JP7167863B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
特許文献1には、従来の内燃機関として、排気中の粒子状物質(Particulate Matter;以下「PM」という。)を捕集するPMフィルタ本体を、マイクロ波によって加熱することができるように構成されたものが開示されている。そして特許文献1には、この従来の内燃機関の制御装置として、PMフィルタ本体をマイクロ波によって加熱する際にPMフィルタ本体の内部において生じる温度差を抑制するために、マイクロ波の周波数を制御するように構成されたものが開示されている。
特開2016-200063号公報
マイクロ波をPMフィルタに向けて照射することで、フィルタ本体以外にも、フィルタに捕集されたPMを加熱することも可能である。そして、PMフィルタに捕集されたPMをマイクロ波によって加熱した場合には、PMフィルタ内のPM堆積量が多くなるほど、PMフィルタ内のPMのマイクロ波吸収率が高くなる傾向にある。そのため、PMフィルタ内のPM堆積量が多いと、マイクロ波によって大量のPMが急速に加熱されて燃焼し、その結果PMフィルタを収容している筐体内の温度が過度に上昇してPMフィルタを含むPM捕集装置を劣化させてしまうおそれがある。
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、PMフィルタに捕集されたPMをマイクロ波によって加熱する場合において、マイクロ波によって大量のPMが急速に加熱されてしまって筐体内の温度が過度に上昇してしまうのを抑制することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のある態様による内燃機関は、機関本体と、機関本体の排気通路に設けられた筐体と、筐体内に収容されて排気中のPMを捕集するフィルタと、筐体内にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置と、を備える。そして、この内燃機関の制御装置は、筐体内にマイクロ波を照射してPMを加熱する場合において、フィルタのPM堆積量が多いときは、少ないときと比べてマイクロ波の振幅が小さくなるように、マイクロ波照射装置を制御するように構成されている。
本発明のこの態様によれば、PM堆積量が多い場合には、マイクロ波の振幅が相対的に小さくされるので、マイクロ波によって大量のPMが急速に加熱されてしまって筐体内の温度が過度に上昇してしまうのを抑制することができる。
図1は、本発明の第1実施形態による内燃機関、及び内燃機関を制御するための電子制御ユニットの概略構成図である。 図2Aは、本発明の第1実施形態によるPMフィルタの正面図である。 図2Bは、本発明の第1実施形態によるPMフィルタの側面断面図である。 図3Aは、マイクロ波照射アンテナからPM捕集装置の筐体内に向けてマイクロ波を照射したときの筐体内の様子を示した図である。 図3Bは、マイクロ波照射アンテナからPM捕集装置の筐体内に向けてマイクロ波を照射したときに筐体内に形成される定在波の様子を示した図である。 図4は、PMフィルタ内のPM堆積量と、PMフィルタ内のPMのマイクロ波吸収率と、の関係を示した図である。 図5は、PM堆積量推定値に応じたマイクロ波の振幅の設定について説明するための図である。 図6は、本発明の第1実施形態によるマイクロ波照射制御について説明するフローチャートである。 図7は、PMフィルタ内のPM堆積量と、PMフィルタ本体及びPMフィルタ内のPMのマイクロ波吸収率と、の関係を示した図である。 図8は、本発明の第2実施形態によるマイクロ波照射制御について説明するフローチャートである。 図9は、本発明の第3実施形態によるマイクロ波照射制御について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。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による内燃機関100、及び内燃機関100を制御する電子制御ユニット200の概略構成図である。
本実施形態による内燃機関100は、火花点火式のガソリンエンジンであって、機関本体1と、吸気装置20と、排気装置30と、を備える。なお、内燃機関100の種類は、特に限られるものではなく、予混合圧縮着火式のガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。
機関本体1は、シリンダブロック2と、シリンダブロック2の上面に固定されたシリンダヘッド3と、を備える。
シリンダブロック2には、複数のシリンダ4が形成される。シリンダ4の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ4の内部を往復運動するピストン5が収められる。ピストン5は、コンロッド(図示せず)を介してクランクシャフト(図示せず)と連結されており、クランクシャフトによってピストン5の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド3の内壁面、シリンダ4の内壁面及びピストン5の冠面によって区画された空間が燃焼室6となる。
シリンダヘッド3には、シリンダヘッド3の一方の側面に開口すると共に燃焼室6に開口する吸気ポート7と、シリンダヘッド3の他方の側面に開口すると共に燃焼室6に開口する排気ポート8と、が形成される。
またシリンダヘッド3には、燃焼室6と吸気ポート7との開口を開閉するための吸気弁9と、燃焼室6と排気ポート8との開口を開閉するための排気弁10と、吸気弁9を開閉駆動する吸気カムシャフト11と、排気弁10を開閉駆動する排気カムシャフト12と、が取り付けられる。
さらにシリンダヘッド3には、燃焼室6内に燃料を噴射するための燃料噴射弁13と、燃料噴射弁13から噴射された燃料と空気との混合気を燃焼室6内で点火するための点火プラグ14と、が取り付けられる。なお、燃料噴射弁13は、吸気ポート7内に燃料を噴射することができるように、シリンダヘッド3に取り付けてもよい。
吸気装置20は、吸気ポート7を介してシリンダ4内に空気を導くための装置であって、エアクリーナ21と、吸気管22と、吸気マニホールド23と、エアフローメータ211と、電子制御式のスロットル弁24と、スロットルアクチュエータ25と、スロットルセンサ212と、を備える。
エアクリーナ21は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。
吸気管22は、一端がエアクリーナ21に連結され、他端が吸気マニホールド23のサージタンク23aに連結される。吸気管22によって、エアクリーナ21を介して吸気管22内に流入してきた空気(吸気)が吸気マニホールド23のサージタンク23aに導かれる。
吸気マニホールド23は、サージタンク23aと、サージタンク23aから分岐してシリンダヘッド側面に形成されている各吸気ポート7の開口に連結される複数の吸気枝管23bと、を備える。サージタンク23aに導かれた空気は、吸気枝管23bを介して各シリンダ4内に均等に分配される。このように、吸気管22、吸気マニホールド23及び吸気ポート7が、各シリンダ4内に空気を導くための吸気通路を形成する。
エアフローメータ211は、吸気管22内に設けられる。エアフローメータ211は、吸気管22内を流れる空気の流量(以下「吸気量」という。)を検出する。
スロットル弁24は、エアフローメータ211よりも下流側の吸気管22内に設けられる。スロットル弁24は、スロットルアクチュエータ25によって駆動され、吸気管22の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータ25によってスロットル弁24の開度(以下「スロットル開度」という。)を調整することで、各シリンダ4内に吸入される吸気量が調整される。スロットル開度は、スロットルセンサ212によって検出される。
排気装置30は、燃焼室6内で生じた燃焼ガス(以下「排気」という。)を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド31と、排気管32と、触媒装置33と、PM捕集装置34と、マイクロ波照射装置35と、排気温度センサ213と、差圧センサ214と、を備える。
排気マニホールド31は、シリンダヘッド側面に形成されている各排気ポート8の開口と連結される複数の排気枝管と、排気枝管を集合させて1本にまとめた集合管と、を備える。
排気管32は、一端が排気マニホールド31の集合管に連結され、他端が外気に開口している。各シリンダ4から排気ポート8を介して排気マニホールド31に排出された排気は、排気管32を流れて外気に排出される。
触媒装置33は、担体に排気浄化触媒を担持させたものであって、排気管32に設けられる。排気浄化触媒は、例えば酸化触媒(二元触媒)や三元触媒であり、これらに限らず内燃機関100の種類や用途に応じて適当な触媒を用いることができる。本実施形態では、排気浄化触媒として三元触媒を用いる。排気浄化触媒として三元触媒を用いた場合は、排気中の有害物質であるハイドロカーボン(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOx)が触媒装置33によって浄化される。
PM捕集装置34は、触媒装置33よりも排気流れ方向下流側の排気管32に設けられる。PM捕集装置34は、筐体34aと、筐体の内部に収容されたウォールフロー型のPMフィルタ34bと、を備え、PMフィルタ34bによって排気中に含まれるPMを捕集する。PMフィルタ34bは、内燃機関100がガソリンエンジンの場合には、GPF(Gasoline Particulate Filter)と称され、内燃機関100がディーゼルエンジンの場合には、DPF(Diesel Particulate Filter)と称されることがある。
図2A及び図2Bは、本実施形態によるPMフィルタ34bの構造について説明する図である。図2AはPMフィルタ34bの正面図であり、図2BはPMフィルタ34bの側面断面図である。
図2A及び図2Bに示すように、PMフィルタ34bはハニカム構造をしており、互いに平行に延びる複数個の排気流通路341,342と、排気流通路341,342を互いに隔てる隔壁343と、を備える。
排気流通路341,342は、上流端が開放されかつ下流端が下流栓345により閉塞された排気流入通路341と、上流端が上流栓344により閉塞されかつ下流端が開放された排気流出通路342と、により構成される。なお、図2Aにおいては、ハッチングを付した部分が上流栓344を示す。したがって、排気流入通路341及び排気流出通路342は薄肉の隔壁343を介して交互に配置される。言い換えると排気流入通路341及び排気流出通路342は各排気流入通路341が4つの排気流出通路342によって包囲され、各排気流出通路342が4つの排気流入通路341によって包囲されるように配置される。
隔壁343は多孔質材料、例えばコージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、リン酸ジルコニウムのようなセラミックから形成される。したがって、図2Bに矢印で示すように、排気はまず排気流入通路341内に流入し、次いで周囲の隔壁343の内部の細孔を通って隣接する排気流出通路342内に流出する。このように隔壁343は排気流入通路341の内周面を構成する。
図1に戻り、マイクロ波照射装置35は、マイクロ波電源351と、マイクロ波発振器352と、伝送ケーブル353と、マイクロ波照射アンテナ354と、を備える。
マイクロ波電源351は、マイクロ波発振器352と電気的に接続されており、マイクロ波発振器352でマイクロ波を発生させるために必要な電力をマイクロ波発振器352に対して供給する。マイクロ波電源351は、専用の電源であってもよいし、また内燃機関100が車両に搭載されている場合であれば、車両用のバッテリであってもよい。
マイクロ波発振器352は、マイクロ波電源351の電力によって駆動されてマイクロ波を発生させる。マイクロ波発振器352は、マイクロ波の周波数f及び振幅Aを変更することができるように構成されている。
伝送ケーブル353は、マイクロ波発振器352で発生させたマイクロ波をマイクロ波照射アンテナ354まで伝送するためのケーブルであって、一端がマイクロ波発振器352に接続され、他端がマイクロ波照射アンテナ354に接続される。
マイクロ波照射アンテナ354は、PM捕集装置34よりも排気流れ方向上流側に位置する排気管32の内部に配置される。マイクロ波照射アンテナ354は、伝送ケーブル353を介して伝送されてきたマイクロ波をPM捕集装置34の筐体34a内に向けて照射する。
このように構成されたマイクロ波照射装置35を駆動し、マイクロ波照射アンテナ354からPM捕集装置34の筐体34a内に向けてマイクロ波を照射すると、図3Aに示すように、マイクロ波照射アンテナ354から照射されたマイクロ波の進行波MW1が、PM捕集装置34の筐体34aの入口端からその内部に進入する。その結果、筐体34aの内部において、マイクロ波の進行波MW1と、この進行波MW1が筐体34aの出口端側の内壁面で反射して生じた反射波MW2と、が重なり合って、図3Bに示すように筐体34a内に三次元的に広がる定在波MW3が形成され、この定在波MW3によって筐体34aの内部の物体が加熱される。
具体的には、炭素を主成分とするPMのマイクロ波吸収率(照射されたマイクロ波のエネルギのうち、吸収されるマイクロ波のエネルギの割合)は、酸化鉄を主成分とするPMフィルタ34bの隔壁343のマイクロ波吸収率と比較して高いため、PMフィルタ34b内にPMが捕集されている状態においては、マイクロ波照射アンテナ354からPM捕集装置34に向けてマイクロ波を照射することで、筐体34a内のPMを主に加熱して、当該PMを燃焼除去することができる。
再び図1に戻り、排気温度センサ213は、PMフィルタ34bの入口側近傍の排気管32に設けられて、PMフィルタ34bに流入する排気の温度TEを検出する。
差圧センサ214は、PMフィルタ34bに設けられて、PMフィルタ34bの前後差圧(以下「フィルタ前後差圧」という。)PDを検出する。本実施形態では、この差圧センサ214によって検出されたフィルタ前後差圧PDに基づいて、PMフィルタ34b内に堆積しているPM量の推定値(以下「PM堆積量推定値」という。)Mpmを電子制御ユニット200によって算出している。しかしながら、PM堆積量推定値Mpmの算出方法は、このような方法に限られるものではなく、例えば機関運転状態(機関負荷や機関回転速度など)に応じて機関本体1からのPM排出量を算出し、これを積算することでPM堆積量推定値Mpmを算出するなど、公知の種々の手法の中から適宜選択して算出すればよいものである。
電子制御ユニット200は、双方向性バスによって相互に接続された中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、入力ポート、及び出力ポートを備えたマイクロコンピュータである。
電子制御ユニット200には、前述したエアフローメータ211やスロットルセンサ212、排気温度センサ213、差圧センサ214の他にも機関本体1の負荷(機関負荷)に相当するアクセルペダル220の踏み込み量(以下「アクセル踏込量」という。)に比例した出力電圧を発生する負荷センサ221、機関回転速度などを算出するための信号として機関本体1のクランクシャフト(図示せず)が例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ222などの各種センサからの出力信号が入力される。
そして電子制御ユニット200は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射弁13やスロットル弁24、マイクロ波照射装置35などを制御して、内燃機関100を制御する。以下、電子制御ユニット200によって実施される内燃機関100の制御の一つであるマイクロ波照射制御について説明する。
ウォールフロー型のPMフィルタ34bは、PMを捕集し続けるとやがて目詰まりを起こす。そのため本実施形態では、PMフィルタ34bが目詰まりを起こす前に、捕集したPMを強制的に燃焼除去してPMフィルタ34bを再生する再生処理を実施するようにしている。具体的には本実施形態では、PM堆積量推定値Mpmが所定の再生開始閾値MpmH以上となったときに、マイクロ波を照射し、PMフィルタ34bに捕集されているPMを直接的に加熱して当該PMを燃焼除去するようにしている。
PMフィルタ34bにマイクロ波を照射してPMフィルタ34bに捕集されたPMを加熱する場合、PMフィルタ34bに捕集されたPMは、前述したように筐体34aの内部に形成された定在波MW3によって加熱される。このとき、定在波MW3の振幅が大きい位置(すなわち、図3Bに示す腹近傍の位置)におけるPMの加熱速度と、定在波MW3の振幅が小さい位置(すなわち、図3Bに示す節近傍の位置)におけるPMの加熱速度と、を比較すると、定在波MW3の振幅が大きい位置の方が、PMの加熱速度が速くなる傾向にある。なお、定在波MW3の各腹(及び各節)の位置は、マイクロ波の周波数fを変更することで調整することが可能であり、本実施形態では、定在波MW3の各腹の位置が、PMフィルタ34bに捕集されたPMを効率良く加熱することができるような位置となるように、マイクロ波の周波数fを設定している。
ここで、PMフィルタ34bのPM堆積量が多くなるにつれて、PMが排気流入通路341の上流端側から下流端側に亘って全体的に堆積するようになるので、定在波MW3の振幅が大きくなる位置にPMが堆積している確率が上がると共に、定在波MW3の振幅が大きくなる位置に堆積しているPMの量も多くなる(定在波MW3の振幅が大きくなる位置の排気流入通路341の表面に形成されるPMの層が厚くなる)。そのため、PMフィルタ34bのPM堆積量が多くなるにつれて、PMを効率的に加熱することができるようになる。したがって、PMフィルタ34b全体で考えると、図4に示すように、PMフィルタ34b内のPM堆積量が多くなるほど、PMフィルタ34b内のPMのマイクロ波吸収率が高くなる傾向にある。
そのため、PMフィルタ34bのPM堆積量にかかわらず、一定の周波数f及び振幅Aのマイクロ波を照射してPMを加熱すると、PMフィルタ34bのPM堆積量が多いときには、大量のPMが急速に加熱されて燃焼し、筐体34a内の温度が過度に上昇してしまって、PMフィルタ34bを含むPM捕集装置34が劣化するおそれがある。
そこで本実施形態では、PMフィルタ34bのPM堆積量が多い場合は、少ない場合と比較してマイクロ波の振幅Aが小さくなるように、PM堆積量推定値Mpmに応じてPMフィルタ34bに向けて照射するマイクロ波の振幅Aの大きさを制御することとした。
具体的には本実施形態では、図5に示すように、PM堆積量推定値Mpmが再生開始閾値MpmH以上となってマイクロ波の照射が開始されてから、PM堆積量推定値Mpmが所定の第1閾値Mpm1(<MpmH)に低下するまでの間は、マイクロ波の振幅Aを所定の低振幅値ALに制御することとした。そして、PM堆積量推定値Mpmが第1閾値Mpm1まで低下した後は、PM堆積量推定値Mpmが所定の第2閾値Mpm2(<Mpm1)に低下するまでの間、マイクロ波の振幅Aを所定の中間振幅値AM(>AL)に制御することとした。そして、PM堆積量推定値Mpmが第2閾値Mpm2まで低下した後は、PM堆積量推定値Mpmが所定の再生停止閾値MpmL(<Mpm2)まで低下してマイクロ波の照射が停止されるまでの間、マイクロ波の振幅Aを所定の高振幅値AH(>AM)に制御することとした。
これにより、PM堆積量が多い場合には、PMフィルタ34bに向けて照射するマイクロ波の振幅Aを相対的に小さくし、ひいては定在波MW3の振幅(腹の位置の振幅)を小さくすることができるので、PMフィルタ34bに捕集されたPMをマイクロ波によって加熱する場合において、マイクロ波によって大量のPMが急速に加熱されてしまって筐体内の温度が過度に上昇してしまうのを抑制することができる。
図6は、この本実施形態によるマイクロ波照射制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット200は、機関運転中に本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。
ステップS1において、電子制御ユニット200は、差圧センサ214によって検出されたフィルタ前後差圧PDを読み込む。そして電子制御ユニット200は、予め実験等によって作成されたマップを参照して、フィルタ前後差圧PDに基づいて、PM堆積量推定値Mpmを算出する。PM堆積量推定値Mpmは、基本的にフィルタ前後差圧PDが大きくなるほど大きくなる。
ステップS2において、電子制御ユニット200は、マイクロ波照射装置駆動フラグFが0に設定されているか否かを判定する。マイクロ波照射装置駆動フラグFは、マイクロ波照射装置35を駆動しているとき、すなわちマイクロ波照射アンテナ354からPM捕集装置34の筐体34a内に向けてマイクロ波を照射して、PMフィルタ34bの再生処理を実施しているときに1に設定されるフラグであって、初期値は0に設定されている。電子制御ユニット200は、マイクロ波照射装置駆動フラグFが0に設定されていれば、ステップS3の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、マイクロ波照射装置駆動Fが1に設定されていれば、ステップS6の処理に進む。
ステップS3において、電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが再生開始閾値MpmH以上であるか否かを判定する。電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが再生開始閾値MpmH以上であれば、PMフィルタ34bの再生処理を実施するべくステップS4の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが再生開始閾値MpmH未満であれば、今回の処理を終了する。
ステップS4において、電子制御ユニット200は、PMフィルタ34bの再生処理を開始する。本実施形態では電子制御ユニット200は、マイクロ波照射アンテナ354から照射されるマイクロ波の周波数f及び振幅Aを、それぞれ所定の第1周波数f1及び前述した低振幅値ALに制御して、マイクロ波の照射を開始する。第1周波数f1は、定在波MW3の各腹の位置が、PMフィルタ34bに捕集されたPMを効率良く加熱することができるような位置となるような周波数であって、予め実験等によって設定された周波数である。
ステップS5において、電子制御ユニット200は、マイクロ波照射装置駆動フラグFを1に設定する。
ステップS6において、電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが、再生開始閾値MpmHよりも小さい第1閾値Mpm1以上であるか否かを判定する。電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが第1閾値Mpm1以上であれば、今回の処理を終了する。すなわち、マイクロ波の周波数f及び振幅Aを第1周波数f1及び低振幅値ALから変更することなく、マイクロ波の照射を継続する。一方で電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが第1閾値Mpm1未満であれば、ステップS7の処理に進む。
ステップS7において、電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが、第1閾値Mpm1よりも小さい第2閾値Mpm2以上であるか否かを判定する。電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが第2閾値Mpm2以上であれば、ステップS8の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが第2閾値Mpm2未満であれば、ステップS9の処理に進む。
ステップS8において、電子制御ユニット200は、マイクロ波照射アンテナ354から照射するマイクロ波の振幅Aを、低振幅値ALから中間振幅値AMに変更して、マイクロ波の照射を継続する。
ステップS9において、電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが、第2閾値Mpm2よりも小さい再生停止閾値MpmL以上であるか否かを判定する。電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが再生停止閾値MpmL以上であれば、ステップS10の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、PM堆積量推定値Mpmが再生停止閾値MpmL未満であれば、ステップS11の処理に進む。
ステップS10において、電子制御ユニット200は、マイクロ波照射アンテナ354から照射するマイクロ波の振幅Aを、中間振幅値AMから高振幅値AHに変更して、マイクロ波の照射を継続する。
ステップS11において、電子制御ユニット200は、マイクロ波照射装置35の駆動を停止して、マイクロ波の照射を停止する。
ステップS12において、電子制御ユニット200は、マイクロ波照射装置駆動フラグFを0に設定する。
以上説明した本実施形態による内燃機関100は、機関本体1と、機関本体1の排気通路に設けられた筐体34aと、筐体34a内に収容されて排気中のPMを捕集するPMフィルタ34b(フィルタ)と、筐体34a内にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置35と、を備える。そして、この内燃機関100を制御する電子制御ユニット200(制御装置)は、筐体34a内にマイクロ波を照射してPMを加熱する場合において、PMフィルタ34bのPM堆積量が多いときは、少ないときと比べてマイクロ波の振幅Aが小さくなるように、マイクロ波照射装置35を制御するように構成されている。
これにより、PM堆積量が多い場合には、筐体34a内に向けて照射するマイクロ波の振幅Aを相対的に小さくすることができるので、PMフィルタ34bに捕集されたPMをマイクロ波によって加熱する場合において、マイクロ波によって大量のPMが急速に加熱されてしまって筐体内の温度が過度に上昇してしまうのを抑制することができる。したがって、PMフィルタ34bを含むPM捕集装置34が劣化するのを抑制することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、PMフィルタ34b内のPM堆積量が少なくなったときに、PMフィルタ34bの隔壁343を加熱することによってPMを間接的に加熱して燃焼除去する点で、第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図4を参照して前述したように、PMフィルタ34b全体で考えると、PMフィルタ34b内のPM堆積量が多くなるほど、PMフィルタ34b内のPMのマイクロ波吸収率が高くなる傾向にある。逆を言えば、PMフィルタ34b全体で考えると、PMフィルタ34b内のPM堆積量が少なくなるほど、PMフィルタ34b内のPMのマイクロ波吸収率が低くなる傾向にある。これは、定在波MW3の振幅が大きくなる位置に堆積しているPMが燃焼してPMフィルタ34b内のPM堆積量が少なくなるにつれて、効率的に加熱することのできない定在波MW3の振幅が小さくなる位置に堆積しているPMの割合が増加するためである。
そのため、図7に示すように、PMフィルタ34b内のPM堆積量が或る一定量よりも少なくなった場合には、PMフィルタ34b全体で考えると、定在波MW3の各腹の位置が、PMフィルタ34bの隔壁343を効率良く加熱することができるような位置となるようにマイクロ波の周波数fを変更することで、PMのマイクロ波吸収率よりもPMフィルタ34bの隔壁343のマイクロ波吸収率の方が高くなる場合がある。すなわち、マイクロ波によってPMを直接的に加熱するよりも、マイクロ波によってPMフィルタ34bの隔壁343を加熱することによってPMを間接的に加熱した方が、PMを効率的に加熱して燃焼除去できる場合がある。
そこで本実施形態では、PMフィルタ34b内のPM堆積量が或る一定量よりも少なくなった場合には、定在波MW3の各腹の位置が、PMフィルタ34bの隔壁343を効率良く加熱することができるような位置となるように、マイクロ波の周波数fを最適化することとした。具体的には本実施形態では、PMフィルタ34bの再生中にPM堆積量推定値Mpmが第2閾値Mpm2未満になったときは、マイクロ波の周波数fを第1周波数f1から所定の第2周波数f2に変更して、マイクロ波によってPMフィルタ34bの隔壁343を加熱し、PMを間接的に加熱することとした。
図8は、この本実施形態によるマイクロ波照射制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット200は、機関運転中に本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。なお図7において、ステップS1からステップS9、ステップS11及びステップS12の処理の内容は、第1実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
ステップS21において、電子制御ユニット200は、マイクロ波照射アンテナ354から照射するマイクロ波の周波数fを、第1周波数f1から第2周波数f2に変更して、マイクロ波の照射を継続する。
以上説明した本実施形態による電子制御ユニット200(制御装置)は、PMフィルタ34b(フィルタ)のPM堆積量推定値Mpm(PM堆積量)が第2閾値Mpm2(所定堆積量)未満のときは、筐体34a内においてPMと熱交換を行うことが可能な物体が加熱されるように、マイクロ波の周波数fを変更するように構成されている。PMと熱交換を行うことが可能な物体は、本実施形態ではフィルタ本体、すなわちフィルタ34bの隔壁343とされているが、これに限らず、例えば排気流入通路341の表面にマイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体を層状に設け、当該マイクロ波吸収体を加熱することによりPMを間接的に加熱できるようにしてもよい。
このように、PMフィルタ34b内のPM堆積量が或る一定量よりも少なくなってPMのマイクロ波吸収率が低下した場合には、マイクロ波によってPMフィルタ34bの隔壁343を加熱することによってPMを間接的に加熱することで、マイクロ波によってPMを直接的に加熱するよりもPMを効率的に加熱して燃焼除去することができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、PMフィルタ34b内のPM堆積量が少なくなったときに、マイクロ波の周波数fを高くして、筐体34aの入口端からその内部に進入するマイクロ波の分散を促進させる点で、第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図3Bを参照して前述したように、定在波MW3の振幅が大きい位置におけるPMの加熱速度と、定在波MW3の振幅が小さい位置におけるPMの加熱速度と、を比較すると、定在波MW3の振幅が大きい位置の方が、PMの加熱速度が速くなる傾向にある。すなわち、定在波MW3の節の位置に堆積しているPMは、定在波MW3の腹の位置に堆積しているPMと比較して加熱されにくい。そのため、マイクロ波をPMフィルタ34bに照射してPMフィルタ34bの再生処理を実施する場合、定在波MW3の腹の位置に堆積しているPMが燃焼せずに残存しやすく、PMフィルタ34b内にPMが偏った状態で堆積してしまうおそれがある。
そこで本実施形態では、このようにPMフィルタ34b内にPMが偏った状態で堆積してしまうのを抑制するべく、PM堆積量が少なくなったときには、筐体34a内に照射するマイクロ波の周波数を高めて、筐体34aの入口端からその内部に進入するマイクロ波が筐体34aで分散しやすくなるようにした。
これにより、分散させたマイクロ波によって、筐体34aのPMフィルタ34bに捕集されたPMを、より均一に加熱することが可能となる。そのため、PMフィルタ34b内にPMが偏った状態で堆積するのを抑制することができる。
図9は、この本実施形態によるマイクロ波照射制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット200は、機関運転中に本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。なお図7において、ステップS1からステップS9、ステップS11及びステップS12の処理の内容は、第1実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
ステップS31において、電子制御ユニット200は、マイクロ波照射アンテナ354から照射するマイクロ波の周波数fを、第1周波数f1から第1周波数f1よりも大きい所定の第3周波数f3に変更して、マイクロ波の照射を継続する。
以上説明した本実施形態による電子制御ユニット200(制御装置)は、PMフィルタ34b(フィルタ)のPM堆積量推定値Mpm(PM堆積量)が第2閾値Mpm2(所定堆積量)未満のときは、PMフィルタ34bのPM堆積量推定値Mpmが第2閾値Mpm2以上のときよりも、マイクロ波の周波数fを高くするように構成されている。
これにより、筐体34aの入口端からその内部に進入するマイクロ波が筐体34aで分散しやすくなるため、分散させたマイクロ波によって、筐体34aのPMフィルタ34bに捕集されたPMを、より均一に加熱することが可能となる。そのため、PMフィルタ34b内にPMが偏った状態で堆積するのを抑制することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
1 機関本体
34a 筐体
34b PMフィルタ(フィルタ)
35 マイクロ波照射装置
100 内燃機関
200 電子制御ユニット(制御装置)

Claims (1)

  1. 機関本体と、
    前記機関本体の排気通路に設けられた筐体と、
    前記筐体内に収容されて排気中のPMを捕集するフィルタと、
    前記筐体内にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置と、
    を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
    前記筐体内にマイクロ波を照射してPMを加熱する場合において、前記フィルタのPM堆積量が多いときは、少ないときと比べてマイクロ波の振幅が小さくなるように、前記マイクロ波照射装置を制御し、
    前記フィルタのPM堆積量が所定堆積量未満のときは、前記フィルタのPM堆積量が前記所定堆積量以上のときよりも、マイクロ波の周波数を高くする、
    内燃機関の制御装置。
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