JP5799591B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備える車載ディーゼル機関に適用され、同フィルタに流入する排気の温度を上昇させてその排気浄化能力を再生する再生制御を実行する制御装置に関する。

車載ディーゼル機関では、排気通路に設けられたディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、単に「ＤＰＦ」と称する）により排気中の粒子状物質を捕集することで排気の浄化を図っている（例えば特許文献１参照）。

また、こうしたディーゼル機関では、ＤＰＦにおける粒子状物質の堆積量が過度に多くなると、ＤＰＦが目詰まりを起こす。
そこで、従来、ＤＰＦにおける粒子状物質が一定量以上となったときに、燃料噴射弁によるポスト噴射や、排気通路に配置される燃料添加弁からの燃料噴射によって排気に対して燃料を添加することで、ＤＰＦに流入する排気の温度を高め、これによりＤＰＦに堆積している粒子状物質を燃焼させて除去するようにしている。

特開２０１０―９０８７５号公報

ところで、ＤＰＦの再生制御の実行中において、例えば運転者がアクセル操作量を低減すると、これに伴って燃料噴射量が減少することとなる。その結果、排気の流量が減少するとともに排気の温度が低下することで、ＤＰＦに流入する排気の熱量が低減するようになり、再生制御が中断する。そして、こうした再生制御の中断が頻繁に生じることにより再生制御が完了するまでに多くの時間を要することとなる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化触媒の再生制御の中断頻度を低減して当該再生制御を早期に完了することのできる内燃機関制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、排気通路に設けられて排気を浄化する排気浄化装置を備える車載内燃機関に適用され、前記排気浄化装置に流入する排気の温度を上昇させてその排気浄化能力を再生する再生制御を実行する制御装置において、前記再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときには運転者に対してその旨を報知し、前記再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときにはアクセル操作量に基づき燃料噴射量を設定する際になまし処理を行なうことをその要旨としている。

同構成によれば、再生制御の実行中において当該再生制御に適した機関運転状態となると、例えば車室内において運転者から視認可能な位置に設けられたランプが点灯するなどして運転者に対して現在の機関運転状態が排気浄化装置の再生に適したものである旨が報知される。これにより、アクセル操作量を急激に低減させるなどの運転者によるアクセル操作量の変更が運転者自身の意識によって抑制され、再生制御に適した機関運転状態が継続するようになる。従って、排気浄化触媒の再生制御の中断頻度を低減して当該再生制御を早期に完了することができる。

また、再生制御の実行中において当該再生制御に適した機関運転状態となるとそれまでとは異なり、アクセル操作量に基づき燃料噴射量を設定する際になまし処理が行なわれる。これにより、仮に運転者によってアクセル操作量が一時的に大きく低減されてもこれに伴って燃料噴射量が大きく減少することが抑制される。このため、再生制御に適した機関運転状態が一層長く継続するようになる。

請求項２に記載の発明は、排気通路に設けられて排気を浄化する排気浄化装置を備える車載内燃機関に適用され、前記排気浄化装置に流入する排気の温度を上昇させてその排気浄化能力を再生する再生制御を実行する制御装置において、前記再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときにはアクセル操作量に基づき燃料噴射量を設定する際になまし処理を行なうことをその要旨としている。

同構成によれば、再生制御の実行中において当該再生制御に適した機関運転状態となるとそれまでとは異なり、アクセル操作量に基づき燃料噴射量を設定する際になまし処理が行なわれる。これにより、仮に運転者によってアクセル操作量が一時的に大きく低減されてもこれに伴って燃料噴射量が大きく減少することが抑制される。このため、再生制御に適した機関運転状態が継続するようになる。従って、排気浄化触媒の再生制御の中断頻度を低減して当該再生制御を早期に完了することができる。
請求項３に記載の発明は、アクセル操作量が低減されるときにのみ当該アクセル操作量に基づき燃料噴射量を設定する際になまし処理を行なうことをその要旨としている。
排気浄化装置に対して流入する排気の温度を上昇させてその排気浄化能力を再生する再生制御にあっては、アクセル操作量が増大され、これに伴って燃料噴射量が増大される場合、すなわち排気の温度が上昇する場合には、燃料噴射量を設定する際になまし処理を行なわなくとも再生制御に適した機関運転状態が継続することとなる。このため、上記構成によるように、アクセル操作量が低減されるときにのみ当該アクセル操作量に基づき燃料噴射量を設定する際になまし処理を行なうようにすれば、燃料噴射量を設定する際になまし処理を行なうことによるドライバビリティの不要な悪化についてこれを的確に抑制することができる。

本発明に係る内燃機関制御装置の一実施形態について、その適用対象となるディーゼル機関を模式的に示す概略構成図。 同実施形態における補助制御の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態における作用を説明するためのタイミングチャートであって、（ａ）アクセル操作量ＡＣＣＰの推移、（ｂ）燃料噴射量Ｑの推移、（ｃ）ＣＣＯ２１に流入する排気の温度Ｔｅｘの推移、（ｄ）吸入空気量Ｇａの推移、（ｅ）ランプ５１の点灯状態の推移の一例を併せ示すタイミングチャート。

以下、図１〜図３を参照して本発明に係る内燃機関制御装置を具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、車両には、その駆動源としてディーゼル機関１０が搭載されている。ディーゼル機関１０には、燃焼室１１内に燃料を噴射する燃料噴射弁１２が気筒毎に設けられている。各燃料噴射弁１２は、燃料タンク１３から燃料ポンプ１４に至り、その燃料ポンプ１４を通じて加圧されてコモンレール１５に蓄圧された燃料を、燃焼室１１に噴射する。また、燃焼室１１内では、吸気通路１６を通じて導入される吸入空気と上記燃料噴射弁１２から噴射される燃料とからなる混合気が燃焼される。そして、この混合気の燃焼によって生じる排気は排気通路１７へ排出される。この混合気の燃焼圧がピストン１８の往復直線運動に変換されるとともに、コンロッド（図示略）を介してクランクシャフト１９の回転運動に変換されることによって、当該ディーゼル機関１０としての動力が得られる。

一方、ディーゼル機関１０には、上記排気通路１７を流れる排気を浄化するための排気浄化装置が設けられている。排気浄化装置は、排気通路１７の途中に配置された酸化触媒（以下、単に「ＣＣＯ」と称する）２１と、排気通路１７においてＣＣＯ２１の下流側に配置されたディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、単に「ＤＰＦ」と称する）２２とを備えている。ＣＣＯ２１は排気中の未燃燃料の酸化反応を促進させる触媒であり、排気の温度を上昇させるために用いられる。ＤＰＦ２２は多孔質材によって形成されており、煤を主成分とする粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、以下、単に「ＰＭ」と称する）を捕集する。

また、排気通路１７においてＣＣＯ２１の上流側には排気中に燃料を添加するための燃料添加弁２３が設けられている。
また、車室内にはカーナビゲーションシステム用のディスプレイが配置されており、このディスプレイにはランプ５１が設けられている。

車両には、ディーゼル機関１０の運転状態や、車両走行状態を検出するための各種センサが設けられている。各種センサには以下のものが含まれている。
・吸気通路１６における吸入空気の流量（以下、吸入空気量Ｇａ）を検出するエアフローメータ３１。

・クランクシャフト１９の回転速度（以下、機関回転速度ＮＥ）を検出する回転速度センサ３２。
・排気通路１７においてＣＣＯ２１の上流側に設けられて排気の空燃比を検出する空燃比センサ３３。

・排気通路１７においてＣＣＯ２１の上流側に設けられてＣＣＯ２１に流入する排気の温度Ｔｅｘを検出する第１排気温センサ３４。
・排気通路１７においてＣＣＯ２１とＤＰＦ２２との間に設けられてＤＰＦ２２に流入する排気の温度を検出する第２排気温センサ３５。

・排気通路１７においてＤＰＦ２２の上流側圧力と下流側圧力との差（ＤＰＦ２２前後の差圧ΔＰ）を検出する差圧センサ３６。
・車両の走行速度を検出する車速センサ３７。

・運転者によるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルセンサ３８。
上記各種センサ３１〜３８から出力される信号は電子制御装置４１に入力される。電子制御装置４１は、演算処理装置（ＣＰＵ）、プログラムメモリ（ＲＯＭ）、データメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ等を備えている。ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサ３１〜３８から入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭは、ディーゼル機関１０の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

この電子制御装置４１は、上記各種センサ３１〜３８の出力信号に基づいて、機関運転状態や車両走行状態を把握するとともに、これらに基づいて各種の機関制御（燃料噴射制御、ＤＰＦ再生制御等）を行なう。

燃料噴射制御では、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて燃料噴射量Ｑを設定するとともに、この設定された燃料噴射量Ｑに応じて燃料噴射弁１２を駆動する。
ＤＰＦ再生制御では、機関運転中にＤＰＦ２２に堆積しているＰＭの量（以下、単に「ＰＭ堆積量」と称する）を推定する。ここで、本実施形態では、差圧センサ３６によって検出される差圧ΔＰに基づきＰＭ堆積量を周知の態様により算出する。

そして、ＰＭ堆積量の推定値が所定の開始判定値以上となると、燃料添加弁２３を駆動することにより排気に対して燃料を添加する。これによって燃料添加弁２３から噴射された燃料は、排気通路１７に送出されてＣＣＯ２１に達する。ＣＣＯ２１に燃料成分が到達すると、ＨＣやＣＯ等の成分が排気中や触媒上で酸化される。この酸化に伴う発熱により、ＣＣＯ２１の温度（排気の温度）が上昇し、この温度上昇によってＤＰＦ２２の温度が上昇する。その後、所定のタイミングで燃料添加弁２３から燃料を噴射することにより、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭが燃焼除去され、ＤＰＦ２２のＰＭ堆積量が減少していき、ＤＰＦ２２の排気浄化機能が再生される。

尚、ＤＰＦ再生制御は、ＰＭ堆積量の推定値が所定の完了判定値以下まで減少することをもって停止される。
ところで、前述したように、ＤＰＦ再生制御の実行中において、例えば運転者がアクセル操作量ＡＣＣＰを低減すると、これに伴って燃料噴射量Ｑが減少することとなる。その結果、排気の流量が減少するとともに排気の温度が低下することで、ＤＰＦ２２に流入する排気の熱量が低減するようになり、ＤＰＦ再生制御が中断する。そして、こうしたＤＰＦ再生制御の中断が頻繁に生じることにより当該再生制御が完了するまでに多くの時間を要することとなる。その結果、燃料添加弁２３から噴射される燃料の総量が増大することで燃費が悪化するといった問題が生じるおそれがある。また、ＤＰＦ２２が長期間にわたり高温状態とされることにより耐久性が低下するといった問題が生じるおそれがある。

そこで、本実施形態では、以下に説明する補助制御を実行することにより、こうした不都合の発生を抑制するようにしている。すなわち、補助制御では、ＤＰＦ再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときには、ランプ５１を点灯することにより運転者に対してその旨を報知するとともに、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づき燃料噴射量Ｑを設定する際になまし処理を行なう。

次に、図２を参照して、補助制御の処理手順について説明する。尚、この一連の処理は、ＤＰＦ再生制御の実行中において所定期間毎に繰り返し実行される。
図２に示すように、この一連の処理では、まず、ステップＳ１において、そのときの機関運転状態がＤＰＦ再生制御に適しているか否かを判断する。本実施形態では、吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａ１以上であり、ＣＣＯ２１に流入する排気の温度Ｔｅｘが所定温度Ｔ１（例えば３００℃）以上である場合にＤＰＦ再生制御に適した機関運転状態であると判断する。ここで、ＤＰＦ再生制御に適した機関運転状態である場合には（ステップＳ１：「ＹＥＳ」）、次に、ステップＳ２に進み、ランプ５１を点灯する。そして、次に、ステップＳ３に進み、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づき燃料噴射量Ｑを設定する際になまし処理を行なう。具体的には、ＤＰＦ再生制御に適した機関運転状態からアクセル操作量ＡＣＣＰが低減されるときには、当該アクセル操作量ＡＣＣＰに基づき燃料噴射量Ｑを設定する際になまし処理を行なう。このなまし処理では、それまでの制御周期（前回の制御周期を含む複数の制御周期）において設定された燃料噴射量と、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づき通常の燃料噴射制御にて設定される燃料噴射量との平均値として今回の制御周期における燃料噴射量Ｑを設定する。一方、アクセル操作量ＡＣＣＰが変更されない場合や、アクセル操作量ＡＣＣＰが増大されるときには通常の燃料噴射制御にて、すなわちなまし処理を行なうことなくアクセル操作量ＡＣＣＰに基づき燃料噴射量Ｑを設定する。こうして燃料噴射量Ｑを設定すると、この一連の処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ１において、そのときの機関運転状態がＤＰＦ再生制御に適していない場合には（ステップＳ１：「ＮＯ」）、次に、ステップＳ４に進み、ランプ５１を消灯する。ここでは、既にランプ５１が消灯されている場合には引き続き消灯状態とし、ランプ５１が点灯している場合にはこれを消灯する。そして、この一連の処理を一旦終了する。

次に、図３を参照して、本実施形態の作用について説明する。尚、図３に、（ａ）アクセル操作量ＡＣＣＰの推移、（ｂ）燃料噴射量Ｑの推移、（ｃ）ＣＣＯ２１に流入する排気の温度Ｔｅｘの推移、（ｄ）吸入空気量Ｇａの推移、（ｅ）ランプ５１の点灯状態の推移の一例を併せ示す。

図３に示すように、吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａ１以上であり（ｄ）、時刻ｔ１においてＣＣＯ２１に流入する排気の温度Ｔｅｘが所定温度Ｔ１以上まで上昇すると（ｃ）、ＤＰＦ再生制御に適した機関運転状態になったとして、ランプ５１が点灯する（ｅ）。このようにランプ５１が点灯されることで、運転者に対して現在の機関運転状態がＤＰＦ２２の再生に適したものである旨が報知される。これにより、アクセル操作量ＡＣＣＰを急激に低減させるなどの運転者によるアクセル操作量ＡＣＣＰの変更が運転者自身の意識によって抑制され、ＤＰＦ再生制御に適した機関運転状態が継続するようになる。

また、こうした状態が継続された後、時刻ｔ２において運転者によってアクセル操作量ＡＣＣＰが一時的に大きく低減されると（ａ）、従来の燃料噴射制御の場合には、図中に一点鎖線にて示すように、アクセル操作量ＡＣＣＰの低減に対応して燃料噴射量Ｑが大きく減少するようになる（ｂ）。このため、吸入空気量Ｇａが大きく減少するとともに（ｄ）、排気の温度Ｔｅｘが大きく低下することとなり（ｃ）、ＤＰＦ再生制御に適さない機関運転状態となる。

これに対して、本実施形態では、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づき燃料噴射量Ｑを設定する際になまし処理が行なわれることから、時刻ｔ２においてアクセル操作量ＡＣＣＰが一時的に大きく低減されても（ａ）、これに伴って燃料噴射量Ｑが大きく減少することが抑制される（ｂ）。このため、吸入空気量Ｇａは大きく低下することはなく（ｃ）、排気の温度Ｔｅｘが大きく低下することもない（ｄ）。従って、ＤＰＦ再生制御に適した機関運転状態が長く継続するようになる。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関制御装置によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）電子制御装置４１は、ＣＣＯ２１に流入する排気の温度を上昇させてＤＰＦ２２の排気浄化能力を再生するＤＰＦ再生制御を実行する。電子制御装置４１は、ＤＰＦ再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときにはランプ５１を点灯することにより運転者に対してその旨を報知する。

こうした構成によれば、再生制御の実行中において当該再生制御に適した機関運転状態となると、車室内に設けられたランプ５１が点灯して運転者に対して現在の機関運転状態がＤＰＦ２２の再生に適したものである旨が報知される。これにより、アクセル操作量ＡＣＣＰを急激に低減させるなどの運転者によるアクセル操作量ＡＣＣＰの変更が運転者自身の意識によって抑制され、ＤＰＦ再生制御に適した機関運転状態が継続するようになる。従って、ＤＰＦ再生制御の中断頻度を低減することができ、当該再生制御を早期に完了することができる。

また、ＤＰＦ再生制御を早期に完了することができることから、燃費の悪化を抑制することができるとともに、ＤＰＦ２２の耐久性の低下についてもこれを抑制することができる。

（２）ＤＰＦ再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときにはアクセル操作量ＡＣＣＰに基づき燃料噴射量Ｑを設定する際になまし処理を行なうようにした。具体的には、アクセル操作量ＡＣＣＰが低減されるときにのみ当該アクセル操作量ＡＣＣＰに基づき燃料噴射量Ｑを設定する際になまし処理を行なうようにした。

こうした構成によれば、ＤＰＦ再生制御の実行中において当該再生制御に適した機関運転状態となるとそれまでとは異なり、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づき燃料噴射量Ｑを設定する際になまし処理が行なわれる。これにより、仮に運転者によってアクセル操作量ＡＣＣＰが一時的に大きく低減されてもこれに伴って燃料噴射量Ｑが大きく減少することが抑制される。このため、ＤＰＦ再生制御に適した機関運転状態が長く継続するようになる。

また、アクセル操作量ＡＣＣＰが低減されるときにのみ当該アクセル操作量ＡＣＣＰに基づき燃料噴射量Ｑを設定する際になまし処理を行なうようにしていることから、燃料噴射量Ｑを設定する際になまし処理を行なうことによるドライバビリティの不要な悪化についてこれを的確に抑制することができる。

尚、本発明に係る内燃機関制御装置は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施形態のＤＰＦ再生制御では、燃料添加弁２３からの燃料噴射を利用するものとしたが、これに代えて、燃料噴射弁１２によるポスト噴射を利用するものとしてもよい。

・ＤＰＦ再生制御に適した機関運転状態は上記実施形態において例示したものに限定されない。ＣＣＯ２１に流入する排気の温度Ｔｅｘが３００℃以上であるとの条件に代えて、例えばＤＰＦ２２に流入する排気の温度が６００℃以上であるといった条件を採用することもできる。また、吸入空気量Ｇａの条件に代えて、或いは吸入空気量Ｇａの条件に加えてアクセル操作量ＡＣＣＰに基づき当該条件を設定することもできる。

・更に、ＤＰＦ２２を硫黄被毒から再生する再生制御に対して本発明を適用することもできる。この場合、当該再生制御に適した機関運転状態を適宜採用するようにすればよい。

・上記実施形態によるように、ＤＰＦ再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときにはアクセル操作量ＡＣＣＰに基づき燃料噴射量Ｑを設定する際になまし処理を行なうようにすることが、ＤＰＦ再生制御に適した機関運転状態を長く継続させる上では望ましい。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、こうしたなまし処理を行わないものであってもよい。この場合、単にランプ５１を点灯して運転者に対してその旨を報知するだけでも、アクセル操作量ＡＣＣＰの変更を運転者自身の意識によって抑制することができ、ＤＰＦ再生制御に適した機関運転状態をある程度は長く継続させることができる。

・現在の機関運転状態がＤＰＦ再生制御に適している旨を運転者に対して報知する手段は上記実施形態において例示したランプ５１に限定されない。また、ランプを点滅させることや、通常点灯しているランプを消灯することにより運転者に対して報知するものであってもよい。また、音や振動等の他の刺激によって運転者に対して報知するものであってもよい。

・上記実施形態及びその変形例では、ＤＰＦ再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときには運転者に対してその旨を報知するものを前提としたが、本発明はこれに限られるものではない。ＤＰＦ再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときには運転者に対してその旨を報知することなく、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づき燃料噴射量Ｑを設定する際になまし処理を行なうようにしてもよい。この場合であっても、ＤＰＦ再生制御の中断頻度を低減して当該再生制御を早期に完了することができる。

１０…ディーゼル機関、１１…燃焼室、１２…燃料噴射弁、１３…燃料タンク、１４…燃料ポンプ、１５…コモンレール、１６…吸気通路、１７…排気通路、１８…ピストン、１９…クランクシャフト、２０…シリンダ、２１…酸化触媒（ＣＣＯ）、２２…ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）、２３…燃料添加弁、３１…エアフローメータ、３２…回転速度センサ、３３…空燃比センサ、３４…第１排気温センサ、３５…第２排気温センサ、３６…差圧センサ、３７…車速センサ、３８…アクセルセンサ、４１…電子制御装置、５１…ランプ。

Claims (3)

1. 排気通路に設けられて排気を浄化する排気浄化装置を備える車載内燃機関に適用され、前記排気浄化装置に流入する排気の温度を上昇させてその排気浄化能力を再生する再生制御を実行する制御装置において、
   前記再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときには運転者に対してその旨を報知し、
   前記再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときにはアクセル操作量に基づき燃料噴射量を設定する際になまし処理を行なう
   ことを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 排気通路に設けられて排気を浄化する排気浄化装置を備える車載内燃機関に適用され、前記排気浄化装置に流入する排気の温度を上昇させてその排気浄化能力を再生する再生制御を実行する制御装置において、
   前記再生制御の実行中に当該再生制御に適した機関運転状態であるときにはアクセル操作量に基づき燃料噴射量を設定する際になまし処理を行なう
   ことを特徴とする内燃機関制御装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関制御装置において、
   アクセル操作量が低減されるときにのみ当該アクセル操作量に基づき燃料噴射量を設定する際になまし処理を行なう
   ことを特徴とする内燃機関制御装置。

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