JP2015200204A - フィルタの再生処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中高速走行時に燃料カット制御が行われても、フィルタ部材の再生処理を安定して行うことができるフィルタの再生処理装置を提供すること。
【解決手段】エンジン２の排気に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ２２と、車両１の車速を検出する車速センサ４１と、エンジン２の燃料を噴射するインジェクタ４０と、再生処理を実行している状態で、燃料カット制御が実行されていて、かつ、車両１の車速が予め設定された車速以上である場合、ＤＰＦ２２の温度上昇を促進させるためのポスト噴射量を増加させるＥＣＵ３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィルタの再生処理装置に関し、詳しくは、内燃機関の排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタの再生処理装置に関する。

従来、内燃機関としてディーゼルエンジンを搭載した車両には、排気に含まれるカーボンなどの排気物質（Particulate Matter、以下、「ＰＭ」ともいう）を除去するために、排気経路の途中にフィルタ部材（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）が配置された排気浄化装置が設けられている。

このような車両においては、フィルタ部材によって捕集された排気物質の量が規定量を超えると、内燃機関の運転時に、フィルタ部材へ流入する排気の温度を上昇させることにより、捕集された排気物質を燃焼させる再生処理が行われる。

特に、車両の中高速走行時は、エンジン負荷が高く、排気の温度を高くすることが容易なため、再生処理を実行するのに好適である。このことから、例えば、特許文献１では、高速走行の開始を検知した場合に、再生処理を開始することが提案されている。

ところで、このような車両において、中高速走行時にアクセルペダルが踏み込まれなくなったとき、車両の車速が所定の車速以上であることや、内燃機関の回転数が所定の回転数以上であること等の条件が満たされている場合には、燃費性能を向上させるために燃料噴射を停止し、再度アクセルペダルが踏み込まれた場合に燃料噴射を再開する制御、すなわち燃料カット制御が行われる。

特開２０１１−１１７３８２号公報

しかしながら、このような車両にあっては、中高速走行中の再生処理の実行時において、燃料カット制御が繰り返されると、排気の温度が低くなってしまい、フィルタ部材の温度を高温に維持できなくなる。その場合、排気物質を燃焼させることができなくなり、排気物質が燃え残ってしまう可能性がある。

そこで、本発明は、中高速走行時に燃料カット制御が行われても、フィルタ部材の再生処理を安定して行うことができるフィルタの再生処理装置を提供することを目的としている。

本発明は、フィルタの温度を上昇させ、フィルタに捕集された排気物質を燃焼して除去する再生処理を実行する制御部は、再生処理の実行中に、内燃機関を駆動させるための燃料噴射が停止され、かつ、内燃機関を搭載した車両の走行速度が所定の速度以上である場合、フィルタの温度上昇を促進させるためのポスト噴射の燃料噴射量を増加させることを特徴とするものである。

このように、本発明によれば、内燃機関を駆動させるための燃料噴射が停止することによる排気の温度低下を補うことができるため、フィルタ部材の再生処理を安定して行うことができる。

図１は、本発明の実施形態に係るフィルタの再生処理装置を搭載した車両の要部を示す構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係るフィルタの再生処理装置の制御系の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施形態に係るフィルタの再生処理装置のＤＰＦ温度制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）３とを含んで構成されている。

エンジン２は、ピストンが気筒を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う４サイクルのディーゼルエンジンによって構成されている。

エンジン２の吸気ポートには、吸気マニホールド１０が設けられている。吸気マニホールド１０は、外気を吸入するための吸気通路にエンジン２の吸気ポートを連通している。吸気通路には、外気導入口から吸気マニホールド１０にかけて順に、エアフローメータ１１が設けられている。

エアフローメータ１１は、外気導入口から吸気通路に吸入される空気の流量を検出するようになっている。

エンジン２の排気ポートには、排気マニホールド２０が設けられている。排気マニホールド２０には、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２を含む排気浄化装置２３と、主排気管２４とが連結されている。

酸化触媒２１は、エンジン２の排気に含まれる未燃炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して無害化するようになっている。

ＤＰＦ２２は、エンジン２の排気に含まれるＰＭを捕集するようになっている。ＤＰＦ２２には、ＤＰＦ２２より上流側の排気とＤＰＦ２２より下流側の排気との差圧を検出する差圧センサ２６が設けられている。また、ＤＰＦ２２の上流側には、エンジン２の排気の温度を検出する排気温度センサ２５が設けられている。

制御部としてのＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

ＥＣＵ３のＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが格納されている。すなわち、ＥＣＵ３において、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。

ＥＣＵ３の入力ポートには、図２に示すように、エアフローメータ１１と、排気温度センサ２５と、差圧センサ２６と、車速センサ４１と、エンジン回転数センサ４２と、アクセル開度センサ４３とを含む各種センサ類が接続されている。

車速センサ４１は、車両１の車速を検出するものである。エンジン回転数センサ４２は、エンジン２の回転数を検出するものである。アクセル開度センサ４３は、アクセルペダルの操作量（開度）を検出するものである。

一方、ＥＣＵ３の出力ポートには、エンジン２の燃料を噴射するインジェクタ４０を含む各種制御対象類が接続されている。ＥＣＵ３は、各種センサ類から得られる情報に基づいて、各種制御対象類を制御するようになっている。

例えば、ＥＣＵ３は、エンジン２の行程が圧縮行程から膨張行程に移るときに、インジェクタ４０に燃料を噴射（以下、メイン噴射という）させることによって、燃料を発火させてエンジン２を駆動させるようになっている。

また、ＥＣＵ３は、車両１が中高速で走行中にアクセルペダルが踏み込まれなくなったことを検出するとメイン噴射を停止し、再度アクセルペダルが踏み込まれたことを検出するとメイン噴射を再開する燃料カット制御を行うようになっている。

具体的には、ＥＣＵ３は、車速センサ４１が検出した車両１の車速が第１規定車速以上であること、アクセル開度センサ４３が検出したアクセルペダル開度がゼロになった（アクセルペダルが踏み込まれなくなった）こと、エンジン回転数センサ４２が検出したエンジン２の回転数が規定回転数以上であること、などの条件の全てが成立するときに、メイン噴射を停止する燃料カット制御を実行する。その後、ＥＣＵ３は、燃料カット制御を実行中に、アクセル開度センサ４３の検出するアクセルペダル開度がゼロでなくなった場合、メイン噴射を再開する。ここで、第１規定車速、規定回転数は、予め実験的に定められた適合値であり、ＥＣＵ３のＲＯＭに格納されている。
なお、ＥＣＵ３による燃料カット制御の実行は、上記の条件の全てが成立するときに限定されず、少なくともいずれかの１つ以上の条件が成立するときに、燃料カット制御を実行するようにしてもよい。

また、ＥＣＵ３は、ＤＰＦ２２の温度を上昇させることにより、ＤＰＦ２２が捕集したＰＭを燃焼させて除去する再生処理を実行するようになっている。詳細には、ＥＣＵ３は、ＰＭ捕集量推定部３１と、走行状態判定部３２と、ＤＰＦ再生制御部３３とを備えている。また、ＤＰＦ再生制御部３３は、ポスト噴射制御部３４を備えている。
ＰＭ捕集量推定部３１は、差圧センサ２６によって検出された差圧によりＰＭの捕集量を推定するようになっている。なお、差圧が大きいほどＰＭの捕集量は多いと推定することができる。

ＤＰＦ再生制御部３３は、ＰＭ捕集量推定部３１が推定したＰＭ捕集量が所定の捕集量以上になったことを条件として、再生処理を実行するようになっている。具体的には、ＥＣＵ３は、差圧センサ２６によって検出された差圧が規定圧以上であることを条件として、再生処理を実行するようになっている。ここで、規定圧は、予め実験的に定められた適合値であり、ＥＣＵ３のＲＯＭに格納されている。

再生処理は、様々な態様で実行されることが知られているが、本実施形態において、ポスト噴射制御部３４は、膨張行程後にインジェクタ４０により気筒内に燃料を噴射させることにより、未燃燃料を酸化触媒２１に供給するポスト噴射を実行して、再生処理を実行するものとする。

このように、ＤＰＦ再生制御部３３は、ポスト噴射を実行することにより、酸化触媒２１内で燃料を燃焼させ、排気の温度をＤＰＦ２２に堆積したＰＭを燃焼させるのに必要な目標温度まで上昇させることによって、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭを燃焼させて除去するようになっている。ここで、目標温度は、予め実験的に定められた適合値であり、ＥＣＵ３のＲＯＭに格納されている。

ＤＰＦ再生制御部３３は、走行状態判定部３２がエンジン回転数、アクセルペダル開度、車両１の車速などのうち少なくとも１つから判定した車両１の走行状態や、排気の実温度と目標温度との差などに基づいて、ポスト噴射時に噴射する燃料の量（以下、ポスト噴射量という）を算出し、このポスト噴射量によりポスト噴射を行う。具体的には、ＥＣＵ３は、例えば、エンジン回転数、アクセルペダル開度、排気温度センサ２５の検出する温度と目標温度との差、の組み合わせに対応するポスト噴射量が設定されたマップにより、ポスト噴射量を求めるようになっている。

また、ＤＰＦ再生制御部３３は、車両１が中高速で走行中に再生処理を実行するようになっている。具体的には、ＥＣＵ３は、車速センサ４１が検出した車両１の車速が第２規定車速以上である場合、再生処理を実行するようになっている。

また、ＤＰＦ再生制御部３３は、再生処理を実行している状態で、燃料カット制御が実行されメイン噴射が停止している状態となった場合、ポスト噴射量を増加させるようになっている。詳細には、ＥＣＵ３は、再生処理を実行している状態で、燃料カット制御が実行されていて、かつ、車両１の車速が第３規定車速以上である場合、ポスト噴射量を規定増加量だけ増加させるようになっている。

また、ＥＣＵ３は、更に、排気温度センサ２５の検出する温度と目標温度との差が規定温度以上であること、などを条件としてポスト噴射量を規定増加量だけ増加させるようにしてもよい。ここで、規定温度は、ポスト噴射量を増加させなくても再生処理が可能な排気の実温度と目標温度との差の最大値であり、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに格納されている。このとき、規定増加量は、目標温度との差が規定温度になったときに再生処理が可能となるポスト噴射量の増加量とするのが好適である。

規定温度に大きい値を設定した場合は、ポスト噴射量を増加させる回数を抑制できるので、燃費の悪化を防止することができる。一方、規定温度に小さい値を設定した場合は、ポスト噴射量を増加させる制御を細やかに行うことができるので、ＤＰＦ２２の温度を高温に維持でき、再生処理をより安定させることができる。

また、ＤＰＦ再生制御部３３は、ＰＭ捕集量推定部３１の推定したＰＭの捕集量が所定の捕集量未満になった場合、再生処理を終了するようになっている。具体的には、ＥＣＵ３は、再生処理の実行中に、差圧センサ２６によって検出された差圧が再生終了圧未満になっているか否かを定期的に確認する。そして、ＥＣＵ３は、差圧が再生終了圧未満となった場合は、ＰＭの捕集量が再生処理を必要としない量になり再生処理を終了してもよい状態（再生処理終了可能状態）になったと判断し、再生処理を終了する。ここで、再生終了圧は、ＤＰＦ２２内のＰＭが燃焼され、ＰＭの捕集量が再生処理を必要としない量になったことを判定するための閾値であり、実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに格納されている。

以下に、本実施形態に係るフィルタの再生処理装置によるＤＰＦ温度制御動作について図３を参照して説明する。なお、以下に説明するＤＰＦ温度制御動作は、ＥＣＵ３の動作開始と同時に開始され、所定の時間間隔で繰り返し実行される。

まず、ＥＣＵ３は、車両１の車速が第２規定車速以上か否かにより、車両１が中高速で走行中か否かを判定する（ステップＳ１１）。ここで、車両１の車速が第２規定車速未満であると判定した場合、ＥＣＵ３は、ＤＰＦ温度制御動作を終了する。

一方、車両１の車速が第２規定車速以上であると判定した場合、ＥＣＵ３は、差圧センサ２６によって検出された差圧によりＰＭの捕集量を推定する（ステップＳ１２）。

次いで、ＥＣＵ３は、差圧センサ２６によって検出された差圧が規定圧以上であるか否かによりＰＭ捕集量の推定値が所定値以上となっているか否かを判定する（ステップＳ１３）。ここで、ＰＭ捕集量の推定値が所定値未満であると判定すると、ＥＣＵ３は、ＤＰＦ温度制御動作を終了する。

一方、ＰＭ捕集量の推定値が所定値以上であると判定すると、ＥＣＵ３は、ＤＰＦ２２の再生処理を開始する（ステップＳ１４）。ＥＣＵ３は、マップなどによりポスト噴射量を算出し（ステップＳ１５）、ポスト噴射を開始する（ステップＳ１６）。

ポスト噴射を開始すると、ＥＣＵ３は、燃料カット制御の実行中か否かを判定する（ステップＳ１７）。ここで、燃料カット制御の実行中でないと判定すると、ＥＣＵ３は、ＤＰＦ２２の再生処理を終了してもよい状態（再生処理終了可能状態）か否かを判定し（ステップＳ２１）、ＤＰＦ２２が再生処理終了可能状態ではないと判定すると、ステップＳ１７に戻って、再生処理を続ける。

ステップＳ２１において、ＤＰＦ２２が再生処理終了可能状態であると判定すると、ＥＣＵ３は、ポスト噴射の実行を停止し（ステップＳ２３）、ＤＰＦ２２の再生処理を終了して（ステップＳ２４）、ＤＰＦ温度制御動作を終了する。

また、ステップＳ１７の燃料カット制御の実行中の判定において、燃料カット制御の実行中であると判定すると、ＥＣＵ３は、目標温度とＤＰＦ２２の上流側の排気温度との差が所定値（規定温度）以上か否かを判定する（ステップＳ１９）。ここで、目標温度とＤＰＦ２２の上流側の排気温度との差が所定値未満であると判定すると、ＥＣＵ３は、ステップＳ１７に戻って、再生処理を続ける。

一方、目標温度とＤＰＦ２２の上流側の排気温度との差が所定値以上であると判定すると、ＥＣＵ３は、ポスト噴射量を規定増加量だけ増加し（ステップＳ２０）、ステップＳ１６に戻り、増加したポスト噴射量でポスト噴射を開始する。

このように、再生処理中に燃料カット制御が実行されている状態で、車両１の車速が第３規定車速以上である場合に、ポスト噴射量を増加させているため、排気の温度を上昇させることができる。このため、本実施形態は、ＤＰＳ２２の再生処理を安定して行うことができる。

また、排気温度センサ２５の検出する温度と目標温度との差が規定温度以上である場合にポスト噴射量を増加させているため、排気の実温度に基づいてＤＰＦ２２の昇温制御が実行されるため、再生処理を更に安定して行うことができる。

以上のように、本発明は、再生処理の実行中に、内燃機関を駆動させるための燃料噴射が停止され、かつ、車両の走行速度が予め設定された速度以上の場合、ポスト噴射の燃料噴射量を増加させているため、内燃機関を駆動させるための燃料噴射が停止することによる排気の温度低下を補うことができる。これにより、中高速走行時に燃料カット制御が行われても、フィルタ部材の再生処理を安定して行うことができる。

また、本発明の別の態様によれば、フィルタに流入する排気の温度と再生処理に必要な目標温度との差が所定の温度差以上ある場合に、ポスト噴射の燃料噴射量を増加させるため、排気の実温度に基づいてフィルタの昇温制御を実行することができ、再生処理を安定して行うことができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
３ ＥＣＵ（制御部）
２２ ＤＰＦ（フィルタ）
ＰＭ 排気物質

Claims (2)

1. 内燃機関の運転によって排出される排気物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタの温度を上昇させ、前記フィルタに捕集された前記排気物質を燃焼して除去する再生処理を実行する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記再生処理の実行中に、前記内燃機関を駆動させるための燃料噴射が停止され、かつ、前記内燃機関を搭載した車両の走行速度が所定の速度以上である場合、前記フィルタの温度上昇を促進させるためのポスト噴射の燃料噴射量を増加させることを特徴とするフィルタの再生処理装置。
2. 前記制御部は、更に、前記フィルタに流入する排気の温度と前記再生処理に必要な目標温度との差が所定の温度差以上ある場合、前記ポスト噴射の燃料噴射量を増加させることを特徴とする請求項１に記載のフィルタの再生処理装置。
   

Images