JP4092499B2 - Dpfの再生制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼルエンジンから排気されるパティキュレートを捕集するフィルタの再生制御に関し、特に、完全再生に適した条件を確実に検出して再生を行うフィルタ再生制御装置に関する。
ディーゼルエンジンには、排気中に含まれるパティキュレート(粒子状物質(Particlate Matter)、以下「PM」と略す)を捕集するためにパティキュレートフィルタ(Diesel Particlate Filter、以下「DPF」と略す)が備えられ、前記DPFがある規定のPM量を捕集した場合には、DPFの温度を強制的に上昇させる等の方法でPMを燃焼させて強制的に除去する、いわゆる再生制御が行われる。
しかし、再生は刻々と変わるさまざまな運転状況の中で行うため、PMの燃焼に必要な温度まで昇温できず、1回の再生制御中にDPF内のPMを全て再生させる(以下、完全再生という)ことは難しく、完全再生ができなかった場合にはDPF内にPMが偏在することになり、PM捕集量の推定精度が低下してDPF異常燃焼を引き起こす原因となり易い。そもそも、運転状況が刻々と変化するので完全再生を行う時期を逃し易い。
そこで、特許文献1には、カーナビゲーションシステム等から得られる情報に基づいて、現時点以後の運転状況および排気ガスの状態を予測し、再生に適した時期を検出して再生を実行するDPF再生制御装置が開示されている。
特WO97−16632号公報
しかしながら、特許文献1に記載の再生制御装置では、カーナビゲーションシステム等を装備する必要があり、コストの増加やシステムの複雑化といった問題があった。
そこで、本発明ではコストの増加やシステムの複雑化をせずに最適な再生時期を決定する再生制御装置とすることを目的とする。
本発明のDPF再生制御装置は、ディーゼルエンジンの排気系に設けられ、排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、所定時間前から現時点までの平均車速とアイドリング時間とに基づいて現時点以降の走行パターンを推測し、かつ推測した走行パターンが1回の再生で全てのパティキュレートを燃焼可能な再生パターンを実施可能な走行パターンであるか否かを判定する第1の走行パターン判定手段と、前記走行パターン判定の結果に基いて走行パターンに応じた最適なフィルタ再生パターンを選択する再生パターン選択手段と、フィルタの再生領域になったときに前記選択された再生パターンに応じて捕集したパティキュレートを燃焼させる再生手段と、を備える。
本発明によれば、過去の運転状況を処理することによって現在の運転状況を推測し、それに応じた再生パターンを選択するので、完全再生を実行可能な時期を精度良く検出することが可能である。
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
図1は、本発明のディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置の一実施形態を示す図である。
20はディーゼルエンジンであり、燃焼室上部には燃料を噴射する燃料噴射弁23が設けられ、吸気通路32にはエアクリーナ35、吸気量を測定するエアフローメータ34、ターボチャージャ29のコンプレッサー29a、コンプレッサー29aによって圧縮されて高温になった空気を冷却するインタークーラ28、ディーゼルエンジン20に供給する空気量を調節する吸気絞り弁21を備え、排気通路33には、ターボチャージャ29のタービン29b、DPF再生制御装置10が設けられる。タービン29aはコンプレッサー29aと連結されており、排気通路33を流れる排気ガスによって駆動される。また、排気通路33と吸気通路32とを連結して排気ガスの一部を吸気通路32に戻すEGR配管30が設けられ、EGR配管30にはEGR量を調節するEGRバルブ22が設けられる。
DPF再生制御装置10は、DPF11と、差圧センサ12と、DPF入口温度センサ13と、DPF出口温度センサ14と、A/Fセンサ15と、エンジンコントロールユニット(ECU)16とを備える。
DPF11は、ディーゼルエンジン20から排出された排気ガス中のPMを捕集するフィルタであり、例えば、セラミック多孔質フィルタ等を使用することができる。差圧センサ12は、DPF11の入口側の圧力と、出口側の圧力との差圧を検出する圧力差測定手段であり、検出した差圧信号をECU16に出力する。DPF入口温度センサ13は、DPF11の入口温度を検出する温度測定手段であり、入口温度信号をECU16に出力する。DPF出口温度センサ14は、DPF11の出口温度を検出する温度測定手段であり、出口温度信号をECU16に出力する。A/Fセンサ15は、ディーゼルエンジン20から排出された排気ガスの空燃比を検出するセンサで、DPF11の上流側の排気通路33に設けられる。なお、このA/Fセンサ15は、理論空燃比を判断できればよいので、O2 センサを使用してもよい。
ECU16は、各センサ12〜15から入力される信号に基づいて、DPF11内におけるPM燃焼状態を推定し、また、ディーゼルエンジン20の回転速度を検出する回転速度センサ24、車両の車速を検出する車速センサ25、変速機のギヤ位置を検出するギヤポジションセンサ26およびタイマー27から入力される信号に基づいて走行パターンを判定し、それに応じた再生パターンを決定する。
再生時に排気温度を昇温する方法は各走行パターンともに同様で、例えば通常の燃料噴射の後に再度燃料噴射を行うポスト噴射や、噴射タイミングを遅らせる噴射時期リタード等の方法を用いる。
ここで、各走行パターンに応じた再生パターンについて説明する。
図3は縦軸が所定時間、例えば5分間の平均車速Vm、横軸がアイドル時間頻度Tidleで、アイドル時間頻度Tidleが最も多く、平均車速Vmが最も小さい場合が渋滞路走行パターン、逆にアイドル時間頻度Tidleが最も少なく、平均車速Vmが最も大きい場合が高速路走行パターンとなっている。その中間は、アイドル時間頻度Tidleは高速路とほぼ同等で平均車速Vmが高速路走行パターンに次いで高い場合が郊外路走行パターン、さらに平均車速Vmが低い場合が山岳路走行パターン、市街地走行パターンとなっており、山岳路走行パターンと市街地走行パターンとの違いは主にアイドル時間頻度Tidleで、多い場合が市街地走行パターン、少ない場合が山岳路走行パターンとなっている。
高速路走行パターンの場合は排気温度が高いので、DPF11のフィルタ温度は昇温をほとんどすることなく再生可能温度となる。したがって高速路再生パターンはポスト噴射量又は噴射時期リタード量はごく僅かであり、すなわち再生に必要な燃料は最小となり、燃費の悪化を防止できる。また、DPF11に捕集されている全てのPMを再生する完全再生に適している。
郊外路走行パターンは高速路走行パターンに近いが、平均速度が高速路走行パターンに比べて低いのでフィルタ温度も低くなり、DPF11が再生可能な温度になるまで昇温する必要がある。したがって郊外路再生パターンでは高速路再生パターンに比べるとポスト噴射量又は噴射時期リタード量が多くなる。
山岳路走行パターンおよび市街地路走行パターンは、郊外路走行パターンよりも更に平均車速が低いので排気温度も低くなる。したがってこれらの走行パターン時の再生パターンは、郊外路再生パターンよりもポスト噴射量又は噴射時期リタード量が多くなる。ただし、山岳路走行パターンは市街地路走行パターンに比べてアイドル頻度が低いので走行中に上昇した排気温度は保たれ易く、また、登坂時には大きな負荷がかかるため排気温度は上昇しやすい。したがって山岳路再生パターンは、フィルタ11を再生可能温度まで昇温するためのポスト噴射量又は噴射時期リタード量は市街地路再生パターンより少ない。
渋滞路走行パターンでは、アイドル頻度が高く平均車速が低いので、排気温度が低い。したがってDPF11のフィルタ温度も低く、渋滞路再生パターンでは再生可能なフィルタ温度まで昇温するのにポスト噴射量又は噴射時期リタード量多くしなければならない。したがって、再生を行うことによって燃費が悪化する。
上記のように、各再生パターンによってポスト噴射や噴射時期リタード等といった昇温制御量が異なり、高速路再生パターンが最も小さく、以下、郊外路再生パターン、山岳路再生パターン、市街地路再生パターン、渋滞路再生パターンの順に大きくなる。したがって、常に高速路再生パターンを実行できれば燃費悪化を最小限に抑えることが可能であるが、DPF11のPM捕集量によっては渋滞路再生パターンを実行しなければならないこともある。そこで、高速路走行パターンになったときに確実に高速路再生パターンを実行して完全再生を行い、渋滞路やその他の走行パターンの時に再生を実行する機会を減らせば燃費悪化を防止できる。また、完全再生を行うことにより、DPF11の入口−出口差圧から推測するDPF11内のPM捕集量の推定精度が向上するので、PM捕集量が少ない状態で再生を実行することによる再生回数の増加や、推定量より多くのPMが捕集されているときに再生を実行することによるDPF11の過度の温度上昇を防止することができる。
図2は、ECU16が実行するフィルタ再生制御パターンの決定方法を説明するフローチャートであり、過去数分間の平均車速とアイドル時間とを算出し、これに基づいて今後の走行パターン、例えば高速走行、渋滞、市街地走行等を推測し、その走行領域に応じた再生パターンを決定している。
ステップS100ではタイマー27と車速センサ25からの入力信号から過去数分間Ta(例えば5分間)の平均車速Vmを算出する。
ステップS101では、タイマー27と回転速度センサ24からの入力信号に基づいて時間Taの間に行われたアイドル時間Tiを算出する。
ステップS102では以下の式(1)によってアイドル時間頻度Tidleを算出する。
Tidle=Ti/Ta ・・・(1)
ステップS103では、平均車速Vmとアイドル時間頻度Tidleから図3のマップを検索して走行パターンを判定する。
ステップS104では、ステップS103で選択した走行パターンが高速路走行パターンであるか否かの判定を行う。高速路走行パターンである場合はステップS105に進み、高速路再生パターンを選択し、ステップS107に進む。
高速路再生パターンとは、1回の再生制御中にDPF内の全てのPMを再生させる、いわゆる完全再生である。
ステップS104で高速路走行パターン以外であった場合には、ステップS106に進み、各走行パターンに応じた再生パターンを選択してステップS107位置に進む。
ステップS107では、DPF11に捕集されたPM量に基いて、現在再生タイミング、換言すると再生領域であるか否かの判定を行う。この判定には、例えば、再生許可捕集量をPM捕集許容量の上限値の80〜90%程度に設定し、現在のPM捕集量と再生許可捕集量とを比較する方法を用いる。
再生タイミングであると判定された場合には、ステップS108に進み、ステップS105、S106で選択した再生パターンを実行する。再生タイミングでない場合にはそのまま処理を終了する。
上記のECU16が行う制御をまとめると、まずステップS100〜S103で過去数分間の走行における平均車速およびアイドル時間から走行パターンを判定し(第1の走行パターン判定手段)、高速路走行パターンであると判定された場合にはステップS105で完全再生を行い、高速路走行パターンではないと判定された場合にはステップS106で各走行パターンに応じた再生パターンを選択し(再生パターン選択手段)、再生タイミングになったときに実行する。再生タイミングの判定は、周知の方法と同様に、DPF11の入口と出口との差圧からDPF11内に捕集されているPM量をマップ検索によって推測し、この捕集PM量の推測値が再生時期判定用に予め設定しておいた閾値を越えた場合を再生時期とする。
以上により、本実施形態では、過去の運転パターンを処理することによって高速路走行パターン、つまり完全再生に有効な走行条件を検出するので、刻々と変わる運転状況においても、完全再生を実行できる確率が高くなる。これにより、再生の為に燃費が悪化することを防止でき、また、完全再生を行えば再生後にDPF内に偏在して残留するPMがほとんどなくなるので、次回再生までのPM捕集量の推定精度が高くなり、再生時にDPF11が過度に温度上昇することを防止できる。
また、過去の走行パターンの分類には回転速度センサ24、車速センサ25等といった既存のセンサ類を使用し、新たなセンサ類や装置を設ける必要が無いので、コスト増加を防止できる。
第2実施形態について説明する。本実施形態は、システムの構成は基本的に第1実施形態と同様であるが、走行パターンの判定方法が一部異なる。
図4は本実施形態でECU16が実行するフィルタ再生制御パターンの決定方法を説明するフローチャートである。ステップS200〜S205は第1実施形態のステップS100〜S105と同様であるので説明を省略する。
第1実施形態と異なるのはステップS104に相当するステップ204で高速路走行パターンでないと判定した場合である。
ステップS204で高速路走行パターン以外を選択した場合には、ステップS206に進み、現在の車速Vが予め設定した高速目標速度Va以上か否かの判定を行う。高速目標速度Vaは、予め実験等により完全再生を行うことが可能な条件を求めておいて設定するものであり、例えば60km/h程度に設定する。
ステップS206において現在の車速Vが高速目標速度Vaより低い場合にはステップS207へ進み、ステップS203で選択した走行パターンに応じた再生パターンを選択する。
ステップS206において現在の車速Vが高速目標速度Va以上の場合はステップS208に進み、高速目標速度Va以上の車速を継続する時間Tvaをカウントする。
ステップS209では時間Tvaが予め設定した高速走行継続目標時間Tb以上継続したか否かの判定を行う。
高速走行継続目標時間Tb以上継続しなかった場合にはステップS210に進み、ステップS203で選択した走行パターンに応じた再生パターンを選択する。
高速走行継続目標時間Tb以上継続した場合にはステップS211に進み、高速路パターンを選択する。
ステップS212では、DPF11に捕集されたPM量に基いて、現在再生タイミングであるか否かの判定をおこなう。再生タイミングであると判定された場合には、ステップS213に進み、ステップS205、S207、S210、S211で選択した再生パターンを実行する。再生タイミングでない場合にはそのまま処理を終了する。
上記の制御をまとめると、まずステップS200〜S203で過去数分間の走行における平均車速およびアイドル時間から走行パターンを判定し(第1の走行パターン判定手段)、高速路走行パターンであると判定された場合にはステップS205で完全再生を選択し(再生パターン選択手段)、実行する。高速路走行パターンでないと判定された場合には、ステップS206、S208、S209で現在の車速による走行パターンの判定を行い(第2の走行パターン判定手段)、高速パターンであると判定された場合にはステップS211で完全再生を選択し、高速走行パターン以外であると判定された場合はステップS207もしくはステップS210で走行パターンに応じた再生パターンを選択し、(再生パターン選択手段)再生タイミングになったら実行する。
以上により、本実施形態では、第1実施形態と同様の効果に加えて、さらに、過去の運転パターンによる走行パターンの分類に加え、現在の運転状態による分類も行うので、完全再生可能な時期を逃す可能性がより減少する。
次に第3実施形態について説明する。
図5は本実施形態においてECU16が実行する、フィルタ再生制御パターンの決定方法を説明するフローチャートである。ステップS300〜S305は図4のステップS200〜S205と同様であるので説明を省略する。
ステップS206に相当するステップS306では、ギヤポジションセンサ26からの信号に基づいて、現在のギヤポジションがオーバートップであるか否かの判定を行う。これは、車速を検知せずに現在の走行パターンを推測する為である。ギヤポジションがオーバートップということは現在高速走行中であり、オーバートップの状態が一定時間以上継続すれば、高速路走行パターンであると判定できる。
ステップS306でオーバートップでない場合にはステップS307に進み、各走行パターンに応じた再生パターンを選択する。オーバートップである場合にはステップS308に進み、オーバートップを継続している時間Tiaをカウントする。
ステップS309ではオーバートップ継続時間Tiaが予め定めた規定時間Tc以上か否かの判定を行う。規定時間Tc以上継続しない場合にはステップS310に進み、各走行パターンに応じた再生パターンを選択する。
規定時間Tc以上継続した場合にはステップS311に進み、高速路再生パターンを選択する。
ステップS312では、DPF11に捕集されたPM量に基いて、現在再生タイミングであるか否かの判定をおこなう。再生タイミングであると判定された場合には、ステップS313に進み、ステップS305、S307、S310、S311で選択した再生パターンを実行する。再生タイミングでない場合にはそのまま処理を終了する。
上記の制御をまとめると、第2実施形態との違いは、過去の走行パターンによる分類で高速路走行パターン以外であると判定された場合に、本実施形態では現在の速度Vの代わりにギヤポジションによる判定を行う点である。予め定めた規定時間Tia以上オーバートップの状態が継続した場合には、現在高速走行中であると判定して、高速路走行パターンを選択することである。
以上により本実施形態では、第2実施形態と同様に、過去の運転パターンによる走行パターンの分類に加え、現在の運転状態による分類も行うので、完全再生可能な時期を逃す可能性がより減少する。
なお、図5のステップS306で、ギヤポジションがオーバートップか否かの判定を行ったが、ここで判定に用いるギヤポジションはオーバートップに限定されるものではなく、第2実施形態で用いた高速目標速度Va程度の速度で走行する際のギヤポジションであればよい。したがって、変速機の変速段数や変速比によっては、判定に用いるギヤポジションはオーバートップ以外になる場合もある。
第4実施例について図6のフローチャートを用いて説明する。図6はDPF11のPM捕集量が予め定めた所定値以上になった場合に実行する制御である。予め定めた所定値は、再生許可捕集量として、例えばPM捕集許容量の上限値の80〜90%程度に設定する。これにより、前回の再生終了直後に再び再生を行う等、不必要な再生を行なうことを防止できる。
図6のフローチャートのステップS400〜S406までは図2と同様であるので説明を省略する。
ステップS405で高速路再生パターンを選択した場合には、直ちに再生を実行する。つまり、DPF11に所定値以上のPMが捕集された状態であれば、高速路再生パターンを実行可能な条件が揃ったときにステップS408に進み、直ちに高速路再生パターン(完全再生)を実行する。これにより、例えば、高速路走行パターンが継続していたにもかかわらず、PM捕集量が上限に達するのを待っていたために高速路走行パターンが終了してしまい、高速路再生パターンを実行できなくなるという事態を回避できる。
ステップS406で高速路再生パターン以外の再生パターンを選択した場合には、ステップS407に進み、PM捕集量がDPF11のPM捕集許容量の上限に達しているか否かの判定を行う。
上限に達している場合にはステップS408に進みステップS406で選択した再生パターンを実行し、上限に達していない場合には処理を終了して再びステップS401に戻る。
これにより、PM捕集量が許容量の上限に達するまでの間は高速路再生パターンを実行する機会を待つことが可能となる。
以上により、本実施形態ではDPF11のPM捕集量が再生許可捕集量以上であり、かつ高速路再生パターンを実行可能な機会があれば即座に高速路再生パターンを実行し、また、DPF11のPM捕集量の上限に達するまでの間は高速路再生パターン実行可能な機会を待つことになるので、高速路再生パターン(完全再生)以外の再生を行う回数を減少させることができ、燃費悪化の防止、精度の良いPM捕集量推定が可能となる。
なお、第2、第3実施形態の制御についても、ステップS405、S406に相当するステップ以降を同様にすることで、同様の効果が得られる。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に適用することができる。
本発明の一実施形態のシステム構成を表す図である。 第1実施形態の制御を示すフローチャートである。 走行パターン判定用マップである。 第2実施形態の制御を示すフローチャートである。 第3実施形態の制御を示すフローチャートである。 第4実施形態の制御を示すフローチャートである。
符号の説明
11 DPF
12 差圧センサ
13 DPF入口温度センサ
14 DPF出口温度センサ
16 コントロールユニット(ECU)

Claims (6)

  1. ディーゼルエンジンの排気系に設けられ、排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
    所定時間前から現時点までの平均車速とアイドリング時間とに基づいて現時点以降の走行パターンを推測し、かつ推測した走行パターンが1回の再生で全てのパティキュレートを燃焼可能な再生を実施可能な走行パターンであるか否かを判定する第1の走行パターン判定手段と、
    前記走行パターン判定の結果に基いて走行パターンに応じた最適なフィルタ再生パターンを選択する再生パターン選択手段と、
    フィルタの再生領域になったときに前記選択された再生パターンに応じて捕集したパティキュレートを燃焼させる再生手段と、を備えることを特徴とするDPFの再生制御装置。
  2. 前記再生パターン選択手段は、前記1回の再生で全てのパティキュレートを燃焼可能な再生を実施可能な走行パターンであると判定された場合には、1回の再生で全てのパティキュレートを燃焼可能な再生パターンの中から再生に必要となる燃料が最小となる再生パターンを選択する請求項1に記載のDPFの再生制御装置。
  3. 前記第1の走行パターン判定手段の他に、現在の走行パターンの判定を行う第2の走行パターン判定手段を備え、前記第1の走行パターン判定手段によって1回の再生で全てのパティキュレートを燃焼可能な再生を実施不可能と判定された場合にも、前記第2の走行パターン判定手段によって1回の再生で全てのパティキュレートを燃焼可能な再生を実施可能な走行パターンであると判定された場合には、前記再生パターン選択手段は完全再生パターンを選択する請求項2に記載のDPFの再生制御装置。
  4. 前記第2の走行パターン判定手段は、所定の速度以上での走行が所定時間継続した場合に1回の再生で全てのパティキュレートを燃焼可能な再生を実施可能な走行パターンであると判定する請求項3に記載のDPFの再生制御装置。
  5. 前記第2の走行パターン判定手段は、所定のギヤポジションでの走行が所定時間継続した場合に1回の再生で全てのパティキュレートを燃焼可能な再生を実施可能な走行パターンであると判定する請求項3に記載のDPFの再生制御装置。
  6. ディーゼルエンジンの排気系に設けられ、排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
    所定時間前から現時点までの平均車速とアイドリング時間とに基づいて現時点以降の走行パターンを推測し、かつ推測した走行パターンが1回の再生で全てのパティキュレートを燃焼可能な再生パターンを実施可能な走行パターンであるか否かを判定する第1の走行パターン判定手段と、
    前記走行パターン判定の結果に基いて走行パターンに応じた最適なフィルタ再生パターンを選択する再生パターン選択手段と、
    前記フィルタの再生領域であり、かつパティキュレート捕集量が上限に達するまでに、前記再生パターン選択手段によって、再生に必要な燃料が最小となる再生パターンが選択された場合には、直ちに再生を実行し、
    再生に必要な燃料が最小となる再生パターンが選択されなかった場合には前記上限に達した時点で選択されている再生パターンで再生を実行する再生手段と、を備えることを特徴とするDPFの再生制御装置。
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