JP2020012400A - 排気処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】フィルタの洗浄によって堆積していたアッシュが取り除かれたか否かを短時間で、かつ、精度よく判定することである。【解決手段】ECUは、第2信号を受信すると洗浄後PM再生制御を実行する。具体的には、ECUは、PM再生処理を開始し(S405)、エンジン回転速度を回転速度N2にする(S410)。ECUは、所定時間を経過した場合(S415においてYES)、フィルタ圧力差Pdを検出し(S420)、検出したフィルタ圧力差Pdが洗浄判定閾値Pwthよりも小さいか否かを判定する(S425)。ECUは、S425の判定結果に基づいた洗浄フラグOFF/ONを設定し(S430,S435)、PM再生処理の開始から第1時間経過後にPM再生処理を終了し(S445)、エンジン回転速度をアイドル回転速度N1に低下させる(S450)。【選択図】図6

Description

本開示は、エンジンの排気中に含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集するフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)を備える排気処理装置に関する。
一般に、ディーゼルエンジンの排気通路には、排気中に含まれるPMを捕集するフィルタ(DPF)と、フィルタよりも排気の流れの上流側に配置された酸化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)とを含む排気処理装置が設けられる。このような排気処理装置では、PM再生処理が実行されるものがある。PM再生処理とは、エンジン回転速度を予め定められたアイドル回転速度よりも高い回転速度にするとともに、フィルタに堆積したPMを燃焼除去するための燃料噴射を行なう処理である。排気中に燃料噴射が行なわれることで、未燃燃料が酸化触媒で反応し、その反応熱によってPMが燃焼する温度まで排気が昇温される。昇温された排気がフィルタを通過することによってPMが燃焼除去される。
ここで、フィルタにはPMだけでなくアッシュも堆積される。アッシュとは、主にエンジンオイル中に含まれる金属成分がエンジンで燃焼されずに排出されたものである。PM再生処理では、フィルタに堆積したPMを燃焼除去することは可能なものの、アッシュを取り除くことはできない。そのため、アッシュによるフィルタの目詰まりを防ぎ、排気の浄化機能を低下させないためには、フィルタへのアッシュの堆積を判定することが望ましい。
たとえば、排気処理装置を搭載したディーゼル車両などにおいては、フィルタに堆積されたPMおよびアッシュの量が一定以上となった場合に、ユーザ操作に応じて手動PM再生制御を実行可能なものがある。手動PM再生制御は、PM再生処理を実行し、PM再生処理の終了後にエンジン回転速度をアイドル回転速度にし、エンジン回転速度をアイドル回転速度にした状態でフィルタの上流側の排気と下流側の排気との圧力差(以下、「フィルタ圧力差」ともいう)を検出し、当該フィルタ圧力差に基づいてフィルタへのアッシュの堆積を判定する。
また、特開2009−270503号公報(特許文献1)には、フィルタへのアッシュの堆積の判定精度を向上させた排気処理装置が開示されている。この排気処理装置は、フィルタに堆積したPMを除去できる時間分PM再生処理を実行した後に、PM再生処理を延長することでエンジン回転速度の高い状況(排気流量が大きい状況)を維持し、当該延長中においてフィルタ圧力差を検出する。エンジン回転速度の高い状況を維持した状態でフィルタ圧力差を検出することで検出されるフィルタ圧力差を大きな値にし、当該フィルタ圧力差に占めるセンサの検出精度などに起因した検出誤差の影響を小さくして、アッシュの堆積の判定精度を向上させている。
特開2009−270503号公報
たとえば、特許文献1に開示された排気処理装置によって、フィルタにアッシュが所定量以上堆積されていると判定された場合には、ディーラーなどでフィルタの洗浄を行なってアッシュを取り除くことができる。フィルタの洗浄後においては、洗浄によってアッシュが十分に取り除かれたか否かを判定することが望ましい(以下においては、フィルタの洗浄によって堆積していたアッシュが十分に取り除かれたか否かの判定を「洗浄後の取り除き判定」ともいう)。そこで、たとえば、既存の制御である手動PM再生制御を実行して、洗浄後の取り除き判定を行なうことが可能である。しかしながら、洗浄によってフィルタからアッシュの多くが取り除かれた状態で検出されるフィルタ圧力差は、アッシュが堆積している状態(フィルタ洗浄前)で検出されるフィルタ圧力差よりも小さい値であることが想定される。
手動PM再生制御では、エンジン回転速度をアイドル回転速度にした状態でフィルタ圧力差が検出されるため、フィルタを流通する排気流量が小さくなってしまい、検出されるフィルタ圧力差も小さい値となってしまう。検出されるフィルタ圧力差が小さい値であることが想定される洗浄後の取り除き判定に、検出されるフィルタ圧力差が小さい値となってしまう手動PM再生制御を用いると、検出されるフィルタ圧力差がさらに小さな値になってしまい、判定精度を低下させてしまうことが懸念される。
洗浄後の取り除き判定においても、特許文献1に開示された排気処理装置を用いてアッシュが取り除かれたか否かを判定することも可能であるが、洗浄後の取り除き判定に用いられることが想定されたものではないため、判定のための適切な閾値なども設定されておらず、そのまま適用することはできない。また、特許文献1に開示された排気処理装置では、PM再生処理の延長が行なわれるため、洗浄後の取り除き判定に要する時間が長くなってしまうこと、および、消費される燃料が増加してしまうことが懸念される。
このように、従来においては、フィルタの洗浄によってフィルタに堆積していたアッシュが取り除かれたか否かを判定するための適切な制御が存在しなかった。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、フィルタの洗浄によって堆積していたアッシュが取り除かれたか否かを短時間で、かつ、精度よく判定することである。
この開示に係る排気処理装置は、エンジンの排気通路に設けられ、エンジンの排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、フィルタの上流側の排気と下流側の排気との圧力差を検出するように構成された差圧センサと、ユーザの手動操作に応じて第1再生制御および第2再生制御を選択的に実行するように構成された制御装置とを備える。第1再生制御は、エンジンの回転速度を予め定められたアイドル回転速度よりも高い値にするとともにフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するための燃料噴射を行なう再生処理を実行し、再生処理の終了とともにエンジンの回転速度をアイドル回転速度にし、エンジンの回転速度をアイドル回転速度にした状態で検出された圧力差に基づいてフィルタへのアッシュの堆積を判定する制御である。第2再生制御は、再生処理を実行し、再生処理の終了前に検出された圧力差に基づいてフィルタの洗浄によってフィルタに堆積していたアッシュが取り除かれたか否かを判定する制御である。
上記構成によれば、排気処理装置は、第1再生制御に加えて第2再生制御を選択的に実行するように構成されたことを特徴とする。第1再生制御においては、再生処理の終了とともにエンジンの回転速度をアイドル回転速度にし、エンジンの回転速度をアイドル回転速度にした状態でフィルタ圧力差が検出される。これに対して、第2再生制御においては、再生処理の終了前(つまり、再生処理の実行中)においてフィルタ圧力差が検出される。つまり、第2再生制御では、エンジンの回転速度がアイドル回転速度よりも高い値に維持されたままフィルタ圧力差が検出される。
たとえば、フィルタの洗浄前において再生処理を行なう場合には第1再生制御を選択することができる。フィルタの洗浄前においては、第1再生制御を選択して、再生処理を一定時間実行することによりフィルタに堆積している粒子状物質を燃焼除去し、粒子状物質の影響を受けない状況でフィルタ圧力差を検出して、アッシュの堆積を判定することが望ましいためである。
フィルタの洗浄後において洗浄後の取り除き判定を行なう場合には第2再生制御を選択することができる。フィルタの洗浄後においては、洗浄によってフィルタから粒子状物質およびアッシュの多くが取り除かれている。そのため、フィルタに微量に粒子状物質が残っていたとしても、再生処理の終了前には既にフィルタに堆積していた粒子状物質が燃焼除去されていることが想定される。ゆえに、再生処理の終了前(実行中)にフィルタ圧力差を検出しても粒子状物質の影響を受けないので、アッシュが取り除かれたか否かを判定することができる。これによって、第1再生制御のように、再生処理の終了後にエンジン回転速度をアイドル回転速度の状態にし、当該状態で検出したフィルタ圧力差に基づいて洗浄後の取り除き判定をしなくてもよいので、当該判定に要する時間を抑制することができる。
さらに、再生処理の終了前にフィルタ圧力差を検出することにより、エンジン回転速度の高い状態でフィルタ圧力差を検出することができるので、フィルタを流通する排気流量が大きい状態でフィルタ圧力差を検出することができる。ゆえに、検出されるフィルタ圧力差の値が大きなものとなり、洗浄後の取り除き判定の判定精度を向上させることができる。洗浄後の取り除き判定を行なう場合に第2再生制御を選択することによって、第1再生制御が選択される場合と比べて、判定に要する時間を抑制しつつ、判定精度を向上させることができる。
ある実施の形態においては、制御装置は、第1再生制御において、圧力差が第1閾値よりも大きい場合にフィルタの洗浄が必要であると判定する。制御装置は、第2再生制御において、圧力差が第2閾値よりも小さい場合にフィルタの洗浄によってフィルタに堆積していたアッシュが取り除かれたと判定する。第2閾値は、第1閾値よりも小さい値である。
上記構成によれば、フィルタの洗浄前において選択され得る第1再生制御と、フィルタの洗浄後において選択され得る第2再生制御とでは、判定に異なる閾値が用いられる。フィルタの洗浄前においては、再生処理の終了後においてもフィルタにはアッシュが堆積していることが想定される。一方、フィルタの洗浄後においては、洗浄によってフィルタに堆積していた粒子状物質およびアッシュの多くが取り除かれていることが想定される。そのため、フィルタの洗浄後において検出されるフィルタ圧力差は、フィルタの洗浄前において検出されるフィルタ圧力差よりも小さい値であることが想定される。そこで、第2閾値は、第1閾値よりも小さい値に設定される。このように、選択され得る制御に適した閾値が設定されることによって、第1再生制御においては、アッシュの堆積を精度よく判定することができ、第2再生制御においては、洗浄によってアッシュが取り除かれたことを精度よく判定することができる。
ある実施の形態においては、制御装置は、第1再生制御において、再生処理を第1時間実行する。制御装置は、第2再生制御において、再生処理を第2時間実行する。第2時間は、第1時間よりも短い時間である。
第1再生制御においては、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するために再生処理が第1時間実行される。これによって、フィルタに堆積した粒子状物質の多くを燃焼除去することができるので、その後に粒子状物質の影響を受けない状況でフィルタ圧力差を検出することができ、アッシュの堆積を精度よく判定することができる。第2再生制御においては、洗浄後のフィルタに堆積している可能性のある微量の粒子状物質の燃焼除去および洗浄によってフィルタに付着している水分を除去するためなどに再生処理が第2時間実行される。洗浄後のフィルタに堆積している可能性のある微量の粒子状物質の燃焼除去および水分の除去に要する再生処理の時間は、第1再生制御における洗浄前のフィルタに堆積している粒子状物質の燃焼除去に要する再生処理の時間に比べて短いことが想定される。そのため、第2再生制御における再生処理の時間(第2時間)は、第1再生制御における再生処理の時間(第1時間)よりも短い時間にすることができる。これによって、洗浄後の取り除き判定において、不必要に長く再生処理を実行することなく、判定に要する時間を短くすることができる。また、再生処理の実行時間が短くなることによって、再生処理における燃料の消費を抑制することができる。
ある実施の形態においては、制御装置は、ユーザが第1再生制御の実行を要求する第1手動操作を行なった場合に第1再生制御を実行する。制御装置は、ユーザが第2再生制御の実行を要求する第2手動操作を行なった場合に第2再生制御を実行する。
上記構成によれば、状況に応じてユーザが第1手動操作および第2手動操作を選択的に行なうことによって、状況に適した第1再生制御または第2再生制御を選択的に実行することができる。第1手動操作は、たとえば、車両などに設けられた第1再生制御の実行を開始するためのスイッチを押圧操作して第1再生制御の実行を要求する操作である。第2手動操作は、たとえば、車両のディーラーなどで用いられるサービスツール(パーソナルコンピュータなど)を車両に接続して、サービスツールから車両に第2再生制御の実行を要求する操作である。
本開示によれば、フィルタの洗浄によって堆積していたアッシュが取り除かれたか否かを短時間で、かつ、精度よく判定することである。
実施の形態に係る排気処理装置の全体構成図の一例を概略的に示す図である。 実施の形態に係る手動PM再生制御を説明するための図である。 実施の形態に係る洗浄後PM再生制御を説明するための図である。 ECUで実行される処理の手順を示すフローチャートである。 ECUで実行される手動PM再生制御における処理の手順を示すフローチャートである。 ECUで実行される洗浄後PM再生制御における処理の手順を示すフローチャートである。 変形例1に係る手動PM再生制御および洗浄後PM再生制御を説明するための図である。 変形例1に係るECUで実行される洗浄後PM再生制御における処理の手順を示すフローチャートである。
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
<全体構成>
図1は、本実施の形態に係る排気処理装置の全体構成図の一例を概略的に示す図である。この排気処理装置は、エンジン10の排気を浄化する装置であって、酸化触媒(DOC)13と、フィルタ(DPF)14と、燃料添加弁30と、電子制御装置(Electronic Control Unit、以下「ECU」という)100と、表示装置150と、手動PM再生スイッチSWとを含む。なお、本実施の形態においては、排気処理装置が車両に搭載された例について説明する。
エンジン10は、一般的なディーゼルエンジンである。なお、エンジン10はガソリンエンジンであってもよい。エンジン10には、エンジン回転速度センサ50が設けられている。エンジン回転速度センサ50は、エンジン10の回転速度Neを検出し、検出結果をECU100に出力する。
エンジン10の各気筒には、燃料噴射弁20が設けられる。各燃料噴射弁20には、図示しない燃料ポンプによって燃料タンクからの燃料が供給されている。各燃料噴射弁20は、ECU100からの制御信号によって作動(開弁)し、各気筒に燃料を噴射する。
エンジン10には、吸気通路11と排気通路12とが接続されている。排気通路12には、排気中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)を酸化して浄化する酸化触媒(DOC)13が設けられている。また、排気通路12における酸化触媒13よりも下流の部分には、排気中のPMを捕集するフィルタ(DPF)14が設けられている。フィルタ14は、多孔質のセラミック構造体で構成されており、排気がこの多孔質の壁を通過する際に排気中のPMを捕集する。
排気通路12における酸化触媒13よりも上流の部分には、燃料添加弁30が設けられる。燃料添加弁30は、図示しない燃料ポンプによって燃料タンクからの燃料が供給されている。燃料添加弁30は、ECU100からの制御信号によって作動(開弁)し、排気通路12における酸化触媒13よりも上流の部分に燃料を噴射する。
さらに、排気通路12には、差圧センサ60が設けられる。差圧センサ60は、フィルタ14の上流(入口)側の排気と下流(出口)側の排気との圧力差(フィルタ圧力差)Pdを検出し、その検出結果をECU100に出力する。
表示装置150は、たとえば、車両のコンビネーションメータあるいはナビゲーション装置などである。表示装置150は、ECU100からの制御信号に基づいて、種々の情報を出力する。表示装置150の出力の形態としては、たとえば、表示画面へのアイコンの表示などである。
手動PM再生スイッチSWは、後述する手動PM再生制御の実行を開始するためのスイッチである。手動PM再生スイッチSWは、たとえば、車室内に設けられ、ユーザの押圧操作に応じて押圧されたことを示す第1信号をECU100に出力するように構成される。なお、ユーザによる手動PM再生スイッチSWの押圧操作は、本開示に係る「第1手動操作」に相当する。
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)と、メモリ(より具体的にはROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory))と、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される(いずれも図示せず)。ECU100は、各センサおよび機器からの信号、並びにメモリに格納されたプログラムなどに基づいて、各機器の制御を行なう。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)により処理することも可能である。
<PM再生処理>
フィルタ14にPMが堆積すると、フィルタ14の捕集機能が低下し、捕集機能の低下に伴なって排気処理装置の浄化機能が低下してしまう。そこで、ECU100は、エンジン10の回転速度を予め定められたアイドル回転速度よりも高い回転速度に増加させ、フィルタ14に堆積したPMを燃焼除去するための燃料噴射を行なう処理(以下「PM再生処理」ともいう)を実行可能に構成される。PM再生処理の実行によって、フィルタ14の捕集機能が再生される。
フィルタ14に堆積したPMを燃焼除去するためには、フィルタ14を通過する排気温度を適切な温度範囲(PMが燃焼する温度以上かつフィルタ14が劣化する温度以下)にすることが望まれる。これを実現するために、上述の燃料添加弁30が用いられる。具体的には、ECU100は、燃料噴射弁20による主燃料噴射後に、燃料添加弁30からPM再生用の燃料を噴射させる。燃料添加弁30から噴射された燃料が酸化触媒13で酸化反応することにより熱が発生され、その熱によりフィルタ14の上流の排気温度が昇温される。昇温された高温の排気がフィルタ14に供給されることにより、フィルタ14に堆積したPMが燃焼除去され、フィルタ14の捕集機能が再生される。
なお、PM再生用の燃料噴射は、必ずしも燃料添加弁30を用いて行なうことに限られるものではない。たとえば、PM再生用の燃料噴射を燃料噴射弁20を用いて行なうことも可能である。つまり、燃料添加弁30を備えない構成においても、PM再生処理を実行することができる。
<手動PM再生制御>
ECU100は、ユーザの手動PM再生スイッチSWの押圧操作に伴なってPM再生処理を開始する手動PM再生制御を実行可能に構成される。「手動PM再生制御」とは、PM再生処理を第1時間実行し、PM再生処理の終了とともにエンジン10の回転速度をアイドル回転速度にし、エンジン10の回転速度をアイドル回転速度にした状態で検出されたフィルタ圧力差Pdに基づいてフィルタ14へのアッシュの堆積を判定する制御である。
フィルタ14にはPMだけでなくアッシュも堆積される。アッシュとは、主にエンジンオイル中に含まれる金属成分がエンジンで燃焼されずに排出されたものである。PM再生処理の実行によって、フィルタ14に堆積したPMは燃焼除去できるが、アッシュを取り除くことはできない。アッシュによるフィルタ14の目詰まりを防いで、排気処理装置の排気の浄化機能を低下させないためには、アッシュの堆積を判定することが望ましい。そこで、手動PM再生制御において、PM再生処理の終了後にアッシュの堆積が判定される。
なお、本実施の形態に係る手動PM再生制御は、エンジン10がアイドル状態である場合において、手動PM再生スイッチSWが押圧操作されることによって実行が開始される。なお、手動PM再生制御の実行開始の条件には、上記の他に、たとえば、シフトポジションがパーキングポジションであることなどの他の条件を付加することが可能である。
図2は、本実施の形態に係る手動PM再生制御を説明するための図である。図2および後述する図3において、横軸には時刻tが示され、縦軸にはエンジン10の回転速度Neが示されている。図2の実線L1は、手動PM再生制御におけるエンジン10の回転速度Neの変化を示している。
アイドル回転速度N1は、エンジン10がアイドル状態のときの回転速度を示している。たとえば、時刻t1において、ユーザが手動PM再生スイッチSWを押圧操作(第1手動操作)したことにより、ECU100が第1信号を受信すると、ECU100は、手動PM再生制御を実行する。具体的には、ECU100は、時刻t1において、PM再生処理を開始し、エンジン10の回転速度Neをアイドル回転速度N1からアイドル回転速度N1よりも高い回転速度N2(N2>N1)にするとともに、PMを燃焼除去するための燃料噴射を行なう。ECU100は、PM再生処理を第1時間(時刻t1から時刻t4)実行し、時刻t4においてPM再生処理を終了して、エンジン10の回転速度Neをアイドル回転速度N1にする。ECU100は、時刻t5において、エンジン10の回転速度Neをアイドル回転速度N1にした状態でフィルタ圧力差Pdを検出して、当該フィルタ圧力差Pdに基づいてフィルタ14へのアッシュの堆積を判定する。PM再生処理が第1時間実行されることによって、フィルタ14に堆積したPMが燃焼除去される。そのため、PM再生処理の終了後にPMの影響を受けることなくフィルタ圧力差Pdを検出することができ、検出されたフィルタ圧力差Pdに基づいてアッシュの堆積を判定することができる。本実施の形態に係る手動PM再生制御の実行時間としては、第1実行時間(時刻t1から時刻t5)を要する。
なお、PM再生処理が実行される第1時間は、フィルタ14に堆積していると想定されるPMを、PM再生処理によって燃焼除去することができる時間に設定される。たとえば、ある一定量以上のPMが堆積したことが推定された場合に手動PM再生制御の実行を要求することとし、当該ある一定量のPMを十分に燃焼除去することができる時間が第1時間として設定される。
ECU100は、たとえば、所定の制御周期毎にフィルタ圧力差Pdを監視する。ECU100は、フィルタ圧力差Pdがある閾値以上となった場合には、PMがある一定量以上堆積しておりPM再生処理の実行が必要と判定して、ユーザに手動PM再生制御の実行を要求する。具体的には、ECU100は、表示装置150に手動PM再生制御の実行を要求する表示をさせるための制御信号を送信する。当該制御信号を受信した表示装置150は、たとえば、手動PM再生制御の実行を要求するアイコンを表示あるいは点灯させる。
<フィルタの洗浄について>
フィルタ14にアッシュが堆積すると、手動PM再生制御を実行したとしても、検出されるフィルタ圧力差Pdがある閾値未満にならず、大きな値が維持される。そこで、ECU100は、PM再生処理を実行した後においてもアッシュが所定量以上堆積していると判定すると、フィルタ14の洗浄を要求する通知を行なう。具体的には、ECU100は、手動PM再生制御において検出されたフィルタ圧力差Pd(PM再生処理の終了後のフィルタ圧力差Pd)がアッシュ堆積閾値Pathよりも大きい場合には、フィルタ14にアッシュが所定量以上堆積していると判定し、表示装置150にフィルタ14の洗浄を要求する洗浄通知を表示させるための制御信号を送信する。当該制御信号を受信した表示装置150は、たとえば、洗浄通知として、フィルタ14の洗浄を要求するアイコンを表示あるいは点灯させる。なお、アッシュ堆積閾値Pathは、たとえば、予め実験などによってフィルタ14のアッシュの堆積量とフィルタ圧力差との関係を求めておき、洗浄を要求する基準となるアッシュの堆積量に対応したフィルタ圧力差の値が設定される。
フィルタ14の洗浄を要求するアイコン(洗浄通知)が表示された場合、ユーザは、たとえば、車両のディーラーなどでフィルタ14の洗浄を行なってアッシュを取り除くことができる。フィルタ14の洗浄後においては、アッシュが取り除かれたか否かを判定し(洗浄後の取り除き判定)、適切にフィルタ14の洗浄が行なわれた状態でユーザに引き渡されることが望ましい。
<洗浄後PM再生制御>
そこで、たとえば、既存の制御である手動PM再生制御を実行してフィルタ14の洗浄によってアッシュが取り除かれたか否かを判定することが可能である。しかしながら、フィルタの洗浄後においては、PMおよびアッシュの多くが取り除かれていることから、検出され得るフィルタ圧力差Pdは、アッシュが堆積しているフィルタ洗浄前と比べて小さい値となることが想定される。
ここで、手動PM再生制御においては、フィルタ14へのアッシュの堆積を判定するために、PM再生処理を第1時間実行することによって、PMを燃焼除去している。そして、PM再生処理の終了とともにエンジン10の回転速度Neをアイドル回転速度N1にした状態でフィルタ圧力差Pdが検出される。エンジン10の回転速度Neをアイドル回転速度N1にした状態においては、エンジン10の回転速度が回転速度N2である場合と比べて、フィルタ14を流通する排気流量が小さくなってしまうため、検出されるフィルタ圧力差Pdが小さな値になってしまう。
検出され得るフィルタ圧力差Pdが小さい値であることが想定される洗浄後の取り除き判定に、検出されるフィルタ圧力差Pdが小さい値となってしまう手動PM再生制御を用いると、検出されるフィルタ圧力差Pdがさらに小さな値になってしまう。そうすると、検出されたフィルタ圧力差Pdに占める差圧センサ60の検出精度などに起因した検出誤差の影響が大きくなってしまい、洗浄後の取り除き判定の判定精度を低下させてしまうことが懸念される。
そこで、本実施の形態に係るECU100は、洗浄後の取り除き判定に適した「洗浄後PM再生制御」を実行可能に構成される。「洗浄後PM再生制御」とは、PM再生処理を第1時間実行し、PM再生処理の終了直前に検出されたフィルタ圧力差Pdに基づいてフィルタ14の洗浄によってフィルタ14に堆積していたアッシュが取り除かれたか否かを判定する制御である。
図3は、本実施の形態に係る洗浄後PM再生制御を説明するための図である。図3の実線L2は、洗浄後PM再生制御におけるエンジン10の回転速度Neの変化を示している。時刻t1aにおいて、洗浄後PM再生制御の実行を要求する第2手動操作が行なわれることによって洗浄後PM再生制御の実行が開始される。第2手動操作は、たとえば、車両のディーラーなどで用いられるサービスツール(パーソナルコンピュータなど)STを車両に接続して、サービスツールSTから車両に洗浄後PM再生制御の実行を要求する第2信号を送信する操作である。サービスツールSTから洗浄後PM再生制御の実行を要求する第2信号を受信すると、ECU100は、洗浄後PM再生制御を実行する。具体的には、ECU100は、時刻t1aにおいて、PM再生処理を開始し、エンジン10の回転速度Neをアイドル回転速度N1からアイドル回転速度N1よりも高い回転速度N2(N2>N1)にするとともに、PMを燃焼除去するための燃料噴射を行なう。ECU100は、PM再生処理を第1時間(時刻1aから時刻t4a)実行する。
フィルタ14の洗浄後においてもPM再生処理を実行するのは、たとえば、洗浄により除去しきれずにフィルタ14に微量に残ったPMを燃焼除去させること、および、洗浄によってフィルタ14に付着した水分を除去させることなどである。
ここで、フィルタ14の洗浄後においては、フィルタ14に堆積されていたPMおよびアッシュの多くが洗浄によって取り除かれているので、フィルタ14に微量のPMが残っていたとしても、PM再生処理の終了直前には既にPMが燃焼除去されていることが想定される。なお、PM再生処理の終了直前とは、たとえば、PM再生処理が実行される第1時間のうちの後半の数%〜十数%程度の時間帯を指す。ただし、上記の数%〜十数%はあくまでも例示であり、たとえば、設定される第1時間あるいはフィルタ14の特性などに応じて適切に設定することができる。
そこで、洗浄後PM再生制御においては、PM再生処理の終了直前(時刻t3a)にフィルタ圧力差Pdを検出して、当該フィルタ圧力差Pdに基づいて洗浄によってフィルタ14に堆積していたアッシュが取り除かれたか否かを判定する(洗浄後の取り除き判定)。換言すると、ECU100は、PM再生処理の開始から所定時間(時刻t1aから時刻t3a)経過したときに、洗浄後の取り除き判定を行なう。PM再生処理の終了直前にフィルタ圧力差Pdを検出して判定を行なったとしても、フィルタ14にはPMが堆積していないことが想定されるため、PMの影響を受けずにアッシュを取り除けたか否かを判定することができる。具体的には、ECU100は、フィルタ圧力差Pdが洗浄判定閾値Pwthよりも小さいか否かを判定する。洗浄判定閾値Pwthは、アッシュ堆積閾値Pathよりも小さな値に設定される。これは、フィルタ14の洗浄後においては、フィルタ14に堆積していたPMおよびアッシュの多くが取り除かれているため、検出されるフィルタ圧力差Pdは、フィルタ14の洗浄前に実行される手動PM再生処理において検出されるフィルタ圧力差よりも小さい値であることが想定されるためである。洗浄判定閾値Pwthは、たとえば、予め実験などによってフィルタ14にPMおよびアッシュがほとんど堆積していない状態におけるフィルタ圧力差を求めておくことで適切に設定することができる。
そして、PM再生処理の終了直前にフィルタ圧力差Pdが検出されるので、エンジン10の回転速度Neがアイドル回転速度N1よりも高い回転速度N2である状態、つまり、フィルタ14に流通する排気流量が大きい状態において、フィルタ圧力差Pdを検出することができる。ゆえに、検出されるフィルタ圧力差Pdを大きな値にすることができる。これによって、検出され得るフィルタ圧力差Pdの値が小さくなってしまうことが想定されるフィルタ14の洗浄後においても、精度よくフィルタ圧力差Pdを検出することができ、洗浄によってアッシュを取り除けたか否かを精度よく判定することができる。
ECU100は、PM再生処理を第1時間実行し、時刻t4aにおいてPM再生処理を終了してエンジン10の回転速度Neをアイドル回転速度N1にする。洗浄後PM再生制御におけるPM再生処理が、手動PM再生制御におけるPM再生処理と同様の第1時間実行されるのは、既存の制御を可能な限り変更することなく用いることによって、制御の複雑化の回避および制御変更の容易化などのためである。
また、本実施の形態における洗浄後PM再生制御の実行には、第2実行時間(時刻1aから時刻t4a)を要する。これは、手動PM再生制御の実行に要する第1実行時間よりも短い。手動PM再生制御のように、PM再生処理の終了後にエンジン10の回転速度Neをアイドル回転速度N1にし、エンジン10の回転速度Neをアイドル回転速度N1にした状態で検出したフィルタ圧力差Pdに基づいて判定をしなくてもよいので、洗浄後PM再生制御の実行に要する時間を抑制することができる。
<ECUで実行される処理>
図4は、ECU100で実行される処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される各ステップは、所定の条件が成立した場合にメインルーチン(図示せず)から呼び出されて実行される。所定の条件とは、たとえば、ECU100が第1信号または第2信号などを含む信号を受信したことである。図4に示すフローチャートの各ステップは、ECU100によるソフトウェア処理によって実現される場合について説明するが、その一部あるいは全部がECU100内に作製されたハードウェア(電気回路)によって実現されてもよい。図5および図6においても同様である。
ECU100は、手動PM再生スイッチSWが押圧操作されたときに送信される手動PM再生制御の実行を要求する第1信号を受信したか否かを判定する(ステップ100、以下ステップを「S」と略す)。
ECU100は、第1信号を受信した場合には(S100においてYES)、手動PM再生制御を実行する(S200)。ECU100で実行される手動PM再生制御における処理の詳細については、図5を用いて後に説明する。
ECU100は、第1信号を受信していない場合には(S100においてNO)、洗浄後PM再生制御の実行を要求する第2信号を受信したか否かを判定する(S300)。ECU100は、第2信号を受信していない場合、つまり、第1信号および第2信号の双方とも受信していない場合には(S300においてNO)、処理をメインルーチンに返す。
一方、ECU100は、第2信号を受信した場合には(S300においてYES)、洗浄後PM再生制御を実行する(S400)。ECU100で実行される洗浄後PM再生制御における処理の詳細については、図6を用いて後に説明する。
ECU100は、S200において手動PM再生制御を実行した後、あるいは、S400において洗浄後PM再生制御を実行した後に、それぞれのステップで設定されたフラグに基づいた制御信号を表示装置150に出力する(S500)。たとえば、ECU100は、洗浄フラグONが設定されている場合には、表示装置150にフィルタ14の洗浄を要求するアイコンを表示あるいは点灯させるための制御信号を送信する。ECU100は、洗浄フラグOFFが設定されている場合には、表示装置150にフィルタ14の洗浄を要求するアイコンを非表示あるいは消灯させるための制御信号を送信する。
<<手動PM再生制御>>
図5は、ECU100で実行される手動PM再生制御(S200)における処理の手順を示すフローチャートである。ECU100は、第1信号を受信すると、PM再生処理を開始し(S205)、エンジンの回転速度Neをアイドル回転速度N1よりも高い回転速度N2にする(S210)。ECU100は、エンジン10の回転速度Neを回転速度N2に維持した状態で、PMを燃焼除去するための燃料噴射を行なう。
ECU100は、PM再生処理を開始してから第1時間が経過したか否かを判定する(S215)。ECU100は、PM再生処理を開始してから第1時間が経過していない場合(S215においてNO)、第1時間が経過するまでPM再生処理を継続する。つまり、ECU100は、PM再生処理を第1時間実行する。
ECU100は、PM再生処理を開始してから第1時間が経過した場合(S215においてYES)、PM再生処理を終了する(S220)。そして、ECU100は、エンジン10の回転速度Neを回転速度N2からアイドル回転速度N1に低下させる(S225)。
次いで、ECU100は、エンジン10の回転速度Neがアイドル回転速度N1の状態で、フィルタ圧力差Pdを検出する(S230)。ECU100は、検出したフィルタ圧力差Pdがアッシュ堆積閾値Pathよりも小さいか否かを判定する(S235)。ECU100は、フィルタ圧力差Pdがアッシュ堆積閾値Path以上である場合(S235においてNO)、フィルタ14に所定量以上のアッシュが堆積しており、フィルタ14の洗浄が必要であると判定して洗浄フラグONを設定する(S245)。
一方、ECU100は、フィルタ圧力差Pdがアッシュ堆積閾値Pathより小さい場合(S235においてYES)、フィルタ14に所定量以上のアッシュが堆積しておらず、フィルタ14の洗浄が必要となるほどアッシュが堆積していないと判定して洗浄フラグOFFを設定する(S240)。
<<洗浄後PM再生制御>>
図6は、ECU100で実行される洗浄後PM再生制御(S400)における処理の手順を示すフローチャートである。ECU100は、第2信号を受信すると、PM再生処理を開始し(S405)、エンジンの回転速度Neをアイドル回転速度N1よりも高い回転速度N2にする(S410)。ECU100は、エンジン10の回転速度Neを回転速度N2に維持した状態で、PMを燃焼除去するための燃料噴射を行なう。
ECU100は、PM再生処理を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する(S415)。ECU100は、PM再生処理を開始してから所定時間が経過していない場合(S415においてNO)、所定時間が経過するまでPM再生処理を継続する。
ECU100は、PM再生処理を開始してから所定時間が経過した場合(S415においてYES)、エンジン10の回転速度Neを回転速度N2に維持した状態で、フィルタ圧力差Pdを検出する(S420)。
ECU100は、検出したフィルタ圧力差Pdが洗浄判定閾値Pwthよりも小さいか否かを判定する(S425)。ECU100は、フィルタ圧力差Pdが洗浄判定閾値Pwthよりも小さい場合(S425においてYES)、洗浄によってフィルタ14に堆積していたアッシュが取り除けていると判定して洗浄フラグOFFを設定する(S430)。一方、ECU100は、フィルタ圧力差Pdが洗浄判定閾値Pwth以上である場合(S425においてNO)、洗浄によってフィルタ14に堆積していたアッシュが十分に取り除けていないと判定して洗浄フラグONの設定を継続する(S435)。
ECU100は、S430またはS435において洗浄フラグOFF/ONを設定すると、PM再生処理を開始してから第1時間経過したか否かを判定する(S440)。ECU100は、PM再生処理を開始してから第1時間経過していない場合(S440においてNO)、第1時間が経過するまでPM再生処理を継続する。このように、洗浄後PM再生制御におけるPM再生処理が、手動PM再生制御におけるPM再生処理と同様の第1時間実行されるのは、既存の制御を可能な限り変更することなく用いることによって、制御の複雑化の回避および制御変更の容易化などのためである。
ECU100は、PM再生処理を開始してから第1時間が経過した場合(S440においてYES)、PM再生処理を終了し(S445)、エンジン10の回転速度Neを回転速度N2からアイドル回転速度N1に低下させる(S450)。
以上のように、本実施の形態に係る排気処理装置は、ユーザの手動操作に応じて手動PM再生制御および洗浄後PM再生制御を選択的に実行可能に構成される。たとえば、手動PM再生制御の実行を要求する表示がされた場合には、手動PM再生スイッチSWを押圧操作して手動PM再生制御を実行する。たとえば、フィルタ14の洗浄後に洗浄によってアッシュを取り除くことができたか否かを判定する場合には、サービスツールSTを用いて洗浄後PM再生制御の実行を要求する操作をして洗浄後PM再生制御を実行する。このように、状況に適した制御を実行することが可能となる。
また、洗浄後PM再生制御においては、フィルタ14の洗浄後に適した洗浄後の取り除き判定のための処理、および、洗浄によってフィルタ14に堆積していたアッシュが取り除かれたか否かを判定するための洗浄判定閾値Pwthが設定される。これによって、フィルタの洗浄によって堆積していたアッシュが取り除かれたか否かを短時間で、かつ、精度よく判定することである。
[変形例1]
実施の形態においては、洗浄後PM再生制御におけるPM再生処理の実行時間と、手動PM再生制御におけるPM再生処理の実行時間とが、同じ第1時間である例について説明した。これによって、制御の複雑化の回避などが図られていた。しかしながら、洗浄後PM再生制御におけるPM再生処理の実行時間は、手動PM再生制御におけるPM再生処理の実行時間よりも短く設定されてもよい。洗浄によってフィルタ14に堆積していたPMおよびアッシュの多くが除去されている状態で実行される洗浄後PM再生制御においては、多くのPMおよびアッシュがフィルタ14に堆積している状態で実行される手動PM再生制御に比べて、短時間でPM再生処理を完了できることが想定されるためである。変形例1においては、洗浄後PM再生制御におけるPM再生処理の実行時間が、手動PM再生制御におけるPM再生処理の実行時間よりも短い時間に設定される例について説明する。
図7は、変形例1に係る手動PM再生制御および洗浄後PM再生制御を説明するための図である。図7の横軸には時刻tが示され、縦軸にはエンジン10の回転速度Neが示されている。図7の一点鎖線L4は、図2で説明した手動PM再生制御(図2における実線L1)におけるエンジン10の回転速度Neの変化を示している。図7の実線L3は、変形例1に係る洗浄後PM再生制御におけるエンジン10の回転速度Neの変化を示している。なお、図7においては、実線L3と一点鎖線L4とを視認容易化のために微小にずらせて図示しているが、たとえば、時刻t1bにおいては、ともにエンジン10の回転速度Neがアイドル回転速度N1から回転速度N2に変化していることを示している。
手動PM再生制御については、実施の形態と同様であるため、繰り返し説明しない。時刻t1bにおいて、サービスツールSTから洗浄後PM再生制御の実行を要求する第2信号をECU100が受信すると、洗浄後PM再生制御が開始される。具体的には、ECU100は、時刻t1bにおいて、PM再生処理を開始し、エンジン10の回転速度Neをアイドル回転速度N1からアイドル回転速度N1よりも高い回転速度N2にするとともに、PMを燃焼除去するための燃料噴射を行なう。
ECU100は、PM再生処理を第2時間(時刻t1bから時刻t2b)実行し、時刻t2bにおいてフィルタ圧力差Pdを検出して、当該フィルタ圧力差Pdに基づいて洗浄によってフィルタ14に堆積していたアッシュが取り除かれたか否かを判定する(洗浄後の取り除き判定)。第2時間は、実施の形態における第1時間およびフィルタ圧力差Pdの検出が行なわれた所定時間よりも短い時間である。第2時間は、たとえば、洗浄後にフィルタ14に残っている微量のPMの燃焼除去および洗浄によってフィルタ14に付着した水分を除去することなどが可能な時間に設定される。第2時間は、予め実験などによって適切な時間を算出しておくことで、設定することができる。
次いで、ECU100は、PM再生処理を終了してエンジン10の回転速度Neをアイドル回転速度N1にする。ECU100は、PM再生処理の終了に伴なって洗浄後PM再生制御を終了させる。洗浄後PM再生制御の実行時間である第3実行時間は、第2時間と等しい。第3実行時間は、手動PM再生制御の実行時間である第1実行時間よりも短い。また、第3実行時間は、実施の形態における洗浄後PM再生制御の実行時間である第2実行時間よりも短い。
このように、PM再生処理を必要な時間(第2時間:t1bからt2b)だけ実行するようにすることによって、洗浄後PM再生制御に要する時間を短縮することができる。また、PM再生処理の実行時間が短くなることにより、洗浄後PM再生制御における燃料の消費を抑制することができる。
図8は、変形例1に係るECU100で実行される洗浄後PM再生制御における処理の手順を示すフローチャートである。図8のフローチャートは、図6のフローチャートに対して、S415に代えてS515を含み、S440を削除したものである。図6のフローチャートと同様のステップについては、図6のフローチャートと同じ番号を付し、その説明は繰り返さない。
ECU100は、PM再生処理を開始してから第2時間が経過したか否かを判定する(S515)。ECU100は、PM再生処理を開始してから第2時間が経過していない場合(S515においてNO)、第2時間が経過するまでPM再生処理を継続する。
ECU100は、PM再生処理を開始してから第2時間が経過した場合(S515においてYES)、エンジン10の回転速度Neを回転速度N2に維持した状態で、フィルタ圧力差Pdを検出する(S420)。
ECU100は、S425〜S435において洗浄フラグOFF/ONを設定すると、PM再生処理を終了し(S445)、エンジン10の回転速度Neを回転速度N2からアイドル回転速度N1に低下させる(S450)。
以上のように、変形例1に係る洗浄後PM再生制御においては、PM再生処理が第2時間実行されて、第2時間の中でフィルタ圧力差Pdの検出および洗浄後の取り除き判定が行なわれた。一方、実施の形態に係る洗浄後PM再生制御においては、PM再生処理が手動PM再生制御のPM再生処理の実行時間と同様の第1時間実行された。変形例1においては、フィルタ14の洗浄後に必要な時間だけPM再生処理が実行されるので、洗浄後PM再生制御に要する時間を短縮することができる。換言すると、洗浄後PM再生制御において、不必要にPM再生処理が実行されることを抑制して、洗浄後PM再生制御に要する時間を適正化することができる。また、洗浄後PM再生制御に要する時間の適正化に伴なって、洗浄後PM再生制御における燃料の消費を抑制することができる。
[変形例2]
実施の形態および変形例1に係る手動PM再生制御においては、検出されたフィルタ圧力差Pdがアッシュ堆積閾値Path以上である場合に、洗浄フラグONが設定された(図5におけるS235,S245)。つまり、S235における1回の判定処理によって、洗浄フラグONが設定された。しかしながら、洗浄フラグONの設定は、たとえば、検出されたフィルタ圧力差Pdがアッシュ堆積閾値Path以上であると判定された回数が所定の累積回数(たとえば、数回)に達したときになされてもよい。
手動PM再生制御においては、上述したとおり、エンジン10の回転速度Neがアイドル回転速度N1の状態でフィルタ圧力差Pdが検出される。この場合、フィルタ14に流通する排気流量が小さい状態でフィルタ圧力差Pdが検出されるため、検出されるフィルタ圧力差Pdが小さい値であることが想定される。そのため、たとえば、フィルタ圧力差Pdがアッシュ堆積閾値Path付近の値である場合には差圧センサ60の検出精度などに起因した検出誤差の影響により、図5におけるS235の判定において、フィルタ圧力差Pdがアッシュ堆積閾値Pathよりも小さいと判定されるか、フィルタ圧力差Pdがアッシュ堆積閾値Path以上と判定されるかが振れる可能性がある。そこで、フィルタ圧力差Pdがアッシュ堆積閾値Path以上であると判定された回数を累積し、累積回数が所定の累積回数に達した場合に、フィルタ14の洗浄が必要であると判定して洗浄フラグONを設定する。あるいは、所定の回数連続してフィルタ圧力差Pdがアッシュ堆積閾値Path以上であると判定された場合にフィルタ14の洗浄が必要であると判定して洗浄フラグONを設定してもよい。
また、たとえば、車両の走行中にECU100が自動的にPM再生処理を実行するような場合には、当該PM再生処理の終了後におけるフィルタ圧力差Pdとアッシュ堆積閾値Pathとの判定処理の結果を上記の累積回数に含めてもよい。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 エンジン、11 吸気通路、12 排気通路、13 酸化触媒、14 フィルタ、20 燃料噴射弁、30 燃料添加弁、50 エンジン回転速度センサ、60 差圧センサ、100 ECU、150 表示装置、Path アッシュ堆積閾値、Pd フィルタ圧力差、Pwth 洗浄判定閾値、ST サービスツール、SW 手動再生スイッチ。

Claims (4)

  1. エンジンの排気通路に設けられ、前記エンジンの排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
    前記フィルタの上流側の排気と下流側の排気との圧力差を検出するように構成された差圧センサと、
    ユーザの手動操作に応じて第1再生制御および第2再生制御を選択的に実行するように構成された制御装置とを備え、
    前記第1再生制御は、前記エンジンの回転速度を予め定められたアイドル回転速度よりも高い値にするとともに前記フィルタに堆積した前記粒子状物質を燃焼除去するための燃料噴射を行なう再生処理を実行し、前記再生処理の終了とともに前記エンジンの回転速度を前記アイドル回転速度にし、前記エンジンの回転速度を前記アイドル回転速度にした状態で検出された前記圧力差に基づいて前記フィルタへのアッシュの堆積を判定する制御であり、
    前記第2再生制御は、前記再生処理を実行し、前記再生処理の終了前に検出された前記圧力差に基づいて前記フィルタの洗浄によって前記フィルタに堆積していたアッシュが取り除かれたか否かを判定する制御である、排気処理装置。
  2. 前記制御装置は、
    前記第1再生制御において、前記圧力差が第1閾値よりも大きい場合に前記フィルタの洗浄が必要であると判定し、
    前記第2再生制御において、前記圧力差が第2閾値よりも小さい場合に前記フィルタの洗浄によって前記フィルタに堆積していたアッシュが取り除かれたと判定し、
    前記第2閾値は、前記第1閾値よりも小さい値である、請求項1に記載の排気処理装置。
  3. 前記制御装置は、
    前記第1再生制御において、前記再生処理を第1時間実行し、
    前記第2再生制御において、前記再生処理を第2時間実行し、
    前記第2時間は、前記第1時間よりも短い時間である、請求項1または請求項2に記載の排気処理装置。
  4. 前記制御装置は、
    前記ユーザが前記第1再生制御の実行を要求する第1手動操作を行なった場合に前記第1再生制御を実行し、
    前記ユーザが前記第2再生制御の実行を要求する第2手動操作を行なった場合に前記第2再生制御を実行する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の排気処理装置。
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