JP7600655B2

JP7600655B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP7600655B2
Application number: JP2020203119A
Authority: JP
Inventors: 仁己杉本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2024-12-17
Anticipated expiration: 2040-12-08
Also published as: JP2022090681A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

排気系に粒子状物質を除去するフィルタを有するエンジンと、エンジンを制御する制御装置と、を備える自動車が知られている。制御装置は、燃費と乗り心地の両立を図る第１モードとエンジンを所定負荷よりも高い負荷で駆動させる第２モードとを含む複数のモードのうち選択されたモードにより走行するようにエンジンを制御する。

また、制御装置はフィルタにおける粒子状物質の堆積量が閾値以上のときに、第２モードによる走行が推奨されることを運転者に報知する。この報知に対して運転者が第２モードを選択すると、フィルタの再生処理のためにエンジンを高負荷で駆動させても、運転者に与える違和感を抑制することができる（以上、特許文献１参照）。

特開２０１８－１６７６１８号公報

しかしながら、第２モードによる走行の推奨を車両の走行中に運転者に報知すれば、不安定な運転状態（例えば脇見運転等）を誘発するおそれがある。また、車両の停車中であっても、目的地到着といった走行終了後の停車であれば、停車後に制御装置が停止することによって再生処理が途中で終了する可能性もある。

そこで、本発明では、走行中におけるフィルタの再生処理の選択操作と再生処理中の制御装置の停止を回避することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に有する内燃機関の制御装置であって、前記制御装置は、前記粒子状物質の堆積量が前記堆積量の過堆積状態を判定する第１閾値より小さな第２閾値より大きい場合であり、かつ、前記内燃機関を搭載する車両の停車中であって、前記制御装置の起動後に走行を表す車速の履歴がない所定の車両状態である場合に、前記フィルタの再生処理を実行するか否かの選択を通知し、前記堆積量が増加するほど、前記選択の通知頻度を増やす。

本発明によれば、走行中におけるフィルタの再生処理の選択操作と再生処理中の制御装置の停止を回避することができる。

図１は車両の構成の概略を示す構成図である。図２はＨＶＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。図３（ａ）は走行距離とＰＭ堆積量の関係を示すグラフである。図３（ｂ）はディスプレイに表示される選択通知の一例である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、ＨＶ（Hybrid Vehicle：ハイブリッド自動車）を表す車両２０は、内燃機関としてのエンジン２２と、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２４と、プラネタリギヤ３０と、を備える。また、車両２０は、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、モータＥＣＵ４０と、バッテリ５０と、バッテリＥＣＵ５２と、昇圧コンバータ５６と、ＨＶＥＣＵ７０と、を備える。少なくともエンジンＥＣＵ２４とＨＶＥＣＵ７０によって制御装置としての車両システムが構成される。車両２０は、ＨＶ走行モードや電動走行（ＥＶ走行）モードで走行する。ＨＶ走行モードはエンジン２２の動作を伴って走行するモードである。ＥＶ走行モードはエンジン２２の動作を伴わずに走行するモードである。なお、車両２０は、ＨＶに限定されず、モータＭＧ１，ＭＧ２やモータＥＣＵ４０を備えないガソリン自動車やディーゼル自動車であってもよい。

エンジンＥＣＵ２４、モータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２、及びＨＶＥＣＵ７０はいずれもＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心とするマイクロプロセッサとして構成されている。これらの各ＥＣＵは、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）やデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート、通信ポートなどを備える。

エンジン２２はガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する。エンジン２２はエンジンＥＣＵ２４により制御される。エンジン２２の排気通路には、排気浄化装置２３とＰＭフィルタ２５が取り付けられている。排気浄化装置２３には、排気中の未燃焼燃料や窒素酸化物を除去する触媒２３ａが充填されている。ＰＭフィルタ２５はセラミックスやステンレスなどにより多孔質フィルタとして形成されている。ＰＭフィルタ２５は煤などの粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集又は除去（以下、単に捕集という）する。なお、ＰＭフィルタ２５はエンジン２２がガソリンを燃料としているときにはＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）と称される。一方、エンジン２２が軽油を燃料としているときにはＰＭフィルタ２５はＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）と称される。

エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の動作を制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサからのクランクポジション、排気通路の排気浄化装置２３の上流側に取り付けられた空燃比センサ２３ｂからの空燃比、排気浄化装置２３の下流側に取り付けられた酸素センサ２３ｃからの酸素信号などを挙げることができる。

また、各種センサからの信号としては、ＰＭフィルタ２５の上流側に取り付けられた第１圧力センサ２５ａからの第１圧力、及びＰＭフィルタ２５の下流側に取り付けられた第２圧力センサ２５ｂからの第２圧力も挙げることができる。第１圧力及び第２圧力がエンジンＥＣＵ２４に入力された場合には、エンジンＥＣＵ２４はＰＭ堆積量Ｑｐｍを算出する。具体的には、エンジンＥＣＵ２４は、入力された第１圧力と第２圧力の差圧に基づいて、ＰＭフィルタ２５に捕集された粒子状物質の推定される堆積量としてのＰＭ堆積量Ｑｐｍを算出する。その他、エンジンＥＣＵ２４はエンジン２２の運転状態に基づいてＰＭフィルタ２５の推定温度としてのフィルタ温度を算出する。

一方、エンジンＥＣＵ２４は出力ポートを介してエンジン２２の動作を制御するための種々の制御信号を出力する。種々の制御信号としては、例えば、燃料噴射弁への駆動信号や、スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号を挙げることができる。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２２の動作を制御する。また、エンジンＥＣＵ２４は、必要に応じてエンジン２２の動作状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。

プラネタリギヤ３０はシングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤ，リングギヤ，キャリアには、モータＭＧ１の回転子、駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６、エンジン２２のクランクシャフト２６がそれぞれ接続されている。

モータＭＧ１は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子を備える周知の同期発電電動機として構成されており、回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、モータＭＧ１と同様に同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータＥＣＵ４０によってインバータ４１，４２を制御することにより駆動する。

インバータ４１，４２は駆動電圧系電力ライン５４ａによって昇圧コンバータ５６に接続されている。駆動電圧系電力ライン５４ａには、平滑用の平滑コンデンサ５７と放電用の放電抵抗５８とが並列に接続されている。昇圧コンバータ５６は電池電圧系電力ライン５４ｂによってバッテリ５０及びＳＭＲ（System Main Relay）５５に接続されている。ＳＭＲ５５は電池電圧系電力ライン５４ｂのバッテリ５０の出力端子側に取り付けられている。電池電圧系電力ライン５４ｂの昇圧コンバータ５６側には平滑用のフィルタコンデンサ５９が接続されている。

モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動を制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置などが入力ポートを介して入力されている。また、モータＥＣＵ４０には、平滑コンデンサ５７の端子間に取り付けられた電圧センサからの平滑コンデンサ５７の電圧である駆動電圧系電圧や、フィルタコンデンサ５９の端子間に取り付けられた電圧センサからのフィルタコンデンサ５９の電圧である電池電圧系電圧なども入力されている。

モータＥＣＵ４０は、出力ポートを介してインバータ４１，４２や昇圧コンバータ５６を駆動するための制御信号などを出力する。また、モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動を制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。

バッテリ５０は例えばリチウムイオン二次電池を含んでいる。バッテリ５０はインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２に電力のやりとりをする。バッテリＥＣＵ５２はバッテリ５０を管理する。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号が入力ポートを介して入力されている。例えば、バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサからの電池電圧や、バッテリ５０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた電流センサからの電池電流などが入力されている。

バッテリＥＣＵ５２はＨＶＥＣＵ７０と通信しており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりＨＶＥＣＵ７０に送信する。バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、例えば電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいてそのときのバッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合などを算出する。

ＨＶＥＣＵ７０には、駆動制御などに必要な各種信号、例えば、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションが入力されている。また、ＨＶＥＣＵ７０には、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションなども入力されている。さらに、ＨＶＥＣＵ７０には、車速センサ８８からの車速や、運転席近傍に取り付けられたモードスイッチ８９からのモードスイッチ信号などが入力ポートを介して入力されている。なお、モードスイッチ８９は、例えば、エンジン２２を所定負荷で運転する通常モードや、乗り心地をある程度損なっても燃費を重視するエコモード、パワフルなスポーツ走行を楽しめるスポーツモードなどをトグルにより切り替えるスイッチである。

ＨＶＥＣＵ７０は、出力ポートを介してＳＭＲ５５への駆動信号や、運転席の前方のインストールパネルに取り付けられたディスプレイ９０への表示信号などの制御信号を出力する。ディスプレイ９０はタッチパネルを備えていてもよい。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と各種の制御信号やデータのやりとりを行なっている。したがって、ＨＶＥＣＵ７０はエンジンＥＣＵ２４を介してエンジン２２を間接的に制御することができる。

次に、図２並びに図３（ａ）及び（ｂ）を参照して、ＨＶＥＣＵ７０が実行する処理について説明する。ＨＶＥＣＵ７０は、車両システムが起動している間、車両２０の走行及び停車に関わらず、定期的に（例えば１秒周期など）各種の処理を実行する。なお、図３（ａ）に示すように、ＰＭ堆積量Ｑｐｍは走行距離に応じて増加する傾向がある。

まず、ＨＶＥＣＵ７０はＰＭ堆積量Ｑｐｍを取得する（ステップＳ１）。上述したように、ＰＭ堆積量ＱｐｍはエンジンＥＣＵ２４によって算出されているため、ＨＶＥＣＵ７０はエンジンＥＣＵ２４からＰＭ堆積量Ｑｐｍを取得することができる。ＰＭ堆積量Ｑｐｍを取得すると、次に、ＨＶＥＣＵ７０はＰＭ堆積量Ｑｐｍが第１閾値より大きいか否かを判断する（ステップＳ２）。第１閾値はＰＭ堆積量Ｑｐｍが過堆積状態であるか否かを判定する閾値である。

図３（ａ）に示すように、ＰＭ堆積量Ｑｐｍが第１閾値より大きい場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ＨＶＥＣＵ７０は修理や整備などを取り扱う業者（例えばディーラーなど）への入庫を促す入庫通知を表示する（ステップＳ３）。具体的には、ＨＶＥＣＵ７０は入庫通知を表す表示信号を生成し、生成した表示信号をディスプレイ９０に出力する。これにより、ディスプレイ９０に入庫通知が出現する。ＨＶＥＣＵ７０は入庫通知を表示すると、処理を終了する。

一方、ＰＭ堆積量Ｑｐｍが第１閾値以下である場合（ステップＳ２：ＮＯ）、ＨＶＥＣＵ７０はＰＭ堆積量Ｑｐｍが第２閾値より大きいか否かを判断する（ステップＳ４）。第２閾値はＰＭフィルタ２５の再生処理を運転者に推奨するか否かを判定する閾値である。第２閾値には、ＰＭ堆積量Ｑｐｍが過堆積状態でないため、上述した第１閾値より小さい値が採用される。

ここで、図３（ａ）に示すように、ＰＭ堆積量Ｑｐｍが第２閾値以下の場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ＨＶＥＣＵ７０は処理を終了する。一方、ＰＭ堆積量Ｑｐｍが第２閾値より大きい場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ＨＶＥＣＵ７０は所定の車両状態であるか否かを判断する（ステップＳ５）。ここで、所定の車両状態とは、車両２０の停車中であって、例えばエンジンＥＣＵ２４やＨＶＥＣＵ７０などを含む車両システムの起動後に走行を表す車速の履歴がない車両状態をいう。車両システムが起動してから停止するまでを１つの行程とした場合に、車両２０が走行開始前であって、その行程における車両システム起動直後と言い換えてもよい。

ここで、上述したように、ＨＶＥＣＵ７０には車速が入力されているため、入力された車速に基づいて車両２０が停車中であるか否かを判断することができる。本実施形態に係る停車には、車速が時速０（ゼロ）ｋｍを表す完全停車だけでなく、車速の絶対値が停車に相当する時速（例えば時速５ｋｍや時速３ｋｍなど）も含まれる。したがって、ＨＶＥＣＵ７０は本実施形態に係る停車に該当しなければ、車両２０が走行状態にあると判断することができる。

また、ＨＶＥＣＵ７０は入力された車速の履歴を管理する。例えば交通信号機や標識、踏切、渋滞等によって車両２０が一時的に停車した場合、ＨＶＥＣＵ７０は車両２０が停車状態にあると判断するが、走行を表す車速（例えば時速１０ｋｍや３０ｋｍなど）の履歴があることにより、目的地に向けた走行が既に開始された走行開始後を特定することができる。したがって、ＨＶＥＣＵ７０は車両２０が停車状態にあると判断しても、車速の履歴がなければ、目的地に向けた走行がまだ開始されていない走行開始前を特定することができる。

ここで、所定の車両状態でないと判断した場合（ステップＳ５：ＮＯ）、ＨＶＥＣＵ７０は処理を終了する。一方、所定の車両状態であると判断した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ＨＶＥＣＵ７０はＰＭフィルタ２５の再生処理を実行するか否かの選択操作を運転者に求める選択通知を表示する（ステップＳ６）。具体的には、ＨＶＥＣＵ７０は選択通知を表す表示信号を生成し、生成した表示信号をディスプレイ９０に出力する。これにより、図３（ｂ）に示すように、ディスプレイ９０に選択通知が出現する。

選択通知は車両２０の走行開始前の停車中に出現するため、脇見運転といった不安定な運転状態を運転者に誘発するおそれがない。また、走行終了後の停車でなく、走行開始前の停車であるため、車両システムが停止する可能性はない。したがって、再生処理が途中で終了する可能性がない。このように、本実施形態に係るＨＶＥＣＵ７０であれば、走行中におけるＰＭフィルタ２５の再生処理の選択操作と再生処理中の車両システムの停止を回避することができる。運転者はＰＭフィルタ２５の再生処理を希望する場合、選択通知に含まれる肯定的な文字列「はい」を選択し、再生処理を拒否する場合、選択通知に含まれる否定的な文字列「いいえ」を選択する操作を行う。

なお、肯定的な文字列が選択された場合、ＨＶＥＣＵ７０はエンジンＥＣＵ２４に再生処理を要求する制御信号を出力して処理を終了する。エンジンＥＣＵ２４はＨＶＥＣＵ７０から再生処理を要求する制御信号を受信すると、昇温制御を実行する。具体的には、エンジンＥＣＵ２４は、ＰＭフィルタ２５の温度の上昇を促進する。そして、エンジンＥＣＵ２４は、ＰＭフィルタ２５の温度が再生可能温度（例えば６００℃）以上に至ったときに、空燃比をリーンとしたり燃料カットを行なったりして空気をＰＭフィルタ２５に供給してＰＭフィルタ２５に堆積した粒子状物質を燃焼する。一方、否定的な文字列が選択された場合、ＨＶＥＣＵ７０は再生処理を要求する制御信号を出力せずに処理を終了する。

以上、本実施形態に係るエンジン２２は排気通路に排気中の粒子状物質を捕集するＰＭフィルタ２５を備えている。特に、エンジンＥＣＵ２４を介してエンジン２２を制御するＨＶＥＣＵ７０は、エンジン２２を搭載する車両２０の停車中であって、ＨＶＥＣＵ７０等の起動後に走行を表す車速の履歴がない所定の車両状態である場合に選択通知を表示する。この選択通知はＰＭフィルタ２５の再生処理を実行するか否かの選択を運転者に求める通知である。これにより、走行中におけるＰＭフィルタ２５の再生処理の選択操作と再生処理中の車両システムの停止を回避することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態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。

例えば、上述した実施形態では、第１閾値と第２閾値を用いて説明したが、図３（ａ）に示すように、第３閾値や第４閾値といった複数の閾値を設定し、ＰＭ堆積量に応じて通知頻度を変更するようにしてもよい。具体的には、ＨＶＥＣＵ７０は行程回数を計数し、第２閾値から第３閾値の間では走行開始前の３回に１回の割合で選択通知を表示し、第３閾値から第４閾値の間では走行開始前に毎回選択通知を表示してもよい。さらに、第４閾値から第１閾値の間では走行履歴の有無に関わらず車両２０が停車する度に選択通知を表示してもよい。このように、ＰＭ堆積量が増加するほど、選択通知の表示頻度を増やすようにしてもよい。

その他、上述した実施形態ではディスプレイ９０に選択通知を表示したが、選択通知に相当する音声を出力してもよく、また、運転者の音声によって再生処理の実行を選択させてもよい。

２０車両
２２エンジン（内燃機関）
２４エンジンＥＣＵ（制御装置）
２５ＰＭフィルタ（フィルタ）
７０ＨＶＥＣＵ（制御装置）
８８車速センサ

Claims

排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に有する内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、
前記粒子状物質の堆積量が前記堆積量の過堆積状態を判定する第１閾値より小さな第２閾値より大きい場合であり、かつ、前記内燃機関を搭載する車両の停車中であって、前記制御装置の起動後に走行を表す車速の履歴がない所定の車両状態である場合に、前記フィルタの再生処理を実行するか否かの選択を通知し、前記堆積量が増加するほど、前記選択の通知頻度を増やす、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。