(57)【要約】【課題】ＰＭの酸化速度の算出精度を向上する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの再生処理の実行中における前記フィルタ内の前記粒子状物質の酸化速度を算出する算出部と、前記フィルタに堆積したアッシュの堆積量が多いほど、算出された前記酸化速度を低い値に補正し、前記フィルタの床温が低いほど、算出された前記酸化速度を低い値に補正する補正部と、を備え、前記補正部は、前記フィルタの床温が所定温度以上の場合、前記アッシュの堆積量に関わらず、算出された前記酸化速度を補正しない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの再生処理の実行中における前記フィルタ内の前記粒子状物質の酸化速度を算出する算出部と、
前記フィルタに堆積したアッシュの堆積量が多いほど、算出された前記酸化速度を低い値に補正し、前記フィルタの床温が低いほど、算出された前記酸化速度を低い値に補正する補正部と、
を備え、
前記補正部は、前記フィルタの床温が所定温度以上の場合、前記アッシュの堆積量に関わらず、算出された前記酸化速度を補正しない、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置として、排気中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集するフィルタを備える装置が知られている。この排気浄化装置では、フィルタに捕集されたＰＭの量が増大するにつれてフィルタの圧力損失が増大し、機関出力等に悪影響を与えるようになる。そこで、フィルタの温度を上げることで捕集されたＰＭを燃焼させる、いわゆる再生処理が行われる。
【０００３】
この再生処理では、単位時間当たりのＰＭ排出量及びＰＭ酸化量を算出することにより、フィルタでのＰＭ堆積量を推定し、推定したＰＭ堆積量が予め設定された量に達すると、排気通路に燃料などの添加剤が供給される。そして、添加剤の燃焼によってフィルタが昇温されることによりフィルタでのＰＭの酸化が促進されて、フィルタに堆積したＰＭは規定量まで減少する。
【０００４】
フィルタには、潤滑油に由来する成分であって上記再生処理による燃焼が困難なアッシュが堆積していく。このアッシュがフィルタに堆積するとＰＭの酸化速度が変化するため、アッシュの影響を考慮しないでＰＭの酸化速度を算出すると酸化速度の算出精度が低くなり、その結果、フィルタでのＰＭ堆積量の推定精度が低下してしまう。
【０００５】
そこで、例えば特許文献１では、フィルタに堆積したアッシュの厚さに基づいてＰＭの酸化速度を設定し、ＰＭの酸化速度の算出精度を向上している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１１２２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＰＭの酸化速度には、アッシュの堆積量だけでなく、フィルタの床温も影響する。しかしながら、従来技術では、フィルタの床温がＰＭの酸化速度に与える影響が十分に考慮されていないため、ＰＭの酸化速度の算出精度が十分でない可能性がある。
【０００８】
そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、ＰＭの酸化速度の算出精度を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの再生処理の実行中における前記フィルタ内の前記粒子状物質の酸化速度を算出する算出部と、前記フィルタに堆積したアッシュの堆積量が多いほど、算出された前記酸化速度を低い値に補正し、前記フィルタの床温が低いほど、算出された前記酸化速度を低い値に補正する補正部と、を備え、前記補正部は、前記フィルタの床温が所定温度以上の場合、前記アッシュの堆積量に関わらず、算出された前記酸化速度を補正しない。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、ＰＭの酸化速度の算出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたディーゼルエンジンの排気浄化システムの概略構成図を示す。
【図２】図２は、機関回転速度及び燃料噴射量とＰＭ排出量との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、ＰＭ酸化速度算出処理を示すフローチャートである。
【図４】図４（Ａ）は、フィルタ床温及び吸入空気量とＰＭベース酸化速度との関係を示すグラフであり、図４（Ｂ）は、アッシュ堆積量及びフィルタ床温とＰＭ酸化速度補正係数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）の排気浄化システム１００の概略構成図を示す。
【００１４】
エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。
【００１５】
燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。
【００１６】
吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。
【００１７】
排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。排気通路２６の途中には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１が設けられている。ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。
【００１８】
また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流側には、排気成分を浄化するコンバータ３０が設けられている。このコンバータ３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びフィルタ３２が配設されている。
【００１９】
酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、フィルタ３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する部材であって、多孔質のセラミックで構成されている。このフィルタ３２には、ＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されており、排気中のＰＭは、フィルタ３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。
【００２０】
また、シリンダヘッド２には、酸化触媒３１やフィルタ３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介してサプライポンプ１０に接続されており、燃料添加弁５からは第４気筒＃４の排気ポート６ｄ内に向けて燃料が噴射される。この噴射された燃料は、排気とともに酸化触媒３１やフィルタ３２に到達する。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあってコンバータ３０の上流側であれば適宜変更してもよい。
【００２１】
この他、エンジン１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この排気再循環装置は、吸気通路３と排気通路（エキゾーストマニホールド８）とを連通する排気再循環通路としてのＥＧＲ通路１３、ＥＧＲ通路１３に設けられて流量制御弁として機能するＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気再循環量、すなわちＥＧＲ量が調量される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。
【００２２】
エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。酸化触媒３１の排気下流側に設けられた排気温度センサ３３は、酸化触媒３１を通過した直後の排気の温度である排気温度ＴＥを測定する。差圧センサ３４は、フィルタ３２の排気上流側及び排気下流側の排圧の圧力差ΔＰを検出する。クランクポジションセンサ２３はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２４はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。
【００２３】
これら各種センサの出力はＥＣＵ（Electronic Control Unit）２５に入力される。ＥＣＵ２５は、中央処理制御装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（Read Only Memory：ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（Random Access Memory：ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＥＣＵ２５は、算出部及び補正部の一例である。
【００２４】
ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、ＥＣＵ２５は、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射量制御・燃料噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御等、エンジン１の各種制御を実行する。また、上記フィルタ３２に捕集されたＰＭを燃焼させるフィルタの再生処理及びＰＭ酸化速度の算出処理もＥＣＵ２５によって行われる。
【００２５】
フィルタ３２の再生処理は、基本的に以下のようにして行われる。
【００２６】
まず、エンジン１の全燃焼室から排出されるＰＭの量であるＰＭ排出量ＰＭｅが、予めの実験等を通じて設定されたマップ、例えば図２に示すように、燃料噴射弁４ａ〜４ｄの燃料噴射量Ｑと機関回転速度ＮＥとをパラメータとするＰＭ排出量算出マップに基づいて算出される。なお、図２に示すように、機関回転速度ＮＥが高いほど、あるいは燃料噴射量Ｑが多いほど、ＰＭ排出量ＰＭｅが多くなるようにＰＭ排出量ＰＭｅは算出される。そして、このＰＭ排出量ＰＭｅの算出が所定周期毎に繰り返し行われてその積算値が算出されることにより、フィルタ３２に堆積したＰＭ量であるＰＭ堆積量ＰＭｓｍが推定される。
【００２７】
このように算出されたＰＭ堆積量ＰＭｓｍが、再生開始値ＰＭｓｔａｒｔに達すると、フィルタ３２の再生処理が開始される。この再生処理では、上記燃料添加弁５による燃料添加が実行される。この燃料添加弁５から噴射された燃料は、酸化触媒３１に達すると燃焼され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒３１にて昇温された排気がフィルタ３２に流入することにより、フィルタ３２は昇温され、これによりフィルタ３２に堆積したＰＭが酸化処理されてフィルタ３２の再生が図られる。
【００２８】
フィルタ３２を昇温させることで減少するＰＭの量、すなわちフィルタ３２の再生中におけるＰＭ堆積量ＰＭｓｍは次式（１）に基づいて推定される。
再生処理中のＰＭｓｍ＝再生処理開始時のＰＭｓｍ＋ＰＭｅ−ＰＭｃ    （１）
ここで、ＰＭｓｍは、ＰＭ堆積量を表し、ＰＭｅはＰＭ排出量を表し、ＰＭｃはＰＭ酸化量を表す。
【００２９】
ＰＭ酸化量ＰＭｃは、フィルタ３２に捕集されたＰＭが燃焼処理される量である。このＰＭ酸化量ＰＭｃは、予めの実験を通じて設定されたマップ、例えば単位時間当たりのＰＭの酸化量を示すＰＭ酸化速度マップ等に基づいて算出される。そして、ＰＭ酸化量ＰＭｃ及びＰＭ排出量ＰＭｅの算出が所定周期毎に繰り返し行われ、それらの算出に同期して上記式（１）によるＰＭ堆積量ＰＭｓｍの算出が行われることにより、再生処理中のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが推定される。
【００３０】
このようにして推定される再生処理中のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが十分に少なくなり、所定の再生終了値ＰＭｆを下回ると、フィルタ３２の再生処理は終了される。これによりフィルタ３２のＰＭ堆積量ＰＭｓｍは、再生終了値ＰＭｆに相当する規定量にまで減少される。
【００３１】
ところで、フィルタ３２には、潤滑油に由来する成分であって上述した再生処理による燃焼が困難なアッシュが堆積していく。なお、このアッシュとしては、例えば潤滑油の添加剤等に含まれる成分（Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ等の金属成分など）が挙げられる。このアッシュがフィルタ３２に堆積するとＰＭ酸化速度ＰＭｃｓが変化するため、アッシュの影響を考慮しないでＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを算出すると、酸化速度の算出精度が低くなる。つまり実際のＰＭの酸化速度と上述したＰＭ酸化速度マップから求められるＰＭ酸化速度ＰＭｃｓとの乖離が大きくなる。ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓの精度が低くなると、フィルタ３２でのＰＭ堆積量ＰＭｓｍの推定精度が低下してしまう。これにより、例えば再生終了値ＰＭｆに達する前に再生処理が完了されてしまい、再生処理完了時においてＰＭの燃え残りが生じてしまうおそれがある。
【００３２】
そこで、特許文献１では、フィルタ３２に堆積したアッシュが厚いほど、ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓが低い速度となるようにし、ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓの算出精度を向上させている。
【００３３】
ここで、発明者は、フィルタ３２の床温が所定温度以上となると、アッシュの堆積がＰＭ酸化速度ＰＭｃｓにほとんど影響を及ぼさないことを見出した。このため、フィルタ３２の床温が比較的低温の場合にアッシュがＰＭ酸化速度ＰＭｃｓに与える影響を、フィルタ３２の床温が比較的高温である場合に適用すると、ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓが小さく算出される。この結果、再生処理中のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが大きく算出されることになるため、再生処理の実行期間が長くなり、燃費が悪化する等の問題が発生するおそれがある。一方、フィルタ３２の床温が比較的高温の場合にアッシュがＰＭ酸化速度ＰＭｃｓに与える影響を、フィルタ３２の床温が比較的低温の場合に適用すると、ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓが大きく算出される。この結果、再生処理中のＰＭ堆積量ＰＭｓｍを小さく算出することになり、本来必要な再生処理が実施されずに、背圧が増加したり出力が低下したりする等の問題が発生するおそれがある。
【００３４】
そこで、本実施形態では、アッシュの堆積量に加えて、フィルタ３２の床温を考慮して、ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを算出する。
【００３５】
図３は、本実施形態に係るＰＭ酸化速度ＰＭｃｓの算出処理の一例を示すフローチャートである。図３の処理は、ＥＣＵ２５によって所定周期ごとに繰り返し実行される。
【００３６】
まず、ＥＣＵ２５は、フィルタ３２の床温（フィルタ床温）ＴＦを推定する（ステップＳ１１）。具体的には、ＥＣＵ２５は、排気温度センサ３３により測定された排気温度ＴＥに基づいて、フィルタ床温ＴＦを推定する。なお、フィルタ３２に、フィルタ床温ＴＦを測定する温度センサを設置し、ＥＣＵ２５が、当該温度センサからフィルタ床温ＴＦを取得する構成としてもよい。
【００３７】
次に、ＥＣＵ２５は、ＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓを算出する（ステップＳ１３）。ＥＣＵ２５は、例えば図４（Ａ）に示す、フィルタ床温ＴＦと吸入空気量とをパラメータとするＰＭベース酸化速度算出マップに基づいて、ＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓを算出する。図４（Ａ）に示すようにフィルタ床温ＴＦが高いほど、また、吸入空気量が多いほど、ＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓが速くなるように、ＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓは算出される。
【００３８】
次に、ＥＣＵ２５は、現在のアッシュ堆積量Ａｓｍを算出する（ステップＳ１５）。フィルタ３２においてアッシュの堆積量が多くなるにつれて、差圧センサ３４によって検出される圧力差ΔＰは大きくなる。したがって、ＥＣＵ２５は、圧力差ΔＰに基づいてアッシュ堆積量Ａｓｍを算出する。
【００３９】
次に、ＥＣＵ２５は、ＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔを算出する（ステップＳ１７）。ＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔは、ＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓを補正したＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを算出するために用いられる。より具体的には、ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓは、ＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓにＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔを乗算することにより算出される。
【００４０】
ステップＳ１７において、ＥＣＵ２５は、図４（Ｂ）に示す、フィルタ床温ＴＦとアッシュ堆積量ＡｓｍとをパラメータとするＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔ算出マップに基づいて、ＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔを算出する。
【００４１】
フィルタ３２には、ＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されているが、当該触媒にアッシュが付着すると、触媒の効果が減退するため、ＰＭ酸化速度が低下する。そこで、ＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔ算出マップにおいて、アッシュ堆積量Ａｓｍが多くなるほど、ＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔが小さくなり、アッシュ堆積量Ａｓｍが所定量以上では、一定の値に収束するように設定されている。また、フィルタ床温ＴＦが所定温度Ｔ１未満の場合、フィルタ床温ＴＦが低くなるほど、ＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔが小さくなるように設定されている。例えば、フィルタ床温ＴＦがＴ３（例えば、６００℃）の場合のＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔは、フィルタ床温ＴＦがＴ２（例えば、７００℃）の場合のＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔよりも小さく設定されている。
【００４２】
しかしながら、フィルタ床温ＴＦが、ＰＭの酸化促進に触媒の効果を必要としない温度以上となると、アッシュが堆積していたとしても、ＰＭ酸化速度はアッシュの影響を受けない。
【００４３】
そこで、図４（Ｂ）に示すように、ＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔ算出マップにおいて、フィルタ床温ＴＦが所定温度Ｔ１（例えば、８００℃）以上の場合には、アッシュの堆積量がＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓに影響を与えないため、ＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔが１となるように設定されている。すなわち、フィルタ床温ＴＦが所定温度Ｔ１以上の場合には、ＥＣＵ２５は、ＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓを補正せずに、ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓとする。
【００４４】
これにより、アッシュ堆積量Ａｓｍが多くなるほど、ＰＭ酸化速度が低下し、また、フィルタ床温ＴＦが小さくなるほど、ＰＭ酸化速度は低下するが、フィルタ床温ＴＦが所定温度以上となった場合、ＰＭ酸化速度はアッシュの影響をほとんど受けないということを、ＰＭ酸化速度の算出に反映することができる。
【００４５】
次に、ＥＣＵ２５は、ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを算出し（ステップＳ１９）、図３の処理を終了する。具体的には、ステップＳ１７で算出したＰＭ酸化速度補正係数Ｃａｔを、ＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓに乗算することによって、ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを算出する。
【００４６】
以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、エンジン１の排気通路２６に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ３２と、フィルタ３２の再生処理の実行中におけるフィルタ３２内の粒子状物質の酸化速度（ＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓ）を算出し、フィルタ３２に堆積したアッシュの堆積量が多いほど、ＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓを低い値に補正し、フィルタ３２の床温が低いほどＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓを低い値に補正するＥＣＵ２５と、を備える。ＥＣＵ２５は、フィルタ３２の床温が所定温度以上の場合、アッシュの堆積量に関わらずＰＭベース酸化速度ＰＭｂｃｓを補正しない。これにより、フィルタ３２の床温が所定温度以上の場合、ＰＭ酸化速度はアッシュの堆積量の影響を受けないということを反映したＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを算出できるため、ＰＭ酸化速度の算出精度が向上する。
【００４７】
なお、上記実施形態では、エンジン１がディーゼルエンジンの場合について説明したが、エンジン１は、ガソリンエンジンでもよい。この場合、フィルタ３２は、ガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）である。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
１    エンジン
２５  ＥＣＵ
２６  排気通路
３２  フィルタ
１００  排気浄化システム（内燃機関の制御装置）
【図１】
2020122469.tif 000003
【図２】
2020122469.tif 000004
【図３】
2020122469.tif 000005
【図４】
2020122469.tif 000006