JP2630024B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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、特にフィルタの
再生に関する。

（従来の技術） ディーゼルエンジンでは、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）を大気中に放出させ
ないように排気通路に備えたフィルタフィルタで捕集す
るものがある。

このものでは、パーティキュレートがある程度以上ま
で堆積すると、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、これを避けるべ
く堆積したパーティキュレートを定期的に燃焼してフィ
ルタを再生する必要がある。このため、再生時期になる
と、ヒータ通電に加えて吸気絞りや排気絞りを行ってフ
ィルタを昇温し、かつフィルタが冷却されないようにバ
イパス弁を開いて排気のほとんどをフィルタをバイパス
して流している。

そして、下記の３つの従来例では次のようにして再生
が終了したと判定される。

特開昭59−85417号公報では、ヒータ通電より所定時
間T3の経過後に再生の終了と判定する。

特開昭59−20515号公報では、再生時期になると、パ
ーティキュレートをフィルタの上端側端面部より着火さ
れるためのヒータに通電するとともに、排気の全量をバ
イパスして流し、フィルタの出口に設けた温度センサよ
りフィルタの出口温度Toが所定値Ｃ以上となったときフ
ィルタの後端部まで火炎が到達した（再生が完了した）
と判定する。

特開昭63−134808号公報では、フィルタの前後のO₂セ
ンサよりフィルタ入口側O₂濃度とフィルタ出口側O₂濃度
が一致したとき再生終了と判定する。

（発明が解決しようとする課題） ところで、エンジンの運転条件や再生の条件等により
フィルタへのパーティキュレートの堆積量が異なり、こ
れに応じて再生時期が違ってくるが、上記のよう所定
時間T3が一定であるのでは、所定時間T3が要求値より短
かった場合にパーティキュレートの燃え残しが生じ、ま
た所定時間T3が要求値より長かった場合にヒータ通電が
無駄になる。

また、上記のようにフィルタ出口温度の変化だけで
再生終了時期を判定しようとするのでは、たとえば運転
条件の変化に伴い（あるいは運転条件はそれほどかわら
なくともフィルタ入口での排気流量が変化することによ
って）、フィルタの入口温度が変化する場合に、誤判定
が生じる。フィルタ入口での排気温度が急上昇したとき
には、この影響を受けて、パーティキュレートが燃焼し
ていなくともフィルタ出口温度が急上昇し、フィルタ出
口温度が所定値以上となるので、このときにも再生が完
了したと判定したのでは、誤判定となるのである。

上記では別に温度センサをもちながら、新たにO₂セ
ンサの追加が必要になるので、コストアップが避けられ
ない。

なお、フィルタの入口側排気圧力が所定値以下になっ
たとき、再生終了と判定するものもあるが（後述する
特開昭63−100219号公報参照）、このものでは燃焼しな
い灰分の堆積により入口側排気圧力が当所より上昇して
いくため、再生終了に誤判定が生じることを避けられな
い。

一方、再生持続中になんらかの原因によりフィルタに
堆積したパーティキュレートが異常に燃焼すると、温度
が急激に上昇してフィルタ32が溶損してしまう可能性が
ある。

このため、フィルタ出口温度を検出して所定の上限値
を超えたらヒータ通電を停止しかつバイパス弁を全閉に
してフィルタに排気の全量を流すことで、フィルタの溶
損を防止することが考えられるが（特開生59−18221
号公報参照）、フィルタ出口温度を検出するセンサの応
答性の問題等により、過渡的に温度が変化する場合に
は、適切な制御が行えないおそれがある。つまり、温度
センサの出力から所定の上限温度に達したことを検出し
てからヒータ通電の停止とバイパス弁の全閉操作を行っ
ても、堆積していたパーティキュレータの燃焼がこの間
に進んで実際の温度がさらに上昇し、これに加えて温度
センサの出力に応答遅れがあれば、この温度差はさらに
増大するので、フィルタの焼損を招きかねないのであ
る。

そこで、 フィルタ出口に設けた温度センサよりフィルタ出口温
度の上昇率を演算し、この温度上昇率が設定値K2を超え
たとき、ヒータ通電を停止しかつフィルタ入口バルブの
開度を上げる（流量を増す）ことでトラップ焼損を回避
するもの（特開昭63−100219号公報参照）、 再生時期になるとヒータに通電するとともにフィルタ
への排気流れを止め、フィルタ前面温度が所定値を超え
たとき着火したと判断しトラップ入口バルブを所定開度
に固定するとともに、フィルタの前後差圧Ｐが所定値P1
と一致するようにバイパス弁でフィルタ通過流量を調整
するものにおいて、フィルタ内部に設けた温度センサよ
りフィルタ内部温度の上昇率を演算し、この温度上昇率
が所定値ｋを超えたとき（つまり再燃焼が着実に進行し
始めたとき）、Ｐと比較する所定値をP1からP2に上げ、
フィルタ前後差圧ＰがP2と一致するようにフィルタ通過
流量を増大することで、フィルタの溶損を防ぎながら再
生工程を進めるようにしたもの（特開平１−155017号公
報参照）、 フィルタ出口に設けた温度センサよりフィルタ出口温
度の上昇率を演算し、フィルタ出口温度が所定値（たと
えば300℃）以上となりかつ温度上昇率が所定値ΔTmax
以上となったとき再生操作を停止しかつバイパス弁を閉
じて排気の全量をトラップに流すことで、異常高温にな
る前にフィルタを冷却して焼損を防ぐようにしたもの
（特開平１−340749号（特開平３−202611号公報）参
照） がそれぞれ提案されている。

しかしながら、、のようにフィルタ出口の実際の
温度上昇率だけからパーティキュレートの異常燃焼を判
定するのでは、フィルタ入口での排気温度の影響を受け
て、パーティキュレートの異常燃焼でもないのに、異常
燃焼による温度上昇であると誤判定される可能性があ
る。たとえば、運転条件の変化に伴い（あるいは運転条
件はほぼ一定でもフィルタ入口での排気流量の急増に伴
い）フィルタ入口での排気温度が急上昇した場合には、
パーティキュレートの燃焼中でなくてもフィルタ出口温
度が急上昇する。したがって、パーティキュレートの燃
焼中に、フィルタ入口での排気温度が急上昇した場合に
は、この温度上昇分がパーティキュレートの燃焼による
温度上昇に加算される（つまりその加算分が誤差として
生じる）ことから、パーティキュレートの異常燃焼でも
ないのに、異常燃焼による温度急上昇であると誤判定さ
れてしまうのである。

また、のようにフィルタ内部の実際の温度上昇率か
ら再燃焼が着実に進行し始めたかどうかを判定するので
も、フィルタ入口での排気温度が急上昇した場合に、判
定精度が低下する。

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、第１に再生終了の判定を正確に行い、第２にフ
ィルタ入口での排気温度の変化に影響されることなくフ
ィルタの焼損を確実に防止す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） 第１の発明は、第１図で示すように、２つに分岐した
排気通路31の一方31Aに介装されるフィルタ32と、この
フィルタ32の昇温装置33と、前記２つの分岐通路31A,31
Bへの排気の導入割合を調整しうる弁34と、この調整弁3
4を駆動する装置35と、前記フィルタ32の再生時期にあ
るかどうかを判定する手段36と、この再生時期になると
前記昇温装置33を作動させる手段37と、同じく再生時期
になると前記フィルタ32への排気の導入が制限されるよ
うに前記調整弁駆動装置35を制御する手段40と、この排
気導入制限中の前記フィルタの内部または出口の温度予
測値Tex2thを、フィルタの入口温度Tex1を検出するセン
サ41からの信号に基づいて演算する手段42と、この温度
予測値Tex2thの変化率ΔTex2thを演算する手段43と、こ
の温度予測値の変化率ΔTex2thと実際に計測されたフィ
ルタの内部または出口の温度変化率ΔTex2との差A1（＝
ΔTex2−ΔTex2th）を演算する手段44と、この差A1と第
１の基準値Aeとの比較によりフィルタ32の再生が終了し
たかどうかを判定する手段45と、この判定結果よりフィ
ルタの再生が終了したとき（A1＜Aeのとき）前記フィル
タ32への排気の導入の制限を解除しかつ前記昇温装置33
の作動を解除させる手段46とを設けた。

第２の発明は、第１図に重ねて示すように、２つに分
岐した排気通路31の一方31Aに介装されるフィルタ32
と、このフィルタ32の昇温装置33と、前記２つの分岐通
路31A,31Bへの排気の導入割合を調整しうる弁34と、こ
の調整弁34を駆動する装置35と、前記フィルタ32の再生
時期にあるかどうかを判定する手段36と、この再生時期
になると前記昇温装置33を作動させる手段37と、同じく
再生時期になると前記フィルタ32への排気の導入が制限
されるように前記調整弁駆動装置35を制御する手段40
と、この排気導入制限中の前記フィルタの内部または出
口の温度予測値Tex2thを、フィルタの入口温度Tex1を検
出するセンサ41からの信号に基づいて演算する手段42
と、この温度予測値Tex2thの変化率ΔTex2thを演算する
手段43と、この温度予測値の変化率ΔTex2thと実際に計
測されたフィルタの内部または出口の温度変化率ΔTex2
との差A1（＝ΔTex2−ΔTex2th）を演算する手段44と、
この差A1と第２の基準値Acとの比較によりフィルタ32の
温度上昇が異常であるかどうかを判定する手段47と、こ
の温度上昇が異常であるとき（A1≧Acのとき）少なくと
も前記フィルタ32への排気の導入の制限を解除する手段
48とを設けた。

（作用） ２つの発明とも判定手段36により再生時期にあること
が判定されると、作動手段37によりフィルタ32の昇温装
置33が作動されるとともに、制限手段40により調整弁34
が閉じられて、フィルタ32への排気の導入が制限され
る。これにて、一度開始された再生が排気流量の増加に
起因する冷却効果により、途中で阻害されることなくな
って、再生が良好に維持され、かつ所定流量の排気流れ
によりフィルタ内の熱容分布が均一化され、局部的に異
常燃焼が生じることが避けられる。

一方、第１の発明では、排気導入制限中（つまり再生
中）のフィルタ内部（またはフィルタ出口）の温度予測
値Tex2thを、フィルタ入口温度Tex1を検出するセンサ41
からの信号に基づいて演算する。これを第９図を参照し
て説明すると、まずパーティキュレートが燃焼しない状
態（非再生時）において、フィルタ入口温度Tex1が平衡
状態より図示の実線のように急上昇して再び平衡状態に
落ち着くとき、このフィルタ入口温度Tex1に対して温度
予測値Tex2thが一点鎖線で示したようにほぼ一次遅れで
追従する。これは、フィルタの有する熱容量により排気
熱量の一部がフィルタの温度上昇に奪われるためであ
る。つまり、温度予測値Tex2thはパーティキュレートが
燃焼しない状態において、フィルタ入口温度とフィルタ
の熱容量とを考慮したフィルタ出口温度（またはフィル
タ内部温度）を求めているわけである。

これに対して、同じ条件でパーティキュレートが燃焼
するとき（再生中）は、実際のフィルタ出口温度（また
はフィルタ内部温度）Tex2を示す曲線の勾配が温度予測
値Tex2thを示す曲線の勾配よりきつくなり、その後、パ
ーティキュレートの燃焼が進んで再生終了近くになれ
ば、そのときの実際のフィルタ出口温度（またはフィル
タ内部温度）Tex2の曲線の勾配が温度予測値Tex2thの曲
線の勾配に近づいてくる。この場合に、温度曲線の勾配
は温度変化率であるから、Tex2の変化率ΔTex2とTex2th
の変化率Δex2thの差A1（＝ΔTex2−ΔTex2th）が第１
の基準値Ae以上のときは２つの温度曲線の勾配が離れて
いるのであるから再生中と、またA1がAe未満となたとき
２つの温度曲線の勾配がほぼ同じになった（つまり再生
終了）と判断できることになる。

このように第１の発明では、外気温等に影響されるフ
ィルタ入口温度Tex1とフィルタの熱容量を考慮したフィ
ルタ出口温度（またはフィルタ内部温度）の予測値（パ
ーティキュレートの燃焼抜きの）の変化率ΔTex2thを計
算し、このΔTex2thを基準としてこれとパーティキュレ
ートの燃焼分が加算された実測の温度変化率ΔTex2とを
比較することにより、パーティキュレートの燃焼分の減
少だけを応答よく予測できることから、上記、の従
来例と相違してフィルタ入口温度の変化に影響されるこ
となく再生終了の時期を正確に判断することができ、ま
た上記の従来例と相違してO₂センサを新たに設ける必
要がないのである。

ただし、この再生持続中になんらかの原因によりフィ
ルタに堆積したパーティキュレートが異常に燃焼する
と、温度が急激に上昇してフィルタ32が容損してしまう
可能性がある。

この場合に、第２の発明によれば、フィルタ出口温度
（またはフィルタ内部温度）の予測値の変化率ΔTex2th
と実際に計測されたフィルタ出口温度（またはフィルタ
内部温度）の変化率ΔTex2との差A1（＝ΔTex2−ΔTex2
th）と第２の基準値Acとの比較により差A1が基準値Ac以
上となったときフィルタ32の温度上昇が異常であると判
定し、制限解除手段48によりただちに排気のすべてをフ
ィルタ32に導き、これによりフィルタ32を冷却する。第
２の発明においても、外気温等に影響されるフィルタ入
口温度Tex1とフィルタの熱容量とを考慮した（パーティ
キュレートの燃焼抜きの）フィルタ出口温度（またはフ
ィルタ内部温度）の予測値の上昇率ΔTex2thを基準と
し、これとパーティキュレートの燃焼分が加算された実
測の温度上昇率ΔTex2とを比較することにより、パーテ
ィキュレートの燃焼分の増加だけを応答よく予測できる
ので、上記、、の従来例と相違してフィルタ入口
温度の変化に影響されることなく温度上昇の異常を正確
に判断することができる。

（実施例） 第２図は一実施例のシステム図である。

図において、吸気通路２にバタフライ型の絞り弁３が
設けられ、この吸気絞り弁３にはダイアフラムアクチュ
エータ４が連結される。アクチュエータ４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５が介装され、この電磁弁５をOFFからONにする
と、アクチュエータ４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３が所定の開度まで閉じ
られる。なお、吸気絞り弁３は常開のタイプであり、全
開と所定開度閉じられる状態との２位置をとる。

吸気絞り弁３の下流には補助燃料噴射弁８が設けら
れ、この噴射弁８に燃料タンク６内のセタン価の低い燃
料が燃料ポンプ７によって圧送される。ここで、セタン
価の低い燃料としたのは、この燃料が未燃のままフィル
タ10に供給されるように、つまりSOF（有機可溶成分
で、主に未燃料料からなる）としてフィルタ10に捕集さ
せたいからである。この意味では、セタン価の高い通常
燃料を用いてSOFを作り出すようにしてもかまわない
（たとえば通常燃料を圧縮着火されることのない噴射時
期に燃焼室に噴射するかあるいはフィルタ10上流の排気
通路９に噴射弁を設け、この噴射弁から通常燃料を噴射
する）。

排気通路９うち一方の分岐通路9Aに設けられるフィル
タ10は、パーティキュレートのうち特にカーボンに対し
て捕集効率の高い、いわゆるウォールスルータイプのも
のである。これに限らず、三次元網目状に形成した付着
補集タイプのものでもかまわない。

フィルタ10の前面にはヒータ11が設けられ、コントロ
ールユニット27からの通電信号を受けるとフィルタ10を
加熱する。このヒータ11はフィルタ10の内部に組み込む
こともできる。

ヒータ11、前述の吸気絞り弁３とその駆動装置（アク
チュエータ４および三方電磁弁５）、補助燃料系（噴射
弁8,燃料ポンプ７および燃料タンク６）から第１図の昇
温装置33が構成される。

一方の分岐通路9Aと他方の分岐通路（バイパス通路）
9Bには、それぞれバタフライ型の絞り弁12,15が設けら
れ、これらの絞り弁12,15もダイアフラムアクチュエー
タ13,16と三方電磁弁14,17により駆動される。ただし、
一方の絞り弁12は常開と、他方の絞り弁（バイパス弁）
15は常閉のタイプで、これらも２位置（排気絞り弁12に
ついては全開と所定開度閉じられた状態との２位置、バ
イパス弁15については全閉と全開の２位置）をとる。

ここでは、各分岐通路9A,9Bにそれぞれ絞り弁を設け
ているが、排気通路９が分岐する位置あるいは２つの分
岐通路9A,9Bが合流する位置に１つの弁を設け、この弁
により２つの分岐通路の通路面積を調整するようにして
もかまわない。つまり、ここでの排気絞り弁12とバイパ
ス弁15が第１図の調整弁34を、それらの駆動装置（アク
チュエータ13,16と三方電磁弁14,17）が調整弁駆動装置
35を構成している。

21は半導体式圧力センサで、フィルタ10の前後差圧Δ
Ｐを検出する。22と23は熱電対からなる温度センサで、
フルタ入口温度Tex₁とフィルタ出口温度Tex₂を検出す
る。なお、フィルタ出口温度の代わりに、フィルタ内部
温度を検出するようにしてもかまわない。

24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）、25はポテンショメータから構成され燃料
噴射ポンプのコントロールレバー開度（エンジン負荷相
当量）Ｑを検出するセンサ、26は冷却水温Twを検出する
センサである。

これらセンサ21〜26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27に入力され、コン
トロールユニット27では第３図（Ａ）と第３図（Ｂ）に
示すところにしたがって、３つの三方電磁弁5,14,17にO
N,OFF信号を、補助燃料噴射弁８に噴射信号を、ヒータ1
1に通電信号をそれぞれ出力する。

第３図（Ａ）と第３図（Ｂ）はフィルタ10を再生させ
るためのルーチンで、所定の時間ごと（たとえば10msec
ごと）に演算される。

S1ではエンジン回転数Ne,コントロールレバー開度Q,
フィルタ入口温度Tex₁,フィルタ出口温度Tex₂,冷却水温
Twおよびフィルタ10の前後差圧Ｐを読み込む。

S2は第１図の再生時期判定手段36の機能を果たす部分
である。ここでは再生時期であるかどうかをみて、再生
時期にあると判断すればS3に進む。この場合、フラグに
て再生時期を判断するようにしてあり、再生時期にある
場合はフラグがセットされている。

なお、このフラグは、実際のフィルタ前後差圧ΔＰと
予め定めた捕集限界時のフィルタ前後差圧ΔPmaxとの比
較により、ΔＰ≧ΔPmaxであれば再生時期にあると判断
され、フラグがセットされる。再生時期の判断はこれに
限らず捕集量量履歴や走行距離，走行時間に基づくもの
であってもかまわない。

S3ではフィルタ入口温度Tex₁が有機可溶成分SOFの再
燃焼を始める温度（の下限値）T_SOFより大きいかどう
か、S4ではエンジンの運転条件が減速時にあるかどう
か、さらにS5ではコントロールレバー開度Ｑが基準値Qr
以下であるかどうかをみて、Tex≧T_SOFであること、減
速時にあることおよびＱ≦Qrであることの３つの条件を
すべてを満たす場合に再生開始に入る場合であると判断
して、S6以降に進む。

この場合、S3での温度T_SOFはたとえば200℃である。T
ex₁≧T_SOFであることを条件として再生開始に入れられ
るのは次の理由である、エンジンから排出されるパーテ
ィキュレートは、大別してカーボンとSOFに分けられ
る。このうち、カーボンは比較的高い温度（たとえば40
0℃以上）にならないと再燃焼しないのに対し、SOFは比
較的低い温度（200℃程度以上）から再燃焼する。これ
により、比較的低い温度でもまずSOFも燃やしてやれ
ば、フィルタ10の温度が上昇し、やがてはフィルタ10に
堆積しているカーボンを燃やすことができる。言い替え
るならば、SOFの燃焼する温度未満（Tex₁＜T_SOF）で
は、再生を開始してもカーボンの燃焼を誘発することが
できないのである。

S4での減速時にあるかどうかの判定は、たとえば所定
時間ごとのコントロールレバー開度Ｑの変化量が所定値
以下の（負の値）の場合に、減速状態にあると判断させ
るものでかまわない。減速時以外に吸気絞りを行うと、
運転性に影響するので、運転性に影響のない減速時を条
件とするものである。

S5での基準値Qrにはアイドル条件をわずかに越える程
度のコントロールレバー開度を設定する。たとえば車速
をあわせるためごくわずかアクセルペダル操作を行った
場合（Ｑ＞Qrの場合）にもS6以降に進むと、車速をあわ
せることができなくなるので、こうした運転性の悪化を
防止するためＱ≦Qrを条件とするものである。

S6ではヒータ11にON信号を出力する。これは、ヒータ
11でフィルタ10を加熱することによりフィルタ10に捕集
されているSOFの燃焼を確実にするためのものであり、
フィルタ上流でのSOFの燃焼促進効果をねらったもので
ある。

S7とS10は第１図の作動手段37の機能を果たす部分
で、ここではフィルタ10の再生が開始されるように、三
方電磁弁５および補助燃料噴射弁８に指示を与える。

まず、S7では吸気絞りが行なわれるように、三方電磁
弁５にON信号を出力する。この吸気絞りによりフィルタ
10でのSOFの燃焼に十分な空気量であってしかも燃焼室
内で圧縮着火が起こりうるほどには多くない空気量がフ
ィルタ10に供給されるように、この場合の吸気絞り弁３
の閉じ角を設定する。

S8では補助燃料フラグをチェックをして、このフラグ
がリセットされていれば再生開始の操作に入った直後に
あると判断してS9に進む。このフラグは減速条件が長時
間におよんだ場合でも、噴射弁８からの補助燃料の供給
は１度だけにするために導入したフラグである。すなわ
ち、補助燃料はフィルタ10での再生開始を確実にするた
めのものであり、いったん再生が開始されれば、その後
に補助燃料の供給を行うことは必要ないからである。な
お、ここでは補助燃料の噴射回数を一回に限定してある
が、微小燃料流量の管理が可能であるタイプの噴射弁で
あれば、一回に限定せず数回にわけて噴射してもかまわ
ない。

S9では、冷却水温Twからマップを参照して補助燃料量
を読み出す。この量はフィルタ10の再生開始に必要とな
るSOFの量に相当するものである。補助燃料量の特性を
第４図に示す。図示の特性としたのは、冷却水温Twが低
い場合は燃焼状態が悪く、排気中のSOFの量も多いた
め、補助燃料量を少なくしても、冷却水温Twが高い場合
と同様の効果が得られるためである。

S10では、S9で求められた補助燃料量に対応する期間
だけ噴射弁８が開かれるように、噴射弁８に駆動信号を
出力する、S11では補助燃料フラグをセットする。

S12では再生開始フラグをセットする。このフラグは
再生の開始とそれ以後とを分けるフラグであり、再生開
始後に、排気絞り弁12とバイパス弁15の開閉制御のため
に必要となるものである。

S13では、ヒータ11の通電時間を与える値（固定値で
たとえば数10秒）Time Aと再生操作に入ってからの経過
時間を表すタイマTimer Bとを比較し、Time A＞Timer B
ならばS14でTimer Bの値をインクリメントし、Time A≦
Timer Bになると、S15でヒータ11にOFF信号を出力す
る。これは、Time Aのあいだは必ず通電することにより
ヒータ11を赤熱させ、ヒータ11によるフィルタ昇温効果
をより確実にするためである。S16ではTimer Bをクリア
する。

一方、再生時期にあっても、SS,S5で減速時になかっ
たり減速時でもＱ＞Qrの場合はS17に進み、吸気絞り弁
が開かれるように電磁弁５にOFF信号を出力する。たと
えば、減速を終了して加速あるいは定常運転になった場
合にまで吸気を絞っていると失火するので、これを避け
るため、吸気絞りを解除するのである。

S18では再生開始フラグをチェックして、このフラグ
がセットされていれば再生の開始はなされていると判断
してS19に進む。

S19ではエンジン回転数Neと冷却水温Twよりマップを
参照して基準値Qxを読み出す。この基準値Qxはカーボン
のほとんど排出されない領域とそれ以外の領域との境を
定める値である。基準値QxをNeとTwに応じて定めるのは
次の理由による。エンジンから排出される排気成分の組
成（特にカーボンの発生量）は基本的にはエンジン負荷
に応じて定まるのであるが、これだけでなく回転数Neに
よっても異なり、また冷却水温Twで代表されるエンジン
の暖機状態によっても変化するため、これら回転数Neと
冷却水温Twをも加味する必要があるのである。

基準値Qxのマップの一例を第５図に示す。第６図のマ
ップから回転数基準値Qx₁を、第７図のマップから水温
補正値Qx₂を読み出し、これらの差により基準値Qx（＝Q
x₁−Qx₂）を求めるようにすることもできる。

S20では基準値Qxとそのときのコントロールレバー開
度Ｑを比較し、Qx≧Ｑであればカーボンのほとんど排出
されない領域にあると判断して、S26,S27に進む。

S26とS27は第１図の排気導入制限手段40の機能を果た
す部分で、フィルタ10への排気の導入が制限されるよう
に、排気絞り弁12を所定の開度まで閉じバイパス弁15全
開にする。これは、再生中のフィルタ10に排気を多く導
きすぎると、フィルタ10が冷却され燃焼が途中でとぎれ
ることにもなるので、排気絞り弁12を閉じて小量の排気
だけをフィルタ10に流すことによりフィルタ10での再生
を維持させるのである。

ただし、この例では、S21〜S25により、フィルタ10の
温度上昇に異常がない場合に限って、S26,S27に進ませ
るようにしている。

このうち、S21とS22は第１図の温度予測値演算手段42
の機能を果たす部分である。

S21,S22ではあらかじめ定めてある荷重係数ｋ（ｋ＜
１）を読み出し、このｋと温度センサ22にて検出された
実際の入口温度Tex₁を用いて、次の漸化式によりフィル
タ出口の温度予測値Tex₂thを求める。

Tex₂th＝ｋ・Tex₁＋（１−ｋ）Tex₂tho … ただし、式においてTex₂thoの最後に付した「Ｏ」
は前回のTex₂thの値であることを意味させている。

フィルタ10は一定の熱容量を有するので、フィルタ10
の入口温度Tex₁が第８図で示したようにステップ的に上
昇しても、排気熱の一部がフィルタ10の温度上昇のため
にしばらくは奪われるため、フィルタ10の出口温度は一
点鎖線で示すようにカーブを描いてTex₁に追従していく
ことになる。この曲線を１次遅れで近似したのが式で
あり、Tex₂thは曲線上の値（正確には離散値）を表す。

この場合、第８図で一点鎖線の曲線の近付きの程度を
定めるのが荷重係数ｋであり、フィルタ10の熱容量に応
じて定める。ただし、エンジンの暖機状態や外気温が相
違すると、この曲線の近付きの程度が変化するので、ｋ
を固定値でなく、冷却水温Twが外気温Taに応じた値（可
変値）として定めることが望ましい。

S23、S24、S25はそれぞれ第１図の温度予測値変化率
演算手段43、差演算手段44、異常温度上昇判定手段47の
機能を果たす部分である。

まず、S23では次式により温度読予測値Tex₂thの変化
率ΔTex₂thを求める。

ΔTex₂th＝Tex₂th−Tex₂tho … なお、この計算の後で今回求めたTex₂thは次回演算の
ため、前回の値Tex₂thoとしてメモリに格納しておく。

S24では温度センサ23にて検出された出口温度Tex₂よ
りこの出口温度の実際の変化率ΔTex₂（＝Tex₂−Te
x_2o）を求め、この値ΔTex₂と予測値の変化率ΔTex₂th
との差A1（＝ΔTex₂−ΔTex₂th）を計算する。

S25では基準値（固定値でたとえば５℃/sec程度）Ac
とA1を比較し、Ac＞A1であれば、フィルタ10の温度上昇
に異常はないと判断して、S26,S2に進む。この場合の基
準値Acはフィルタの特性によって相違する。

この逆にS25ではAc≦A1であれば、フィルタの温度上
昇は異常であると判断してS28,S29に進む。

S28とS29は第１図の制限解除手段48の機能を果たす部
分で、排気絞り弁12を開きバイパス弁15を閉じることに
より、排気の全量をフィルタ10に導入する。これは、Qx
≧Ｑである領域での排気は比較的低温であり、この低温
の排気をすべてフィルタ10にみちびいてやることで、フ
ィルタ10を冷却し、温度上昇を緩やかにするためであ
る。

なお、S20でQx＜Ｑにある場合もS28,S29に進ませる
が、これは、Qx＜Ｑとなる高温の排気温度領域では排気
中のカーボンが多く発生するので、再生中とはいえこれ
がバイパス通路9Bを通してそのまま放出させることがな
いようにするためである。

S30は第１図の再生終了判定手段45の機能を果たす部
分で、別の基準値（これも固定値で、たとえば１℃/sec
程度）AeとA1を比較し、Ae≦A1の場合はパーティキュレ
ートの燃焼中と判断してS35に進み、やがてAe＞A1にな
るとパーティキュレートの燃焼による発熱が小さくなっ
たと、つまりフィルタ10の再生が終了したと判断する。

ただし、この例では、この再生終了判定によりすぐに
S33,S34に進むのではなく、この再生終了判定に伴う誤
動作防止のため、さらにS31,S32の処理を行う。

S31ではS24で得た差A1の変化率ΔA1を計算する。S32
ではこの変化率ΔA1と基準値ΔAeを比較し、ΔAe≧ΔA1
より発熱の加速度も一定値以下になったと判断し、最終
的にフィルタ10の再生が終了したとして、S33で再生開
始フラグをリセットし、S34で再生終了をセットする。
この再生終了のセットにより次回からはS2において再生
時期にないと判断され、S36以降に進むことになる。

S35では補助燃料フラグをリセットする。これは、再
生時期にあると判定されているあいだ（再生終了がセッ
トされるまでのあいだ）は、再生開始およびその後の再
生維持を繰り返し行わせるためである。

また、S3,S43でTex₁＜T_SOFかつ再生開始フラグがセッ
トされている場合にも、S44で吸気絞り弁３を開く。こ
れは、再生時期にあってTex₁がT_SOF未満となった場合に
対応するためである。

S2で再生時期にない場合は、S36〜S42で後処理のため
パーティキュレートをフィルタ10で捕集できる状態に戻
す（S36,S37,S42では後処理のため再生開始フラグと補
助燃料フラグをリセットし、Timer Bをクリアする。S38
〜41では昇温装置の作動を停止し、排気の全量をフィル
タ10に流す）。

ここで、この例の作用を説明する。

ディーゼルエンジンでは、その常用域である低速低負
荷時の排気温度がほぼ100℃〜200℃とガソリンエンジン
にくらべて低い。一方、フィルタ10に堆積しているカー
ボンはほぼ400℃以上にならないと再燃焼しないのであ
るから、そのままではフィルタ10を十分に再生すること
ができない。

これに対して、この例では再生時期になったと判断さ
れた後で、SOFの燃焼がおこりうる排気温度域にありか
つ減速時になると、フィルタ10の再生開始に必要となる
SOFの量に相当する燃料が補助燃料噴射弁８よりフィル
タ10の上流（吸気通路）に供給されるとともに、吸気絞
りによりフィルタ10に堆積しているパーティキュレート
（SOFとカーボン）の燃焼に必要となる空気量で、しか
もフィルタ10を冷却してしまうほどには多くない空気量
がフィルタ10に供給される。

これにより、フィルタ10ではSOFがまず燃焼を始め、
フィルタ10の温度をカーボンが燃焼しうる温度にまで上
昇させる。このSOFの燃焼による昇温により、また吸気
絞りによる排気温度の上昇にも助けられて、ついにはカ
ーボンの燃焼が始まる。つまり、SOFの燃焼を種火とし
てカーボンが燃やされるので、これによりフィルタ10の
再生が開始される。なお、再生の開始にあたってはヒー
タ11によってもフィルタ10が加熱されるので、SOFの燃
焼が確実に行なわれる。

これら再生開始操作が終了した後は、コントロールレ
バー開度Ｑよりカーボンの多く排出されることのない領
域にあるとみれば、バイパス弁15を開いて排気絞り弁12
を所定と開度まで閉じることにより、一定量の排気しか
フィルタ10に流れることがないようにされる。

これにより、一度開始されたフィルタ10の再生が排気
流量の増加に起因する冷却効果によって、途中で阻害さ
れることがなくなるので、フィルタ10の再生が維持さ
れ、フィルタ10に堆積しているパーティキュレートをす
べて燃やすことができる。たとえば減速後の負荷増加に
伴う排気流れによってフィルタ10から奪われる熱量が、
パーティキュレートの燃焼によって発生する熱量より多
くなると、フィルタ10での再生が途中で終えてしまうこ
とにもなるが、フィルタ10への排気の流量を制限するこ
とによりこうしたことを避けることができるのである。

ただし、フィルタ10への排気の流入を制限して再生を
持続している状態で、なんらかの原因によりパーティキ
ュレートが異常燃焼をおこして大きく発熱し、フィルタ
10の温度が急激に上昇すると、フィルタ10が溶損してし
まう可能性がある。

これに対して、この例によればフィルタ10の再生を維
持しているあいだは、フィルタ出口温度の実際の変化率
ΔTex2とフィルタ出口温度の予測値の変化率ΔTex2thと
の差A1と基準値Acとの比較によりフィルタ温度が管理さ
れ、フィルタ10の焼損を引きおこすというような予期し
えない異常な温度上昇があるとみるや、直ちに比較的低
温の排気がすべてフィルタ10に導びかれる。これにより
フィルタ10が冷却されることになって、異常な温度上昇
が防止され、フィルタ10では安全に再生が行なわれる。
こうした排気導入の制限解除は、フェールセーフ機能で
あり、フェールセーフ機能を燃たせることで、フィルタ
システムの信頼性を大幅に向上させることができるので
ある。

さらに、冷却水温Twや外気温Taを考慮して再生中のフ
ルタ温度を管理することもできる。この場合には、エン
ジンの始動直後や外気温が大きく相違しても、フィルタ
10の再生状態を正確に判断することができる。

一方、フィルタ出口温度の実際の変化率ΔTex2とフィ
ルタ出口温度の予測値の変化率ΔTex2thとの差A1からフ
ィルタの異常な温度上昇を判断することができるとすれ
ば、この逆に同じ差A1から、この値が小さくなると、パ
ーティキュレートの燃焼による発熱が収束したと、つま
り再生が終了したと判断することができる。この例では
フェールセーフのために用いる温度管理を、再生終了に
ついても行うことで、フィルタ10の再生を確実に終了さ
せることができる。

なお、再生開始に際しての吸気絞りが減速時に行なわ
れるのであれば、吸気を大きく絞っても運転性に悪い影
響はない。

（発明の効果） 第１の発明は、再生時期となり昇温装置を作動させて
フィルタの再生を開始するとともに、フィルタへの排気
の導入を制限してフィルタでの再生を良好に行わせる一
方で、外気温等に影響されるフィルタ入口温度とフィル
タの熱容量を考慮した（パーティキュレートの燃焼抜き
の）フィルタ出口温度（またはフィルタ内部温度）の予
測値の変化率を計算し、この温度変化率を基準としてこ
れとパーティキュレートの燃焼分が加算された実測の温
度変化率とを比較することにより、パーティキュレート
の燃焼分の減少だけを応答よく予測するので、フィルタ
入口温度の変化に影響されることなく再生終了の時期を
正確に判断することができ、かつO₂センサを新たに設け
ることも必要でない。

第２の発明では、外気温等に影響されるフィルタの入
口温度とフィルタの熱容量を考慮した（パーティキュレ
ートの燃焼抜き）のフィルタ出口温度（またはフィルタ
内部温度）の予測値の変化率を基準としてこれとパーテ
ィキュレートの燃焼分が加算された実測の温度変化率と
を比較することにより、パーティキュレートの燃焼分の
増加だけを応答よく予測するので、フィルタ入口温度の
変化に影響されることなくパーティキュレートの燃焼に
伴う温度上昇の異常を正価に判断することができ、これ
によってフィルタを安全に再生することができる。

【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（Ａ）と第３図（Ｂ）はこの実施
例の制御動作を説明するための流れ図、第４図ないし第
７図はこの制御に必要となるマップの特性図、第８図は
この実施例のフィルタ10の温度特性について説明するた
めの波形図である。 第９図はこの発明の作用を説明するための波形図であ
る。 １……エンジン、２……吸気通路、３……吸気絞り弁、
４……ダイアフラムアクチュエータ、５……三方電磁
弁、６……燃料タンク、７……燃料ポンプ、８……補助
燃料噴射弁、９……排気通路、9A,9B……分岐通路、10
……フィルタ、11……ヒータ、12……排気絞り弁、13…
…ダイアフラムアクチュエータ、14……三方電磁弁、15
……バイパス弁、16……ダイアフラムアクチュエータ、
17……三方電磁弁、21……圧力センサ、22……フィルタ
入口温度センサ、23……フィルタ出口温度センサ、24…
…クランク角センサ、25……コントロールレバー開度セ
ンサ（エンジン負荷センサ）、26……水温センサ、27…
…コントロールユニット、31……排気通路、31A,31B…
…分岐通路、32……フィルタ、33……昇温装置、34……
調整弁、35……調整弁駆動装置、36……再生時期判定手
段、37……作動手段、40……排気導入制限手段、41……
フィルタ入口温度センサ、42……温度予測値演算手段、
43……温度予測値変化率演算手段、44……差演算手段、
45……再生終了判定手段、46……制限／作動解除手段、
47……異常温度上昇判定手段、48……制限解除手段。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つに分岐した排気通路の一方に介装され
   るフィルタと、 このフィルタの昇温装置と、 前記２つの分岐通路への排気の導入割合を調整しうる弁
   と、 この調整弁を駆動する装置と、 前記フィルタの再生時期にあるかどうかを判定する手段
   と、 この再生時期になると前記昇温装置を作動させる手段
   と、 同じく再生時期になると前記フィルタへの排気の導入が
   制限されるように前記調整弁駆動装置を制御する手段
   と、 この排気導入制限中の前記フィルタの内部または出口の
   温度予測値を、フィルタの入口温度を検出するセンサか
   らの信号に基づいて演算する手段と、 この温度予測値の変化率を演算する手段と、 この温度予測値の変化率と実際に計測されたフィルタの
   内部または出口の温度変化率との差を演算する手段と、 この差と第１の基準値との比較によりフィルタの再生が
   終了したかどうかを判定する手段と、 この判定結果よりフィルタの再生が終了したとき前記フ
   ィルタへの排気の導入の制限を解除しかつ前記昇温装置
   の作動を解除させる手段と を設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 【請求項２】２つに分岐した排気通路の一方に介装され
   るフィルタと、 このフィルタの昇温装置と、 前記２つの分岐通路への排気の導入割合を調整しうる弁
   と、 この調整弁を駆動する装置と、 前記フィルタの再生時期にあるかどうかを判定する手段
   と、 この再生時期になると前記昇温装置を作動させる手段
   と、 同じく再生時期になると前記フィルタへの排気の導入が
   制限されるように前記調整弁駆動装置を制御する手段
   と、 この排気導入制限中の前記フィルタの内部または出口の
   温度予測値を、フィルタの入口温度を検出するセンサか
   らの信号に基づいて演算する手段と、 この温度予測値の変化率を演算する手段と、 この温度予測値の変化率と実際に計測されたフィルタの
   内部または出口の温度変化率との差を演算する手段と、 この差と第２の基準値との比較によりフィルタの温度上
   昇が異常であるかどうかを判定する手段と、 この温度上昇が異常であるとき少なくとも前記フィルタ
   への排気の導入の制限を解除する手段と を設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。