JP2011117382A - エンジンのフィルタ再生制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンのフィルタ再生制御装置において、フィルタ再生の頻度を高めるとともに、成功率の高い状態の判別をできるだけ簡素にしたシステムで実行することにある。
【解決手段】エンジン制御装置（５）に自動料金収受装置（３）の車載機（４）を通信可能に設け、車載機（４）が路側の自動料金収受装置（８）との通信に基づいて高速走行可能な道路への進入を検知した際にエンジン制御装置（５）へ信号出力し、エンジン制御装置（５）は車載機（４）からの高速走行可能な道路への進入を示す信号出力に基づいて強制的なフィルタ再生を開始する。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンのフィルタ再生制御装置に係り、特に排ガス中に微粒子を含むディーゼルエンジン等に設けられたフィルタを再生制御するエンジンのフィルタ再生制御装置に関する。

車両に搭載されたディーゼルエンジンにおいては、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）（以下「フィルタ」という）を設け、このフィルタに微粒子としてのススを捕集させて排ガスの浄化を果たしている。ここで、フィルタは、捕集したススを燃焼させて再生する必要がある。通常、エンジン制御装置（ＥＣＭ：エンジン・コントロール・モジュール）は、エンジン制御データや各センサ情報からフィルタが捕集したスス量を把握し、必要に応じて排ガス温度を上昇させ、捕集したススを燃焼させてフィルタ再生を行っている。フィルタに入る排ガス温度を上げるために、一般的には、燃焼に寄与しない燃料を燃料噴射弁から噴射し、フィルタの上流側の酸化触媒で燃焼させている。

従来のフィルタ再生制御を、図４のタイムチャートに基づいて説明する。
図４に示すように、エンジン２が始動すると（時間ｔ１）、エンジン始動時からの経過時間の計測が始まり、そして、車両が動き始め（時間ｔ２）、その後、エンジン始動時からの経過時間が許可判定値Ｌに達すると（時間ｔ３）、フィルタ再生許可時間成立時の平均車速の計測が開始され、そして、この平均車速が設定値Ｍを達すると（時間ｔ４）、フィルタ再生許可条件が成立し、フィルタ（ＤＰＦ）再生フラグがオンとなり、フィルタ再生が実施され、その後、その平均車速が低下して設定値Ｍに戻ると（時間ｔ５）、フィルタ再生フラグがオフとなり、フィルタ再生が中断され、そして、車速が零になり（時間ｔ６）、その平均車速も零となる（時間ｔ７）。

特開２００５−２４８７６２号公報 特開２００３−１５５９２５号公報 特許文献１に係るエンジンの排気浄化装置は、高速走行を判別してフィルタを再生するものであり、地図データ等の情報を有するナビゲーションシステムを利用し、高速道路を判別してフィルタ再生を行うものである。 特許文献２に係る内燃機関の排気浄化装置は、車両走行状態に基づいてフィルタ再生制御を行うものであり、高速走行に関して地図データの料金所を考慮するものである。

ところで、車両の高速走行は、負荷が高く、排ガス温度を高くすることが容易でフィルタ再生の条件に適している。つまり、フィルタ再生が必要な状況においては、高速走行を開始したら直ちにフィルタ再生の制御に入ることが、時間を無駄にすることが無く望ましいものである。フィルタ再生の制御の開始が遅れた結果、フィルタ再生の完了に至らなかった場合は、再度のフィルタ再生が必要になり、このため、燃料の無駄使い、燃料によるエンジンオイルの希釈に結びつく等の弊害が生じた。
しかしながら、従来のフィルタ再生制御においては、連続した高速走行であることを直接検出しているわけではなく、現在の車速と一定期間の平均車速を計算し、フィルタ再生の成立条件を満たしていることを確認してからフィルタ再生の制御を開始しているので、時間的な損失（ロス）が生ずる。フィルタ再生には、通常１５〜３０分程度を要するので、短時間の走行でもフィルタ再生を完了させるためには、時間を無駄にできないものである。
また、上記の特許文献１におけるフィルタ再生の技術では、ススがある程度溜まるまで、フィルタ再生を行わず、高速道路では、溜まったと判断する値が一般道より低いというだけであり、高速道路での走行を開始しても、直ぐにフィルタ再生を開始するものではない。しかし、微粒子が溜まれば、排気効率を下げてしまうので、できる限り微粒子のない状態あるいは少ない状態を保つのが好ましい。
一般のナビゲーションシステムは、処理速度が速く、多くの情報を保有してはいるものの、エンジン制御装置がそのまま利用できる信号出力手段を持っておらず、また、エンジン制御装置は、ナビゲーションシステムの情報信号をそのまま処理できる手段を持っておらず、信頼性を確保した処理速度に抑えられている上に、さらに、多岐にわたる情報を具体的な動作に展開できるだけの処理能力が必要になるため、具体的な動作を指示するごとき、相互通信を成り立たせることが極めて困難であった。
ナビゲーションシステムとエンジン制御装置の一方又は両方を専用設計する必要があり、排気装置の処理能力を確保する目的のために、例えば、オン／オフを切り替えるためだけに使用するには、コストが高くなるという不都合があった。
また、ナビゲーションシステムが自車位置を表示し、広域交通情報を含む各種情報を受信していても、ルート案内を実行していなければ、たとえ、渋滞情報を受信したとしても、単純な情報表示しか行わず、自車関連情報としての処理を行わない（自車関連情報の判断ができない）ので、受信した情報をフィルタ再生制御に常に反映させることができないという不都合があった。
また、高速道路や自動車専用道であっても、日常的あるいは頻繁に通る道は、ルート設定しないで走行する場合も多くなり、装着数と実際の使用数に隔たりがある。例えば、地方且つ渋滞の少ない地域であって、近距離・中距離の通勤のような走行ならば、時間がかからず、高速走行を終えてしまうものである。

そこで、この発明の目的は、フィルタ再生の頻度を高めるとともに、成功率の高い状態の判別をできるだけ簡素にしたシステムで実行できるエンジンのフィルタ再生制御装置を提供することにある。

この発明は、自動料金収受装置の車載機を搭載する車両のエンジンの排気通路に排ガス中の微粒子を捕集するフィルタを設け、このフィルタに捕集された微粒子量が所定量以上になった際には車両走行中に前記フィルタに捕集されている微粒子が燃焼するように前記フィルタの温度を上昇させて強制的なフィルタ再生を行なうエンジン制御装置を備えたエンジンのフィルタ再生制御装置において、前記エンジン制御装置に前記車載機を通信可能に設け、前記車載機は路側の自動料金収受装置との通信に基づいて高速走行可能な道路への進入を検知した際に前記エンジン制御装置へ信号出力し、前記エンジン制御装置は前記車載機からの高速走行可能な道路への進入を示す信号出力に基づいて強制的なフィルタ再生を開始することを特徴とする。

この発明のエンジンのフィルタ再生制御装置は、フィルタ再生の頻度を高めるとともに、成功率の高い状態の判別をできるだけ簡素にしたシステムで実行できる。

図１はフィルタ再生制御のフローチャートである。（実施例） 図２はフィルタ再生制御装置のシステム構成図である。（実施例） 図３はフィルタ再生制御のタイムチャートである。（実施例） 図４は従来のフィルタ再生制御のタイムチャートである。（従来例）

この発明は、フィルタ再生の頻度を高めるとともに、成功率の高い状態の判別をできるだけ簡素にしたシステムで実行する目的を、自動料金収受装置の車載機を利用する際の通信をトリガとしてフィルタ再生制御を行って実現するものである。

図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。
図２において、１は車両に搭載されるエンジン２のフィルタ再生制御装置である。このフィルタ再生制御装置１は、自動料金収受装置（ＥＴＣ装置）３の車載器（ＥＴＣユニット）４と、エンジン２を制御するエンジン制御装置（ＥＣＭ：エンジン・コントロール・モジュール）５とを用いる。
このエンジン制御装置５には、自動料金収受装置３の車載機４が通信線６を介して通信可能に設けられている。このように、エンジン制御装置５に自動料金収受装置３の車載機４を相互に通信可能に接続して設ける場合に、制御装置同士を直接通信線６で繋いで構成したり、制御装置間のエリア・ネットワークや無線により構成することも可能である。車載器４は、車両に搭載されてアンテナ７を備え、ＥＴＣレーン、ゲート等の路側の自動料金収受装置８と通信可能なものであり、カード９を挿脱可能な構成である。
エンジン２は、シリンダブロック１０とシリンダヘッド１１とシリンダヘッドカバー１２とオイルパン１３とが一体的になって構成されている。
シリンダブロック１０には、気筒毎に各シリンダ１４が形成されているとともにこのシリンダ１４にピストン１５が摺動可能に設けられ、また、シリンダヘッド１１と共働した燃焼室１６が形成されている。
シリンダヘッド１１には、吸気側で吸気ポート１７が形成され、また、燃焼室１６に燃料を噴射する燃料噴射弁１８が配設され、更に、排気側で排気ポート１９が形成され、しかも、中央部位にカム軸２０が配設されている。

エンジン２は、吸気装置２１を備えている。この吸気装置２１は、クリーナケース２２内に設けられたエアフィルタ２３を有するエアクリーナ２４と、このエアクリーナ２４からエンジン２のシリンダヘッド１１の吸気ポート１７に吸入空気を導く吸気通路２５を形成する吸気管２６とを備えている。吸気通路２５には、エンジン２側で、例えば、電子的に作動されるスロットルバルブ２７が配設されている。

エンジン２は、排気装置２８を備えている。この排気装置２８は、エンジン２のシリンダヘッド１１の排気ポート１９からの排気を導く排気通路２９を形成する排気管３０を備えている。

エンジン２は、過給機（ターボチャージャ）３１を備えている。この過給機３１は、吸気通路２５の上流側に配設され、エアクリーナ２４側からの吸入空気を過給し、この過給された空気をエンジン２側に供給するものである。
過給機３１は、過給機ケース３２内で、吸気通路２５の途中に配設されたコンプレッサ３３と、排気通路２９の途中に配設されて排ガス流でコンプレッサ３３を回転するタービン３４と、コンプレッサ３３とタービン３４とを連結する回転軸３５とを備えている。
また、コンプレッサ３３とスロットルバルブ２７との間の吸気通路２５には、過給機３１で過給された空気を冷却するインタクーラ３６が設けられている。
過給機ケース３２には、過給圧制御アクチュエータ３７が設けられている。この過給圧制御アクチュエータ３７は、過給圧制御管３８を介してシリンダヘッド１１に設けたバキュームポンプ３９に連絡している。

排気通路２９には、過給機３１のタービン３４の下流側で、触媒装置４０が設けられる。この触媒装置４０は、タービン３４に近い側（上流側）のプレ触媒コンバータ４１と、このプレ触媒コンバータ４１の下流側のメイン触媒コンバータ４２とから構成される。
プレ触媒コンバータ４１は、プレ触媒ケース４３内で、プレ触媒４４を備える。
メイン触媒コンバータ４２は、メイン触媒ケース４５内で、上流側のメイン触媒（酸化触媒）４６と、このメイン触媒４６から所定の距離により離間した下流側でディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下「フィルタ」という）（図面上では「ＤＰＦ」と記す）４７とを備えている。このフィルタ４７は、排気通路２９の排ガス中の微粒子を捕集するものである。

エンジン２は、燃料供給装置４８を備える。この燃料供給装置４８は、燃料タンク４９内で電磁式の燃料ポンプ５０が設けられ、また、この燃料ポンプ５０に燃料供給管５１の一端側が接続している。この燃料供給管５１の他端側は、燃料噴射弁１８に取り付けた燃料デリバリパイプ５２に接続している。
また、燃料供給管５１には、燃料タンク４９側から順次に、燃料フィルタ５３と燃料高圧ポンプ５４と燃料量調整器５５とが設けられている。
燃料高圧ポンプ５４に接続したポンプ側戻り管５６と、燃料量調整器５５に接続したバルブ側戻り管５７と、燃料デリバリパイプ５２に接続したバルブ側戻り管５８とは、燃料ダンパ５９に連絡している。この燃料ダンパ５９には、燃料タンク４９に開口するメイン戻り管６０が接続している。

エンジン２は、ＥＧＲ装置６１を備えている。このＥＧＲ装置６１は、排気通路２９内の排ガスの一部を吸気系に還流させるものであり、一端をエンジン２側の排気通路２９に開口するとともに他端をスロットルバルブ２７の下流側の吸気通路２５に開口した排気還流管６２と、この排気還流管６２の吸気側に設けたＥＧＲ弁６３と、排気還流管６２の途中に設けたＥＧＲクーラ６４とを備える。

エンジン制御装置５には、シリンダヘッド１１に設けられた燃料噴射弁１８と、燃料タンク４９内に設けられた燃料ポンプ５０と、吸気管２６に設けられたＥＧＲ弁６３とが連絡する。
また、エンジン制御装置５には、吸気管２６に設けられたエアフローメータ６５と、過給圧制御管３８の途中に設けられた過給圧制御ソレノイド弁６６と、シリンダヘッド１１に設けられたカム角センサ６７と、グロープラグ制御モジュール６８を介してシリンダヘッド１１に設けられたグロープラグ６９と、スロットルバルブ２７をアクセルペダルの人為操作状態を検知して開閉動作するように吸気管２６に設けられたモータ等のスロットルバルブアクチュエータ７０と、吸気管２６に設けられた過給圧センサ７１と、エンジン２の冷却水通路７２のエンジン水温を検知する水温センサ７３と、シリンダブロック１０に設けられたクランク角センサ７４と、プレ触媒コンバータ４１とメイン触媒コンバータ４２との間に設けられた上流側排ガス温度センサ７５と、メイン触媒コンバータ４２のメイン触媒４６とフィルタ４７との間に設けられた下流側排ガス温度センサ７６及び差圧センサ７７と、燃料フィルタ５３に設けられた燃料温度センサ７８・燃料ヒータ７９・燃料フィルタ水検知センサ８０と、燃料高圧ポンプ５４に設けられた燃料流アクチュエータ８１と、燃料量調整器５５に設けられた燃料圧センサ８２・燃料圧調整弁８３とに連絡する。
更に、エンジン制御装置５には、ＡＢＳ等の制御モジュール８４を介して、車輪速度センサ８５と、４ＷＤ制御モジュール８６と、キーレススタート制御モジュール８７と、コンビネーションメータ８８と、ボディ制御モジュール（ＢＣＭ）８９と、このボディ制御モジュール８９を介した電気負荷センサ９０と、ステアリング角センサ９１とが連絡している。
更にまた、エンジン制御装置５には、エアコン冷媒圧センサ９２と、ラジエータファンモータリレー９３と、追加ヒータ９４と、エアコンコンプレッサ電磁クラッチ９５と、ダイナミックリンケージカプラ（ＤＬＣ）９６と、ＣＰＰスイッチ９７と、ブレーキライトスイッチ９８と、ＡＰＰセンサ９９と、イグニションスイッチ１００及びメインリレー１０１を介したバッテリ１０２と、燃料ヒータ７９に接続した燃料ヒータリレー１０３とが連絡している。
そして、エンジン制御装置５は、車載機４と通信をする通信手段１０４と、燃料噴射弁１８を作動する燃料噴射制御手段１０５と、差圧センサ７７からの出力信号でフィルタ４７に捕集された微粒子量を算出して判定する微粒子量判定手段１０６と、気圧検知手段１０７とを備える。

このエンジン制御装置５は、フィルタ４７に捕集された微粒子量が所定量以上になった際に、車両走行中にフィルタ４７に捕集されている微粒子が燃焼するように、燃料噴射弁１８から燃焼に寄与しない燃料を噴射させてフィルタ４７の温度を上昇させ、強制的なフィルタ再生を行なうものである。ここで、微粒子の堆積状態は、主に、フィルタ４７の直前の排気通路２９に臨むように設けた差圧センサ７７の信号出力に基づいて要否判断され、そして、その差圧が大きくなれば、微粒子の堆積量が多くなったことを示す。
エンジン制御装置５は、車載機４からの高速走行可能な道路への進入を示す信号出力に基づいて強制的なフィルタ４７の再生を開始するものであるが、実際の進入では、進入速度等の個人差が大きいため、若干の遅延時間を設けることも可能であり、専用の入力ポートを設けることで対応できるが、制御装置間のエリア・ネットワークや無線により構成することも可能である。
車載機４は、路側の自動料金収受装置８との通信に基づいて高速走行可能な道路への進入を検知した際にエンジン制御装置５へ信号出力する。そして、このエンジン制御装置５は、車載機４からの高速走行可能な道路への進入を示す信号出力に基づいて強制的なフィルタ再生を開始する。
具体的には、車載機４と路側の自動料金収受装置８との間の認証通信が正常に済めば、運転者にその結果を音声あるいはアラーム音等で知らせることになるので、そのような報知信号等を利用して、出力信号を生成すれば良い。２値信号で充分にトリガとなるタイミングを提供可能である。
このように、自動料金収受装置３の車載器４を備えた車両では、高速道路利用時に使用する確率が極めて高く、現状でも実利用者の７０％以上（さらに増加傾向）であり、フィルタ再生の取りこぼしが極めて少なくなる。
一方で、エンジン制御装置５は、車載機４からの高速走行可能な道路への進入を示す信号出力を受信しない場合に、エンジン始動後の経過時間と平均車速とに基づいて強制的なフィルタ再生を開始する。

即ち、この実施例においては、高速走行の開始を直接検出／入力することで、時間を無駄にすることなくフィルタ再生制御を開始する方法を提案するものである。フィルタ再生が必要若しくは可能な状況下において、高速走行の開始を検出した場合は、直ちにフィルタ再生制御を開始するような制御ロジックとする。高速走行の開始を検出する手段としては、車載器４の出力信号をエンジン制御装置５に取り込みものであり、インターチェンジ進入時に車載器４から送信される出力信号をエンジン制御装置５に入力させる。

次に、この実施例におけるフィルタ再生制御を、図１のフローチャートに基づいて説明する。
図１に示すように、エンジン制御装置５のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、エンジン２が始動したか否かを判断し（ステップＡ０２）、このステップＡ０２がＮＯの場合には、この判断を継続する。
このステップＡ０２がＹＥＳの場合には、ＥＴＣ信号がオンか否かを判断する（ステップＡ０３）。ここで、ＥＴＣ信号のオンとは、自動料金収受装置３の車載機４からの信号出力が、高速走行可能な道路への自車の進入を示す信号出力であることを示す。
このステップＡ０３がＹＥＳの場合には、フィルタ再生を実施する（ステップＡ０４）。
これにより、自動料金収受装置３の車載器４からの通信に基づき、通信直後の走行状態であり、排ガス温度を高くし易く、負荷の大きな高速走行可能な走行状態でのフィルタ再生を実現でき、また、信号出力のデータ量も少なくでき、簡素なシステムで構成できるとともに、信号の信頼性が極めて高く、誤判定も少なくできる。
一方、前記ステップＡ０４がＮＯの場合には、エンジン始動後の経過時間が許可判定値に達した条件が成立したか否かを判断し（ステップＡ０５）、このステップＡ０５がＮＯの場合には、前記ステップＡ０２に戻す。
このステップＡ０５がＹＥＳの場合には、エンジン始動後の平均車速が設定値に達した条件が成立したか否かを判断し（ステップＡ０６）、このステップＡ０６がＮＯの場合には、前記ステップＡ０２に戻す。
前記ステップＡ０６がＹＥＳの場合には、前記ステップＡ０４に移行してフィルタ再生を実施する。
このように、自動料金収受装置３の車載器４の利用による高速走行開始時のフィルタ再生が不完全に終わったとしても、通常走行によってフィルタ再生が行われるので、フィルタ再生の頻度を高く確保できる。
前記ステップ０４のフィルタ再生の実施後は、フィルタ再生負荷の条件が成立したか否かを判断し（ステップＡ０７）、このステップＡ０７がＮＯの場合には、フィルタ再生の完了か否かを判断する（ステップＡ０８）。
ここで、フィルタ再生の完了とは、フィルタ再生実施中に負荷条件が不成立となって完了したのではなく、溜まった微粒子を充分処理できた完了である。また、もし、ＥＴＣレーン、ゲート等の路側の自動料金収受装置８との通信後、実際の高速道路や自動車専用道の本線の走行開始直後で渋滞等に遭遇しても、負荷条件が不成立となって、フィルタ再生の未完でも完了する。
前記ステップＡ０８がＮＯの場合には、エンジン制御装置５が、車載機４からの高速走行可能な道路への進入を示す信号出力を受信しない場合であって、前記ステップＡ０４に移行させてフィルタ再生を実施し、エンジン始動後の経過時間と平均車速に基づいて強制的なフィルタの再生を開始する。このため、ＥＴＣ信号のオンに基づく再生が未完であっても、再生完了までをやり直す機会がある。
一方、前記ステップＡ０７がＹＥＳの場合、又は前記ステップＡ０８がＹＥＳの場合には、プログラムをエンドとする（ステップＡ０９）。
なお、フィルタ再生の完了後、しばらくの間の設定時間では、フィルタ再生の再実行を休止させても良く、実際の走行状態に基づいて、要否判断してフィルタ再生を実施する。

次いで、この実施例のフィルタ再生制御を、図３のタイムチャートに基づいて説明する。
図３に示すように、エンジン２が始動すると（時間ｔ１）、エンジン始動時からの経過時間の計測が始まり、そして、車両が動き始め（時間ｔ２）、その後、車速が高側の一定値Ｎに達すると（時間ｔ３）、ＥＴＣ信号がオンとなり、フィルタ（ＤＰＦ）再生フラグがオンになってフィルタ再生が実施される。
そして、時間ｔ３から一定時間Ｔ経過後（時間ｔ４）、フィルタ再生フラグがオフになり、フィルタ再生が完了する。
その後、エンジン始動時からの経過時間が許可判定値Ｌに達すると（時間ｔ５）、フィルタ再生許可時間成立時の平均車速の計測が開始され、そして、この平均車速が設定値Ｍに達すると（時間ｔ６）、フィルタ再生許可条件が成立し、フィルタ再生フラグがオンとなり、フィルタ再生が実施され、その後、その平均車速が低下して設定値Ｍに戻ると（時間ｔ７）、フィルタ再生フラグがオフとなり、フィルタ再生が中断され、そして、車速が零になり（時間ｔ８）、その平均車速も零となる（時間ｔ９）。

なお、この実施例においては、高速道路、自動車専用道路、バイパス道路等の場合によって高速走行が可能であることに繋がる信号等を発信している場合は、それらの信号を検出するようにしておき、フィルタ再生制御を実施できる。

この発明に係るフィルタ再生制御装置を、各種車両に適用可能である。

１ フィルタ再生制御装置
２ エンジン
３ 自動料金収受装置（ＥＴＣ装置）
４ 車載器（ＥＴＣユニット）４と、
５ エンジン制御装置（ＥＣＭ）
１８ 燃料噴射弁
２９ 排気通路
４０ 触媒装置
４２ メイン触媒コンバータ
４７ フィルタ
７７ 差圧センサ
１０４ 通信手段
１０５ 燃料噴射制御手段
１０６ 微粒子量判定手段

Claims (2)

1. 自動料金収受装置の車載機を搭載する車両のエンジンの排気通路に排ガス中の微粒子を捕集するフィルタを設け、このフィルタに捕集された微粒子量が所定量以上になった際には車両走行中に前記フィルタに捕集されている微粒子が燃焼するように前記フィルタの温度を上昇させて強制的なフィルタ再生を行なうエンジン制御装置を備えたエンジンのフィルタ再生制御装置において、前記エンジン制御装置に前記車載機を通信可能に設け、前記車載機は路側の自動料金収受装置との通信に基づいて高速走行可能な道路への進入を検知した際に前記エンジン制御装置へ信号出力し、前記エンジン制御装置は前記車載機からの高速走行可能な道路への進入を示す信号出力に基づいて強制的なフィルタ再生を開始することを特徴とするエンジンのフィルタ再生制御装置。
2. 前記エンジン制御装置は、前記車載機からの高速走行可能な道路への進入を示す信号出力を受信しない場合に、エンジン始動後の経過時間と平均車速とに基づいて強制的なフィルタ再生を開始することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのフィルタ再生制御装置。

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