JP2024017170A - フィルタの再生制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】強制再生制御を容易に開始でき早期に完了することができるフィルタの再生制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】車両の走行動力源であるエンジンの排気通路に設けられたフィルタに捕集された粒子状物質を前記車両の停車中に燃焼させる強制再生要求がある場合に、前記エンジンの複数の気筒のうち少なくとも一つへの燃料供給を停止しつつ前記少なくとも一つ以外の前記気筒に燃料を供給する燃料供給制御部と、前記強制再生要求がある場合に前記エンジンの回転数を、前記強制再生要求がなく前記車両が停車中での前記エンジンのアイドル運転での回転数よりも高く制御する回転数制御部と、を備えたフィルタの再生制御装置。【選択図】図３

Description

本発明は、フィルタの再生制御装置に関する。
所定の走行条件下での車両の走行中にフィルタを強制的に再生する強制再生制御が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２０２０－０２９８００号公報
上記の強制再生制御を実行するためには所定の走行条件で車両を走行させる必要がある。このため、強制再生制御を容易に開始することが困難となるおそれがある。また、このような強制再生制御は早期に完了できることが好ましい。
そこで本発明は、強制再生制御を容易に開始でき早期に完了することができるフィルタの再生制御装置を提供することを目的とする。
上記目的は、車両の走行動力源であるエンジンの排気通路に設けられたフィルタに捕集された粒子状物質を前記車両の停車中に燃焼させる強制再生要求がある場合に、前記エンジンの複数の気筒のうち少なくとも一つへの燃料供給を停止しつつ前記少なくとも一つ以外の前記気筒に燃料を供給する燃料供給制御部と、前記強制再生要求がある場合に前記エンジンの回転数を、前記強制再生要求がなく前記車両が停車中での前記エンジンのアイドル運転での回転数よりも高く制御する回転数制御部と、を備えたフィルタの再生制御装置によって達成できる。
前記車両には前記走行動力源としてモータが搭載され、前記回転数制御部は、前記強制再生要求がある場合に前記エンジンの回転数を、前記強制再生要求がなく前記車両が停車中での前記モータを回生運転させる際の前記エンジンの回転数よりも高く制御してもよい。
前記強制再生要求がある場合での前記少なくとも一つ以外の前記気筒の点火時期を、前記強制再生要求がなく前記車両が停車中での前記エンジンのアイドル運転での点火時期と同じに制御する点火時期制御部を備えてもよい。
本発明によれば、強制再生制御を容易に開始でき早期に完了することができるフィルタの再生制御装置を提供できる。
図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。 図２は、エンジンの概略構成図である。 図３は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。
［ハイブリッド車両の概略構成］
図１は、ハイブリッド車両１の概略構成図である。ハイブリッド車両１には、エンジン１０から駆動輪１３までの動力伝達経路に、Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、湿式クラッチ１８、及び変速機１９が順に設けられている。エンジン１０及びモータ１５はハイブリッド車両１の走行動力源として搭載されている。エンジン１０は、例えばＶ型６気筒ガソリンエンジンであるが気筒数はこれに限定されず、直列型のガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、湿式クラッチ１８、及び変速機１９は、変速ユニット１１内に設けられている。変速ユニット１１と左右の駆動輪１３とは、ディファレンシャル１２を介して駆動連結されている。
Ｋ０クラッチ１４は、同動力伝達経路上のエンジン１０とモータ１５との間に設けられている。Ｋ０クラッチ１４は、解放状態から油圧の供給を受けて係合状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を接続する。Ｋ０クラッチ１４は、油圧供給の停止に応じて解放状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を遮断する。係合状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が連結しエンジン１０とモータ１５が同じ回転数となっている状態である。解放状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が離れた状態である。
モータ１５は、インバータ１７を介してバッテリ１６に接続されている。モータ１５は、バッテリ１６からの給電に応じて車両の駆動力を発生するモータとして機能し、更にエンジン１０や駆動輪１３からの動力伝達に応じてバッテリ１６に充電する電力を発電する発電機としても機能する。モータ１５とバッテリ１６との間で授受される電力は、インバータ１７により調整されている。
インバータ１７は、後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００によって制御され、バッテリ１６からの直流電圧を交流電圧に変換し、またはモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換する。モータ１５がトルクを出力する力行運転の場合、インバータ１７はバッテリ１６の直流電圧を交流電圧に変換してモータ１５に供給される電力を調整する。モータ１５が発電する回生運転の場合、インバータ１７はモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１６に供給される電力を調整する。
変速機１９は、ギア段の切替えにより変速比を多段階に切替える有段式の自動変速機であるが、これに限定されず無段式の自動変速機であってもよい。変速機１９は、動力伝達経路上のモータ１５と駆動輪１３の間に設けられている。油圧の供給を受けて係合状態となってモータ１５と変速機１９とを直結する湿式クラッチ１８が設けられている。
変速ユニット１１には、更にオイルポンプ２１と油圧制御機構２２とが設けられている。オイルポンプ２１で発生した油圧は、油圧制御機構２２を介して、Ｋ０クラッチ１４、湿式クラッチ１８、及び変速機１９にそれぞれ供給されている。油圧制御機構２２には、Ｋ０クラッチ１４、湿式クラッチ１８、及び変速機１９のそれぞれの油圧回路と、それらの作動油圧を制御するための各種の油圧制御弁と、が設けられている。尚、湿式クラッチ１８の代わりに、ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータを設けてもよい。
ハイブリッド車両１には、同車両の制御装置としてのＥＣＵ１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、詳しくは後述する燃料供給制御部、回転数制御部、及び点火時期制御部を機能的に実現する。
ＥＣＵ１００は、エンジン１０及びモータ１５の駆動を制御する。具体的にはＥＣＵ１００は、エンジン１０のスロットル開度、点火時期、燃料噴射量を制御することにより、エンジン１０のトルクや回転数を制御する。ＥＣＵ１００は、インバータ１７を制御してモータ１５とバッテリ１６との間での電力の授受量を調整することで、モータ１５の回転数やトルクを制御する。またＥＣＵ１００は、油圧制御機構２２の制御を通じて、Ｋ０クラッチ１４や湿式クラッチ１８、変速機１９の駆動制御を行う。
ＥＣＵ１００には、イグニッションスイッチ７１、クランク角センサ７２、モータ回転数センサ７３、エアフローメータ７４、空燃比センサ７５からの信号が入力される。クランク角センサ７２は、エンジン１０のクランクシャフトの回転数、即ちエンジン回転数を検出する。モータ回転数センサ７３は、モータ１５の出力軸の回転速度を検出する。エアフローメータ７４は、エンジン１０の吸入空気量を検出する。空燃比センサ７５は、三元触媒４３を通過した排気ガスの空燃比を検出する。
ＥＣＵ１００は、電気走行モード（以下、ＢＥＶ(Battery Electric Vehicle)モードと称する）及びハイブリッド走行モード（以下、ＨＥＶ(Hybrid Electric Vehicle)モードと称する）の何れかの走行モードでハイブリッド車両を走行させる。ＢＥＶモードでは、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を解放し、モータ１５の動力により走行する。ＨＥＶモードでは、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を係合状態に切り替えて少なくともエンジン１０の動力により走行する。尚、ＨＥＶモードには、エンジン１０のみの動力で走行するモード、モータ１５を力行運転させてエンジン１０及びモータ１５の双方を動力源として走行するモードを含む。
走行モードの切り替えは、車速やアクセル開度から求められた車両の要求駆動力と、バッテリ１６の蓄電量を示すＳＯＣ（State Of Charge）などに基づいて行われる。例えば、要求駆動力が比較的小さくＳＯＣが比較的高い場合には、ＢＥＶモードが選択される。要求駆動力が比較的大きい場合やバッテリ１６のＳＯＣが比較的低い場合には、ＨＥＶモードが選択される。
ＥＣＵ１００には、カーディーラーや整備工場等（以下、「整備工場」と総称する）で車両整備者などが手動操作する強制再生要求ツール２００が有線または無線にて接続される。強制再生要求ツール２００を手動操作することにより、後述する強制再生要求がＥＣＵ１００に入力される。強制再生要求ツール２００は、例えば、操作入力部、及び表示部を備えたコンピュータ装置であり、車両整備者の操作入力にしたがってＥＣＵ１００へ制御信号を送信する。また、強制再生要求ツール２００は、作業の進行度合いや作業結果の情報をＥＣＵ１００から受信するように構成されていてもよい。
［エンジンの概略構成］
図２は、エンジン１０の概略構成図である。エンジン１０は、気筒♯１、ピストン３１、コネクティングロッド３２、クランク軸３３、吸気通路３５、吸気弁３６、排気通路３７、及び排気弁３８を有している。図２には、エンジン１０が有する４つの気筒♯１～♯４のうちの一つのみが表示されている。気筒♯１～♯４のそれぞれでは混合気の燃焼が行われる。ピストン３１は、気筒♯１～♯４のそれぞれに往復動可能に収容され、エンジン１０の出力軸であるクランク軸３３にコネクティングロッド３２を介して連結されている。コネクティングロッド３２は、ピストン３１の往復運動をクランク軸３３の回転運動に変換する。
吸気通路３５は、気筒♯１～♯４のそれぞれの吸気ポートに吸気弁３６を介して接続されている。排気通路３７は、気筒♯１～♯４のそれぞれの排気ポートに排気弁３８を介して接続されている。吸気通路３５には、エアフローメータ７４、及び吸入空気量を調整するスロットル弁４０が設けられている。
排気通路３７には、上流側から三元触媒４３、及びＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）４４が設けられている。三元触媒４３は例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属を含み、酸素吸蔵能を有し、ＮＯｘ、ＨＣ及びＣＯを浄化する。
ＧＰＦ４４は、多孔質セラミックス構造体であり、排気ガス中の排気微粒子（以下、ＰＭ（Particulate Matter）と称する）を捕集する。また、ＧＰＦ４４には白金等の貴金属が担持されている。再生制御の際には、この貴金属が堆積したＰＭの酸化反応を促進する。ＧＰＦ４４は、フィルタの一例である。尚、例えばエンジン１０がディーゼルエンジンである場合には、ＧＰＦ４４の代わりにＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）が設けられる。排気通路３７のＧＰＦ４４の下流には空燃比センサ７５が設けられている。
気筒♯１～♯４のそれぞれには筒内噴射弁４１が設けられている。筒内噴射弁４１は各気筒♯１～♯４内に直接燃料を噴射する。尚、筒内噴射弁４１の代わりに、又は筒内噴射弁４１に加えて、吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁が設けられていてもよい。気筒♯１～♯４のそれぞれには、吸気通路３５を通じて導入された吸気と筒内噴射弁４１が噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火装置４２が設けられている。
［ＥＣＵが実行する制御］
図３は、ＥＣＵ１００が実行する制御の一例を示したフローチャートである。本制御は、イグニッションがオンの状態で所定の周期ごとに繰り返し実行される。ＥＣＵ１００は、ハイブリッド車両１の停車中に上述した強制再生要求ツール２００より強制再生要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御を終了する。ステップＳ１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００は強制再生制御を実行する（ステップＳ２）。強制再生制御は、Ｋ０クラッチ１４を解放状態に制御しつつ、後述する１気筒燃料カット処理、回転数処理、及び点火時期処理を実行することにより実現される。このようにハイブリッド車両１の停車中に強制再生制御を容易に開始することができる。ステップＳ２は、燃料供給制御部、回転数制御部、及び点火時期制御部が実行する処理の一例である。
次にＥＣＵ１００は、強制再生が完了したか否かを判定する（ステップＳ３）。例えばＥＣＵ１００は、ＧＰＦ４４前後の差圧が閾値以下の場合にＧＰＦ４４に捕集された排気微粒子の燃焼は完了したものとして、強制再生が完了したものと判定してもよい。ステップＳ３でＮｏの場合には、再度ステップＳ１以降の処理が実行される。ステップＳ３でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００は強制再生制御を終了する（ステップＳ４）。
強制再生制御の詳細について説明する。最初に１気筒燃料カット処理について説明する。強制再生要求があるとＥＣＵ１００は、エンジン１０の４つの気筒♯１～♯４のうちの何れか一つに対して燃料供給を停止しそれ以外の気筒に対して燃料を供給する１気筒燃料カット処理を実行する。例えば気筒♯１に対して燃料供給が停止され、その他の気筒♯２～♯４に対しては空燃比が理論空燃比よりもリッチ側となるように燃料噴射量及び吸入空気量が調整される。これにより、リッチ空燃比に制御された気筒から排出された余剰燃料が、ＧＰＦ４４に付着し、燃料供給が停止された気筒から排出された空気によるリーン雰囲気下で燃焼する。これによりＧＰＦ４４に堆積した排気微粒子が燃焼してＧＰＦ４４が再生する。
例えば、強制再生要求がある場合に、全気筒♯１～♯４に対する燃料供給を停止してエンジン回転数が復帰回転数以下となった場合に全気筒♯１～♯４への燃料供給を復帰させることが考えられる。この場合、燃料供給の停止中は全ての気筒で燃焼は行われておらず、且つハイブリッド車両１は停車中である。このため、エンジン１０を外部から強制的に回転させる動力はなく、エンジン回転数が復帰回転数よりも更に大きく低下してエンストが生じるおそれがある。本実施例では、上述したように何れか一つの気筒に対して燃料供給を停止する１気筒燃料カット処理を実行することにより、エンジン１０の燃焼を継続することができる。これによりハイブリッド車両１の停車中にエンストを回避しつつ強制再生制御を実行することができる。
次に回転数処理について説明する。強制再生要求があるとＥＣＵ１００は、強制再生要求がある場合でのエンジン回転数を、強制再生要求がなくハイブリッド車両１が停車中でのエンジン１０のアイドル運転での回転数よりも高く制御する。またＥＣＵ１００は、強制再生要求がある場合でのエンジン回転数を、強制再生要求がなくハイブリッド車両１が停車中でのモータ１５を回生運転させる際のエンジン１０の回転数よりも高く制御する。これにより、ＧＰＦ４４に供給される酸素量を確保してＧＰＦ４４に堆積した排気微粒子の燃焼を促進し、強制再生を早期に完了させることができる。
次に点火時期処理について説明する。強制再生要求があるとＥＣＵ１００は、１気筒燃料カット処理で燃料が供給される気筒♯２～♯４のそれぞれの点火時期を、強制再生要求がなくハイブリッド車両１が停車中でのエンジン１０のアイドル運転での点火時期と同じに制御する。ここで、ＧＰＦ４４に堆積した排気微粒子の燃焼を促進するためには、強制再生要求がある場合での点火時期を、上記のアイドル運転での点火時期よりも遅角させることが考えられる。しかしながら点火時期の遅角に対する排気微粒子の燃焼速度への影響は、上述したエンジン回転数の増大に対する燃焼速度ほど大きくはない。このため、点火時期に関しては強制再生においても、上述したアイドル運転での点火時期と同じに制御することにより、煩雑な制御を抑制しつつ強制再生制御を実行することができる。
上記実施例では、ハイブリッド車両の一例として走行動力源としてエンジン１０及びモータ１５を備えたものを例示したがこれに限定されない。例えば、走行動力源としてエンジンと第１及び第２モータを備え、更に第１モータに連結されたサンギヤ、駆動輪および第２モータに連結されたリングギヤ、及びエンジンに連結されたキャリアを含む遊星歯車機構を備えたハイブリッド車両であってもよい。また、走行動力源としてエンジンのみを備えたエンジン車両であってもよい。
上記実施例では複数の気筒♯１～♯４のうち一つの気筒に対して燃料供給を停止する１気筒燃料カット制御を例に説明したが、これに限定されない。例えば、少なくとも一つの気筒に対しては燃料供給を行いつつ残りの複数の気筒に対して燃料供給を停止する燃料カット制御であってもよい。例えばＶ型エンジンであって左右のバンクにそれぞれ対応したＧＰＦが設けられている場合には、左バンクの複数の気筒の一つと右バンクの複数の気筒の一つとに対して燃料カット制御を実行してもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１ ハイブリッド車両
１０ エンジン
１５ モータ
４４ ＧＰＦ（フィルタ）
１００ ＥＣＵ（フィルタの再生制御装置、燃料供給制御部、回転数制御部、点火時期制御部）

Claims (3)

  1. 車両の走行動力源であるエンジンの排気通路に設けられたフィルタに捕集された粒子状物質を前記車両の停車中に燃焼させる強制再生要求がある場合に、前記エンジンの複数の気筒のうち少なくとも一つへの燃料供給を停止しつつ前記少なくとも一つ以外の前記気筒に燃料を供給する燃料供給制御部と、
    前記強制再生要求がある場合に前記エンジンの回転数を、前記強制再生要求がなく前記車両が停車中での前記エンジンのアイドル運転での回転数よりも高く制御する回転数制御部と、を備えたフィルタの再生制御装置。
  2. 前記車両には前記走行動力源としてモータが搭載され、
    前記回転数制御部は、前記強制再生要求がある場合に前記エンジンの回転数を、前記強制再生要求がなく前記車両が停車中での前記モータを回生運転させる際の前記エンジンの回転数よりも高く制御する、請求項１のフィルタの再生制御装置。
  3. 前記強制再生要求がある場合での前記少なくとも一つ以外の前記気筒の点火時期を、前記強制再生要求がなく前記車両が停車中での前記エンジンのアイドル運転での点火時期と同じに制御する点火時期制御部を備えた、請求項２のフィルタの再生制御装置。
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