JP4479632B2 - 補助装置制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車両走行用の内燃機関（エンジン）の運転に関連して作動する補助装置の作動効率を向上させる補助装置制御システムに係わる。

（従来技術）
内燃機関の運転に関連して作動する補助装置の一例として、ＤＰＦ装置を用いて従来技術を説明する。
ＤＰＦ装置は、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦに補助熱（例えば、燃料の燃焼による熱、電気ヒータ等による熱）を与えて、ＤＰＦで捕集したＰＭを燃焼除去させるＤＰＦの再生装置である。
従来のＤＰＦ装置の作動を説明する。従来のＤＰＦの基本作動は、ＤＰＦで捕集したＰＭの量（ＰＭ堆積量）を、車両の走行距離、走行時間、ＤＰＦ前後の圧力差、単位時間当り煤排出量の積算値等により検出し、ＤＰＦで捕集したＰＭの量が、予め設定された値を超えた際に、ＤＰＦに補助熱を与えてＤＰＦ再生を実行していた（例えば、特許文献１参照）。

（従来技術の問題点）
ＤＰＦ再生時にＤＰＦに与えられる補助熱投与量は、内燃機関の運転状態（具体的には排気温度、即ちＤＰＦの温度）によって異なる。
しかし、上述した従来技術では、ＤＰＦで捕集したＰＭの量が、予め設定された値を超えた際にＤＰＦ再生を行うものであったため、極力少ない補助熱投与量でＤＰＦ再生を行うことができなかった。

なお、上記では、補助装置の一例としてＤＰＦ装置を例示したが、車両が同一の仕様であっても、車両が使用される場所や、車両を運転する運転者等によって、内燃機関の運転傾向（運転パターン）がまちまちであるため、ＤＰＦ装置以外の他の補助装置であっても、補助装置の作動効率を最適な状態に保つことは困難であった。
特開２００４−２１８５５８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の運転傾向に応じて、補助装置の作動効率を最適な状態に保つことが可能な補助装置制御システムの提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する補助装置制御システムは、内燃機関の運転履歴に基づいて内燃機関の運転傾向を判別し、補助装置の作動を内燃機関の運転傾向に適応させるものである。
特に、上記補助装置は、ＤＰＦに補助熱を与えて、ＤＰＦ再生を行うＤＰＦ装置であって、この補助装置の作動を、判別された内燃機関の運転傾向に適応させる手段として、内燃機関の運転傾向に応じた補助熱投与量を記憶していて、補助熱投与量が少なくて済む内燃機関の運転状態の時に、ＤＰＦ再生を行う補助装置作動効率変更手段を備えるものである。
このように設けられることにより、車両が使用される場所や、車両を運転する運転者等によって、内燃機関の運転傾向がまちまちであっても、内燃機関の運転履歴に基づいて判別した運転傾向にＤＰＦ装置の作動（即ち、ＤＰＦ再生の実行）を適応させることで、ＤＰＦ装置の作動効率を最適な状態に保つことができる。即ち、ＤＰＦ再生に用いられる補助熱投与量を極力少なく抑えることが可能になる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する補助装置制御システムは、補助装置作動効率変更手段がＤＰＦ再生を行う際に、内燃機関の出力によって駆動される補機類の駆動負荷を高める内燃機関負荷増加手段を備えるものである。
このように、ＤＰＦ再生時に補機類の駆動負荷を高めることにより、内燃機関の負荷の増加に伴い排気温度が高まり、ＤＰＦ装置における補助熱投与量をより少なく抑えることが可能になる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する補助装置制御システムにおける補機類は、内燃機関の出力によって駆動されて発電を行うオルタネータである。
このように、オルタネータの駆動負荷を高めることにより、内燃機関の負荷の増加に伴い排気温度が高まり、ＤＰＦ装置における補助熱投与量をより少なく抑えることが可能になる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用する補助装置制御システムにおける補助装置作動効率変更手段は、運転傾向判別手段によって判別された運転傾向に基づき、ＤＰＦ再生を行う運転区分の補助熱投与量が大きい場合（例えば、補助熱投与量が閾値を超える場合）に、再生インターバルを長くし、ＤＰＦ再生を行う運転区分の補助熱投与量が小さい場合（例えば、補助熱投与量が閾値を下回る場合）に、再生インターバルを短くする再生インターバル可変手段を備えるものである。
このように、補助熱投与量が大きい場合は、再生インターバルを長く設定することで、ＤＰＦに捕集されるＰＭ量が増えることになる。これによって、多くのＰＭが燃えることで大きな熱量が発生することとなり、結果的に補助熱投与量を少なく抑えることが可能になる。また、再生回数が少なくなるため、長期にみた場合に補助熱投与量のトータル量を抑えることが可能になる。
また、補助熱投与量が小さい場合は、再生インターバルを短くすることで、多くのＰＭが燃えることによる大熱量の発生を抑えることが可能となり、ＤＰＦ温度の上昇を抑えることが可能になる。これによって、ＤＰＦ温度が高まるリスクを極力抑えることが可能になる。

最良の形態１の補助装置制御システムは、燃料の燃焼によって車両走行用の出力を発生する内燃機関の運転に関連して作動する補助装置（例えば、ＤＰＦ装置等）と、内燃機関の運転履歴を収集する運転履歴収集手段と、この運転履歴収集手段で収集した運転履歴に基づいて内燃機関の運転傾向を判別する運転傾向判別手段と、補助装置の作動を、運転傾向判別手段によって判別された内燃機関の運転傾向に適応させる補助装置作動効率変更手段とを備えるものである。

補助装置制御システムの一例を図１〜図３を参照して説明する。
（補助装置制御システムの基本構成）
補助装置制御システムは、燃料の燃焼によって車両走行用の出力を発生する内燃機関１と、この内燃機関１の運転に関連して作動する補助装置２と、補助装置２の作動を制御する補助装置制御手段３とからなる。この実施例１では、補助装置制御手段３を、内燃機関制御装置（ＥＣＵ）４に設ける例を示すが、内燃機関制御装置４とは異なる制御ユニットに設けても良い。
なお、内燃機関制御装置４は、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＳＲＡＭ等）、入力回路、出力回路、電源等で構成される周知のマイクロコンピュータであり、エンジンの要求トルクを検出するアクセル開度センサ、エンジン回転数を検出する回転数センサなど、図示しない種々のセンサ類が接続されている。

実施例１の補助装置２はＤＰＦ装置であり、ＤＰＦ装置は、排気通路に配置されて、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦに補助熱を与えて、ＤＰＦで捕集したＰＭを燃焼除去させる装置である。
なお、ＤＰＦに補助熱を与える手段は、（ｉ）エンジンインジェクタ（燃料噴射弁）にポスト噴射（エンジン出力に関与しない燃料噴射）を行わせて未燃焼燃料をＤＰＦに与え、未燃焼燃料をＤＰＦで燃焼させることで、ＤＰＦに補助熱を与える手段、（ｉｉ）ＤＰＦの上流部にＤＰＦ用インジェクタを設置し、ＤＰＦ用インジェクタから燃料をＤＰＦに与え、燃料をＤＰＦで燃焼させることで、ＤＰＦに補助熱を与える手段、（ｉｉｉ）通電により発熱する電気ヒータをＤＰＦに設けて、電気ヒータを通電することでＤＰＦに補助熱を与える手段など、周知な手段である。

補助装置２の作動を制御する補助装置制御手段３は、「ＤＰＦ再生時期」になったか否かを判断する再生時期判断手段５を備え、この再生時期判断手段５が「ＤＰＦ再生時期」を判断すると、補助装置２を作動させ、ＤＰＦに補助熱を与えて、ＤＰＦで捕集したＰＭを燃焼除去させるものである。
なお、再生時期判断手段５は、車両の走行距離、走行時間、ＤＰＦ前後の圧力差、単位時間当り煤排出量の積算値等によりＤＰＦで捕集したＰＭの量（ＰＭ堆積量）を推定し、推定したＰＭ堆積量が、予め設定された値を超えた際に「ＤＰＦ再生時期」になったと判断するプログラムである。

（実施例１の背景）
従来の補助装置制御手段３は、再生時期判断手段５によって「ＤＰＦ再生時期」が判断されると、補助装置２を作動させ、ＤＰＦに補助熱を与えてＰＭを燃焼除去させるものであった。
しかし、ＤＰＦ再生時にＤＰＦに与えられる補助熱投与量は、内燃機関１の運転状態（具体的には排気温度、即ちＤＰＦの温度）によって異なるため、ＤＰＦで捕集したＰＭの量が、予め設定された値を超えた際にＤＰＦに補助熱を与える制御では、極力少ない補助熱投与量でＤＰＦ再生を行うことができない。

（実施例１の特徴）
この実施例１の補助装置制御手段３は、上記の不具合を回避するために、次の機能を備える。
補助装置制御手段３は、内燃機関１の運転履歴を収集する運転履歴収集手段６を備える。
補助装置制御手段３は、運転履歴収集手段６で収集した運転履歴に基づいて内燃機関１の運転傾向を判別する運転傾向判別手段７を備える。
補助装置制御手段３は、補助装置２の作動を、運転傾向判別手段７によって判別された内燃機関１の運転傾向に適応させる補助装置作動効率変更手段８を備える。

運転履歴収集手段６は、内燃機関１の運転データを収集するプログラムである。具体的には、図２（ａ）に示すように、内燃機関１の出力トルク（例えば、アクセル開度）を複数の区分に分けるとともに、エンジン回転数（ＮＥ）も複数の区分に分けて、各運転区分におけるの滞在時間の収集を行って、収集したデータを記憶装置に記憶させるプログラムである。
なお、この実施例１では、出力トルクおよびエンジン回転数をそれぞれ３つの区分に分けて、運転区分（１）〜（９）における滞在時間を収集する例を示すが、実施例１に示す運転区分の区分数は一例を示すものであって、他の区分数で滞在時間を求めても良い。なお、図中では（１）〜（９）を丸付数字で示す。

運転傾向判別手段７は、運転履歴収集手段６によって収集された内燃機関１の運転データに基づいて、内燃機関１の運転傾向を求めるプログラムである。具体的には、図２（ｃ）に示すように、運転区分（１）〜（９）における滞在時間（内燃機関１の運転傾向）を求め、求めた内燃機関１の運転傾向を記憶装置に記憶させるプログラムである。
なお、運転傾向判別手段７の求める内燃機関１の運転傾向は、最新の内燃機関１の運転データから求める最新値であっても良いし、所定期間内に収集したデータに、重み付けや平均化などの周知のデータ処理技術を施して求めるものであっても良い。

補助装置作動効率変更手段８は、内燃機関１の運転傾向に応じた補助熱投与量を記憶する。具体的には、記憶装置が、図２（ｂ）に示すように、運転区分（１）〜（９）における補助熱投与量を記憶している。
ここで、ＤＰＦ再生時にＤＰＦに与えられる補助熱投与量は、運転区分（１）〜（９）によって異なるものであり、補助装置作動効率変更手段８の記憶する補助熱投与量は、予め記憶装置のＲＯＭ等に書き込まれたものである。
また、補助装置作動効率変更手段８は、「ＤＰＦ再生時期」になると、運転傾向判別手段７によって判別された運転区分（１）〜（９）のうち、運転が実行される運転区分で、且つ補助熱投与量の最も少ない内燃機関１の運転状態の時に、補助装置２を作動させて、ＤＰＦ再生を実行させるプログラムである。

（実施例１の作動）
実施例１の作動を図３を参照して説明する。
補助装置作動効率変更手段８の記憶する補助熱投与量は、上述したように予め記憶装置に記憶されたものであり、図３（ａ１）、（ｂ１）に示すように、同一車両であれば同一データである。
一方、運転区分（１）〜（９）の滞在時間（運転傾向）は、同一の車両であっても、車両が使用される場所や、車両を運転する運転者等によって、低トルク走行型の図３（ａ２）や、高トルク走行型の図３（ｂ２）など、まちまちである。

（低トルク走行型の場合）
「ＤＰＦ再生時期」になると、運転傾向が図３（ａ２）の場合、補助装置作動効率変更手段８は、最も補助熱投与量が少ない運転区分（７）のエンジン運転中に、補助装置２を作動させて、ＤＰＦ再生を実行させる。
これによって、ＤＰＦ再生に用いられる補助熱投与量は、運転区分（７）の補助熱量で済む。即ち、図３（ａ２）の運転傾向のうち、最小の補助熱量により、ＤＰＦ再生が行われる。

（高トルク走行型の場合）
「ＤＰＦ再生時期」になると、運転傾向が図３（ｂ２）の場合、補助装置作動効率変更手段８は、最も補助熱投与量が少ない運転区分（９）のエンジン運転中に、ＤＰＦの自己再生が行われる。
これによって、ＤＰＦ再生に用いられる補助熱投与量は、運転区分（９）の補助熱量で済む。即ち、この実施例１では、ＤＰＦを自己再生可能な運転区分（９）でＤＰＦの自己再生を行うため、最小の補助熱量０（ゼロ）でＤＰＦ再生が行われる。

（実施例１の効果）
この実施例１の補助装置制御システムは、上記のように設けられることにより、車両が使用される場所や、車両を運転する運転者等によって、内燃機関１の運転傾向がまちまちであっても、内燃機関１の運転履歴に基づいて判別した運転傾向に、補助装置２の作動（即ち、ＤＰＦ再生の実行）を適応させることで、補助装置２の作動効率を最適な状態に保つことができる。即ち、ＤＰＦ再生に用いられる補助熱投与量を極力少なく抑えることができる。
具体的に、この実施例１では、可能な限りＤＰＦを自己再生可能な運転区分（９）で行わせ、ＤＰＦを自己再生できない運転パターンであっても、可能な限り補助熱投与量を極力少なくできる。

次に、実施例２の補助装置制御システムを図４を参照して説明する。なお、以下の実施例において、実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
実施例２の補助装置制御システムは、実施例１で示した補助装置作動効率変更手段８がＤＰＦ再生を行う際に、内燃機関１の出力によって駆動されるオルタネータ（補機類の一例）１１の駆動負荷を高める内燃機関負荷増加手段１２を備える。
このように、補助装置作動効率変更手段８がＤＰＦ再生を行う際に、オルタネータ１１の駆動負荷を高めることにより、内燃機関１の負荷の増加に伴って排気温度が高まり、ＤＰＦの温度が上昇する。これによって、ＤＰＦ再生に用いられる補助熱投与量をより少なく抑えることができる。
なお、この実施例２では、内燃機関１の出力によって駆動される補機類の一例として、オルタネータ１１を示したが、冷凍サイクルのコンプレッサなど、他の補機類を動作させることで内燃機関１の駆動負荷を高めるようにしても良い。

次に、実施例３の補助装置制御システムを図５、図６を参照して説明する。
実施例３の補助装置制御システムにおける補助装置作動効率変更手段８は、ＤＰＦ再生を行う運転区分の補助熱投与量が大きい場合、例えば、図６中の閾値αを超える場合に、再生インターバルを長くし、ＤＰＦ再生を行う運転区分の補助熱投与量が小さい場合、例えば、図６中の閾値αを下回る場合に、再生インターバルを短くする再生インターバル可変手段１３を備える。

なお、再生インターバル可変手段１３は、再生時期判断手段５の判定する「ＤＰＦ再生時期」を可変するものである。具体的には、「ＤＰＦ再生時期」を判定する「車両の走行距離」を延長したり、「走行時間」を延長したり、「ＤＰＦ前後の圧力差」の閾値を大きくしたり、「単位時間当り煤排出量の積算値」の閾値を大きくすることで、「ＤＰＦ再生時期」の判定時期を遅らせて、再生インターバルを長くしたり、逆に、「ＤＰＦ再生時期」を判定する「車両の走行距離」を短縮したり、「走行時間」を短縮したり、「ＤＰＦ前後の圧力差」の閾値を小さくしたり、「単位時間当り煤排出量の積算値」の閾値を小さくすることで、「ＤＰＦ再生時期」の判定時期を早めて、再生インターバルを短くするものである。

このように設けられることにより、運転傾向判別手段７によって判別された運転区分（１）〜（９）のうち、図６（ａ１）、（ａ２）に示す低トルク走行型の場合は、運転区分（７）でＤＰＦ再生を行うことになり、補助熱投与量が閾値αを超えるため、再生インターバルが長く設定される。この結果、ＤＰＦに捕集されるＰＭ量が増えることになる。これによって、多くのＰＭが燃えることで大きな熱量が発生することとなり、結果的に補助熱投与量を少なく抑えることができる。また、再生回数が少なくなるため、長期にみた場合における補助熱投与量のトータル量を抑えることができる。

一方、運転傾向判別手段７によって判別された運転区分（１）〜（９）のうち、図６（ｂ１）、（ｂ２）に示す高トルク走行型の場合は、自己再生の運転区分（９）でＤＰＦ再生を行うことになり、補助熱投与量が閾値αを下回るため、再生インターバルが短く設定される。このように、再生インターバルが短くなることにより、多くのＰＭが燃えることによる大熱量の発生を抑えることが可能となり、ＤＰＦ温度の上昇を抑えることが可能となり、ＤＰＦ温度が高まるリスクを極力抑えることが可能になる。
なお、実施例２と実施例３を組み合わせても良い。

（変形例）
上記の実施例では、補助装置２の一例としてＤＰＦ装置を示したが、補助装置としてオルタネータ、冷凍サイクルなど、他の補助装置を用いても良い。

補助装置制御システムの基本構成図である（実施例１）。 運転区分の説明図、運転区分に対する補助熱投与量および滞在時間を示す説明図である（実施例１）。 低トルク走行型における運転区分に対する補助熱投与量および滞在時間を示す説明図、高トルク走行型における運転区分に対する補助熱投与量および滞在時間を示す説明図である（実施例１）。 補助装置制御システムの基本構成図である（実施例２）。 補助装置制御システムの基本構成図である（実施例３）。 低トルク走行型における運転区分に対する補助熱投与量および滞在時間を示す説明図、高トルク走行型における運転区分に対する補助熱投与量および滞在時間を示す説明図である（実施例３）。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 補助装置（ＤＰＦ装置）
３ 補助装置制御手段
４ 内燃機関制御装置
５ 再生時期判断手段
６ 運転履歴収集手段
７ 運転傾向判別手段
８ 補助装置作動効率変更手段
１１ オルタネータ（補機類）
１２ 内燃機関負荷増加手段
１３ 再生インターバル可変手段

Claims (4)

1. （ａ）燃料の燃焼によって車両走行用の出力を発生する内燃機関の運転に関連して作動する補助装置と、
   （ｂ）前記内燃機関の運転履歴を収集する運転履歴収集手段と、
   （ｃ）この運転履歴収集手段で収集した運転履歴に基づいて前記内燃機関の運転傾向を判別する運転傾向判別手段と、
   （ｄ）前記補助装置の作動を、前記運転傾向判別手段によって判別された前記内燃機関の運転傾向に適応させる補助装置作動効率変更手段と、を備え、
   前記補助装置は、
   前記内燃機関の排気通路に設置され、排気ガス中に含まれるパティキュレート（以下、ＰＭと称す）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称す）に補助熱を与えて、前記ＤＰＦで捕集したＰＭを燃焼除去（以下、ＤＰＦ再生と称す）させるＤＰＦ装置であり、
   前記補助装置作動効率変更手段は、
   前記内燃機関の運転傾向に応じた補助熱投与量を記憶し、
   前記運転傾向判別手段によって判別された前記内燃機関の運転傾向のうち、補助熱投与量が少なくて済む前記内燃機関の運転状態の時に、前記ＤＰＦ再生を行うことを特徴とする補助装置制御システム。
2. 請求項１に記載の補助装置制御システムにおいて、
   この補助装置制御システムは、
   前記補助装置作動効率変更手段が前記ＤＰＦ再生を行う際に、前記内燃機関の出力によって駆動される補機類の駆動負荷を高める内燃機関負荷増加手段を備えることを特徴とする補助装置制御システム。
3. 請求項２に記載の補助装置制御システムにおいて、
   前記補機類は、前記内燃機関の出力によって駆動されて発電を行うオルタネータであることを特徴とする補助装置制御システム。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の補助装置制御システムにおいて、
   前記補助装置作動効率変更手段は、前記運転傾向判別手段によって判別された運転傾向に基づき、
   前記ＤＰＦ再生を行う運転区分の補助熱投与量が大きい場合に、前記ＤＰＦ再生を行う間隔（以下、再生インターバルと称す）を長くし、
   前記ＤＰＦ再生を行う運転区分の補助熱投与量が小さい場合に、再生インターバルを短くする再生インターバル可変手段を備えることを特徴とする補助装置制御システム。

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