JP4177863B2

JP4177863B2 - 車両用エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP4177863B2
Application number: JP2006216021A
Authority: JP
Inventors: 勲千葉; 裕人竹内
Original assignee: 本田技研工業株式会社
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2026-08-08
Also published as: EP1890026A1; JP2008038813A; US7934373B2; EP1890026B1; DE602007000589D1; US20080034736A1

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

９ＥＣＵ（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
４２ＤＰＦ（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

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。
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。