(57)【要約】【課題】想定よりも大きな背圧上昇が起きることを抑制することができる内燃機関システムを提供する。【解決手段】内燃機関システム１０は、差圧センサ３、内燃機関８、およびエンジン電子制御ユニット９を備えている。エンジン電子制御ユニット９に構築された機能の他の一つとして、「出力制限実施手段」が提供される。エンジン電子制御ユニット９が出力制限実施手段として機能する場合には、エンジン電子制御ユニット９は、差圧センサ３が正常であるか否かを判定し、差圧センサ３が正常である場合には差圧センサ３で計測した差圧が第一閾値以上であるときに内燃機関８の出力制限を実施し、差圧センサ３が正常ではない場合にはＰＭ堆積量算出手段で算出したＰＭ堆積量が第二閾値以上であるときに内燃機関８の出力制限を実施する処理を実行する。【選択図】図３
2019183658.tif 000002
【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たパティキュレートフィルタと、
前記排気通路に設けられ、前記パティキュレートフィルタの排気通路上流側の圧力に基づいて前記パティキュレートフィルタのＰＭ堆積量を計測するための差圧センサと、
前記内燃機関が搭載された車両の走行履歴に基づいて、前記パティキュレートフィルタのＰＭ堆積量を算出するＰＭ堆積量算出手段と、
前記差圧センサが正常であるか否かを判定し、前記差圧センサが正常である場合には前記差圧センサで計測した差圧が予め定められた第一閾値以上であるときに前記内燃機関の出力制限を実施し、前記差圧センサが正常ではない場合には前記ＰＭ堆積量算出手段で算出した前記ＰＭ堆積量が予め定められた第二閾値以上であるときに前記内燃機関の出力制限を実施するように構築された出力制限実施手段と、
を備える内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００４−１３２３５８号公報の特に段落００４０、００４１に開示されているように、ＰＭフィルタに堆積したパティキュレートマター（ＰＭ）の堆積量を内燃機関の運転状態から推定演算する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３２３５８号公報
【特許文献２】特開２００９−１８５７６７号公報
【特許文献３】国際公開第２０１３／１０５３７２号
【特許文献４】特開２００８−０１９７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関から排出されるガスには、燃焼により生じた粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）およびオイル中の添加剤等からなるアッシュ（Ａｓｈ）等の有害物質が含まれている。以下、ＰＭおよびＡｓｈの堆積量を、便宜上、まとめて「ＰＭ堆積量」とも呼称する。
【０００５】
内燃機関を搭載した車両の過去の車両走行履歴から、ＰＭ堆積量を算出することが考えられる。さらに、算出したＰＭ堆積量から背圧上昇分を考慮してスロットル開度を抑制するなどして、背圧上昇に伴う内燃機関の燃焼不良および排気ガス漏れ抑制を行うことが考えられる。しかしながら、車両走行履歴に依存するのみではＰＭ堆積量の算出精度が低くなる場合もあり、パティキュレートフィルタにＰＭが想定以上に堆積していることを見逃すおそれがある。その結果、想定よりも大きな背圧上昇を招くおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、想定よりも大きな背圧上昇が起きることを抑制することができる内燃機関システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる内燃機関システムは、
内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、
前記排気通路に設けられ、前記パティキュレーフィルタの排気通路上流側の圧力に基づいて前記パティキュレートフィルタのＰＭ堆積量を計測するための差圧センサと、
前記内燃機関が搭載された車両の走行履歴に基づいて、前記パティキュレートフィルタのＰＭ堆積量を算出するＰＭ堆積量算出手段と、
前記差圧センサが正常であるか否かを判定し、前記差圧センサが正常である場合には前記差圧センサで計測した差圧が予め定められた第一閾値以上であるときに前記内燃機関の出力制限を実施し、前記差圧センサが正常ではない場合には前記ＰＭ堆積量算出手段で算出した前記ＰＭ堆積量が予め定められた第二閾値以上であるときに前記内燃機関の出力制限を実施するように構築された出力制限実施手段と、
を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＰＭ堆積量算出手段のみならず差圧センサに基づく堆積量検出も併用することで、パティキュレートフィルタのＰＭ堆積状態を精度良く把握することができる。その結果、想定よりも大きな背圧上昇が起きることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかる内燃機関システムを示すハードウェア構成図である。
【図２】実施の形態にかかる内燃機関システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図３】実施の形態にかかる内燃機関システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図４】実施の形態にかかる内燃機関システムで実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、実施の形態にかかる内燃機関システム１０を示すハードウェア構成図である。図１に示すように、内燃機関システム１０は、吸気通路の上流に設けられたエアフロセンサ１と、吸気通路の下流に電動スロットルボデー２と、排気通路に設けられた差圧センサ３と、排気通路に設けられた三元触媒４と、排気通路において三元触媒４の後段に設けられたＰＭフィルタ５と、排気タービンおよび吸気コンプレッサを持つ過給機６と、ウエストゲートバルブ７と、吸気通路からの吸気と燃料との混合ガスを燃焼させるとともに排気ガスを排気通路に排出する内燃機関８と、エンジン電子制御ユニット９と、を備えている。
【００１１】
電動スロットルボデー２は、内燃機関８の吸入空気量を調節するためにスロットル開度を調節することができる。ＰＭフィルタ５は、内燃機関８の排気通路に設けられている。差圧センサ３は、内燃機関８の排気通路に設けられている。差圧センサ３を用いれば、ＰＭフィルタ５の排気通路上流側の圧力に基づいてＰＭフィルタ５のＰＭ堆積量を計測することができる。内燃機関８は、少なくとも一つの気筒を持ち、気筒内での燃焼エネルギをピストン駆動力およびクランク回転力に変換する。
【００１２】
エンジン電子制御ユニット９は、エアフロセンサ１、電動スロットルボデー２、差圧センサ３、およびウエストゲートバルブ７などを含む各種センサ機器及び各種アクチュエータ機器と接続している。エンジン電子制御ユニット９は、これらの機器とセンサ信号およびアクチュエータ制御信号をやりとりする。
【００１３】
エンジン電子制御ユニット９に構築された機能の一つとして、「ＰＭ堆積量算出手段」が提供される。エンジン電子制御ユニット９がＰＭ堆積量算出手段として機能する場合には、エンジン電子制御ユニット９は、内燃機関８が搭載された車両の走行履歴に基づいてＰＭフィルタ５のＰＭ堆積量を算出する処理を実行する。
【００１４】
エンジン電子制御ユニット９に構築された機能の他の一つとして、「出力制限実施手段」も提供される。エンジン電子制御ユニット９が出力制限実施手段として機能する場合には、エンジン電子制御ユニット９は、まず、差圧センサ３が正常であるか否かを判定する。さらに、エンジン電子制御ユニット９は、差圧センサ３が正常である場合には差圧センサ３で計測した差圧が第一閾値以上であるときに内燃機関８の出力制限を実施し、差圧センサ３が正常ではない場合には前述した「ＰＭ堆積量算出手段」で算出したＰＭ堆積量が第二閾値以上であるときに内燃機関８の出力制限を実施する処理を実行する。
【００１５】
この「第一閾値」は、予め定められた値であり、具体的には図３を用いて後述する制限値算出ラインＬｔｈの値である。この「第二閾値」は、予め定められた値であり、具体的には図２を用いて後述する堆積量判定値Ａｔｈである。
【００１６】
実施の形態では、このように差圧センサ３とＰＭ堆積量算出手段を選択的に使用することで、ＰＭフィルタ５の状態を精度良く把握することができる。その結果、想定よりも大きな背圧上昇が起きることを抑制することができる。以下、「出力制限実施手段」の詳細を説明するために、差圧センサ３が正常であるか否かに応じて切り替わる二つの制御である「差圧センサ３を用いない背圧調整制御」と「差圧センサ３を用いる背圧調整制御」とをそれぞれ説明する。
【００１７】
（差圧センサ３を用いない背圧調整制御）
実施の形態にかかる内燃機関システム１０は、差圧センサ３を用いない背圧調整制御を実行できるように構築されている。この制御は、エンジン電子制御ユニット９が前述した「ＰＭ堆積量算出手段」としての機能を発揮することで実現される。すなわち、内燃機関８を制御するエンジン電子制御ユニット９において、現時点までの車両走行履歴に基づいてＰＭおよびＡｓｈの堆積量が算出される。算出用のプログラムは予めエンジン電子制御ユニット９のメモリに読み出し可能に保存されている。
【００１８】
さらに、算出されたＰＭ堆積量から、背圧増加により機能不全および排気ガス漏れを回避するための出力制限値が算出される。算出されたＰＭ堆積量から背圧上昇分を考慮して、三段階などの複数段階の出力制限を作動させてもよい。エンジン電子制御ユニット９は、電動スロットルボデー２およびウエストゲートバルブ７へと制御信号を伝達することで内燃機関８の出力制限を実施する。
【００１９】
図２は、実施の形態にかかる内燃機関システム１０の動作を示すタイミングチャートである。図２は、差圧センサ３を用いない背圧調整制御を説明するための図である。図２の点Ｐ１に示すタイミングで、ＰＭおよびＡｓｈの堆積量が予め定めた堆積量判定値Ａｔｈ以上であると判定される。この場合、エンジン電子制御ユニット９は、吸入空気量Ｇａの制限値を算出してこれを内燃機関８の制御に反映させることで、点Ｐ２に示すように吸入空気量Ｇａを制限する。過去の車両走行履歴から算出されたＰＭおよびＡｓｈの堆積量に基づいて、吸入空気量Ｇａの制限値をどの程度の大きさにするかが算出される。その後、図２の符号Ｐ３でも示すように出力制限が継続され、この出力制限がＰＭおよびＡｓｈの堆積量が減少するまで継続される。
【００２０】
（差圧センサ３を用いた背圧調整制御）
実施の形態にかかる内燃機関システム１０は、差圧センサ３を用いた背圧調整制御も実行できるように構築されている。差圧センサ３は、ＰＭフィルタ５の前段圧力と後段圧力の差分を測定する。前段圧力とは、実施の形態では、排気通路におけるＰＭフィルタ５とその前段の構成である三元触媒４との間の排気圧である。後段圧力とは、排気通路におけるＰＭフィルタ５の後段における排気圧であり、後段圧力は大気圧で代表することができる。
【００２１】
実施の形態では、差圧センサ３は、ＰＭフィルタ５の前段の圧力と大気圧との差圧をモニタした信号をエンジン電子制御ユニット９に伝達している。ＰＭフィルタ５にＰＭが堆積すると、ＰＭフィルタ５の前段の圧損が増加する。差圧センサ３の出力信号により、ＰＭフィルタ５の前段の圧力が増加したことを検知することができ、ＰＭ堆積量の増加を検出することができる。従って、差圧センサ３の出力値を用いて、背圧調整制御が必要であるか否かを判定することができる。
【００２２】
具体的には、差圧センサ３の出力値が予め定めた所定圧力値を上回った場合には、背圧調整制御が必要と判断される。この場合には、エアフロセンサ１が示す吸入空気量を用いて、制限値の算出が行われる。その後、エンジン電子制御ユニット９は、電動スロットルボデー２およびウエストゲートバルブ７へと制御信号を伝達することで、内燃機関８の出力制限を実施する。
【００２３】
図３は、実施の形態にかかる内燃機関システム１０の動作を示すタイミングチャートである。図３は、差圧センサ３を用いた背圧調整制御を説明するための図である。図３の点Ｑ１に示すタイミングにおいて、差圧センサ３で検知した差圧値が予め定めた制限値算出ラインＬｔｈの値に達する。これにより、差圧が予め定めた基準よりも大きくなったことが検知される。この場合、エンジン電子制御ユニット９は、吸入空気量Ｇａの制限値を算出してこれを内燃機関８の制御に反映させることで、点Ｐ２に示すように吸入空気量Ｇａを制限する。
【００２４】
制限値の算出の際には、制限開始時にラッチした吸入空気量Ｇａの値に「補正項Ｇａｃ」が算入される。補正項Ｇａｃは、予め適合された適合値である。出力制限中は、吸入空気量Ｇａの値がホールドされる。
【００２５】
補正項Ｇａｃは、差圧ハード限界ラインＨｔｈまで内燃機関８の性能を使い切るために、吸入空気量Ｇａを適切に補正するように設定される。図３のタイミングチャートにおける差圧およびＧＰＦ温度のグラフにおいて、補正項Ｇａｃと関連する箇所に符号Ｑ３を付している。補正項Ｇａｃは、図３のＧＰＦ温度タイミングチャートに破線で示したように、ＧＰＦ温度上昇による差圧増加見込み分の吸入空気量Ｇａを減算補正する役割も果たしている。その後、差圧が低下したときには、点Ｑ４に示すように吸入空気量Ｇａの制限が解除される。
【００２６】
（実施の形態の具体的処理）
図４は、実施の形態にかかる内燃機関システム１０で実行される制御ルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンの各ステップの処理は、エンジン電子制御ユニット９によって実行される。図４に示すルーチンは、差圧センサ３が正常か否かに応じて、差圧センサ３を用いた背圧調整制御と差圧センサ３を用いない背圧調整制御とを選択的に実行するものである。
【００２７】
図４に示すルーチンでは、まず、内燃機関８を搭載した車両が加速中であるか否かが判定される（ステップＳ１００）。次に、差圧センサ３が正常であるか否かが判定される（ステップＳ１０２）。
【００２８】
ステップＳ１０２の判定結果が肯定（ＹＥＳ）であった場合は、前述した「差圧センサ３を用いた背圧調整制御」を実施するために、まず差圧センサ３の出力から得られた圧力値が予め定めた第一閾値以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。この第一閾値は、予め定められた所定圧力値であり、より具体的には図３に示した「制限値算出ラインＬｔｈ」である。
【００２９】
ステップＳ１０４の判定結果が肯定（ＹＥＳ）であった場合、つまり差圧センサ３の圧力値≧第一閾値（Ｌｔｈ）であると判定された場合には、出力制限を行うための吸入空気量Ｇａの制限値が決定される（ステップＳ１０６）。制限値には、図３で説明した補正項Ｇａｃが算入されている。その後、処理はステップＳ１０８へと進み、ステップＳ１０６での決定に従って出力制限が実施され、今回のルーチンが終了する。上記ステップＳ１０４の判定結果が否定（ＮＯ）であった場合は、出力制限が行われることなく今回のルーチンが終了する。
【００３０】
一方、ステップＳ１０２の判定結果が否定（ＮＯ）であった場合は、前述した「差圧センサ３を用いない背圧調整制御」を実施するために、ＰＭおよびＡｓｈの堆積量から出力制限値を決定する計算処理が実施される（ステップＳ１０３）。具体的には、ステップＳ１０３の処理では、まずエンジン電子制御ユニット９が「ＰＭ堆積量算出手段」として機能することでＰＭおよびＡｓｈが堆積した量を表すためのＰＭ堆積量が算出される。
【００３１】
次に、算出されたＰＭ堆積量が第二閾値（すなわち制限値算出ラインＬｔｈ）以上であるか否かが判定される。ＰＭ堆積量≧第二閾値（Ａｔｈ）であると判定された場合には、出力制限値が算出される。なお、ステップＳ１０３において、ＰＭ堆積量が第二閾値より小さいときには出力制限の必要がないと判断されるので、この場合には出力制限値がゼロと設定されて実質的に出力制限が行われないこともある。その後、処理はステップＳ１０８へと進み、ステップＳ１０３での決定に従って出力制限が実施される。
【００３２】
以上説明したとおり、実施の形態によれば、差圧センサ３とＰＭ堆積量算出手段を選択的に使用することで、ＰＭフィルタ５の状態を精度良く把握することができる。その結果、想定よりも大きな背圧上昇が起きることを抑制することができる。なお、ステップＳ１０８にかかる内燃機関８の出力制限は、スロットル開度、点火時期制御、バルブタイミング制御、ウエストゲートバルブ開度制御などのうち少なくとも一つによって実現することができる。
【００３３】
ここで、実施の形態の効果を補足説明する。過去の車両走行履歴からパティキュレートマター（ＰＭ）およびＡｓｈの堆積量を算出し、算出された堆積量から背圧上昇分を考慮して三段階で出力制限を作動させる技術がある。これにより、圧損増加による内燃機関８の機能不全および排気ガス漏れのリスクを回避することができる。しかしながら、ＰＭおよびＡｓｈの堆積量が走行履歴から算出される場合、その算出精度が低くなると誤差が生じてしまうので、必要以上の出力制限が作動してしまう問題がある。
【００３４】
問題点が発生する理由を更に説明する。走行履歴からＰＭおよびＡｓｈの堆積量を算出する場合には、燃料性状を考慮した計算が行われない。このため、燃料が霧化しにくい低温環境下において霧化のし難い重質燃料が給油された場合には、想定されるＰＭ量よりも実際に排出されるＰＭ量が上回るケースがある。これとは逆のケースもありうる。こういったケースではＰＭの推定精度が低くなる恐れがある。予め、ハード補償出力制限として、ある程度の余裕を確保して内燃機関８の制御を行わざるをえない。
【００３５】
この点、実施の形態によれば、差圧センサ３が正常である限り、なるべく差圧センサ３の計測値に基づく出力制限を実施することができる。従って、上記の走行履歴に基づくＰＭ堆積量算出で心配される出力制限の弊害をなるべく避けることもできる。
【符号の説明】
【００３６】
１  エアフロセンサ
２  電動スロットルボデー
３  差圧センサ
４  三元触媒
５  ＰＭフィルタ
６  過給機
７  ウエストゲートバルブ
８  内燃機関
９  エンジン電子制御ユニット
１０  内燃機関システム
Ａｔｈ  堆積量判定値（第二閾値）
Ｇａ  吸入空気量
Ｇａｃ  補正項
Ｈｔｈ  差圧ハード限界ライン
Ｌｔｈ  制限値算出ライン（第一閾値）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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