JP6179367B2 - 車両用排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気ガス中の排気微粒物質を捕集するフィルタを備えた車両用排気浄化装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンでは、排気ガスに含まれる煤などの粒子状物質を捕集するためのフィルタが設けられている。このフィルタでは、捕集された粒子状物質の量が規定値を超えると、フィルタ内の粒子状物質を燃焼させる再生制御が行われる。
この再生制御の実行時には、ディーゼルエンジンは、排気ガスの温度を上昇させることにより、粒子状物質が燃焼する目標温度までフィルタの温度を上昇させる必要がある。しかし、ディーゼルエンジンを搭載した車両が、渋滞による低速走行などのエンジン負荷の低い走行状態になると、目標温度を維持することができず、再生制御が中断され、フィルタ内に粒子状物質が燃え残る可能性がある。

このような問題を解決するため、特許文献１では、ナビゲーションシステムからの情報に基づいて、渋滞走行になるまでに再生制御を完了できると判定された場合に再生制御を許可することが提案されている。
また、特許文献２では、ナビゲーションシステムからの情報に基づいて、排気ガスの温度を上昇させる触媒を活性化させるまでの間に渋滞走行になると予測された場合は、再生制御を禁止することが提案されている。

特許第３９３７９００号公報 特開２００５−２５６８２０号公報

しかしながら、このような車両用排気浄化装置にあっては、再生制御が必要になったとき渋滞発生地点が現在地の近くにある場合、再生制御が禁止され、粒子状物質が燃焼されず残ってしまう、という問題があった。
そこで、本発明は、再生制御が必要になったときに渋滞発生地点が現在地の近くにある場合でも、粒子状物質が燃焼されず残ってしまうことを減らすことができる車両用排気浄化装置を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、内燃機関の排気経路に設置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、このフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を検出する堆積量検出部と、この堆積量検出部によって検出された粒子状物質の堆積量が予め設定された量を超えた場合に、フィルタの温度を上昇させて粒子状物質を燃焼させる再生制御を行う再生制御部と、を備えた車両用排気浄化装置であって、自車両の現在地からユーザの入力した目的地までの経路に関する経路情報を取得する経路情報取得部を備え、再生制御部は、この経路情報に基づいて、目的地までの経路から再生制御が困難な非再生区間を除いた区間で再生制御が完了すると判断した場合、再生制御を開始し、非再生区間とした区間では再生制御を停止し、非再生区間ではない区間では再生制御を行うことを特徴とするものである。

本発明の第２の態様としては、再生制御が完了するまでに要する再生時間を算出する再生時間算出部と、自車両が非再生区間を通過するのに要する時間を非再生区間通過時間として算出する非再生区間通過時間算出部と、を備え、経路情報取得部は、自車両の現在地から目的地までの所要時間を含む経路情報を取得し、再生制御部は、目的地までの所要時間から非再生区間通過時間を減算した時間が再生時間より長い場合に、非再生区間を除いた区間で再生制御を行うことが好ましい。

本発明の第３の態様としては、非再生区間通過時間算出部は、渋滞または速度規制が発生している区間を非再生区間として非再生区間通過時間を算出することが好ましい。

このように、上記の第１の態様によれば、目的地までの経路の中で再生制御が困難な区間を除いた区間で再生制御が完了すると判断された場合、再生制御が実行されるため、再生制御が必要になったときに非再生区間が近くにある場合でも再生制御を実行して、粒子状物質が燃焼されず残ってしまうことを減らすことができる。
上記の第２の態様によれば、走行時間により再生制御が完了するかを判定しているため、容易に精度良く再生制御が完了するかを判定することができる。

上記の第３の態様によれば、渋滞または速度規制が発生している区間を非再生区間としているため、渋滞または速度規制による低負荷状態での再生制御の実行を回避して、再生制御が必要になったときに渋滞発生地点や速度規制地点が現在地の近くにある場合でも再生制御を実行して、粒子状物質が燃焼されず残ってしまうことを減らすことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用排気浄化装置を示す図であり、その概念ブロック図である。 図２は、その処理手順を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１、図２は本発明の一実施形態に係る車両用排気浄化装置を示す図である。

図１において、車両用排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジン（内燃機関）２１を走行駆動源とする車両１に搭載され、ディーゼルエンジン２１の排気中の煤などの粒子状物質を捕集するものである。
この車両用排気浄化装置１０は、ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）１１と、酸化触媒１２と、差圧センサ１３と、燃料噴射装置１４と、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）１５と、を備えて構成され、捕集した粒子状物質の量が規定値を超えると、この粒子状物質を燃焼させる再生制御を行うようになっている。

ＤＰＦ１１は、ディーゼルエンジン２１の排気中の粒子状物質を捕集するもので、ディーゼルエンジン２１の排気管２２に接続されている。排気管２２におけるＤＰＦ１１の上流側には酸化触媒１２が接続されている。この酸化触媒１２は、ディーゼルエンジン２１の排気弁の閉止直前に燃料噴射装置１４により気筒内に燃料が噴射されることにより未燃焼燃料を供給されると、燃料による酸化反応熱を発生し、排気ガス温度を上昇させ、ＤＰＦ１１に堆積した粒子状物質を燃焼させることができる。

差圧センサ１３は、ＤＰＦ１１の前後の排気圧の差を検出するもので、エンジンＥＣＵ１５は、この差圧からＤＰＦ１１内に堆積した粒子状物質の量を推定する。なお、差圧が大きいほど粒子状物質の堆積量は多いと推定することができる。
エンジンＥＣＵ１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどを備え、予めメモリ内に格納されている各種制御プログラムに従って必要な燃料噴射を燃料噴射装置１４にさせるなどしてエンジンの稼動制御を実行する。

このエンジンＥＣＵ１５は、ＤＰＦ１１内に堆積した粒子状物質の量が所定量以上になると、この粒子状物質を燃焼させる再生制御を実行する。この再生制御では、エンジンＥＣＵ１５は、ナビゲーション装置３０に入力された目的地と、自車両１の現在地から目的地までの走行経路と、走行経路上の渋滞、交通規制情報と、に基づいて、ＤＰＦ１１の再生が困難な渋滞区間や速度規制区間などの非再生区間を除く区間で再生が完了すると判定した場合、再生制御を実行する。

ナビゲーション装置３０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）用人工衛星からの送信電波を受信するＧＰＳアンテナ３１と、ＧＰＳアンテナ３１の受信した信号に基づいて自車両１の現在位置、進行方向を演算するＧＰＳ受信回路３２と、自車両１の進行方向の変化を検出するジャイロセンサ３３と、自車両１の走行速度を検出する車速センサ３４と、自車両１の走行目的地の入力、自車両１の現在地から目的地までの走行経路の指定などの各種の指令をユーザに入力させる入力部３５と、道路地図や自車両１の現在位置を表示する液晶表示ユニット３６と、道路上や道路脇に設置され交通情報の提供を行うビーコンからの信号を受信するビーコン受信アンテナ３７と、ビーコン受信アンテナ３７の受信した信号を復調する交通情報受信回路３８と、地図情報を格納しているＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記憶媒体３９と、装置各部の取得した情報に基づいて、自車両１の現在位置や進行方向、目的地までの経路等を液晶表示ユニット３６に表示して、運転者に対して自車両１の走行案内を行う制御部４０と、を備えている。

ビーコンから提供される交通情報としては、渋滞の情報や交通規制の情報がある。渋滞の情報としては、道路種別（一般道路、高速道路など）、渋滞している区間、渋滞状況、渋滞区間の距離、渋滞区間の通過の所要時間などが提供される。
ここで、渋滞状況は、道路種別ごとに設定された基準の走行速度と実際の走行速度を比較して決められ、例えば、一般道路で実際の走行速度が１０ｋｍ／ｈ未満であれば「渋滞」、一般道路で実際の走行速度が１０ｋｍ／ｈ以上２０ｋｍ／ｈ未満であれば「混雑」などと設定される。

交通規制の情報としては、通行止め、速度規制（制限速度を含む）、車線規制などの実施地点、実施区間などの情報が提供される。なお、交通情報受信回路３８は、予め設定された時間間隔で交通情報を受信し、制御部４０に出力するようになっている。
制御部４０は、交通情報受信回路３８から交通情報を受信すると、液晶表示ユニット３６に表示中の道路地図に含まれる道路の交通情報を抽出し、例えば、交通規制の種別を表すアイコンを実施地点や実施区間の道路地図に重ねて表示したり、道路の混雑状況を道路の色（渋滞は「赤色」、混雑は「橙色」など）で表して道路地図に重ねて表示したりする。

このナビゲーション装置３０において、ユーザの入力部３５の操作により目的地の設定が選択されると、制御部４０は、液晶表示ユニット３６に目的地を入力させるメッセージを表示し、入力部３５の操作によってユーザに目的地を入力させる。
ユーザの入力部３５の操作により目的地が入力されると、制御部４０は、記憶媒体３９に格納されている地図情報と交通規制の情報の通行止めの情報などを参照して自車両１の現在地から目的地までの走行経路を検索し、道路地図に走行経路を重ねて液晶表示ユニット３６に表示する。このとき、走行経路が複数検索された場合には、制御部４０は、液晶表示ユニット３６に複数の走行経路を表示して、入力部３５の操作によってユーザに１つの走行経路を選択させる。

目的地までの走行経路が決定すると、制御部４０は、その走行経路上の交通情報を参照し、自車両１の現在地から目的地までの所要時間を求め、液晶表示ユニット３６の所定の場所に目的地までの所要時間として表示する。すなわち、制御部４０は、渋滞区間は渋滞の情報の所要時間を使い、速度規制区間は規制速度と距離から所要時間を求め、それ以外の区間は予め設定された道路種別に応じた標準速度、例えば、一般道路では４０ｋｍ／ｈ、高速道路では１００ｋｍ／ｈなど、と道路種別ごとの距離から所要時間を求め、全てを合計して目的地までの所要時間を求める。なお、この所要時間は、予め設定された時間間隔で再計算され、液晶表示ユニット３６の表示は新しい値に更新される。

そして、自車両１が走行を開始すると、制御部４０は、ＧＰＳ受信回路３２が演算した現在位置、進行方向やジャイロセンサ３３、車速センサ３４で検出した情報に基づいて道路地図上に自車両１の位置と進行方向を、例えば、アイコンで表示して、運転者に対して目的地までの走行案内を行う。
エンジンＥＣＵ１５とナビゲーション装置３０の制御部４０とは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信を行って相互に情報取得要求や取得情報などの授受を行うようになっている。

エンジンＥＣＵ１５は、差圧センサ１３の検出した差圧から推定した粒子状物質の堆積量が予め設定した再生許可堆積量以上になったか否かを判定する。すなわち、エンジンＥＣＵ１５は、堆積量検出部１５ｅを構成する。
ここで、再生許可堆積量は、再生制御を行うと一定時間内にほぼ１００％再燃焼する堆積量で、実験等により求められ、エンジンＥＣＵ１５のメモリ内に格納されている。

エンジンＥＣＵ１５は、粒子状物質の堆積量が再生許可堆積量以上であると判定した場合、ＤＰＦ１１内の粒子状物質の堆積量から、この粒子状物質を燃焼するのに要する時間を再生時間として算出する。この再生時間の算出は、実験等により求められた算出式により算出しても良いし、堆積量からのマップデータにより求めるようにしてもよい。すなわち、エンジンＥＣＵ１５は、再生時間算出部１５ｄを構成する。
また、エンジンＥＣＵ１５は、ナビゲーション装置３０の制御部４０に現在地から目的地までの走行経路と走行経路上の交通情報と目的地までの所要時間の取得を要求する。すなわち、エンジンＥＣＵ１５は、経路情報取得部１５ｂを構成する。

ナビゲーション装置３０の制御部４０は、エンジンＥＣＵ１５からの情報取得要求を受信すると、目的地が設定されている場合は、自車両１の現在地から設定されている目的地までの走行経路の情報と、走行経路上の交通情報と、自車両１の現在地から目的地までの所要時間をエンジンＥＣＵ１５に送信する。なお、目的地が設定されていない場合は、目的地設定無しの情報をエンジンＥＣＵ１５に送信する。

エンジンＥＣＵ１５は、走行経路の情報と走行経路上の交通情報と目的地までの所要時間を受信すると、目的地までの所要時間と再生時間を比較し、目的地までの所要時間が再生時間より短い場合、目的地に着くまでに再生が完了しないとして、再生制御は行わない。なお、現在地から目的地までの所要時間をナビゲーション装置３０の制御部４０から取得したが、走行経路の情報と走行系路上の交通情報から、エンジンＥＣＵ１５が算出するようにしてもよい。

目的地までの所要時間が再生時間以上であり、かつ、走行経路上に渋滞や速度規制が無い場合、エンジンＥＣＵ１５は、目的地に着くまでに再生が完了するとして、再生制御を開始する。
目的地までの所要時間が再生時間以上であり、かつ、走行経路上に渋滞や速度規制が有る場合、エンジンＥＣＵ１５は、ＤＰＦ１１の再生が困難な非再生区間を自車両１が通過するのに必要な時間として非再生区間通過時間を後述するように算出する。

すなわち、エンジンＥＣＵ１５は、非再生区間として、目的地までの走行経路の中から、渋滞している道路区間と、速度規制されている道路区間と、を抽出する。
次いで、エンジンＥＣＵ１５は、抽出した渋滞している道路区間について、交通情報の渋滞の情報から、それぞれの渋滞区間を通過するのに要する所要時間を求め、全てを加算して渋滞通過時間とする。

また、エンジンＥＣＵ１５は、抽出した速度規制されている道路区間について、それぞれの区間の長さを、それぞれの規制速度で除算してそれぞれの速度規制区間を自車両１が通過するのに要する時間を求め、全てを加算して速度規制通過時間とする。
次いで、エンジンＥＣＵ１５は、渋滞通過時間と速度規制通過時間とを加算して非再生区間通過時間を算出し、目的地までの所要時間から非再生区間通過時間を減算した時間を再生可能時間とし、この再生可能時間と再生時間を比較し、再生時間のほうが長い場合、再生制御は行わない。すなわち、エンジンＥＣＵ１５は非再生区間通過時間算出部１５ｃを構成する。

再生可能時間が再生時間以上の場合、エンジンＥＣＵ１５は、目的地に着くまでに再生が完了するとして、再生制御を開始する。
なお、渋滞区間や速度規制区間ではなくても、非再生区間と非再生区間の間などで、走行時間が短い区間は、ＤＰＦ１１内の温度が粒子状物質を燃焼させるのに必要な目標温度に到達しなかったり、目標温度に到達したとしても粒子状物質の燃焼量が少なくなってしまったりするため、非再生区間として走行時間を非再生区間通過時間に入れるようにしてもよい。

また、速度規制区間であっても、規制速度がＤＰＦ１１内の温度を目標温度に到達させることが可能な速度である場合、非再生区間から外すようにしてもよい。
なお、目的地が設定されていなかった場合、エンジンＥＣＵ１５は、再生制御を行わない。
エンジンＥＣＵ１５は、再生制御を開始すると、予め設定された時間間隔でナビゲーション装置３０の制御部４０から自車両１の位置情報を取得しながら、非再生区間とした道路区間では再生制御を停止し、非再生区間ではない道路区間では再生制御を実行するように制御する。すなわち、エンジンＥＣＵ１５は、再生制御部１５ａを構成する。

以上のように構成された本発明の実施形態に係る車両用排気浄化装置１０による再生制御動作について図２を参照して説明する。なお、以下に説明するエンジン再生制御動作は、エンジンＥＣＵ１５の動作開始と同時に開始され、予め設定された時間間隔で繰り返し実行される。
まず、エンジンＥＣＵ１５は、ＤＰＦ１１の粒子状物質の堆積量を算出し（ステップＳ１１）、堆積量が予め設定された再生許可堆積量以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

粒子状物質の堆積量が再生許可堆積量より少ないと判定した場合、エンジンＥＣＵ１５は、再生制御を実行しないで終了する。
ステップＳ１２において、粒子状物質の堆積量が再生許可堆積量以上であると判定した場合、エンジンＥＣＵ１５は、堆積した粒子状物質を燃焼するのに要する時間を再生時間として算出する（ステップＳ１３）。

次いで、エンジンＥＣＵ１５は、ナビゲーション装置３０の制御部４０に現在地から目的地までの走行経路の情報や、その走行経路上の交通情報や、制御部４０が算出した目的地までの所要時間などの経路情報の取得要求を送信して経路情報を取得する（ステップＳ１４）。
制御部４０は、エンジンＥＣＵ１５からの情報取得要求を受信すると、要求された情報を取得して、エンジンＥＣＵ１５に送信する。

エンジンＥＣＵ１５は、経路情報を受信すると、ユーザにより目的地が設定されているか否かを判定する（ステップＳ１５）。
目的地が設定されていないと判定した場合、エンジンＥＣＵ１５は、再生制御を実行しないで終了する。
ステップＳ１４において、目的地が設定されていると判定した場合、エンジンＥＣＵ１５は、目的地までの所要時間が再生時間以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。

目的地までの所要時間が再生時間より短いと判定した場合、エンジンＥＣＵ１５は、再生制御を実行しないで終了する。
目的地までの所要時間が再生時間以上であると判定した場合、エンジンＥＣＵ１５は、目的地までの経路に渋滞や速度規制の区間が有るか否かを判定する（ステップＳ１７）。
目的地までの経路に渋滞や速度規制の区間が無いと判定した場合、エンジンＥＣＵ１５は、ステップＳ１９に進んで、再生制御を開始する。

ステップＳ１７において、目的地までの経路に渋滞や速度規制の区間が有ると判定した場合、エンジンＥＣＵ１５は、目的地までの所要時間と非再生区間通過時間との差が再生時間以上であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。
目的地までの所要時間と非再生区間通過時間との差が再生時間より短いと判定すると、エンジンＥＣＵ１５は、再生制御を実行しないで終了する。

ステップＳ１８において、目的地までの所要時間と非再生区間通過時間との差が再生時間以上であると判定すると、エンジンＥＣＵ１５は、ステップＳ１９に進んで、再生制御を開始する。
したがって、目的地までの経路上の渋滞区間や速度規制区間などのＤＰＦ１１の再生が困難な非再生区間を除いた区間で再生制御が完了すると判定したとき、再生制御を実行しているため、再生制御が必要になったときに渋滞発生地点や速度規制地点が現在地の近くにある場合でも再生制御を実施し、粒子状物質が燃焼されず残ってしまうことを減らすことができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
１０ 車両用排気浄化装置
１１ ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）
１２ 酸化触媒
１３ 差圧センサ
１４ 燃料噴射装置
１５ エンジンＥＣＵ
１５ａ 再生制御部
１５ｂ 経路情報取得部
１５ｃ 非再生区間通過時間算出部
１５ｄ 再生時間算出部
１５ｅ 堆積量検出部
２１ ディーゼルエンジン
２２ 排気管
３０ ナビゲーション装置
４０ 制御部

Claims (3)

1. 内燃機関の排気経路に設置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタに堆積した前記粒子状物質の堆積量を検出する堆積量検出部と、
   前記堆積量検出部によって検出された前記粒子状物質の堆積量が予め設定された量を超えた場合に、前記フィルタの温度を上昇させて前記粒子状物質を燃焼させる再生制御を行う再生制御部と、を備えた車両用排気浄化装置であって、
   自車両の現在地からユーザの入力した目的地までの経路に関する経路情報を取得する経路情報取得部を備え、
   前記再生制御部は、前記経路情報に基づいて、前記目的地までの経路から前記再生制御が困難な非再生区間を除いた区間で前記再生制御が完了すると判断した場合、前記再生制御を開始し、前記非再生区間とした区間では前記再生制御を停止し、前記非再生区間ではない区間では前記再生制御を行うことを特徴とする車両用排気浄化装置。
   
2. 前記再生制御が完了するまでに要する再生時間を算出する再生時間算出部と、
   前記自車両が前記非再生区間を通過するのに要する時間を非再生区間通過時間として算出する非再生区間通過時間算出部と、を備え、
   前記経路情報取得部は、前記自車両の現在地から前記目的地までの所要時間を含む前記経路情報を取得し、
   前記再生制御部は、前記目的地までの所要時間から前記非再生区間通過時間を減算した時間が前記再生時間より長い場合に、前記非再生区間を除いた区間で再生制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両用排気浄化装置。
3. 前記非再生区間通過時間算出部は、渋滞または速度規制が発生している区間を前記非再生区間として前記非再生区間通過時間を算出することを特徴とする請求項２に記載の車両用排気浄化装置。

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