JP7070008B2

JP7070008B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP7070008B2
Application number: JP2018078569A
Authority: JP
Inventors: 義久廣澤; 哲鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2038-04-16
Also published as: JP2019183796A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる、カーボンを主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ））が大気中に排出されることを防止するために、ディーゼルエンジンの排気通路に、例えば、ＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）を配置し、ＰＭを捕集することが主流となっている。

ＤＰＦによりＰＭの捕集を行う場合、捕集したＰＭの堆積量が増大するとフィルタの詰まりが生じてしまう。そこで、ＤＰＦに捕集されたＰＭの捕集量（堆積量）が所定量に達した際には、ＤＰＦに流入する排気ガスの温度を上昇させ、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼焼却するフィルタ再生処理が行われている。

フィルタ再生処理が実行されると、ＤＰＦを含む排気管の温度が高温となるため、周囲の安全が確保された状態でフィルタ再生処理を行うのが望ましい。そこで、ＰＭの捕集量が所定量に達した場合でも、予め定めた条件が成立した場合には、フィルタ再生処理を保留又は禁止することが行われている。例えば、特許文献１では、車両内に作業者が検出されない場合、フィルタ再生処理を行わないようにしている。

特開２０１２－９２７５６号公報

しかしながら、従来の技術では、ＤＰＦの再生処理実行時に周囲の安全確保が不十分である可能性がある。

そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、粒子状物質を捕集するフィルタの再生処理が安全に行われるようにすることを課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の制御装置は、車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタに所定量以上の粒子状物質が堆積されたと判定すると、前記フィルタに堆積した前記粒子状物質を燃焼焼却させて前記フィルタを再生させる再生部と、前記車両が走行する路面の凹凸状態を判別する判別部と、判別された前記路面の凹凸状態に基づいて、前記再生部による前記フィルタの再生を禁止する禁止部と、を備える。

本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、粒子状物質を捕集するフィルタの再生処理が安全に行われるようにすることができる。

図１は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの構成を示す概略図である。図２は、ＥＣＵが実行するフィルタ再生禁止処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

まず、図１を参照し、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステム５００の構成を示す概略図である。

エンジンシステム５００は、ディーゼルエンジンからなる内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０は、例えば４気筒エンジンである。エンジン１０には、燃料を噴射するインジェクタ３５が各気筒に設けられている。インジェクタ３５は、後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０からの駆動信号に基づいて、適切なタイミングで、適切な燃料量を各気筒に供給する。また、エンジン１０には、クランクシャフトの回転に応じた検出信号を出力するクランク角センサ３４が設けられている。また、エンジン１０には、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ等も設けられている。

エンジン１０の燃焼室には吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３１、及び吸入空気量を調整するスロットルバルブ（不図示）が配置されている。エアフローメータ３１は、エンジン１０が吸入した空気の流量に応じた検出信号を、ＥＣＵ５０に出力する。

エンジン１０の排気通路１２には、燃料添加弁２１、排気ガス温度センサ６１Ａ～６１Ｃ、酸化触媒４１、微粒子捕集フィルタ４２等が設けられている。

燃料添加弁２１は、酸化触媒４１の上流側に設けられており、ＥＣＵ５０からの駆動信号に基づいて、酸化触媒４１の活性化を支援する際に一時的に燃料を噴射する。なお、燃料添加弁２１を省略して、排気工程のタイミングの気筒のインジェクタ３５から、酸化触媒４１の活性化を支援する燃料噴射（いわゆるポスト噴射）を行うようにしてもよい。

酸化触媒４１は、炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）を無害化する触媒である。また、微粒子捕集フィルタ４２は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するいわゆるＤＰＦである。

排気ガス温度センサ６１Ａ～６１Ｃは、排気ガスの温度を検出する温度センサであり、検出信号をＥＣＵ５０に出力する。排気ガス温度センサ６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃは、それぞれ、酸化触媒４１の排気ガスの入口部、酸化触媒４１の排気ガスの出口部あるいは微粒子捕集フィルタ４２の排気ガスの入口部、微粒子捕集フィルタ４２の排気ガスの出口部、に設けられている。なお、排気ガス温度センサの数、及び設ける位置については、図１の例に示す数及び位置に限定されるものではない。

また、エンジンシステム５００は、ＥＣＵ５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、後述するフィルタ再生禁止処理を実行する。ＥＣＵ５０は、再生部、判別部、及び禁止部の一例である。

ＥＣＵ５０の出力側には、前述のインジェクタ３５、スロットルバルブ、燃料添加弁２１等の種々のアクチュエータが接続されている。

ＥＣＵ５０の入力側には、上述したエアフローメータ３１、クランク角センサ３４、排気ガス温度センサ６１Ａ～６１Ｃのほか、車両の周囲の外気の温度を検出する外気温センサ３７、車両の走行速度を検出する速度検出センサ３８、ドライバによるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３３等が接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサから入力されるエンジンの運転状態や運転条件に関する様々な情報及び信号に基づいて、微粒子捕集フィルタ４２に堆積した粒子状物質を燃焼焼却させ、微粒子捕集フィルタ４２を再生するフィルタ再生処理及び当該フィルタ再生処理を禁止するフィルタ再生禁止処理を実行する。

図２は、ＥＣＵ５０が実行するフィルタ再生禁止処理の一例を示すフローチャートである。図２の処理は、エンジン１０の運転中、繰り返し実行される。

ＥＣＵ５０は、まず、微粒子捕集フィルタ４２を再生するフィルタ再生処理の実行条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１１）。例えば、微粒子捕集フィルタ４２に所定量以上のＰＭが堆積していると判定すると、ＥＣＵ５０は、微粒子捕集フィルタ４２の再生処理の実行条件が成立したと判断する。なお、微粒子捕集フィルタ４２に所定量以上のＰＭが堆積しているか否かは、例えば、微粒子捕集フィルタ４２前後の圧力の差により判定することができる。

フィルタ再生処理の実行条件が成立していない場合（ステップＳ１１／ＮＯ）、ＥＣＵ５０は、図２の処理を終了する。

フィルタ再生処理の実行条件が成立している場合（ステップＳ１１／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、車両状態を推定する（ステップＳ１２）。より具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷と車速とを推定する。ＥＣＵ５０は、例えば、アクセル開度、又は、エンジン回転数と燃料噴射量とからエンジン負荷を推定する。また、ＥＣＵ５０は、例えば、速度検出センサ３８からの入力値、又は、クランク角センサ３４からの入力値に基づいて算出されるエンジン回転数から車速を推定する。あるいは、ＥＣＵ５０は、現在のシフトレンジに基づいて車速を推定してもよい。

続いて、ＥＣＵ５０は、推定した車両状態が所定条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ１３）、車両状態が所定条件を満たす場合（ステップＳ１３／ＹＥＳ）、フィルタ再生処理を禁止する（ステップＳ２１）。より具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷が所定値以上である場合、フィルタ再生処理を禁止する。エンジン負荷が所定値以上となると、排気ガスの温度が可燃物の発熱反応温度の下限（例えば、植物繊維類の発熱反応下限：２７６℃）を上回る。そのため、排気管の周囲に例えば枯草等の可燃物が存在すると、当該可燃物が発火する可能性があり、安全にフィルタ再生処理を行うことが難しいからである。また、ＥＣＵ５０は、車両が低速（例えば、１０ｋｍ／ｈ以下）である場合、フィルタ再生処理を禁止する。低車速時には、排気管と排気管の周囲にある可燃物（例えば枯草）とが接する時間が長くなるため、当該可燃物が発火する可能性が高くなり、安全にフィルタ再生処理を行うことが難しいからである。

一方、車両状態が所定条件を満たさない場合（ステップＳ１３／ＮＯ）、ＥＣＵ５０は、路面の状態を推定する（ステップＳ１４）。より、具体的には、ＥＣＵ５０は、路面の凹凸レベルを推定する。なお、凸凹の路面を走行する際にはダンパの減衰力がある程度低めに制御されることから、ＥＣＵ５０は、ダンパを制御するためにサスペンションに入力される制御信号に基づき、路面の凹凸レベルを推定することができる。なお、ＥＣＵ５０は、各車輪の装着位置における車高値を検出する車高センサの検出値に基づいて、路面の状態を推定してもよい。

続いて、ＥＣＵ５０は、路面の状態が所定条件を満たすか否かを判断し（ステップＳ１５）、路面の状態が所定条件を満たす場合（ステップＳ１５／ＹＥＳ）、フィルタ再生処理を禁止する（ステップＳ２１）。より具体的には、ＥＣＵ５０は、路面の凹凸レベルが所定値以上である場合（路面が凸凹している場合）、フィルタ再生処理を禁止する。路面が凸凹している場合、排気管と路面との間のロードクリアランスが短くなる。このとき、排気管の周囲に枯草等の可燃物があると、排気管と可燃物とが接触し、当該可燃物が発火するおそれがあるためである。

一方、路面の状態が所定条件を満たさない場合（ステップＳ１５／ＮＯ）、ＥＣＵ５０は、排気ガス温度センサ６１Ａ～６１Ｃの検出信号に基づいて検出した排気ガス温度と、外気温センサ３７の検出信号に基づいて検出した外気温と、速度検出センサ３８の検出信号に基づいて検出した車速等に基づいて、排気管の温度（外気に露出している排気管の表面の温度）を推定する（ステップＳ１６）。例えば、ＥＣＵ５０は、排気ガス温度から、外気温と車速とから求めた放熱量を減算して、排気管の温度を推定する。

次に、ＥＣＵ５０は、推定した排気管温度が所定温度未満であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。所定温度は、例えば、枯草が発火する温度である約３００℃である。なお、所定温度は、３００℃に限定されるものではなく、環境に応じて適宜設定すればよい。

推定した排気管温度が所定温度以上である場合（ステップＳ１７／ＮＯ）、フィルタ再生処理を行うと、排気管の周辺に可燃物がある場合、可燃物が発火するおそれがあるため、ＥＣＵ５０は、フィルタ再生処理を禁止する（ステップＳ２１）。

一方、推定した排気管温度が所定温度未満である場合（ステップＳ１７／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、フィルタ再生処理を行う（ステップＳ１９）。なお、このとき、例えば、マルチインフォメーションディスプレイに「ＤＰＦ再生中です。周囲に可燃物が無いかご確認ください。」等のメッセージを表示したり、ＤＰＦランプを点滅させることで、ドライバにフィルタ再生中であることを報知するのが好ましい。

以上、詳細に説明したように、エンジンシステム５００は、エンジン１０の排気通路１２に設けられ、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する微粒子捕集フィルタ４２と、微粒子捕集フィルタ４２に所定量以上の粒子状物質が堆積されたと判定すると、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼焼却させて微粒子捕集フィルタ４２を再生させるＥＣＵ５０と、を備える。ＥＣＵ５０は、車両が走行する路面の状態を判別し、判別された路面の状態に基づいて、微粒子捕集フィルタ４２の再生を禁止する。これにより、車両が凹凸路を走行している場合には、フィルタ再生処理を禁止するため、排気管と路面とのクリアランスが短い場合でも、枯草などの可燃物が排気管と接触して可燃物が発火することを防止できる。したがって、安全にフィルタ再生処理を実行できる。

なお、上記実施形態では、酸化触媒と微粒子捕集フィルタとが別々に構成された例を説明したが、種々の触媒と微粒子捕集フィルタとが一体化された触媒（微粒子捕集フィルタ）を用いてもよい。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１０エンジン
１２排気通路
４２微粒子捕集フィルタ
５０ＥＣＵ（再生部、判別部、禁止部）
５００エンジンシステム（内燃機関の制御装置）

Claims

車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに所定量以上の粒子状物質が堆積されたと判定すると、前記フィルタに堆積した前記粒子状物質を燃焼焼却させて前記フィルタを再生させる再生部と、
前記車両が走行する路面の凹凸状態を判別する判別部と、
判別された前記路面の凹凸状態に基づいて、前記再生部による前記フィルタの再生を禁止する禁止部と、
を備える内燃機関の制御装置。