JP4177863B2 - 車両用エンジンの制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用エンジンの制御装置に係り、詳しくは、パティキュレートフィルタの円滑な再生を実現する技術に関する。
ディーゼルエンジンでは、拡散燃焼期や後燃え期における燃料の不完全燃焼等に起因して、排気ガスとともに多量のディーゼル排気微粒子(Diesel Emitted Particulate:以下、DEPと記す)が排出される。そのため、ディーゼルエンジンを搭載した自動車では、排気ガス中のDEPを捕集すべく、ディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter:以下、DPFと記す)を排気通路に設置したものが増加している。DPFとしては、例えば、交互に目封じした筒状のハニカム構造体を多孔質セラミックスで形成し、排気ガスがハニカム構造体内の薄壁を通過する際にDEPの捕集を行うウォールフロー型等が実用化されている。
上述したディーゼルエンジンでは、捕集したDEPによってDPFが徐々に目詰まりするため、DEPを燃焼/除去する再生運転を適宜行う必要がある。再生運転の方法としては、DPFの上流に酸化触媒が設置されている場合や、DPF自体に酸化触媒が担持されている場合、ポスト噴射を行うことで未燃燃料を酸化触媒内で酸化反応させ、その反応熱によって排気温度をDEPの燃焼温度(例えば、600℃)より高めるものが一般的である。
DPFの再生を効率よく行うためには、その際のエンジンの運転状態が重要となる。そこで、燃料噴射量とエンジン回転速度とからエンジンの運転状態を判定し、所定の運転領域において再生運転を行わせる技術が提案されている(特許文献1参照)。なお、特許文献1には、再生運転中に望ましい運転領域から逸脱した場合であっても、DPFの温度が所定値以上であれば再生運転を継続する方法が開示されている。一方、車速センサの検出結果に基づいて自動車の走行状況を判定し、渋滞走行時には再生運転を禁止する技術も提案されている(特許文献2参照)。これは、排気温度が低くなる渋滞走行時には、DPFを昇温させるためにポスト噴射量を多くする必要がある他、ポスト噴射を行ってもDEPの燃焼温度までDPFを昇温させることができないこともあり、燃料が無駄に消費されるためである。
特開2000−161044号公報 特開2004−132223号公報
しかしながら、特許文献1の方法は、再生運転の継続可否の判断をDPF内の温度に基づいて行っているため、排気温度の変動を検知すること等が難しいという問題があった。すなわち、DPFの再生は排気温度がDEPの燃焼温度に達した後に行われる関係上、排気温度の変化に対して再生運転の継続可否の判断が遅れることが避けられなかった。また、酸化触媒をDPFの上流に配置している場合、DPFの温度を判定する際に酸化触媒の活性度合いを考慮することができないという問題もあった。
一方、特許文献2の方法は、渋滞走行時に再生運転を一律に中止するため、エンジンの負荷装置(クーラコンプレッサ等)が起動されて排気温度が上昇しても、市街地走行時等にはDPFの再生頻度が非常に低くなってしまい、排気圧損による機関出力の低下等がもたらされる問題があった。また、車速センサの検出結果のみに基づいて渋滞を判定しているため、判定閾値の設定によっては低速ギヤ段において比較的高い平均速度で走行するといった渋滞走行時特有の運転状態がカバーできないという問題もあった。
本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、パティキュレートフィルタの円滑な再生を実現した車両用エンジンの制御装置を提供することにある。
請求項1の発明は、排気通路にパティキュレートフィルタが設置されたエンジンと、前記エンジンに負荷を与える負荷装置とを搭載した車両に設置され、所定の条件下で前記パティキュレートフィルタを再生させるための再生運転を行う車両用エンジンの制御装置であって、前記車両の車速が渋滞判定閾値以下となったことをもって渋滞走行状態であると判定する渋滞判定手段と、前記渋滞判定手段によって渋滞走行状態であると判定された場合、前記再生運転を禁止する再生禁止手段と、前記負荷装置によって前記エンジンに負荷が与えられた場合、前記渋滞判定閾値を低くする閾値変更手段とを備えたことを特徴とする。
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係るエンジンの制御装置において、前記車両には手動変速機が搭載され、前記渋滞判定閾値が前記手動変速機の変速ギヤ段に応じて設定されたことを特徴とする。
請求項1の発明によれば、負荷装置が起動されて排気温度が高くなる場合には、車速が比較的低い状態でも再生運転が継続されることになり、DPFの再生が促進される。また、請求項2の発明によれば、低速ギヤ段のまま比較的高速で走行するといった渋滞時特有の運転状態を高精度に判定できる。
以下、図面を参照して、本発明が適用されたディーゼルエンジンシステムの一実施形態を詳細に説明する。
図1は実施形態に係るディーゼルエンジンシステムの概略構成図であり、図2はエンジンシステムの構成要素とエンジンECUとの接続状態を示すブロック図である。
≪実施形態の構成≫
図1に示すように、エンジンシステム1は、ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンと記す)Eを中核に、エアクリーナ2や吸気管3、吸気マニホールド4等からなる吸気系と、排気マニホールド5や排気管6等からなる排気系と、コモンレール7や電子制御式の燃料噴射弁8等からなる燃料供給系とを備えている。本実施形態では、車室内にエンジンシステム1を統括制御するエンジンECU(Electronic Control Unit:以下、単にECUと記す)9が設置される一方、運転席には運転者によって操作されるアクセルペダル10が設置されている。なお、エンジンEには、そのクランク角度を検出するクランク角センサ11と、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサ12とが設置されている。また、アクセルペダル10には、その踏込量を検出するアクセルペダルセンサ13が付設されている。
吸気管3と排気管6との間には可変容量型のターボチャージャ(Variable Geometry Turbocharger:以下、VGターボと記す)21が設置されており、エンジンEの運転中は、吸気マニホールド4側に供給される空気がこのVGターボ21によって加圧される。また、吸気管3の管路には電子制御式のスロットル弁22が設置され、所定の運転領域でエンジンEの吸気量が絞られる。また、吸気管3と吸気マニホールド4との間には、低回転低負荷運転域等で流路断面積を絞って吸気流速を高めるべく、スワールコントロール弁23が設けられている。なお、吸気管3にには、VGターボ21の上流側に吸気流量を検出する吸気流量センサ24が設置され、VGターボ21の下流側に過給圧を検出する過給圧センサ25が設置されている。また、スロットル弁22には、その開度を検出するスロットル弁開度センサ26が付設されている。
スワールコントロール弁23と排気マニホールド5とは、高温の排気ガスを燃焼室に導くべく、排気ガス再循環(以下、EGRと記す)通路31を介して互いに連結されている。EGR通路31は、切換弁32を介して分岐されたクーラー通路31aとバイパス通路31bとからなっており、燃焼室に流入させる排気ガス(EGRガス)の量を調節するEGR弁33がその合流部に設けられている。なお、EGR弁33には、その開度を検出するEGR弁開度センサ34が付設されている。
排気管6の管路には、ディーゼル酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst:以下、DOCと記す)41と、DPF42と、LNC43とを、排気の流れに沿ってこの順に連設してなる排気浄化装置40が設置されている。また、排気管6には、DOC41の上流側温度を検出する第1排気温センサ44と、DPF42の上流側温度を検出する第2排気温センサ45とが設置されている。更に、排気管6には、DPF42の上流側における排気圧力と下流側における排気圧力との差圧ΔPを検出する差圧センサ46も設置されている。
コモンレール7には、エンジン駆動のサプライポンプ51により、燃料タンク52内の燃料が所定の圧力をもって圧送される。なお、コモンレール7には、その内圧(以下、レール圧と記す)を検出するレール圧センサ53が付設されている。
エンジンEには手動変速機60が連結されており、この手動変速機60には、変速ギヤ段を検出するギヤポジションセンサ61と、車速(ディファレンシャルギヤの回転速度)を検出する車速センサ62とが設置されている。
ECU9は、マイクロコンピュータやROM、RAM、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されている。図2に示すように、ECU9には各センサ(クランク角センサ11や筒内圧センサ12等)からの検出信号や、エアコンディショナ(負荷装置:以下、エアコンと略称する)63の起動信号が入力する一方、ECU9からはエンジン制御機器(燃料噴射弁8やVGターボ21等)への駆動信号が出力される。なお、負荷装置としては、エンジンEによって直接駆動される機械的負荷装置と、オルタネータを介して電気的負荷を与える電気的負荷装置とが存在し、エアコン63は、機械的負荷装置であるクーラコンプレッサや、電気的負荷装置であるブロワーファン等から構成されている。
≪実施形態の作用≫
エンジンシステム1が起動されると、ECU9は、図3のフローチャートにその手順を示す再生制御を所定の処理インターバル(例えば、10ms)で繰り返し実行する。
<再生制御>
ECU9は、再生制御を開始すると、先ず、図3のステップS1で現在の運転ステータスを求める。運転ステータスは、例えば、高負荷高速走行に対応するものや、中負荷高速走行に対応するもの、低負荷低速走行に対応するもの等が設定されており、前述した各種センサの検出信号から得られたエンジン負荷情報や車速情報、排気温度情報等に基いて求められる。次いで、ECU9は、ステップS2で現在の運転ステータスがDPF42の再生に適しているか否かを判定し、この判定がNoであれば何ら処理を行わずスタートに戻る。
現在の運転ステータスがDPF42の再生に適していた場合、ECU9は、ステップS3でDPF42内におけるDEPの堆積量Adepを推定する。堆積量Adepの推定にあたっては、以下に述べる2つの推定方法が並行して実行され、どちらか大きい方の値が採用される。
第1の推定方法は、エンジン回転速度と燃料供給量とをパラメータとするDEPの瞬間排出量マップを用いるものであり、エンジン回転速度の上昇に伴ってDEPが増大することと、燃料供給量の増加に伴ってDEPも増大することとに基づいている。ECU9は、瞬間排出量マップから得られたDEPの瞬間排出量を積算することにより、DPF42内におけるDEPの堆積量Adepを推定する。
一方、第2の推定方法は、DPF42の上流側における排気圧力と下流側における排気圧力との差圧ΔPを用いるものであり、DEPの堆積が進行するに従ってDPF42の流通抵抗が増大することに基づいている。ECU9は、差圧センサ46により検出された差圧ΔPを排気流量Fexで除した値(ΔP/Fex)から、DPF42内におけるDEPの堆積量Adepを推定する。なお、排気流量Fexは、吸気流量センサ24により検出された吸気流量や燃料噴射弁8からの燃料噴射量、エンジン回転速度等に基づき推定される。
次に、ECU9は、ステップS4でDEPの堆積量Adepが再生開始閾値Ath以上であるか否かを判定し、この判定がNoであれば以降の処理を行わずスタートに戻る。なお、再生開始閾値Athは、運転ステータスに応じてその値が設定され、例えば、高負荷高速走行時には小さくなる。
DEPの堆積量Adepが再生開始閾値Athに達してステップS4の判定がYesになると、ECU9は、ステップS5で再生運転を実行する。再生運転にあたっては、ステップS1で求めた運転ステータスに応じ、例えば、燃料噴射弁8によるポスト噴射や、スワールコントロール弁23による吸気流速の上昇、EGR弁33によるEGRガスの導入等が選択的に行われる。
次に、ECU9は、ステップS6でDPF42の再生が完了したか否かを判定し、この判定がNoである間はステップS6の判定を繰り返し行い、ステップS6の判定がYesとなった時点でステップS7で再生運転を終了してスタートに戻る。なお、再生運転は運転ステータスに応じて所定時間実行され、DPF42の再生は、DPF42の温度が600℃となる状態が一定時間継続した時点、あるいはDEPの堆積量Adepが0になった時点で完了する。
<再生中止制御>
ECU9は、再生制御を開始すると、再生制御と並行して図4のフローチャートにその手順を示す再生中止制御を所定の処理インターバル(例えば、10ms)で繰り返し実行する。
ECU9は、再生中止制御を開始すると、先ず、図4のステップS11でエアコン63が起動状態にあるか否かを判定する。そして、この判定がNoであればステップS12で通常時渋滞判定閾値を選択し、YesであればステップS13で負荷時渋滞判定閾値を選択する。
次に、ECU9は、ステップS14で自動車が渋滞走行状態にあるか否かを判定し、この判定がNoであれば何ら処理を行わずにスタートに戻る。ステップS14において、ECU9は、ステップS22で通常時渋滞判定閾値が選択されていた場合、ギヤ段が3速以下では60km/h以下、ギヤ段が4速以上では50km/h以下で渋滞と判定する。また、ECU9は、ステップS23で負荷時渋滞判定閾値が選択されていた場合、ギヤ段が3速以下では40km/h以下、ギヤ段が4速以上では30km/h以下で渋滞と判定する。なお、ギヤ段によって渋滞判定の車速閾値を変更する理由は、渋滞走行時においては、運転者が低速ギヤ段のまま走行する場合が多いことによる。
自動車が渋滞走行状態にあってステップS14の判定がYesとなると、ECU9は、ステップS15でDPF42の上流側温度Tuが所定の再生継続閾値(例えば、350℃)Tth以上であるか否かを判定し、この判定がYesであれば何ら処理を行わずにスタートに戻る。なお、再生継続閾値Tthは、DPF42の再生が実行可能な温度である。ここで、DPF42の上流側温度を用いる理由は、DPF42の上流側温度がDPF42の内部温度に較べて排気温度の変動の影響を直接受けることと、DOC41の活性状態を高精度に反映することによる。
一方、ステップS15の判定がNoであった場合、ECU9は、ステップS16で再生中止指令を出力して再生運転を中止させる。これにより、ポスト噴射等を行ってもDEPの燃焼温度までDPF42を昇温させることができない状況では、エンジンEの再生運転が行われなくなって燃料の無駄な消費が抑制される。
本実施形態では、このような構成を採ったことにより、負荷装置であるエアコン63が起動されて排気温度が高くなる場合には、車速が比較的低い状態でも再生運転が継続されることになり、DPF42の再生が促進されるようになった。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は本発明をディーゼルエンジンに適用したものであるが、ディーゼルエンジン以外のエンジンにも当然に適用可能である。また、上記実施形態では負荷装置としてエアコンを対象としたが、スーパチャージャ等の機械的負荷装置や、ラジエータファンや灯火類等の電気的負荷装置を対象としてもよい。また、ディーゼルエンジンの具体的構成や制御の具体的手順等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 エンジンシステムの構成要素とエンジンECUとの接続状態を示すブロック図である。 再生制御の手順を示すフローチャートである。 再生中止制御の手順を示すフローチャートである。
符号の説明
9 ECU(渋滞判定手段、再生禁止手段、閾値変更手段)
26 スロットル弁開度センサ
42 DPF(パティキュレートフィルタ)
60 手動変速機
61 ギヤポジションセンサ
62 車速センサ
63 エアコン(負荷装置)
E エンジン

Claims (2)

  1. 排気通路にパティキュレートフィルタが設置されたエンジンと、前記エンジンに負荷を与える負荷装置とを搭載した車両に設置され、所定の条件下で前記パティキュレートフィルタを再生させるための再生運転を行う車両用エンジンの制御装置であって、
    前記車両の車速が渋滞判定閾値以下となったことをもって渋滞走行状態であると判定する渋滞判定手段と、
    前記渋滞判定手段によって渋滞走行状態であると判定された場合、前記再生運転を禁止する再生禁止手段と、
    前記負荷装置によって前記エンジンに負荷が与えられた場合、前記渋滞判定閾値を低くする閾値変更手段と
    を備えたことを特徴とする車両用エンジンの制御装置。
  2. 前記車両には手動変速機が搭載され、
    前記渋滞判定閾値が前記手動変速機の変速ギヤ段に応じて設定されたことを特徴とする、請求項1に記載の車両用エンジンの制御装置。
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