JP7334643B2

JP7334643B2 - エンジンシステム

Info

Publication number: JP7334643B2
Application number: JP2020023130A
Authority: JP
Inventors: 和哉宮地; 理生大向
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2023-08-29
Anticipated expiration: 2040-02-14
Also published as: JP2021127730A

Description

本発明は、エンジンシステムに関する。

燃料カットが実行されることにより、エンジンを減速させる場合がある。しかしながら所定の条件下で燃料カットを実行すると、酸素を多く含んだ空気がパティキュレートフィルタに流れ込み、パティキュレートフィルタでＰＭ（排気微粒子）が燃焼してパティキュレートフィルタが過昇温する可能性がある。例えば特許文献1では、燃料噴射量の増量後に燃料カットを禁止し又はＥＧＲガス量を増量させることにより、パティキュレートフィルタが過昇温を抑制している。

特開２０１４－１４５２７１号公報

上記特許文献１では、燃料カットが禁止されるため、エンジンを十分に減速させることができない可能性がある。

そこで本発明は、燃料カット要求があった場合にエンジンを減速しつつパティキュレートフィルタの過昇温を抑制できるエンジンシステムを提供することを目的とする。

上記目的は、ハイブリッド車両に適用されたエンジンシステムであって、燃料噴射弁から噴射された燃料と空気との混合気を点火プラグにより点火するエンジンと、前記エンジンに接続された排気通路上に設けられた三元触媒と、前記三元触媒よりも下流側の前記排気通路上に設けられ排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射の停止を要求する燃料カット要求があるか否かを判定する判定部と、燃料カットを実行することによって前記パティキュレートフィルタが過昇温するか否かを予測する予測部と、燃料カット要求がある場合に燃料カットを実行することにより前記パティキュレートフィルタが過昇温すると予測された場合には、前記燃料噴射弁による燃料噴射を実行しつつ前記点火プラグによる前記混合気への点火を禁止するとともに初期の燃料噴射量は空燃比がリーンとなるように制御しその後に燃料噴射量を空燃比がストイキ側となるように制御する制御部と、を備えたエンジンシステムによって達成できる。

このように燃料カットの実行によりパティキュレートフィルタの過昇温が予測された場合には、燃料噴射を実行しつつ混合気への点火が禁止される。エンジンで混合気への点火が行われないため、エンジンを減速させることができる。また、点火されない混合気がパティキュレートフィルタよりも先に三元触媒に流れることにより、混合気中に含まれる燃料が三元触媒の温度により燃焼して酸素が消費される。このようにして酸素濃度が低下したガスがパティキュレートフィルタに流入する。このため、パティキュレートフィルタでの排気微粒子の燃焼が抑制され、パティキュレートフィルタの過昇温が抑制される。

本発明によれば、燃料カット要求があった場合にエンジンを減速しつつパティキュレートフィルタの過昇温を抑制できるエンジンシステムを提供できる。

図１は、本実施例のエンジンシステムの概略構成を示す図である。図２は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。図３は、ＧＰＦの温度とＧＰＦでのＰＭの堆積量とを示したマップである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本実施例のエンジンシステムの概略構成を示す図である。エンジンシステムは、例えば車両に搭載されている。エンジン１は、ガソリン機関である。エンジンシステムは、エンジン１、排気通路２、三元触媒４、ガソリンパティキュレートフィルタ（以下、ＧＰＦと称する）５、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０等を備えている。排気通路２は、エンジン１に接続されている。この排気通路２の途中には、上流側から順に、三元触媒４、ＧＰＦ５が設けられている。

三元触媒４は、酸素吸蔵能を有し、ＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを浄化する。三元触媒４は、例えば、コージェライト等の基材、特にはハニカム基材上に、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の触媒担体と、当該触媒担体上に担持された白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属とを含む１つ又は複数の触媒層を形成したものである。

ＧＰＦ５は、多孔質セラミックス構造体において、多数のセルのうち隣り合うものの前端部と後端部とを交互に目封じした構造である。排気ガスは、ＧＰＦ５の上流側の端部が開放したセルに流入し、隣のセルとの間の多孔質の壁を通過するようになっており、このときに排気ガス中のＰＭが捕集される。また、ＧＰＦ５には白金等の貴金属が担持されており、ＧＰＦ再生処理の際には、この貴金属が、堆積したＰＭの酸化反応を促進する。ＧＰＦ５は、パティキュレートフィルタの一例である。

ＧＰＦ５には、温度センサＳ１が取り付けられており、これによりＧＰＦ５の温度を検出できる。三元触媒４よりも下流であってＧＰＦ５よりも上流側の排気通路２には、圧力センサＳ２が取り付けられている。ＧＰＦ５よりも下流側の排気通路２には、圧力センサＳ３が取り付けられている。ＥＣＵ１０は、圧力センサＳ２による検出圧力と圧力センサＳ３による検出圧力との差に基づいて、ＧＰＦ５でのＰＭの堆積量を推定できる。尚、三元触媒４よりも下流側であってＧＰＦ５よりも上流側で排気通路２と吸気通路８との間を連通して排気ガスの一部を吸気通路８に還流させるＥＧＲ装置を設けてもよい。

エンジン１には、エンジン１の燃焼室へ燃料を供給する燃料噴射弁６と、燃料噴射弁６から噴射された燃料と空気との混合気を点火する点火プラグ７とが設けられている。尚、燃料噴射弁６は、エンジン１の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁であるが、これに限定されず、エンジン１の吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁であってもよい。

エンジン１には、吸気通路８が接続されている。吸気通路８の途中には、エンジン１の吸入空気量を調整するスロットル９が設けられている。スロットル９よりも上流の吸気通路８には、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１５が取り付けられている。

ＥＣＵ１０は、エンジン１を制御するための電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１を制御する。ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１６を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１７、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁６、点火プラグ７、スロットル９、及びエアフローメータ１５、温度センサＳ１、及び圧力センサＳ２及びＳ３、が電気配線を介して接続されている。

ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁６からの燃料噴射が停止される燃料カットの要求があった場合、燃料カットを実行することによってＧＰＦ５が過昇温するか否かを予測する。燃料カット時の過昇温は、燃料カットが実行されることにより酸素の多い空気が三元触媒４に流れ込み、ＧＰＦ５上でＰＭの燃焼が促進されることにより生じる。ＥＣＵ１０は、このように予測された場合には、燃料噴射を継続しつつ混合気への点火を禁止する。

図２は、ＥＣＵ１０が実行する制御の一例を示したフローチャートである。この制御は繰り返し実行される。ＥＣＵ１０は、燃料カット要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。燃料カット要求は、例えばアクセルペダル１６の開度がゼロに制御されて、即ちエンジン１の減速が要求されている場合に要求される。一方、燃料カット要求がない場合とは、例えばアクセルペダル１６の開度がゼロより大きくなる場合等である。その他、燃料カット要求は、例えばハイブリッド車両でのモータ回生運転からエンジンブレーキ移行時に要求される場合がある。ステップＳ１の処理は、燃料噴射弁６からの燃料の噴射の停止を要求する燃料カット要求があるか否かを判定する判定部が実行する処理の一例である。ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御は終了する。即ち、エンジン１においては通常運転（ファイアリング）が継続される。

ステップＳ１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１０は、燃料カットの実行によりＧＰＦ５が過昇温すると予測される過昇温領域に属するか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、図３のマップを参照して判定される。図３は、ＧＰＦ５の温度とＧＰＦ５でのＰＭの堆積量とを示したマップである。縦軸はＧＰＦ５の温度を示し、横軸はＧＰＦ５でのＰＭの堆積量を示している。図３には、燃料カット実行時にＧＰＦ５が過昇温すると予測される過昇温領域を示している。このマップは、予め実験により取得されＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。図３に示すように、ＧＰＦ５が高温であるほど、及び堆積量が多いほど、燃料カット実行時にＧＰＦ５が過昇温となる可能性が高い。ＧＰＦ５の温度は上述したように温度センサＳ１により取得でき、ＰＭの堆積量は圧力センサＳ２及びＳ３により推定できる。ステップＳ３の処理は、燃料カットを実行することによってＧＰＦ５が過昇温するか否かを予測する予測部が実行する処理の一例である。

尚、ＧＰＦ５の温度の取得方法やＰＭの堆積量の推定方法は、これに限定されない。例えば、上述のようなマップ以外に、ＧＰＦ５の温度とＧＰＦ５でのＰＭの堆積量とに基づいて、計算式により得られた数値に応じて燃料カット実行時にＧＰＦ５が過昇温するか否かを予測してもよい。また、エンジン１の運転履歴に基づいてＰＭの堆積量を推定してもよい。また、エンジン１の回転数や吸入空気量に基づいてＧＰＦ５の温度を推定してもよい。また、それ以外の手法により、燃料カットを実行した場合にＧＰＦ５が過昇温するか否かを予測してもよい。

ステップＳ３でＮｏの場合には、ＥＣＵ１０は燃料カットを実行する（ステップＳ５）。

ステップＳ３でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１０は燃料噴射弁６による燃料噴射を継続しつつ点火プラグ７による混合気への点火を禁止する（ステップＳ７）。これにより、燃料と空気の混合気が点火されずに、三元触媒４に供給される。三元触媒４では、混合気中に含まれる燃料が三元触媒４の温度により燃焼して酸素が消費される。このようにして酸素濃度が低下したガスがＧＰＦ５に流入する。このため、ＧＰＦ５でのＰＭの燃焼が抑制されてＧＰＦ５の過昇温が抑制される。また、エンジン１では点火プラグ７による混合気への点火は禁止されているため、エンジン１は通常の燃料カットを実行した場合と同様に減速する。このように、燃料カット要求時にエンジン１を減速しつつＧＰＦ５の過昇温を抑制できる。

ステップＳ７において、燃料噴射量が多いと三元触媒４で多くの燃料が燃焼して過昇温となる可能性がある。従って、例えば、ステップＳ７において、初期の燃料噴射量は、空燃比がリーンとなるように制御し、三元触媒４の温度が低下し始めてから燃料噴射量を例えばストイキ側に制御してもよい。

ステップＳ１とステップＳ３との間、またはステップＳ３とステップＳ５との間、ステップＳ３とステップＳ７との間で、システムに異常が生じていないか否かを判定してもよい。この場合、システムに異常がある場合には、ステップＳ５の処理やステップＳ７の処理は禁止して通常運転を継続してもよい。

本実施例のエンジンシステムは、上述したようにガソリンエンジンを搭載した車両のみならず、動力源としてモータ及びエンジンを搭載したハイブリッド車両に適用してもよい。例えばハイブリッド車両では、モータの回転数が高い状態で何らかの理由によりエンジンのトルクが過大となって、モータが過回転に至る場合がある。このような場合に部品保護のために燃料カットが要求される場合がある。また、バッテリの充電残量が増大してモータの回生電力をバッテリにより充電できないような場合には、エンジンのフリクションによりエンジンを減速させてモータの回転速度を低下させるべく燃料カットが要求される場合がある。更に、回生運転状態からエンジンブレーキ状態へ移行する際に車両の減速度を一定に維持するために燃料カットが要求される場合がある。このようにハイブリッド車両においても燃料カットが要求された場合に、パティキュレートフィルタが過昇温すると予測された場合に燃料噴射を実行しつつ混合気への点火を禁止することにより、エンジンを減速しつつパティキュレートフィルタの過昇温を抑制できる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１エンジン
４三元触媒
５ＧＰＦ（パティキュレートフィルタ）
６燃料噴射弁
７点火プラグ
１０ＥＣＵ（判定部、予測部、制御部）
１６アクセルペダル
１７アクセル開度センサ

Claims

ハイブリッド車両に適用されたエンジンシステムであって、
燃料噴射弁から噴射された燃料と空気との混合気を点火プラグにより点火するエンジンと、
前記エンジンに接続された排気通路上に設けられた三元触媒と、
前記三元触媒よりも下流側の前記排気通路上に設けられ排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記燃料噴射弁からの燃料の噴射の停止を要求する燃料カット要求があるか否かを判定する判定部と、
燃料カットを実行することによって前記パティキュレートフィルタが過昇温するか否かを予測する予測部と、
燃料カット要求がある場合に燃料カットを実行することにより前記パティキュレートフィルタが過昇温すると予測された場合には、前記燃料噴射弁による燃料噴射を実行しつつ前記点火プラグによる前記混合気への点火を禁止するとともに初期の燃料噴射量は空燃比がリーンとなるように制御しその後に燃料噴射量を空燃比がストイキ側となるように制御する制御部と、を備えたエンジンシステム。