JP2023119819A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタの温度が過度に高くなる前に再生処理を中止できるようにした内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＰＵ４２は、ＧＰＦ３４が捕集したＰＭ量が多くなると、一部の気筒の燃焼制御を停止するとともに、残りの気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとする再生処理を実行する。ＰＵ４２は、ＧＰＦ３４の温度およびＧＰＦ３４が捕集したＰＭ量を都度取得する。ＰＵ４２は、再生処理の実行中、都度の温度およびＰＭ量に応じて許容値を算出する。ＰＵ４２は、所定期間にＧＰＦ３４に流入する空気量が許容値を超える場合、再生処理を中止する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の排気通路に、粒子状物質を捕集するフィルタを備えることが周知である。
下記特許文献１には、フィルタの再生処理として、多気筒内燃機関の全ての気筒の燃焼制御を停止する処理を実行する制御装置が記載されている。この制御装置は、再生処理を実行しているときの積算空気量が所定値以上となる場合、燃焼制御の停止を中止する。ここで所定値は、燃焼制御を停止する処理の開始時におけるフィルタの温度およびフィルタが捕集している粒子状物質の量によって定める。

また、下記特許文献２には、フィルタの再生処理として、多気筒内燃機関の複数の気筒のうちの一部の気筒に限って燃焼制御を停止する処理を実行する装置が記載されている。

特開２０１９－１９０３５８号公報 特開２０２１－６００２７号公報

ところで、上記一部の気筒に限って燃焼制御を停止する場合、燃焼制御を停止しない気筒における燃焼反応と、同気筒から排出される未燃燃料の排気系での酸化反応とが、フィルタの温度上昇要因となりうる。そのため、燃焼制御の停止時におけるフィルタの温度およびフィルタが捕集している粒子状物質の量によって、一部の気筒に限って燃焼制御を停止する処理の中止のための上記所定値を定める場合には、所定値が適切な値とならないおそれがある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
排気通路に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えた多気筒内燃機関に適用され、停止処理、温度取得処理、堆積量取得処理、許容値算出処理、および中止処理を実行するように構成され、前記停止処理は、前記多気筒内燃機関の複数の気筒のうちの一部の気筒における燃焼制御を停止して且つ、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは異なる気筒における混合気の空燃比を理論空燃比未満にする処理であり、前記温度取得処理は、前記フィルタの温度を取得する処理であり、前記堆積量取得処理は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の量である堆積量を取得する処理であり、前記許容値算出処理は、都度の前記フィルタの温度および都度の前記堆積量に基づき許容値を繰り返し算出する処理であり、前記中止処理は、前記排気通路に所定期間に流出する空気量が前記許容値以上となる場合、前記停止処理を中止する処理である内燃機関の制御装置である。

上記構成では、都度のフィルタ温度および都度の堆積量に基づき、許容値が算出される。ここで、許容値の算出に用いられるフィルタ温度は、燃焼制御を停止しない気筒における燃焼反応と、同気筒から排出される未燃燃料の排気系での酸化反応とが反映された値である。また、許容値の算出に用いられる堆積量は、フィルタに空気が流入することに起因したフィルタの温度上昇量を定める。そのため、都度のフィルタ温度および都度の堆積量に基づき算出される許容値を用いることにより、所定期間に流入する空気量が許容値以上となる場合、フィルタの温度が過度に高くなることを高精度に予測することができる。そのため、停止処理を適切に中止できる。

一実施形態にかかる車両の駆動系の構成を示す図である。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の一部を示すブロック図である。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態における再生処理を示すタイムチャートである。

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
「前提構成」
図１に示す内燃機関１０の吸気通路１２には、スロットルバルブ１４が設けられている。吸気通路１２から吸入された空気は、燃焼室１６に流入する。燃焼室１６には、燃料噴射弁１８によって燃料が噴射される。燃焼室１６において燃料と空気の混合気は、点火装置２０の火花放電によって燃焼に供される。このときに生成される燃焼エネルギは、クランク軸２２の回転エネルギに変換される。燃焼に供された混合気は、排気として排気通路３０に排出される。排気通路３０には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒３２と、ガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ３４）とが設けられている。なお、ＧＰＦ３４は、ＰＭを捕集するフィルタに三元触媒が担持されたものである。

制御装置４０は、制御対象としての内燃機関１０の制御量である、トルクおよび排気成分比率等を制御するために、スロットルバルブ１４、燃料噴射弁１８、および点火装置２０等の内燃機関１０の操作部を操作する。図１には、スロットルバルブ１４、燃料噴射弁１８、および点火装置２０のそれぞれの操作信号ＭＳ１～ＭＳ３を記載している。制御装置４０は、内燃機関１０の制御量を制御するために、エアフローメータ５０によって検出される吸入空気量Ｇａ、およびクランク角センサ５２の出力信号Ｓｃｒを参照する。また制御装置４０は、水温センサ５４によって検出される水温ＴＨＷ、および空燃比センサ５６によって検出される空燃比Ａｆを参照する。また、制御装置４０は、外気温センサ５８によって検出される外気温ＴＯ、および車速センサ６０によって検出される車速ＳＰＤを参照する。

制御装置４０は、ＰＵ４２、記憶装置４４、および周辺回路４６を備えている。ＰＵ４２は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、およびＴＰＵ等のソフトウェア処理装置である。ここで、周辺回路４６は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路、電源回路、およびリセット回路等を含む。制御装置４０は、記憶装置４４に記憶されたプログラムをＰＵ４２が実行することにより制御量を制御する。

「制御」
図２に、制御装置４０が実行する処理の一部を示す。図２に示す処理は、記憶装置４４に記憶されたプログラムをＰＵ４２が実行することにより実現される。

出ガス温度算出処理Ｍ１０は、回転速度ＮＥ、充填効率η、および点火時期ａｉｇに基づき、排気通路３０に排出される排気の温度である出ガス温度Ｔｏｕｔを算出する処理である。これは、たとえば回転速度ＮＥおよび充填効率ηから出ガス温度ベース値を算出した後、出ガス温度ベース値を点火時期に応じて補正することにより実現できる。具体的には、まず、予め記憶装置４４に記憶されたマップデータを用いてＰＵ４２がマップ演算をすることによって出ガス温度ベース値を算出する。ここで、マップデータは、回転速度ＮＥおよび充填効率ηを入力変数として且つ出ガス温度ベース値を出力変数とするデータである。そして、ＰＵ４２は、点火時期ａｉｇがＭＢＴ点火時期から離間するほど、出ガス温度ベース値に対して出ガス温度Ｔｏｕｔを低下させる。

なお、マップデータとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。また、マップ演算は、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とする処理とすればよい。また、マップ演算は、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれにも一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。また、これに代えて、マップ演算は、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれにも一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値のうちの最も近い値に対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とする処理としてもよい。

上記回転速度ＮＥは、ＰＵ４２が、出力信号Ｓｃｒに基づき算出する。また、充填効率ηは、ＰＵ４２が、回転速度ＮＥおよび吸入空気量Ｇａに基づき算出する。
エキマニ温度算出処理Ｍ１２は、出ガス温度Ｔｏｕｔ、車速ＳＰＤおよび外気温ＴＯに基づき、排気マニフォールドの温度であるエキマニ温度Ｔｅｘｍを算出する処理である。ここで、ＰＵ５２は、出ガス温度Ｔｏｕｔが大きい場合には小さい場合よりもエキマニ温度Ｔｅｘｍを大きい値に算出する。また、ＰＵ４２は、車速ＳＰＤが大きい場合には小さい場合よりもエキマニ温度Ｔｅｘｍを小さい値に算出する。また、ＰＵ４２は、外気温ＴＯが小さい場合には大きい場合よりもエキマニ温度Ｔｅｘｍを小さい値に算出する。

入りガス温度算出処理Ｍ１４は、出ガス温度Ｔｏｕｔおよびエキマニ温度Ｔｅｘｍに基づき、三元触媒３２に流入する排気の温度である入りガス温度Ｔｉｎを算出する処理である。ここで、ＰＵ４２は、出ガス温度Ｔｏｕｔが大きい場合には小さい場合よりも入りガス温度Ｔｉｎを大きい値に算出する。また、ＰＵ４２は、エキマニ温度Ｔｅｘｍが小さい場合には大きい場合よりも入りガス温度Ｔｉｎを小さい値に算出する。

触媒温度算出処理Ｍ１６は、エキマニ温度Ｔｅｘｍ、入りガス温度Ｔｉｎ、空燃比Ａｆおよび吸入空気量Ｇａに基づき、三元触媒３２の温度である触媒温度Ｔｃａｔを算出する処理である。ＰＵ４２は、入りガス温度Ｔｉｎが大きい場合には小さい場合よりも触媒温度Ｔｃａｔを大きい値に算出する。ＰＵ４２は、エキマニ温度Ｔｅｘｍが小さい場合には大きい場合よりも触媒温度Ｔｃａｔを小さい値に算出する。また、ＰＵ４２は、空燃比Ａｆおよび吸入空気量Ｇａに基づき、三元触媒３２に流入する未燃燃料量または酸素量に応じた発熱量に応じて触媒温度Ｔｃａｔを上昇させる。なお、ＰＵ４２は、後述の再生処理Ｍ２２が実行される場合、その情報に基づき、三元触媒３２に流入する酸素量を把握してもよい。

フィルタ温度算出処理Ｍ１８は、触媒温度Ｔｃａｔ、車速ＳＰＤ、外気温ＴＯ、およびＰＭ堆積量ＤＰＭに基づき、ＧＰＦ３４の温度であるフィルタ温度Ｔｇｐｆを算出する処理である。ＰＵ４２は、触媒温度Ｔｃａｔが大きい場合には小さい場合よりもフィルタ温度Ｔｇｐｆを大きい値に算出する。また、ＰＵ４２は、車速ＳＰＤが大きい場合には小さい場合よりもフィルタ温度Ｔｇｐｆを小さい値に算出する。またＰＵ４２は、外気温ＴＯが小さい場合には大きい場合よりもフィルタ温度Ｔｇｐｆを小さい値に算出する。また、ＰＵ４２は、ＰＭ堆積量ＤＰＭが大きい場合には小さい場合よりもフィルタ温度Ｔｇｐｆを大きい値に算出する。

堆積量算出処理Ｍ２０は、回転速度ＮＥ、充填効率η、水温ＴＨＷ、およびフィルタ温度Ｔｇｐｆに基づき、ＧＰＦ３４に捕集されたＰＭの量であるＰＭ堆積量ＤＰＭを算出する処理である。ここで、ＰＵ４２は、回転速度ＮＥ，充填効率η、および水温ＴＨＷに基づき、排気中のＰＭの量を算出する。そして、ＰＵ４２は、排気中のＰＭの量が大きい場合に小さい場合よりもＰＭ堆積量ＤＰＭの更新量を大きくする。また、ＰＵ４２は、再生処理Ｍ２２が実行される場合、フィルタ温度Ｔｇｐｆが大きい場合に小さい場合よりも、ＰＭ堆積量ＤＰＭの更新量を小さい値に算出する。なお、更新量が負であることは、ＰＭ堆積量ＤＰＭを減少させることを意味する。

再生処理Ｍ２２は、ＧＰＦ３４に捕集されたＰＭを酸化除去する処理である。ＰＵ４２は、気筒＃１～＃４のうちのいずれか１つの気筒の燃料噴射弁１８からの燃料の噴射を停止する。また、ＰＵ４２は、残りの気筒の燃焼室１６内の混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとする。この処理は、排気通路３０に酸素と未燃燃料とを排出し、ＧＰＦ３４の温度を上昇させることによって、ＧＰＦ３４が捕集したＰＭを燃焼除去するための処理である。すなわち、排気通路３０に酸素と未燃燃料を排出することにより、三元触媒３２等において未燃燃料を燃焼させることによって、排気の温度を上昇させる。これにより、ＧＰＦの温度を上昇させることができる。また、ＧＰＦ３４に酸素を供給することによって、ＧＰＦ３４が捕集したＰＭを燃焼除去することができる。

図３に、再生処理Ｍ２２によるＧＰＦ３４の再生要求が生じているときの処理の手順を示す。図３に示す処理は、記憶装置４４に記憶されたプログラムをＰＵ４２がたとえば所定周期でくり返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって各処理のステップ番号を表現する。

図３に示す一連の処理において、ＰＵ４２は、まず吸入空気量Ｇａ、フィルタ温度ＴｇｐｆおよびＰＭ堆積量ＤＰＭを取得する（Ｓ１０）。次にＰＵ４２は、中止フラグＦが「１」であるか否かを判定する（Ｓ１２）。中止フラグＦは、「１」である場合に再生処理Ｍ２２を中止していることを示す。また、中止フラグＦは、「０」である場合に再生処理Ｍ２２を実行していることを示す。

ＰＵ４２は、中止フラグＦが「０」であると判定する場合（Ｓ１２：ＮＯ）、Ｓ１０の処理において取得したフィルタ温度ＴｇｐｆおよびＰＭ堆積量ＤＰＭに基づき許容値Ｉｎｔｈを算出する（Ｓ１４）。ここで、ＰＵ４２は、フィルタ温度Ｔｇｐｆが大きい場合の許容値Ｉｎｔｈを小さい場合の許容値Ｉｎｔｈ以下に算出する。また、ＰＵ４２は、ＰＭ堆積量ＤＰＭが大きい場合の許容値Ｉｎｔｈを小さい場合の許容値Ｉｎｔｈ以下に算出する。この処理は、たとえば、記憶装置４４にマップデータが記憶された状態で、ＰＵ４２によって許容値Ｉｎｔｈをマップ演算することにより実現できる。ここで、マップデータは、フィルタ温度ＴｇｐｆおよびＰＭ堆積量ＤＰＭを入力変数として且つ、許容値Ｉｎｔｈを出力変数とするデータである。

また、ＰＵ４２は、吸入空気量Ｇａに基づき、所定期間においてＧＰＦ３４に流入する空気量Ｉｎを算出する（Ｓ１６）。ここで、ＰＵ４２は、吸入空気量Ｇａに係数Ｋを乗算した値を、空気量Ｉｎに代入する。係数Ｋは、再生処理Ｍ２２において燃焼制御を停止する気筒数の割合に所定期間の長さを乗算した値とすればよい。なお、所定期間は、図２の処理におけるフィルタ温度Ｔｇｐｆの更新周期よりも長い時間としてもよい。

次にＰＵ４２は、空気量Ｉｎが許容値Ｉｎｔｈよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１８）。この処理は、再生処理Ｍ２２を継続する場合、ＧＰＦ３４の温度が急激に上昇して、許容温度から外れるおそれがあるか否かを判定する処理である。ＰＵ４２は、許容値Ｉｎｔｈよりも大きいと判定する場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、中止フラグＦに「１」を代入して且つ再生処理Ｍ２２を中止する（Ｓ２０）。

一方、ＰＵ４２は、中止フラグＦが「１」であると判定する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、フィルタ温度Ｔｇｐｆが許可温度Ｔｔｈ以下であるか否かを判定する（Ｓ２２）。この処理は、再生処理Ｍ２２を再開しても問題ないか否かを判定する処理である。許可温度Ｔｔｈは、再生処理Ｍ２２を再開しても短時間のうちに再度の中止とならないと想定される温度に設定されている。ＰＵ４２は、許可温度Ｔｔｈ以下であると判定する場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、中止フラグＦに「０」を代入して且つ、再生処理Ｍ２２を許可する（Ｓ２４）。

なお、ＰＵ４２は、Ｓ２０，Ｓ２４の処理を完了する場合と、Ｓ１８，Ｓ２２の処理において否定判定する場合と、には、図３に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。

図４（ａ）に、本実施形態にかかる再生処理Ｍ２２の中止の判定に関する処理を例示する。
図４（ａ）に示すように、ＰＵ４２は、再生処理Ｍ２２の実行中に、都度のフィルタ温度ＴｇｐｆおよびＰＭ堆積量ＤＰＭに応じて許容値Ｉｎｔｈを都度算出する。そして、所定期間にＧＰＦ３４に流入する空気量が許容値Ｉｎｔｈを超える場合、再生処理Ｍ２２を中止する。これにより、ＧＰＦ３４の温度が過度に高くなることを抑制できる。

図４（ｂ）には、再生処理Ｍ２２の開始時におけるＰＭ堆積量ＤＰＭおよびフィルタ温度Ｔｇｐｆに基づき、再生処理Ｍ２２の開始時からの積算空気量ＩｎＧａの許容値Ｉｎｔｈを設定する場合を示す。この場合、再生処理Ｍ２２の実行時において理論空燃比よりもリッチとされるリッチ燃焼気筒における発熱量と、リッチ燃焼気筒から排出される未燃燃料の酸化熱の影響を考慮できない。そのため、再生処理Ｍ２２を中止するタイミングが遅れるおそれがある。

なお、フィルタ温度Ｔｇｐｆが許容温度の上限値を超える場合に再生処理Ｍ２２を中止する場合、本実施形態と比較して再生処理Ｍ２２の中止が遅くなる。すなわち、フィルタ温度Ｔｇｐｆは、ＧＰＦ３４の現在の温度の推定値である。これに対し、Ｓ１８の処理では、現在の状態が所定期間継続するとＧＰＦ３４の温度が許容温度の上限値を超えるおそれがあるか否かを予測している。

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。フィルタは、ＧＰＦ３４に対応する。停止処理は、再生処理Ｍ２２に対応する。温度取得処理は、Ｓ１０の処理に対応する。堆積量取得処理は、Ｓ１０の処理に対応する。許容値算出処理は、Ｓ１４の処理に対応する。中止処理は、Ｓ１８，Ｓ２０の処理に対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・フィルタ温度Ｔｇｐｆとしては、推定値に限らない。たとえば、ＧＰＦ３４にサーミスタ等の温度センサを設けることによって、その検出値を利用してもよい。
・停止処理において、燃焼制御の停止対象とする気筒は、１つに限らない。

・ＧＰＦ３４が三元触媒３２の下流に配置されることは必須ではない。

１０…内燃機関
１２…吸気通路
１４…スロットルバルブ
１６…燃焼室
１８…燃料噴射弁
２０…点火装置
２２…クランク軸
３０…排気通路
３２…三元触媒
３４…ＧＰＦ
４０…制御装置

Claims (1)

1. 排気通路に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えた多気筒内燃機関に適用され、
   停止処理、温度取得処理、堆積量取得処理、許容値算出処理、および中止処理を実行するように構成され、
   前記停止処理は、前記多気筒内燃機関の複数の気筒のうちの一部の気筒における燃焼制御を停止して且つ、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは異なる気筒における混合気の空燃比を理論空燃比未満にする処理であり、
   前記温度取得処理は、前記フィルタの温度を取得する処理であり、
   前記堆積量取得処理は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の量である堆積量を取得する処理であり、
   前記許容値算出処理は、都度の前記フィルタの温度および都度の前記堆積量に基づき許容値を繰り返し算出する処理であり、
   前記中止処理は、前記排気通路に所定期間に流出する空気量が前記許容値以上となる場合、前記停止処理を中止する処理である内燃機関の制御装置。

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