JP2543608B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

エンジンの排気浄化装置

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JP2543608B2
JP2543608B2 JP2801090A JP2801090A JP2543608B2 JP 2543608 B2 JP2543608 B2 JP 2543608B2 JP 2801090 A JP2801090 A JP 2801090A JP 2801090 A JP2801090 A JP 2801090A JP 2543608 B2 JP2543608 B2 JP 2543608B2
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    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明はエンジンの排気浄化装置に関する。
(従来の技術) 排気中に含まれるカーボン等の微粒子(パーティキュ
レート)を排気通路に備えたトラップで捕集するように
してあるエンジン(特にディーゼルエンジン)では、パ
ーティキュレートの堆積により排気圧力が過度に上昇
し、エンジンおよびエミッション性能を低下させるた
め、堆積されたパーティキュレートを所定の時期に燃焼
させトラップを再生する装置が設けられている(特開昭
58-51235号公報、SAEペーパー850015参照)。
これを第8図で説明すると、エンジン1から排出され
るパーティキュレートは排気通路2に介装される耐熱性
フィルタ構造のトラップ3にて捕集される。
一方、吸気通路5に吸気流量を絞るバタフライ型絞り
弁6が設けられ、この絞り弁6には、一端部が絞り弁6
の弁軸に固定され他端部がロッド8dに回動自由に取り付
けられるレバー7を介して、ダイヤフラムアクチュエー
タ8が連結される。
このアクチュエータ8と、アクチュエータ8の圧力室
8bに導かれる制御負圧を制御装置15からのデューティ信
号に応じて変化させ得る電磁弁9とらか絞り弁駆動装置
が構成される。たとえば、デューティ信号のデューティ
値(開弁時間割合)を増加させて、圧力室8bへの負圧を
強めると、ダイヤフラム8aがリターンスプリング8cに抗
してロッド8dを図で右方へ移動させるので、絞り弁6が
閉じていく。10は負圧ポンプである。
制御装置15には、燃料噴射ポンプ11にそれぞれ設けら
れたエンジン1の負荷センサ12と回転数センサ13、絞り
弁6下流の吸気通路5に設けられた吸気圧センサ14等か
らの信号が入力され、制御装置15では以下の制御を行な
う。
所定の走行距離や走行時間等からトラップ3の再生時
期にあると判断された場合に、そのときのエンジンの負
荷と回転数から定まる運転条件が、多量の余剰空気がエ
ンジン1に流入する運転状態にあるかどうかを判定す
る。この運転状態にあることが判定されると、絞り弁6
が所定の角度まで閉じられるように、デューティ信号を
出力し、かつ制御精度を高めるため吸気圧センサ14から
の信号に基づいて、絞り弁6下流の吸気負圧が略一定と
なるようにフィードバック制御する。
このようにして、エンジン1への空気導入量を減少さ
せると、排気温度が上昇するので、温度上昇した排気の
熱でトラップ3に捕集されたパーティキュレートが再燃
焼され、トラップ3が再生される。
(発明が解決しようとする課題) ところで、このような装置では、走行距離や走行時間
から再生時期が判断されるので、同じ走行距離や走行時
間でも、加減速を多く含む市街地走行であったかあるい
は郊外や高速道路での定常の多い走行であったか等、エ
ンジンの使用条件が異なると、トラップに捕集されるパ
ーティキュレートの量が大きく異なってくる。
このため、再生時期が早すぎて燃費が悪くなったり逆
に再生時期が遅すぎてパーティキュレート捕集量が限界
を越え、再生を行ったときには急激にパーティキュレー
トが燃焼してトラップが溶損したりする。
さらに、経時変化によりエンジン自体や燃料噴射系の
性能が劣化してくると、エンジンから排出されるパーテ
ィキュレートの量が異なってくるので、これが再生時期
の判断を狂わせる。
一方、トラップ前後差圧を検出し、この圧力検出値が
所定値を越えると、再生時期であると判断するものがあ
る。このものでは、センサの信頼性(耐熱性等)に問題
があり、またトラップ担体が水分を吸着すると、これが
測定誤差として生ずる。
この発明はこのような従来の課題に着目してなされた
もので、エンジンからのパーティキュレート排出量と空
燃比との間に相関があることに着目し、空燃比センサ出
力に基づいてパーティキュレート捕集量の積算値を求め
ることにより、エンジンの性能劣化等があっても良好な
再生時期の判定精度の維持をはかる装置を提供すること
を目的とする。
(課題を解決するための手段) この発明は、第1図で示すように、排気中のパーティ
キュレートを捕集し再生温度以上になると捕集したパー
ティキュレートを再燃焼させるトラップ53と、このトラ
ップ53を昇温させる装置54と、排気空燃比を検出するセ
ンサ56と、この空燃比センサ出力VA/Fに応じて単位時間
当たりのパーティキュレート捕集量ΔMPを計算する手段
57と、この捕集量ΔMPを単位時間ごとに積算する手段58
と、この積算値MPより再生時期にあるかどうかを判定す
る手段59と、再生時期になると前記トラップ53が再生さ
れるように前記昇温装置54を制御する手段60とを設け
た。
(作用) そのときの空燃比センサ出力VA/Fに応じて単位時間当
たりのパーティキュレート排出量mPが求められると、こ
のmPは性能劣化を生じたエンジン状態に応じたパーティ
キュレート排出量を精度良く与える。
この結果、エンジン自体や燃料噴射系に性能劣化を生
じても、再生時期が早すぎたり遅すぎたりすることがな
い。
(実施例) 第2図はこの発明の一実施例のシステム図である。図
において、6は吸気通路5に設けられ常開のバタフライ
型絞り弁で、この吸気絞り弁6にはダイヤフラムアクチ
ュエータ8が連結される。
このアクチュエータ8の圧力室と負圧源(たとえば負
圧ポンプ)とを連通する通路には三方電磁弁19が介装さ
れ、この電磁弁19をOFFからONにすると、アクチュエー
タ8の圧力室に大気圧に代えて一定圧の負圧が導入さ
れ、吸気絞り弁6が一定角度まで閉じられる。アクチュ
エータ8と電磁弁19は吸気絞り弁駆動装置を構成する。
同様にして、トラップ3上流の排気通路2に常開のバ
タフライ型絞り弁21が、排気絞り弁21の上流よりこの絞
り弁21とトラップ3をバイパスする通路24に常閉のバタ
フライ型バイパス弁25がそれぞれ設けられる。排気絞り
弁21に連結されるダイヤフラムアクチュエータ22と三方
電磁弁23とから排気絞り弁駆動装置が、またバイパス弁
25に連結されるダイヤフラムアクチュエータ26と三方電
磁弁27からバイパス弁駆動装置が構成される。
トラップ3の上流側にはこれに近接してヒータ29が設
けられ、コントロールユニット41からの通電信号を受け
るとトラップ3を加熱する。
こうして設けられた吸気絞り弁6とその駆動装置、排
気絞り弁21とその駆動装置、バイパス弁25とその駆動装
置、ヒータ29とその通電装置は第1図の昇温装置54を構
成する。
31は空燃比センサで排気中の空燃比に応じた出力VA/F
をする。32は熱電対からなる温度センサで、排気温度T
EXを検出する。34はエンジン1の回転数Neを検出するセ
ンサ(クランク角センサ)、35はポテンショメータから
構成されアクセルレバー開度(エンジン負荷)Qを検出
するセンサ、36は冷却水温TWを検出するセンサである。
これらセンサからの信号は、マイクロコンピュータか
らなるコントロールユニット41に入力され、コントロー
ルユニット41では第3図と第4図に示すところにしたが
って、3つの三方電磁弁19,23,27にON,OFF信号を、ヒー
タ29に通電信号をそれぞれ出力する。
第3図は再生時期を判断するためのルーチンである。
S1とS2ではエンジン回転数Neと空燃比センサ出力VA/F
を読み込む。
S3ではパーティキュレート捕集量の積算時期かどうか
みて、積算時期であればS4に進む。積算時期は一定の時
間間隔Δt(単位時間)で訪れる。
S4とS5は第1図の捕集量計算手段57の機能を果たす部
分である。まず、S4ではエンジンからの単位時間Δt当
たりのパーティキュレート排出量mP[g/h]をマップ検
索により求める。このmPのマップ特性を第7図に示す。
第5図で示すように、同一の回転数Neであれば、空燃比
A/FがリッチになるほどmPが増加し、空燃比A/Fが同じで
あれば回転数Neが増加するほどmPが増加する。一方、空
燃比センサ出力VA/Fは空燃比A/Fに対して第6図の特性
を有するので、第5図の横軸を空燃比A/Fから空燃比セ
ンサ出力VA/Fに変換してmPの特性を描き直せば第7図の
特性となるのである。第7図のマップはROMに記憶させ
ておく。
第7図において、エンジン負荷Qでなく、空燃比セン
サ出力VA/Fをパラメータとする理由は燃料噴射ポンプ,
噴射ノズル等の燃料噴射系やエンジン自体に生ずる性能
劣化の影響を受けないようにするためである。たとえ
ば、噴射ノズルに経時変化に伴う目詰まりを生じると、
燃料噴射量の減少により空燃比がリーン側にずれるた
め、エンジンからのパーティキュレート排出量が減少す
る。つまり、エンジン負荷Qに応じてmPを定めてある
と、この減少量が誤差として生じる。
これに対して、空燃比センサ出力VA/Fによるのであれ
ば、性能劣化に伴って空燃比がリーンやリッチのいずれ
の側にずれても、そのずれに空燃比に対して、エンジン
からのパーティキュレート排出量が求められるのである
から、誤差を生じなくとも済むのである。
S5では次式により単位時間あたりのパーティキュレー
ト捕集量ΔMPを求める。
ΔMP=mP×η … ただし、ηはトラップの捕集係数(トラップに固有の
一定値、たとえば0.7〜0.8)である。
S6はS3とともに第1図の捕集量積算手段58の機能を果
たす部分で、ここでは次式によりΔMPを積算する。
MP←MP+ΔMP … つまり、式によりΔMPを単位時間ΔtごとにMPに加
算していく。この結果、MPはトラップに堆積されるパー
ティキュレートの量を表す。
S7は後述するS8,S22とともに第1図の再生時期判定手
段59の機能を果たす部分で、ここでは積算値MPと予め定
めた基準値(たとえば10g)との比較により、MP≧基準
値であれば再生時期にあると判断しS8に進む。S8では再
生時期フラグFを立てる(F=1とする)。つまり、F
=1は再生時期にあることを意味する。
S7でMP<基準値であれば、再生しなければならないほ
ど堆積していないと判断してS9に進む。S9では、排気と
吸気の各絞り弁21,6、バイパス弁25、ヒータ29を何もし
ない状態にしておく。
第4図は再生操作を行わせるためのルーチンである。
S21では排気温度TEXと冷却水温TWを読み込み、S22で
F=1なら再生時期になったと判断して、S23〜S27に進
み、ここでトラップ3が再生されるように、三方電磁弁
19,23,27とモータ29に指示を与える。つまり、S23〜S27
は第1図の制御手段60の機能を果たす部分である。
S23では排気温度TEXが所定値T1(再生温度に等しい40
0℃)以上かどうかみて、TEX≧T1であれば何もしなくと
もトラップ3が再生されるのでS25に進む。
この逆にTEX×T1であればS24に進み、冷却水温TWが所
定値T2(たとえば50℃)以上あるかどうかみて、そうで
あればS26に進む。
S26では排気と吸気の両方を絞り、かつヒータ29をON
する。これらの作動により、排気温度が再生温度まで高
められ、トラップ3の再生が行なわれる。
S24でTWが所定値T2より低い場合はS27に進み、両絞り
弁21,6、バイパス弁25ともすべて開く。両絞り弁21,6と
も開く理由は、暖機前の低水温時は排気温度も暖機完了
後に比べて低いためトラップの再生を行うことはできな
いし、吸気絞りや排気絞りを行うと、もともと燃焼が安
定しない低水温時にあってはエンジンが失火して運転性
が悪くなり、かつ失火によりパーティキュレートも増大
するからである。また、バイパス弁25を開くのは、冷た
い排気によりトラップ3が冷やされすぎないようにする
ためである。
S28では再生時間をカウントし、S29に進む。S29で
は、カウントした再生時間を所定時間(たとえば10分)
と比較し、所定時間経過すれば、再生を終了したと判断
してS30に進む。
S30では再生時期の判断のために用いてデータを消去
する。
ここで、この例の作用を説明する。
同一の走行距離や走行時間であっても、その間での車
両の走行状態が相違すると、エンジンからのパーティキ
ュレート排出量が大きく異なってくる。
そこで、エンジンの負荷Qと回転数Neに応じてエンジ
ンからの単位時間当たりのパーティキュレート排出量を
計算し、その積算値から再生時期を判断するようにすれ
ば、エンジンのバラツキがない限り、再生時期の判断が
エンジンの使用条件に良く応じたものとなる。
ところが、このように運転条件に応じて単位時間当た
りのパーティキュレート排出量を設定しても、その後に
燃料噴射系やエンジン自体に性能劣化を生ずると、その
設定値からのずれを生ずる。つまり、当初は再生時期が
精度良く判断されていても、性能劣化に伴って、再生時
期が早すぎたり遅すぎたりしてくるのである。
これに対して、この例ではそのときの空燃比センサ出
力VA/Fと回転数Neに応じて単位時間Δt当たりのパーテ
ィキュレート排出量mPが求められると、このmPは性能劣
化を生じたエンジン状態に応じたパーティキュレート排
出量を精度良く与える。第5図にも示したように、燃料
噴射系やエンジン自体に生ずる性能劣化により、最終的
には空燃比がリッチあるいはリーン側にずれるのである
から、空燃比を検出している限り、性能劣化が空燃比に
織り込まれることになるからである。
この結果、たとえエンジン自体や燃料噴射系に性能劣
化を生じても、再生時期の判断を適切に行うことができ
るので、再生時期が早すぎて燃費を悪くすることがな
い。また、再生時期が遅すぎてパーティキュレート堆積
量が限界を越え、再生を行ったときに急激にパーティキ
ュレートが燃焼してトラップが溶損したりすることも防
止できる。
最後に、トラップ3の昇温装置は実施例のものに限ら
れることはなく、吸気絞りや排気絞りだけ、あるいはヒ
ータだけを設けたものなど、要はトラップ温度を上昇さ
せ得るものであれば構わない。
(発明の効果) この発明は、空燃比センサ出力から単位時間当たりの
パーティキュレート捕集量を求め、その積算値から再生
時期を判断することにしたため、エンジン自体や燃料噴
射系に性能劣化を生じても適切な再生時期を維持するこ
とができ、燃費の改善とトラップの溶損防止をはかるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のクレーム対応図、第2図は一実施例
のシステム図、第3図と第4図はこの実施例の制御動作
を説明するための流れ図、第5図は空燃比に対するパー
ティキュレート排出量の特性図、第6図は前記実施例の
空燃比センサの出力特性図、第7図はこの実施例のmP
特性図、第8図は従来例のシステム図である。 2……排気通路、5……吸気通路、6……吸気絞り弁、
8……ダイヤフラムアクチュエータ、11……燃料噴射ポ
ンプ、19……三方電磁弁、21……排気絞り弁、22……ダ
イヤフラムアクチュエータ、23……三方電磁弁、24……
バイパス通路、25……バイパス弁、26……ダイヤフラム
アクチュエータ、27……三方電磁弁、29……ヒータ、31
……空燃比センサ、32……排気温度センサ、34……クラ
ンク角センサ(エンジン回転数センサ)、35……アクセ
ルレバー開度センサ(エンジン負荷センサ)、41……コ
ントロールユニット、53……トラップ、54……昇温装
置、56……空燃比センサ、57……捕集量計算手段、58…
…積算手段、59……再生時期判定手段、60……制御手
段。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気中のパーティキュレートを捕集し再生
    温度以上になると捕集したパーティキュレートを再燃焼
    させるトラップと、このトラップを昇温させる装置と、
    排気空燃比を検出するセンサと、この空燃比センサ出力
    に応じて単位時間当たりのパーティキュレート捕集量を
    計算する手段と、この捕集量を単位時間ごとに積算する
    手段と、この積算値より再生時期にあるかどうかを判定
    する手段と、再生時期になると前記トラップが再生され
    るように前記昇温装置を制御する手段とを設けたことを
    特徴とするエンジンの排気浄化装置。
JP2801090A 1990-02-07 1990-02-07 エンジンの排気浄化装置 Expired - Lifetime JP2543608B2 (ja)

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