JP2017198152A - Ｄｐｆ手動再生制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン個体差に応じた必要最低限の回転数での手動再生を可能とする。
【解決手段】ＤＰＦ手動再生制御装置は、エンジン１１の排気通路１２に設けられたＤＰＦ１３と、ＤＰＦ１３よりも排気通路１２の上流側に設けられた酸化触媒１４と、排気通路１２の酸化触媒１４より上流側の排ガス温を確認する排ガス温確認手段（温度センサ１５）と、ＤＰＦ１３の手動再生手段とを備えたエンジンの排気浄化装置におけるＤＰＦ手動再生制御装置である。そして、手動再生手段の手動再生時におけるエンジン１１の目標回転数を、予め設定された基準回転数と、エンジン１１の個体差を調整するための個体差調整量（ΔＮＥ）を含むフィードバック補正項との和によって演算する演算手段（制御装置３０）を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＰＦ手動再生制御装置に係り、詳しくはＤＰＦの手動再生手段を備えたエンジンの排気浄化装置におけるＤＰＦ手動再生制御装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）をＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）と称されるフィルタで捕集している。
一般的なＤＰＦシステムでは、ＤＰＦへのＰＭ堆積量をＥＣＵ内部でカウントして、ＰＭ堆積量が所定値を超えた場合、走行中に自動的にＤＰＦを再生（自動再生）する。自動再生は排ガス温が所定値以上に達した時にしか行えないため、排ガス温が低いアイドリングや渋滞等の低速走行が続いた場合はＤＰＦへＰＭが堆積し続ける。

自動再生不可能状態が継続しＰＭ堆積量が所定値を超えた場合、ＥＣＵは自動再生を禁止し、アイドリングでの強制再生（手動再生）をユーザーへ要求する。ユーザーによる手動再生が行われない状態が継続しＰＭ堆積量が所定値を超えた場合、アクセルペダル開度や最大噴射量の制限などでエンジン出力を制限し，ＤＰＦの損傷を回避する。

手動再生を行うエンジン回転数は、ＥＣＵ内に設定した環境（外気温または吸気温、大気圧）に対する目標回転数マップから求める。目標回転数は、エンジン個体差による排ガス温バラツキを考慮し、排ガス温が低いエンジンでも必要排ガス温が得られる値に設定する。したがって、排ガス温が高いエンジンは必要以上に高い回転数で運転することになり、無駄な燃料消費が生じる。

特許文献１には、手動再生時に、エンジン回転数をエンジン個体差に応じて制御する技術が開示されている。特許文献１では、ＤＰＦ入りガス温をモニターしながら回転数を所定幅ずつ徐々に上昇させ，所定待ち時間経過後のＤＰＦ入りガス温が所定温度を上回った時点で徐変を止める。これにより，過剰に高い回転数で手動再生を行うことによる燃費悪化を回避できる。

特開２０１１−１８５１７８号公報

特許文献１では、初めにエンジン回転数を低い値に設定し、排ガス温安定待ち→所定温より低ければ回転数上昇→排ガス温安定待ち→・・・、というステップを繰り返しながら手動再生実施回転数を探索する。したがって、もともと排ガス温が高いエンジンの場合は探索開始から短時間で回転数が決まり、かつ低い回転数で手動再生を行えるため、手動再生中の燃料消費量を低減できるメリットがある。

しかし、もともと排ガス温が低いエンジンの場合は、手動再生実施回転数が決まるまでに時間を要するため、初めから高い回転数で手動再生を行った場合に比べ余分に燃料を消費するのに加え、所要時間の長期化によりユーザーに時間的負担も強いる。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジン個体差に応じた必要最低限の回転数での手動再生が可能となるＤＰＦ手動再生制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するＤＰＦ手動再生制御装置は、エンジンの排気通路に設けられたＤＰＦと、前記ＤＰＦよりも前記排気通路の上流側に設けられた酸化触媒と、前記排気通路の前記酸化触媒より上流側の排ガス温を確認する排ガス温確認手段と、前記ＤＰＦの手動再生手段とを備えたエンジンの排気浄化装置におけるＤＰＦ手動再生制御装置である。そして、前記手動再生手段の手動再生時におけるエンジンの目標回転数を、予め設定された基準回転数と、エンジンの個体差を調整するための個体差調整量を含むフィードバック補正項との和によって演算し、個体差調整量の個体に対するアイドル運転時の噴射量差の予測にＩＳＣフィードバック項を用いる演算手段を備える。

この構成によれば、手動再生時におけるエンジンの目標回転数の算出に、基準となる個体に対するアイドル運転時の噴射量差の予測にＩＳＣフィードバック項が使用されるため、手動再生時におけるエンジンの目標回転数の算出に個体差調整量が適切に反映され、エンジン個体差に応じた必要最低限の回転数での手動再生が可能となる。

前記演算手段は、前記目標回転数を、前記フィードバック補正項を構成する前記個体差調整量は一定として演算してもよい。この構成によれば、個体差調整量の分もフィードバック制御により算出する場合に比べて、その分だけ目標回転数が決定するまでの時間を短縮でき、余分な燃料消費が不要となる。

前記演算手段は、前記目標回転数を、前記フィードバック補正項を構成する前記個体差調整量に関してもフィードバック制御を行ってもよい。この構成によれば、個体差調整量は一定として個体差調整量のフィードバック制御をしない場合に比べて、より適切な目標回転数が得られる。

本発明によれば、エンジン個体差に応じた必要最低限の回転数での手動再生が可能となる。

排気浄化装置の概略構成図。 （ａ）は燃料噴射量と排ガス温の関係を示す図、（ｂ）はアイドル回転数と排ガス温の関係を示す図。 ＩＳＣフィードバック項と必要回転数調整量の関係を示す図。 ＤＰＦ手動再生制御のフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、エンジン１１の排気側に接続された排気通路１２には、ＤＰＦ１３と、酸化触媒（ＤＯＣ）１４が設けられ、酸化触媒１４はＤＰＦ１３よりも排気通路１２の上流側に設けられている。排気通路１２の酸化触媒１４より上流側には排ガス温を確認する排ガス温確認手段としての温度センサ１５が設けられている。排気通路１２の酸化触媒１４より上流側で温度センサ１５より下流側には、燃料（例えば、軽油）を噴霧状態で噴射するインジェクタ１６が設けられている。また、排気通路１２には、ＤＰＦ１３の排気上流側とその排気下流側との差圧を検出する差圧センサ１７が設けられている。

エンジン１１の各種制御は、制御装置（ＥＣＵ）３０により実施される。制御装置３０は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えている。制御装置３０は、ＤＰＦ１３に堆積したＰＭを燃焼除去させるフィルタ再生処理を、車両の走行時に自動的に実行させる自動再生制御手段と、運転者の操作入力により車両の停車時に実行させる手動再生制御手段を構成する。

なお、制御装置（ＥＣＵ）３０の入力ポートには、上述した各センサに加え、車両の走行に必要な各種センサ、例えば、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ１８、エンジン回転数センサ１９及びＯＮ操作により手動再生制御を開始させる手動再生スイッチ２１が接続されている。また、出力ポートには、ＤＰＦ１３に堆積したＰＭ堆積量が後記する所定値を超えたときに運転者に警告を発する警告手段２２が接続されている。警告手段２２としては、例えば警告表示灯が使用される。

制御装置３０は、エンジン１１の運転によりＤＰＦ１３で捕集されたＰＭを除去するために、ＤＰＦ１３に堆積したＰＭを燃焼させて浄化するフィルタ再生制御を行う。フィルタ再生制御は、酸化触媒１４に未燃燃料成分を供給することで行われる。そして、未燃燃料成分の排気中や酸化触媒１４上での酸化に伴う発熱によりＤＰＦ１３の温度を上昇させ、ＤＰＦ１３に堆積したＰＭを燃焼除去させる。フィルタ再生制御時の未燃燃料成分の供給は、インジェクタ１６から燃料噴射によって行われる。

車両の走行時に自動的に実行される自動再生（自動再生処理）は、自動再生制御手段としての制御装置３０により実行され、車両の走行時にＤＰＦ１３に捕集されたＰＭの量（以下、ＰＭ堆積量という）が第１の所定値を超えたときに、フィルタ再生制御を自動的に行うものである。一方、手動再生は、手動再生制御手段としての制御装置３０により実行され、ＤＰＦ１３に堆積したＰＭ堆積量が第２の所定値を超えたときに警告手段２２により警告を発するとともに、運転者による手動再生スイッチ２１の操作入力により車両の停車時にＤＰＦ１３の再生制御を行うものである。

運転者の操作入力、すなわち、手動再生スイッチ２１のＯＮ操作により車両の停車時に実行される手動再生（手動再生処理）は、車両の走行中における自動再生だけではＤＰＦ１３の再生が十分に行われないような場合に行われ、車両の停車時においてもフィルタ再生制御を実行することでＰＭの燃焼除去を確実に行うようにするものである。このため、手動再生開始時に用いられる第２の所定値は、自動再生開始時に用いられる第１の所定値よりも大きい値に設定されている。また、ＤＰＦ１３におけるＰＭ堆積量は、差圧センサ１７により検出されるＤＰＦ１３の上流側と下流側との差圧によって推定される。すなわち、ＰＭ堆積量の増加に伴って前記差圧が大きくなることを利用し、この差圧に基づいて、すなわち、差圧センサ１７の検出値によりＰＭ堆積量を推定する。ＰＭ堆積量はＰＭカウンタ（図示せず）のカウント値として記憶され、カウンタのカウント値はＰＭ堆積量の変化に対応して更新される。

手動再生手段の手動再生時におけるエンジン１１の目標回転数を演算する演算手段としての制御装置３０は、予め設定された基準回転数と、エンジンの個体差を調整するための個体差調整量を含むフィードバック補正項との和によって目標回転数を演算する。

次にエンジンの排気浄化装置の作用を説明する。エンジンの排気浄化装置は、ＤＰＦ１３に捕集されたＰＭ堆積量が所定の再生開始値を超えると、ＤＰＦ１３の再生処理が開始されてインジェクタ１６から燃料が噴射される。この噴射された燃料は、酸化触媒１４に達すると燃焼され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒１４にて昇温された排気がＤＰＦ１３に流入することにより、ＤＰＦ１３は昇温され、これによりＤＰＦ１３に堆積したＰＭが燃焼処理されてＤＰＦ１３の再生が図られる。そして、ＰＭ堆積量が所定の再生終了値以下にまで減少すると、インジェクタ１６からの燃料噴射が終了されて、再生処理は終了される。この再生処理は、制御装置３０による制御によって行われる。

自動再生は排ガス温が所定値以上に達した時にしか行えないため、排ガス温が低いアイドリングや渋滞等の低速走行が続いた場合は、ＤＰＦ１３へＰＭが堆積し続ける。自動再生不可能状態が継続しＰＭ堆積量が所定値を超えた場合、制御装置３０は、自動再生を禁止し、アイドリングでの強制再生（手動再生）を運転者（ユーザー）へ要求する。

制御装置３０は、手動再生制御を図４に示すフローチャートによって行う。即ち、手動再生制御は、ＰＭカウンタが手動再生開始閾値以上か否かの判断（ステップＳ１）、停車判定＝ＯＮか否かの判断（ステップＳ２）、手動再生スイッチ＝ＯＮか否かの判断（ステップＳ３）、手動再生時の目標エンジン回転数の設定（ステップＳ４）、ＤＰＦ再生（ステップＳ５）、ＰＭカウンタが手動再生終了閾値未満か否かの判断（ステップＳ６）、エンジン回転数を通常値に戻す処理（ステップＳ７）の７ステップで行われる。

すなわち、制御装置３０は、先ずステップＳ１でＰＭカウンタが手動再生開始閾値以上か否かを判断し、ＰＭカウンタが手動再生開始閾値以上であればステップＳ２に進み、ステップＳ１でＰＭカウンタが手動再生開始閾値未満であればＤＰＦ手動再生制御を終了する。ステップＳ２で停車判定がＯＮで有るか否かが判断され、停車判定がＯＮであればステップＳ３に進み、ステップＳ３で手動再生スイッチがＯＮであるか否かが判断される。ステップＳ３で手動再生スイッチがＯＮであればステップＳ４に進み、ステップＳ４で目標エンジン回転数の設定を行った後、ステップＳ５でＤＰＦ再生が開始される。

ＤＰＦ再生開始後、ステップＳ６でＰＭカウンタが手動再生終了閾値未満か否かが判断され、ＰＭカウンタが手動再生終了閾値未満であればステップＳ７に進みエンジン回転数を通常値に戻す処理を行った後、手動再生制御を終了する。

このうち、手動再生時の目標エンジン回転数を設定するステップＳ４の制御が従来と異なる。次に目標エンジン回転数の設定について説明する。
ＤＰＦ１３の再生は、ＤＰＦ１３の上流に設けた酸化触媒（ＤＯＣ）１４への燃料供給により発生する酸化反応熱で昇温した高温の排ガスをＤＰＦ１３へ流入させることで行う。酸化触媒１４での酸化反応が生じるためには酸化触媒入りガス温が酸化触媒１４の活性温度以上であることが必要である。

一般的にアイドル運転時の酸化触媒入りガス温、すなわちエンジン排ガス温は酸化触媒１４の活性温度より低い。例えば、アイドル運転時のエンジン回転数は６００〜８００ｒｐｍで、排ガス温は１００〜１５０℃である。また、一般的にアイドル運転時の排ガス温はエンジン回転数に比例する。そこで、ＤＰＦ手動再生時はエンジン回転数を通常時より高い値、例えば、２０００ｒｐｍ程度に変更し、排ガス温を２００℃程度に上昇させる。

しかし、エンジン１１の個体差により同じ回転数においても排ガス温が高い個体と低い個体が存在する。そのため、同じ排ガス温で制御したい場合は、排ガス温が高い個体は低い回転数にし、排ガス温が低い個体は高い回転数にする必要がある。

エンジン個体差による排ガス温差が生じる原因としては、エンジンフリクションの差や燃料噴射量の差など様々あるが、同一環境（外気温・水温・大気圧）では燃料噴射量の差が最も支配的である。

そのため、手動再生を行う前に、基準とする性能を有する個体に対するアイドル運転時の噴射量差が予め分かれば、手動再生実施時に必要なエンジン回転数を予測できる。その噴射量差の予測にＩＳＣ（アイドル・スピード・コントロール）フィードバック項を用いる。

ディーゼルエンジンの燃料噴射量はエンジン回転数とアクセルペダル開度に応じて制御している。例えば、ＥＣＵ内に設定したエンジン回転数とアクセルペダル開度に対するマップを用いて行う。

しかし、アイドル運転時においてはエンジン回転数を一定に保つ必要があるため、上記マップで算出した噴射量に加え噴射量フィードバック制御を行うことでエンジン個体差を吸収している。

この時の噴射量調整量がＩＳＣフィードバック項（ＩＳＣ Ｆ／Ｂ項）である。そして、ＩＳＣフィードバック項と噴射量及び排ガス温とは下記関係が成立する。
・ＩＳＣフィードバック項が大きいと、アイドル回転数を維持するために多くの噴射量が必要で、アイドル回転時の排ガス温が高い。

・ＩＳＣフィードバック項が小さいと、少しの噴射量でアイドル回転数を維持でき、アイドル回転時の排ガス温が低い。
また、図２（ａ）に示すように、排ガス温の噴射量に対する感度はほぼ一定であり、図２（ｂ）に示すように、アイドル運転におけるエンジン回転数と排ガス温の関係もほぼ一定である。そのため、ＩＳＣフィードバック項（ＩＳＣ Ｆ／Ｂ項）と図２（ａ），（ｂ）の関係から図３のような関係を導出し、図３の関係を制御装置（ＥＣＵ）３０内に設定することで、基準となるエンジンで手動再生を行う時に必要なエンジン回転数に対するその個体の必要回転数調整量、すなわち個体差調整量（ΔＮＥ）を予測することができる。

また、図３で予測した個体差調整量（ΔＮＥ）から求めた目標回転数において、所定の排ガス温とならなかった場合は、所定の排ガス温と現在の排ガス温との差に応じてエンジン回転数を微調整するフィードバック制御を実施する。制御装置（ＥＣＵ）３０は、ＩＳＣフィードバック項の演算を、例えば８〜１８ｍｓの周期で行い、常に最新の状態から個体差調整量（ΔＮＥ）を演算する。

すなわち、手動再生時目標回転数を式１で求める。
目標回転数＝基準回転数＋個体差調整量（ΔＮＥ）＋フィードバック補正項…式１
基準回転数は、固定値としてＥＣＵ内に予め設定されている。

個体差調整量（ΔＮＥ）は、図３から導出する。
フィードバック補正項は、「基準回転数＋個体差調整量（ΔＮＥ）」の回転数で運転した時の目標排ガス温と現在値（排ガス温センサ出力や排ガス温推定値）の差から算出する。

上述したことにより、手動再生時において、エンジン個体差に応じた必要最低限の回転数での手動再生が可能となる。
なお、式１において個体差調整量（ΔＮＥ）も含めたフィードバック制御としない理由は、個体差調整量（ΔＮＥ）の分もフィードバック制御により算出していると、その分だけ目標回転数を決定するまでの時間がかかり、その間に余分な燃料消費が必要となるからである。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）ＤＰＦ手動再生制御装置は、エンジン１１の排気通路１２に設けられたＤＰＦ１３と、ＤＰＦ１３よりも排気通路１２の上流側に設けられた酸化触媒１４と、排気通路１２の酸化触媒１４より上流側の排ガス温を確認する排ガス温確認手段（温度センサ１５）と、ＤＰＦ１３の手動再生手段とを備えたエンジンの排気浄化装置におけるＤＰＦ手動再生制御装置である。そして、手動再生手段の手動再生時におけるエンジン１１の目標回転数を、予め設定された基準回転数と、エンジンの個体差を調整するための個体差調整量（ΔＮＥ）を含むフィードバック補正項との和によって演算する演算手段（制御装置３０）を備える。

この構成によれば、手動再生時におけるエンジン１１の目標回転数の算出において、基準となる個体に対するアイドル運転時の噴射量差の予測にＩＳＣフィードバック項が使用されるため、手動再生時におけるエンジンの目標回転数の算出に個体差調整量（ΔＮＥ）が適切に反映され、エンジン個体差に応じた必要最低限の回転数での手動再生が可能となる。そのため、無駄な燃料消費の抑制、騒音の抑制、排気管出口付近の熱害の抑制の効果が期待できる。

（２）制御装置３０は、手動再生時におけるエンジン１１の目標回転数を、フィードバック補正項を構成する個体差調整量（ΔＮＥ）は一定として演算する。この構成によれば、個体差調整量（ΔＮＥ）の分もフィードバック制御により算出する場合に比べて、その分だけ目標回転数を決定するまでの時間を短縮でき、余分な燃料消費が不要となる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 排ガス温確認手段は排ガス温を直接検出する温度センサ１５に限らず、排ガス温を推定値として算出する構成であってもよい。排ガス温推定値算出の代表例としては、ＥＣＵ内に設定したエンジン回転数と燃料噴射量に対するマップからの算出や、さらにその値に吸気温、エンジン冷却水温、大気圧、排気管内圧力等を用いた補正を加えるもの等がある。

○ 制御装置３０は、手動再生の目標回転数を、フィードバック補正項を構成する個体差調整量（ΔＮＥ）を一定として演算せずに、個体差調整量（ΔＮＥ）に関してもフィードバック制御を行うようにしてもよい。この場合、個体差調整量（ΔＮＥ）は一定として個体差調整量（ΔＮＥ）のフィードバック制御をしない場合に比べて、より適切な目標回転数が得られる。

○ 制御装置３０は、寒い朝の始動直後は、目標回転数を高めに設定してもよい。
○ 排気ガス中への燃料添加手法は排気管（排気通路１２）にインジェクタ１６を設けたものだけなく、燃焼室へ燃料を噴射するインジェクタを利用したポスト噴射（爆発後の排気ガスへ燃料を噴射する）でもよい。

○ ＰＭ堆積量は差圧センサ１７を利用した手法のほかに、制御装置３０内に設定したＰＭ排出量マップを用いた推定でもよい。

１１…エンジン、１２…排気通路、１３…ＤＰＦ、１４…酸化触媒、１５…排ガス温確認手段としての温度センサ、３０…手動再生手段及び演算手段としての制御装置。

Claims (3)

1. エンジンの排気通路に設けられたＤＰＦと、前記ＤＰＦよりも前記排気通路の上流側に設けられた酸化触媒と、前記排気通路の前記酸化触媒より上流側の排ガス温を確認する排ガス温確認手段と、前記ＤＰＦの手動再生手段とを備えたエンジンの排気浄化装置におけるＤＰＦ手動再生制御装置であって、
   前記手動再生手段の手動再生時におけるエンジンの目標回転数を、予め設定された基準回転数と、エンジンの個体差を調整するための個体差調整量を含むフィードバック補正項との和によって演算し、個体差調整量の個体に対するアイドル運転時の噴射量差の予測にＩＳＣフィードバック項を用いる演算手段を備えることを特徴とするＤＰＦ手動再生制御装置。
2. 前記演算手段は、前記目標回転数を、前記フィードバック補正項を構成する前記個体差調整量は一定として演算する請求項１に記載のＤＰＦ手動再生制御装置。
3. 前記演算手段は、前記目標回転数を、前記フィードバック補正項を構成する前記個体差調整量に関してもフィードバック制御を行う請求項１に記載のＤＰＦ手動再生制御装置。

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