および表３に示すように、車両１００の傾きに応じて、凝縮水は排気通路１４の中を移動する。ＥＣＵ３０は、内燃機関１０が停止していた時間、および温度センサ２２が検出する時間に基づいて、凝縮水の発生量を取得する。ＥＣＵ３０は、車両１００の姿勢に基づいて、凝縮水の分布量を取得する。内燃機関１０の停止期間における凝縮水の分布量を取得することができる。ＥＣＵ３０は、車両１００の姿勢とともに、例えば排気通路１４の形状などに基づいて分布量を推定してもよい。

図４（ａ）に示すように、凝縮水は排気に吹き飛ばされ、後方に移動する。図４（ｂ）に示すように、内燃機関１０で発生する熱によって凝縮水は蒸発し、減少していく。吸気量が多いほど排気量も増加し、凝縮水は後方に移動しやすくなる。内燃機関１０の運転時間が長いほど、発熱量が増加する。凝縮水は蒸発して減少する。内燃機関１０の運転中、吸気量および運転時間に基づいて、ＥＣＵ３０は凝縮水の分布量を更新する（ステップＳ１４）。運転中の分布量を取得することができる。

排気通路１４に温度センサ２２および２４が設けられている。車両１００の加速および減速によって、凝縮水は移動する。表４および表５に示すように、ＥＣＵ３０は、加速度および凝縮水の量に基づいて温度センサ２２および２４が被水したか否か判定する（図２のステップＳ１６）。温度センサ２２および２４の出力する温度は、被水によって変化し、実際の温度よりも低くなる。温度は、例えば排気処理装置２０が取り外されたことの判定に用いられる。ＥＣＵ３０は、被水と判定した場合、例えば温度を補正する（ステップＳ１８）。排気処理装置２０の取り外しの判定の精度を改善することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 内燃機関、１２ 吸気通路、１４ 排気通路、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 領域、１６ スロットルバルブ、１８ エアフローメータ、２０ 排気処理装置
２２ 温度センサ（第１温度センサ）、２４ 温度センサ（第２温度センサ）、２６ 加速度センサ、３０ ＥＣＵ、１００ 車両

Claims (2)

1. 内燃機関の排気を浄化する排気処理装置が排気通路に設けられ、
   前記排気通路における凝縮水の発生量を取得する発生量取得部と、
   前記排気通路のうち前記排気処理装置よりも上流側、前記排気処理装置よりも下流側、および前記上流側と前記下流側との間の位置、それぞれにおける前記凝縮水の分布量を取得する分布量取得部と、を具備し、
   前記発生量取得部は、前記内燃機関が停止していた時間、および前記排気通路のうち前記排気処理装置よりも上流側の温度に基づいて、前記内燃機関が停止していた期間における前記凝縮水の発生量を取得し、
   前記分布量取得部は、前記内燃機関が搭載された車両の姿勢に基づいて、前記内燃機関が停止していた期間における前記凝縮水の分布量を取得する内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関が運転している間、前記分布量取得部は前記凝縮水の分布量を更新する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。