JP4810922B2

JP4810922B2 - Ｐｍ堆積量推定制御装置

Info

Publication number: JP4810922B2
Application number: JP2005227730A
Authority: JP
Inventors: 光徳近藤; 純一川島; 真大竹; 雅彦中野; 昌一郎上野; 直哉筒本; 俊雅古賀
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: JP2006077761A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）に関し、特にＤＰＦ内部に堆積しているＰＭ量を推定する技術に関する。

ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるパティキュレートをトラップするために、ディーゼルエンジンの排気通路に設けるＤＰＦは、排気ガスを多孔質のフィルタ材に通すことで、パティキュレートをフィルタ材の孔部の壁面に堆積させる。

ただし、ＰＭ堆積量の増加とともにＤＰＦの流通抵抗が増大しＤＰＦのパティキュレートトラップ能力も低下するので、パティキュレートの堆積量が所定量に達した場合には、排気ガスの温度を上昇させ、ＤＰＦ内に堆積したパティキュレートを燃焼させることでＤＰＦから除去する。この処理を一般にＤＰＦの再生と称する。

ＤＰＦのパティキュレート堆積量は、ＤＰＦの上下流の排気ガスの差圧から検出することができる。しかしながら、差圧はＤＰＦを通る排気ガスの流量に依存して変化し、差圧を検出する差圧センサの検出精度も、排気ガスの流量変化の影響を受けてばらつくことがある。

特許文献１には、ＤＰＦの前後差圧から正確な堆積量を推定する方法として、排気ガス流量の変化率を検出し、この変化率に基づいてセンサ出力値を補正する方法が開示されている。
特開２００３−１６６４１１号公報

しかしながら、ＤＰＦの前後差圧を検出する差圧センサは、排気ガス流量が少ないほど誤差が増大するという特性を有する。排気ガス流量の変化率に依存する従来技術の補正は、排気ガス流量それ自体の違いには対応していない。そのため、例えば車両駆動用のディーゼルエンジンに従来技術を適用しても、車両が低車速で走行している場合に、差圧の検出誤差が大きくなることは避けられない。

差圧の検出誤差の増大はＤＰＦの再生タイミングの判定精度を低下させることとなり、その結果ＤＰＦの再生頻度が増すと、ディーゼルエンジンの燃料消費量を増大させることになる。

そこで、本発明ではＤＰＦのパティキュレート堆積量を正確に把握し、適正なタイミングでのＤＰＦ再生を実現させることを目的とする。

本発明のパティキュレート堆積量推定制御装置は、ディーゼルエンジンの排気通路に設けたディーゼルパティキュレートフィルタのパティキュレート堆積量を推定する装置において、前記フィルタ上流の排気通路の排気ガス圧力と前記フィルタ下流の排気通路の排気ガス圧力との差圧を検出する差圧センサと、前記ディーゼルエンジンの運転条件を検出する運転状態検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記差圧に基づいてパティキュレート堆積量を計算する第１の推定手段と、前記運転条件に基づいてパティキュレート堆積量の一定期間ごとの増加量を計算し、前記増加量を累計してパティキュレート堆積量を計算する第２の推定手段と、前記第１の推定手段と第２の推定手段とを車速に応じて選択的に適用して前記パティキュレート堆積量を計算し、かつ前記第２の推定手段を適用する際には前記第１の推定手段によって推定したパティキュレート堆積量を累計開始の初期値に適用する制御手段と、を備え、前記制御手段は、推定したパティキュレート堆積量を記憶する不揮発メモリをさらに備え、車速が所定値より大きい場合に前記第１の推定手段を適用し、車速が所定値より大きくない場合に前記第２の推定手段を適用し、前記第１の推定手段の実行後に車速が低下した場合には、車速低下から所定時間経過するまでは前記不揮発メモリに記憶された値をパティキュレート堆積量として出力する。

本発明によれば、例えば差圧センサの検出精度が高い運転領域では第１の推定手段を適用し、そして差圧センサの検出誤差が大きくなる運転領域では第２の推定手段を適用し、前記第１の推定手段から前記第２の推定手段へ切替える際には、前記第１の推定手段によって推定したパティキュレート堆積量を累計開始の初期値とするので、幅広い運転領域について精度の高いパティキュレート堆積量の推定を行うことが可能となり、結果として、無駄な再生を行なうことを防止し、燃費の悪化等を低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は第１実施形態のシステムの概略図を表している。ディーゼルエンジン１０は排気通路７を備える。排気通路７の途中にはＤＰＦ１が設けられる。ＤＰＦ１は排気通路７の排気ガスを多孔質のフィルタ材に通すことで、排気ガス中のパティキュレートをＤＰＦ１内に堆積させる。ＤＰＦ１からは、パティキュレートを除去した排気ガスが排出される。

ＤＰＦ1内のパティキュレートの堆積量が所定量に達すると、コントローラ３（制御手段）が再生装置９に再生信号を出力し、再生装置９がディーゼルエンジン１の排気ガス温度を上昇させてＤＰＦ１内に堆積したパティキュレートを燃焼させる
ディーゼルエンジン１の排気ガス温度を上昇させるには、燃料噴射タイミングの遅角、ポスト噴射の実行など燃料噴射制御による方法や、加熱装置を用いて排気ガスを加熱する方法など、公知のいかなる方法を適用してもよい。再生装置９は、前者の方法による場合には燃料噴射装置で構成され、後者の方法を適用する場合には加熱装置で構成されることになる。

コントローラ３は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発メモリ２０及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラを複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

コントローラ３は、再生信号出力のために、ＤＰＦ１内のパティキュレートの堆積量を推定する（第１、第２の推定手段）。そのために、コントローラ３には、ＤＰＦ１の上下流の差圧ΔＰを検出する差圧センサ２、ＤＰＦ１の上流の排気ガス温度を検出する上流温度センサ４、ＤＰＦ１の下流の排気ガス温度を検出する下流温度センサ５、ディーゼルエンジン１０の吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１、ディーゼルエンジン１０の回転速度を検出する回転速度センサ１２（運転状態検出手段、回転速度検出手段）、車両の走行速度を検出する車速センサ１３（パラメータ検出手段）、ディーゼルエンジン１０の負荷を検出する負荷センサ１４（運転状態検出手段）及び車両の走行距離を検出するオドメータ１５から検出データが信号入力される。差圧センサ２には配管６を介してＤＰＦ１の上流と下流の排気ガス圧力がそれぞれ導かれる。ディーゼルエンジン１０の負荷は、車両が備えるアクセラレータペダルの踏込量やディーゼルエンジン１０の燃料噴射量Ｑで代表させることができる。

コントローラ３は以上の各信号を用いてＤＰＦ１のパティキュレート堆積量を推定する。推定は以下に説明する差圧法と運転履歴法のふたつの推定方法を、ディーゼルエンジン１の運転条件に応じて選択的に適用することで行う。

差圧法はＤＰＦ１の上下流の差圧ΔＰからパティキュレート堆積量を推定する方法である。ＤＰＦ１のパティキュレートの堆積量は、図８に示すようにＤＰＦ１の上下流の差圧ΔＰと、ＤＰＦ１の排気ガス流量Ｑｅｘｈとをパラメータとする関数で表すことができる。排気ガス流量Ｑｅｘｈが一定の場合には、パティキュレート堆積量の増加に応じて差圧ΔＰが上昇する。したがって、複数の異なるパティキュレート堆積量に関して、排気ガス流量Ｑｅｘｈと差圧ΔＰとの関係をあらかじめ規定した、図８に示すような特性のマップを用いて、差圧ΔＰと排気ガス流量Ｑｅｘｈからパティキュレート堆積量を求めることができる。この推定方法を差圧法と称する。

排気ガス流量Ｑｅｘｈはエアフローメータ１１が検出する吸入空気流量と、ＤＰＦ１内の排気温度と、差圧ΔＰと、ディーゼルエンジン１０の燃料噴射量Ｑとから計算する。これらのパラメータを用いた排気ガス流量Ｑｅｘｈの計算方法は公知であるので説明を省略する。ＤＰＦ１内の排気温度は、上流温度センサ４と上流温度センサ５の検出温度の平均値として求める。

運転履歴法はディーゼルエンジン１０の運転条件によって定まる時間当たりのパティキュレート堆積量を積算することで、パティキュレートの堆積量を計算する方法である。
運転条件として、ディーゼルエンジン１の負荷と、回転速度を適用する。これらのパラメータと、時間当たりのＤＰＦ１のパティキュレート堆積量との関係を、あらかじめ規定した図９に示す特性のマップを用いて、時間当たりのＤＰＦ１のパティキュレート堆積量を計算する。

図７を参照すると、差圧法において差圧ΔＰを検出する差圧センサ２の誤差は、排気ガス流量Ｑｅｘｈが増大するにつれて低下する。したがって、車両が低車速で走行している場合には、差圧法によるＤＰＦ１のパティキュレート堆積量の推定精度は低く、運転履歴法を下回る。

また、差圧法による排気ガス流量Ｑｅｘｈの計算に、上流温度センサ４と上流温度センサ５の検出温度を用いているが、温度センサは一般に応答性が低い。一般に、排気ガス流量の変動は排気ガス温度の変化を伴う。上記の排気ガス流量Ｑｅｘｈの計算方法はパラメータに排気ガス温度を使用しているので、排気ガス流量が急変する状況では、計算結果にタイムラグが生じる。結果として、排気ガス流量が急激に変化する状況では、差圧法によるＤＰＦ１のパティキュレート堆積量の推定精度が低下する。

差圧法と運転履歴法のこうした特性に対応して、コントローラ３は、ＤＰＦ１のパティキュレート堆積量の推定に、差圧法による推定と運転履歴法による推定とを運転条件に応じて選択的に適用する。ここで、差圧法はその時点の運転条件のデータのみからパティキュレート堆積量を計算できるが、運転履歴法は過去のパティキュレート堆積量に時間当たりの堆積量を加えることで、パティキュレート堆積量を計算する。したがって、差圧法から運転履歴法への切り換えに際しては、切り換え時の差圧法によるパティキュレート堆積量に時間当たりの堆積量を加えることで、運転履歴法を適用する。運転履歴法から差圧法への切り換えに際しては、運転履歴法で計算したパティキュレート堆積量に代えて差圧法で計算したパティキュレート堆積量を直ちに適用する。

次に図２を参照して、上記のパティキュレート堆積量の推定のために、コントローラ３が実行するパティキュレート堆積量推定ルーチンを説明する。コントローラ３はこのルーチンをディーゼルエンジン１の運転中に十ミリ秒間隔で実行する。

ステップＳ１でコントローラ３は、車速センサ１３が検出した車速が毎時４０キロメートルを上回っているかどうかを判定する。前述のように、差圧法によるパティキュレート堆積量の推定は、車速が低下するにつれて精度が低下し、ある車速より低車速では運転履歴法によるパティキュレート堆積量の推定精度を下回る。ステップＳ１に適用する毎時４０キロメートルはこの境界車速の一例を表す。境界車速は、差圧センサ２やディーゼルエンジン１の特性に依存するので、実際には実験やシミュレーションにより決定する。

コントローラ３は、ステップＳ１の判定が肯定的な場合にはステップＳ２の処理を行い、否定的な場合にはステップＳ１２からＳ１４を実行して運転履歴法によるパティキュレート堆積量の計算を行う。

ステップＳ２でコントローラ３は、車速の変化率ΔＶＳＰがしきい値ＴＳ２を下回っているかどうかを判定する。前述のように、排気ガス流量が急激に変化すると、差圧法によるＤＰＦ１のパティキュレート堆積量の推定精度が低下する。ここで、排気ガス流量は車速の変化に対応してリニアに変化する。したがって、パティキュレート堆積量の推定精度に関して差圧法と運転履歴法を比較した時に、精度が逆転する境界となる排気ガス流量の変化率を、車速の変化率で表し、これをしきい値ＴＳ２として設定する。車速の変化率を用いるのは、排気ガス流量の変化率よりも計算が容易である、という理由による。しきい値ＴＳ２の具体的数値は実験やシミュレーションにより決定するが、例を挙げると毎秒当たり時速１ないし２キロメートルである。

コントローラ３は、ステップＳ２の判定が肯定的な場合にはステップＳ３の処理を行い、否定的な場合にはステップＳ１２からＳ１４を実行して運転履歴法によるパティキュレート堆積量の計算を行う。

ステップＳ３でコントローラ３は、車速ＶＳＰが設定車速Ｖｔｃ以下であるかどうかを判定する。設定車速Ｖｔｃは、後述のステップＳ９で不揮発メモリ２０に格納される車速である。ここでは、前回のステップＳ９の実行時に不揮発メモリ２０に格納された設定車速Ｖｔｃをコントローラ３が読み出して判定を行う。

コントローラ３は、ステップＳ３の判定が肯定的な場合にはステップＳ４の処理を、否定的な場合にはステップＳ８からＳ１０を実行して差圧法によるパティキュレート堆積量の計算を行う。

ステップＳ４でコントローラ３は、設定時刻Ｔｔｃから現在の時刻Ｔまでの経過時間がしきい値ＴＳ１を下回るかどうかを判定する。設定時刻Ｔｔｃは後述のステップＳ９で不揮発メモリ２０に格納される時刻である。ここでは、前回のステップＳ９の実行時に不揮発メモリに格納された設定時刻Ｔｔｃをコントローラ３が読み出して判定を行う。しきい値ＴＳ１はパティキュレート堆積量の変化が実質的な変化を示さない時間範囲を意味する。しきい値ＴＳ１は数分に設定される。

ステップＳ４の判定が肯定的な場合には、コントローラ３はステップＳ５からＳ７を実行して運転履歴法によるパティキュレート堆積量を計算する。ステップＳ４の判定が否定的な場合には、ステップＳ８からＳ１０を実行して差圧法によるパティキュレート堆積量の計算を行う。

ステップＳ５でコントローラ３は、ディーゼルエンジン１の燃料噴射量Ｑと回転速度Ｎに基づき、あらかじめＲＯＭに格納した、図９に示す特性のマップを参照して、単位時間当たりのパティキュレート堆積量ΔＰＭを求める。単位時間をあらかじめルーチンの実行間隔に等しく設定しておくことで、ΔＰＭは前回のルーチン実行から今回のルーチン実行までの期間のパティキュレート堆積量となる。マップは誤差を考慮して、実際の単位時間当たり堆積量より若干多めの値を与えるように設定される。パティキュレート堆積量を過小に見積もると、ＤＰＦ１の再生開始時のパティキュレート堆積量が、本来再生を開始すべき所定量を上回り、過大に堆積したパティキュレートの燃焼による過大な発熱量がＤＰＦ１のフィルタ材を損傷する可能性がある。マップが若干多めの値の与えることはこうした不具合を防止するのに役立つ。

次のステップＳ６でコントローラ３は、不揮発メモリ２０に格納された前回値ＰＭｂｚにステップＳ５で求めた単位時間当たりのパティキュレート堆積量ΔＰＭを加えることで、パティキュレート堆積量の推定値ＰＭｂを計算する。

次のステップＳ７でコントローラ３は、推定値ＰＭｂを次回のルーチン実行で用いる前回値ＰＭｂｚとして不揮発メモリ２０に記憶する。

ステップＳ７の処理の後、コントローラ３はステップＳ１１の処理を行う。
一方、ステップＳ８からＳ１０の差圧法によるパティキュレート堆積量の推定は次のように行われる。

ステップＳ８でコントローラ３は、前述のようにＤＰＦ１の上下流の差圧ΔＰと、吸入空気流量と、ＤＰＦ１内の排気温度と、ディーゼルエンジン１０の燃料噴射量ＱとからＤＰＦ１の排気ガス流量Ｑｅｘｈを計算する。そして、差圧ΔＰと排気ガス流量Ｑｅｘｈに基づき、あらかじめＲＯＭに格納した図８に示す特性のマップを参照して、パティキュレート堆積量の推定値ＰＭａを求める。マップは実際の堆積量より若干多めの値を与えるようにあらかじめ数値が設定される。

次のステップＳ９でコントローラ３は、現時点の車速ＶＳＰ及び時刻Ｔをそれぞれ、設定車速Ｖｔｃ及び設定時刻Ｔｔｃとして不揮発メモリ２０に格納する。ステップＳ９が実行されるのは、差圧法によるパティキュレート堆積量の推定が行われた場合のみである。したがって、設定時刻Ｔｔｃは差圧法によるパティキュレート堆積量の推定が最後に行われた時刻を意味する。前述のステップＳ４は、差圧法によるパティキュレート堆積量の推定が最後に行われてからの経過時間がしきい値ＴＳ１に達したかどうか、すなわち差圧法が適用直後であるかどうかを判定する目的で実行される。

次のステップＳ１０でコントローラ１０は、パティキュレート堆積量の推定値ＰＭａを次回のルーチン実行で用いる前回値ＰＭｂｚとして不揮発メモリ２０に格納する。また、パティキュレート堆積量の推定値ＰＭａそれ自体も、次回以降のルーチン実行で用いる可能性があるので不揮発メモリ２０に格納する。

ステップＳ７またはステップＳ１０の処理の後、コントローラ３はステップＳ１１で、パティキュレート堆積量の出力値ＰＭにステップＳ８で求めたパティキュレート堆積量の推定値ＰＭａを設定する。ステップＳ１１の処理の意味については後で詳しく説明する。ステップＳ１１の後、コントローラ３はルーチンを終了する。

ステップＳ１２からＳ１４の運転履歴法によるパティキュレート堆積量の計算プロセスは、ステップＳ５からＳ７のプロセスと同一であるので説明を省略する。

ステップＳ１４の処理の後、コントローラ３はステップＳ１５で、パティキュレート堆積量の出力値ＰＭにステップＳ１３で計算したパティキュレート堆積量の推定値ＰＭｂを設定する。ステップＳ１５の処理の後、コントローラ３はルーチンを終了する。

このルーチンにおいて、ステップＳ８からＳ１０の差圧法がパティキュレート堆積量の推定に適用されるのは、車速が毎時４０キロメートルを上回り、かつ車速の変化率ΔＶＳＰがしきい値ＴＳ２より小さい場合である。その場合であっても、差圧法を適用してからの経過時間がしきい値ＴＳ１に達する前に、車速ＶＳＰが不揮発メモリ２０に格納された設定車速Ｖｔｃを下回ると、ステップＳ５からＳ７で運転履歴法によるパティキュレート堆積量の計算が行われる。つまり、差圧法の適用中に車速ＶＳＰが低下した場合には、その状態の継続時間がしきい値ＴＳ１に達するまでは、差圧法によるパティキュレート堆積量の推定値ＰＭａの計算を行わず、代わりに運転履歴法によるパティキュレート堆積量の推定値ＰＭｂの計算が行われる
しかしながら、ステップＳ５からＳ７で運転履歴法により計算されたパティキュレート堆積量の推定値ＰＭｂは出力されず、出力値ＰＭには不揮発メモリ２０に格納されたパティキュレート堆積量の推定値ＰＭａが設定される。

つまり、差圧法の適用中に車両が減速した場合には、しきい値ＴＳ１に相当する時間が経過するまでは、減速前に差圧法で推定したパティキュレート堆積量の推定値ＰＭａがそのまま出力値ＰＭとして出力される。差圧法で計算されるパティキュレート堆積量の推定値ＰＭａは、前述のように、実堆積量に対して若干多めの値を与えるようマップの数値設定がなされている。したがって、短時間で終わる減速であれば減速前のパティキュレート堆積量の推定値ＰＭａを出力しても実堆積量との間に大きな誤差は生じない。

減速状態の継続時間がしきい値ＴＳ１を超えると、ステップＳ８からＳ１０の差圧法によるパティキュレート堆積量の推定値ＰＭａの計算が再開され、計算結果が出力値ＰＭに設定される。

差圧法を適用してからの経過時間がしきい値ＴＳ１に達するまでの期間は、計算結果を出力しないにも関わらず、ステップＳ５とＳ６で運転履歴法によるパティキュレート堆積量の推定値ＰＭｂの計算を行うのは、次の理由による。

ステップＳ５からＳ７の処理が行われるのは、ステップＳ４の判定が肯定的な場合に限られる。この場合には、ステップＳ１０における前回値ＰＭｂｚの更新は行われない。この状態で、ステップＳ１またはＳ２の判定が否定的に転じると、以後はステップＳ１２からＳ１４で運転履歴法によるパティキュレートの計算が行われる。その切り換え直後のステップＳ１２で用いる前回値ＰＭｂｚとしては、更新停止状態のステップＳ１０の値ＰＭｂｚよりも、直前にステップＳ７で更新された値ＰＭｂｚの方が精度が高い。つまり、ステップＳ１２からＳ１５の運転履歴法を適用する際の初期値としての前回値ＰＭｂｚの精度を確保するために、ステップＳ５とＳ６のパティキュレート堆積量の推定値ＰＭｂの計算とステップＳ７における計算結果の不揮発メモリ２０への格納を行うのである。

ステップＳ５からＳ７の実行は、車両の減速状態の継続時間がしきい値ＴＳ１に達するまでの短い期間に限定される。そのため、ステップＳ５からＳ７を省略し、ステップＳ４が肯定的な場合には直ちにステップＳ１１の処理を行うようにしても良い。この場合には、ステップＳ８からＳ１０の差圧法からステップＳ１２からＳ１４の運転履歴法への切り換えに際して、切り換え直後に行われるステップＳ１３のパティキュレート堆積量の推定値ＰＭｂの計算に用いる前回値ＰＭｂｚは、差圧法の適用時にステップＳ１０で不揮発メモリ２０に格納した値を使用する。

図３（Ａ）、（Ｂ）を参照して、以上のルーチン実行により推定されるＤＰＦ１のパティキュレート堆積量の変化を説明する。

時刻ｔ０にディーゼルエンジン１を始動し、車両が発進するものとする。車速が毎時４０キロメートルに達するまでは、ステップＳ１２からＳ１５の実行により運転履歴法を用いたパティキュレート堆積量の推定が行われる。時刻ｔ０において最初にステップＳ１３で用いる前回値ＰＭｂｚは、ディーゼルエンジン１の前回の運転が停止した時に不揮発メモリ２０に格納された値である。ここでは時刻ｔ０における前回値ＰＭｂｚをゼロとしている。

車速が毎時４０キロメートルを超えると、ステップＳ１の判定が肯定的に転じる。さらにステップＳ２で車速の変化率ΔＶＳＰがしきい値ＴＳ２を下回りつつ、ステップＳ３で車速ＶＳＰが設定車速Ｖｔｃを上回ることで、時刻ｔ１にパティキュレート堆積量の推定方法の切り換えが行われる。具体的にはステップＳ１２からＳ１５に代えてステップＳ８からＳ１０による差圧法を用いたパティキュレート堆積量の推定が行われる。

差圧法は前回値ＰＭｂｚに依存しない推定方法であるので、切り換えにより、パティキュレート堆積量の推定値は運転履歴法による堆積量ＰＭｂ１から差圧法による堆積量ＰＭａ１へとステップ的に変化する。

車速が毎時４０キロメートルを下回る時刻ｔ２まで差圧法によるパティキュレート堆積量の推定が行われる。前述のように差圧法で用いるパティキュレート堆積量の推定値ＰＭａのマップは実際より若干大きめの値を与えるので、推定値ＰＭａ１とＰＭｂ２を結ぶ直線は実際の堆積量Ｙを常に若干上回る。

時刻ｔ２において車速が毎時４０キロメートルを下回った後は、再びステップＳ１２からＳ１５の実行により運転履歴法を用いたパティキュレート堆積量の推定が行われる。時刻ｔ２において、ステップＳ１３で適用される前回値ＰＭｂｚは、直前に終了した差圧法のステップＳ１０で設定された値である。運転履歴法においてはこの前回値ＰＭｂｚを起点に堆積量の積算を行うので、差圧法から運転履歴法への切り換えにおいては、推定さされるパティキュレート堆積量にステップが生じない。

以後、車速変化に応じて運転履歴法と差圧法を切り換えながらパティキュレート堆積量の推定を行う。このようにして、時刻ｔ６にパティキュレート堆積量の出力値ＰＭが再生を開始すべき所定量に到達するので、コントローラ３は別ルーチンの実行により、ＤＰＦ１の再生を実行する。

図３（Ａ）、（Ｂ）には、差圧法を適用中の車両の、一時的な減速に関する処理が示されていない。前述のように差圧法の適用中に車両が減速しても、減速の継続時間がしきい値ＴＳ１に達するまで、出力値ＰＭは減速前の値ＰＭａに維持される、一方、ステップＳ５からＳ７の実行により、運転履歴法を用いた前回値ＰＭｂｚの更新が行われる。したがって、差圧法の適用中に車速が頻繁に変動しても出力値ＰＭは安定的に推移する一方、運転履歴法への切り換え時に使用される前回値ＰＭｂｚの精度も損なわれない。

図の破線は運転履歴法のみを用いて推定したパティキュレート堆積量の変化を示す。運転履歴法は低車速域では好ましい推定精度を有するが、高車速では差圧法より推定精度が低い。したがって、車速が時速４０キロメートルを超えた後も引き続き運転履歴法を用いてパティキュレート堆積量を推定し続けると、図の破線に示すように、堆積量の推定誤差が累積し、推定した堆積量は時刻ｔ３において再生を開始すべき所定量に達してしまう。これに対して、運転履歴法と差圧法とを車速に応じて選択的に適用することで、パティキュレート堆積量の好ましい推定精度を実現することができる。

次に図４を参照して、この発明の第２実施形態を説明する。

第２実施形態のハードウェアの構成は第1実施形態と同一であり、図2のパティキュレート堆積量推定ルーチンの代わりに図４のルーチンを実行する点が第1実施形態と異なる。このルーチンの実行条件は図２のルーチンと同一である。このルーチンと図２のルーチンの違いは、運転履歴法と差圧法の切り換え条件に関する。具体的にはこのルーチンでは、図２のルーチンのステップＳ２に代えてステップＳ２２を、ステップＳ３に代えてステップＳ２３を、ステップＳ９に代えてステップＳ２９を設けている。その他のステップは図２のルーチンと同一である。

ステップＳ２２でコントローラ３は、エンジン回転速度の変化率ΔＮがしきい値ＴＳ３を下回るかどうかを判定する。しきい値ＴＳ３は、車速の変化率ΔＶＳＰに関するしきい値ＴＳ２と同じ意味を持つ。すなわち、パティキュレート堆積量の推定精度に関して差圧法と運転履歴法を比較した時に、精度が逆転する境界となる排気ガス流量の変化率を、エンジン回転速度の変化率ΔＮで表した値である。しきい値ＴＳ３の具体的数値は実験やシミュレーションにより決定する。

ステップＳ２３では、エンジン回転速度Ｎが設定速度Ｎｔｃ以下であるかどうかを判定する。

ステップＳ２９では、コントローラ３は、現時点のエンジン回転速度Ｎ及び時刻Ｔをそれぞれ、設定車速Ｖｔｃ及び設定時刻Ｔｔｃとして不揮発メモリ２０に格納する。

この実施例では、運転履歴法と差圧法の切り換えるためのパラメータとして、第1実施形態が用いた車速の変化率ΔＶＳＰに代えてエンジン回転速度の変化率ΔＮを用いている。前述のように、排気ガス流量が急激に変化する場合には差圧法の推定精度が低下するので、運転履歴法の適用が好ましい。この実施例では、この条件を車速の変化率ΔＶＳＰに代えてエンジン回転速度の変化率ΔＮで判定している。

この実施例においても、ＤＰＦ１のパティキュレート堆積量の推定に関して、図３（Ａ）と３（Ｂ）に示した第1実施形態と同様の作用が得られる。

次に図５を参照してこの発明の第３実施形態を説明する。

第３実施形態のハードウェアの構成は第1実施形態と同一であり、図２のパティキュレート堆積量推定ルーチンの代わりに図５のルーチンを実行する点が第1実施形態と異なる。このルーチンの実行条件は図２のルーチンと同一である。このルーチンと図２のルーチンの違いは、差圧法の適用直後に運転条件が運転履歴法の適用条件へと変化した場合の処理に関する。具体的にはこのルーチンでは、図２のルーチンのステップＳ４に代えてステップＳ４４を、ステップＳ９に代えてステップＳ４９を設けている。その他のステップは図２のルーチンと同一である。

ステップＳ４４でコントローラ３は、オドメータ１５が検出した現時点の車両の走行距離Ｄと設定走行距離Ｄｔｃとの差がしきい値ＴＳ４を下回るかどうかを判定する。現時点の走行距離Ｄと設定走行距離Ｄｔｃとの差は、差圧法によってパティキュレート堆積量の推定を最後に行ってからの車両の走行距離を示す。図２のルーチンのステップＳ４では、差圧法によってパティキュレート堆積量の推定を最後に行ってからの経過時間により、差圧法の適用直後であるかどうかを判定している。このルーチンでは、同じ判定を車両の走行距離に基づき行っている。しきい値ＴＳ４は経過時間に関するしきい値ＴＳ１を車両の走行距離であらわしたものに相当する。

コントローラは、ステップＳ８で差圧法を用いてパティキュレート堆積量ＰＭａを推定した後、ステップＳ４９で現時点の車速ＶＳＰと車両の走行距離Ｄとをそれぞれ設定車速Ｖｔｃ及び設定走行距離Ｄｔｃとして不揮発メモリ２０に格納する。

この実施形態においても、ＤＰＦ１のパティキュレート堆積量の推定に関して、図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示した第1実施形態と同様の作用が得られる。

次に図５を参照してこの発明の第4実施形態を説明する。

この実施例は第から第３の各実施形態のステップＳ８で行う、差圧法によるパティキュレート堆積量の計算に関する。この実施例では、ステップＳ８において、図５に示すサブルーチンを実行する。

まずステップＳ３１で不揮発メモリ２０に格納されたパティキュレート堆積量の前回値ＰＭｂｚがしきい値ＴＳ５を上回るどうかを判定する。しきい値ＴＳ５はＤＰＦ１が再生を開始するためのパティキュレート堆積量として設定された所定量より若干小さな値とする。ここでは、しきい値ＴＳ５を再生開始のための所定量の９０パーセントに設定する。ステップＳ３１の判定は、ＤＰＦ１の再生時期が近付いているかどうかを判定する意味をもつ。

ステップＳ３１の判定が肯定的な場合には、ステップＳ３２でコントローラ３は車両が備える変速機のギヤ比を大きくする。すなわちダウンシフトを行う。ダウンシフトを行うことで、ディーゼルエンジン 1 の回転速度が増加し、排気ガスの流量が増大する。

ステップＳ３１の判定が否定的な場合及びステップＳ３２の処理を行った後、コントローラ３はステップＳ３３で、第１から第３の実施形態のステップＳ８と同じプロセスで差圧法によりパティキュレート堆積量を推定する。

この実施例によれば、差圧法を適用する際に、ＤＰＦ１の再生時期が近いかどうかを判定し、再生時期が近付いている場合には、ダウンシフトにより排気ガス流量を増加させる。戦術のように、差圧法が好ましい推定精度を発揮するのは、排気ガス流量が多い場合である。したがって、ＤＰＦ１の再生時期が近付いている場合には、排気ガス流量を増やした上でパティキュレート堆積量を推定することで、堆積量の推定精度を高まり、再生時期を正しく判定することができる。

この実施形態は第１から第３のいずれの実施形態とも組み合わせることができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

第１実施形態のパティキュレート堆積量推定装置の概略構成図である。第1実施形態においてコントローラが実行するパティキュレート堆積量推定ルーチンを説明するフローチャートである。（Ａ）、（Ｂ）はパティキュレート堆積量推定ルーチンの実行による車速とパティキュレート堆積量推定値の変化を説明するタイミングチャートである。第２実施形態においてコントローラが実行するパティキュレート堆積量推定ルーチンを説明するフローチャートである。第３実施形態においてコントローラが実行するパティキュレート堆積量推定ルーチンを説明するフローチャートである。第４実施形態の差圧法によるパティキュレート堆積量推定サブルーチンを説明するフローチャートである。差圧センサの検出値と排気ガス流量との関係を表す図である。差圧法が使用するパティキュレート堆積量のマップ特性を説明する図である。運転履歴法が使用する単位時間あたりのパティキュレート堆積量のマップ特性を説明する図である。

符号の説明

１ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２差圧センサ
３コントローラ
４上流温度センサ
５下流温度センサ
７排気通路
９再生装置
１０ディーゼルエンジン
１１エアフローメータ
１２回転速度センサ
１３車速センサ
１４負荷センサ
１５オドメータ

Claims

ディーゼルエンジンの排気通路に設けたディーゼルパティキュレートフィルタのパティキュレート堆積量を推定する装置において、
前記フィルタの上流の排気通路の排気ガス圧力と前記フィルタの下流の排気通路の排気ガス圧力との差圧を検出する差圧センサと、
前記ディーゼルエンジンの運転条件を検出する運転状態検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記差圧に基づいてパティキュレート堆積量を計算する第１の推定手段と、
前記運転条件に基づいてパティキュレート堆積量の一定期間ごとの増加量を計算し、前記増加量を累計してパティキュレート堆積量を計算する第２の推定手段と、
前記第１の推定手段と第２の推定手段とを車速に応じて選択的に適用して前記パティキュレート堆積量を計算し、かつ前記第２の推定手段を適用する際には前記第１の推定手段によって推定したパティキュレート堆積量を累計開始の初期値に適用する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、推定したパティキュレート堆積量を記憶する不揮発メモリをさらに備え、車速が所定値より大きい場合に前記第１の推定手段を適用し、車速が前記所定値より大きくない場合に前記第２の推定手段を適用し、前記第１の推定手段の実行中に車速が低下した場合には、車速低下から所定時間経過するまでは前記不揮発メモリに記憶された値をパティキュレート堆積量として出力することを特徴とするパティキュレート堆積量推定制御装置。
前記制御手段は、前記第１の推定手段の実行中に車速が低下した場合には、車速低下から所定時間経過するまでは前記不揮発メモリに記憶された値をパティキュレート堆積量として出力するとともに、前記第２の推定手段により第２のパティキュレート堆積量を推定し、車速が前記所定値を下回った場合に、当該第２のパティキュレート堆積量を初期値として、前記第２の推定手段によるパティキュレート堆積量を計算する請求項１に記載のパティキュレート堆積量推定制御装置。
前記制御手段は、車速の変化率が所定のしきい値を上回る場合には、車速が前記所定値より大きい場合であっても、前記第２の推定手段を適用する請求項１または２に記載のパティキュレート堆積量推定制御装置。
ディーゼルエンジンの排気通路に設けたディーゼルパティキュレートフィルタのパティキュレート堆積量を推定する装置において、
前記フィルタの上流の排気通路の排気ガス圧力と前記フィルタの下流の排気通路の排気ガス圧力との差圧を検出する差圧センサと、
前記ディーゼルエンジンの運転条件を検出する運転状態検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記ディーゼルエンジンのエンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記差圧に基づいてパティキュレート堆積量を計算する第１の推定手段と、
前記運転条件に基づいてパティキュレート堆積量の一定期間ごとの増加量を計算し、前記増加量を累計してパティキュレート堆積量を計算する第２の推定手段と、
前記第１の推定手段と第２の推定手段とを車速に応じて選択的に適用して前記パティキュレート堆積量を計算し、かつ前記第２の推定手段を適用する際には前記第１の推定手段によって推定したパティキュレート堆積量を累計開始の初期値に適用する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、推定したパティキュレート堆積量を記憶する不揮発メモリをさらに備え、車速が所定値より大きい場合に前記第１の推定手段を適用し、車速が前記所定値より大きくない場合に前記第２の推定手段を適用し、前記第１の推定手段の実行中にエンジン回転速度が低下した場合には、エンジン回転速度低下から所定時間経過するまでは前記不揮発メモリに記憶された値をパティキュレート堆積量として出力することを特徴とするパティキュレート堆積量推定制御装置。
前記制御手段は、前記第１の推定手段の実行中にエンジン回転速度が低下した場合には、エンジン回転速度低下から所定時間経過するまでは前記不揮発メモリに記憶された値をパティキュレート堆積量として出力するとともに、前記第２の推定手段により第２のパティキュレート堆積量を推定し、車速が前記所定値を下回った場合に、当該第２のパティキュレート堆積量を初期値として、前記第２の推定手段によるパティキュレート堆積量を計算する請求項４に記載のパティキュレート堆積量推定制御装置。
前記制御手段は前記エンジン回転速度の変化率が所定のしきい値を上回る場合には、前記車速が前記所定値よりも大きい場合であっても、前記第２の推定手段を適用する請求項４または５に記載のパティキュレート堆積量推定制御装置。
ディーゼルエンジンの排気通路に設けたディーゼルパティキュレートフィルタのパティキュレート堆積量を推定する装置において、
前記フィルタの上流の排気通路の排気ガス圧力と前記フィルタの下流の排気通路の排気ガス圧力との差圧を検出する差圧センサと、
前記ディーゼルエンジンの運転条件を検出する運転状態検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記差圧に基づいてパティキュレート堆積量を計算する第１の推定手段と、
前記運転条件に基づいてパティキュレート堆積量の一定期間ごとの増加量を計算し、前記増加量を累計してパティキュレート堆積量を計算する第２の推定手段と、
前記第１の推定手段と第２の推定手段とを車速に応じて選択的に適用して前記パティキュレート堆積量を計算し、かつ前記第２の推定手段を適用する際には前記第１の推定手段によって推定したパティキュレート堆積量を累計開始の初期値に適用する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、推定したパティキュレート堆積量を記憶する不揮発メモリをさらに備え、車速が所定値より大きい場合に前記第１の推定手段を適用し、車速が前記所定値より大きくない場合に前記第２の推定手段を適用し、前記第１の推定手段の実行中に車速が低下した場合には、車速低下から所定距離走行するまでは前記不揮発メモリに記憶された値をパティキュレート堆積量として出力することを特徴とするパティキュレート堆積量推定制御装置。
前記制御手段は、前記第１の推定手段の実行中に車速が低下した場合には、車速低下から所定距離走行するまでは所定時間経過するまでは前記不揮発メモリに記憶された値をパティキュレート堆積量として出力するとともに、前記第２の推定手段により第２のパティキュレート堆積量を推定し、車速が前記所定値を下回った場合に、当該第２のパティキュレート堆積量を初期値として、前記第２の推定手段によるパティキュレート堆積量を計算する請求項７に記載のパティキュレート堆積量推定制御装置。
前記所定値は、車速が前記所定値より大きい場合の前記第１の推定手段の推定精度が前記第２の推定手段の推定精度を上回り、車速が所定値より小さい場合の前記第１の推定手段の推定精度が前記第２の推定手段の推定精度を下回るように設定する請求項１から７のいずれかに記載のパティキュレート堆積量推定制御装置。
前記第１の推定手段は、前記差圧と排気ガス流量とに基づいて、排気ガス流量が減少し、前記差圧が増大するにつれて前記パティキュレート堆積量が増大するように推定する請求項１から９のいずれかに記載のパティキュレート堆積量推定制御装置。
前記運転状態検出手段は、前記エンジンの負荷を検出する手段と、エンジン回転速度を検出する手段と、を備え、前記第２の推定手段は前記エンジンの負荷とエンジン回転速度に基づいて、前記エンジンの負荷が増大し、前記エンジン回転速度が増大するにつれて増大するように前記増加量を推定し、推定した増加量を積算することで前記パティキュレート堆積量を推定する請求項１から１０のいずれかに記載のパティキュレート堆積量推定制御装置。
前記ディーゼルエンジンは変速機を介して車両を駆動するエンジンであり、前記制御手段は、前記第1の推定手段の実行に先立ち、前記不揮発メモリのパティキュレート堆積量が所定の堆積量を上回るか否かを判定し、前記不揮発メモリのパティキュレート堆積量が所定の堆積量を上回る場合には、前記変速機をダウンシフトする請求項１から１１のいずれかに記載のパティキュレート堆積量推定制御装置。