JP2841896B2 - 内燃機関のフィルタ再生制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス中のパティキ
ュレートを捕集するフィルタを内燃機関の排気系に備
え、フィルタ再生時、エアポンプより２次空気をフィル
タに供給してパティキュレートを燃焼させるフィルタ再
生制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばディーゼル機関の排気ガス中には
排気微粒子、即ちパティキュレートが含まれているた
め、このパティキュレートを捕集するため機関の排気系
にフィルタを設けた内燃機関が知られている。

【０００３】このような内燃機関に装着されるフィルタ
は定期的に、捕集されたパティキュレートを焼却する、
所謂フィルタの再生処理を行わねばならないが、この再
生方法にあたっては、フィルタ端部に電気ヒータを設け
ると共に、フィルタ外部に電動のエアポンプを設け、フ
ィルタ再生時電気ヒータに通電しつつ、エアポンプより
フィルタ上流に空気（以下、燃料と混合される空気と区
別するため、これを２次空気と呼ぶ）を供給して、パテ
ィキュレートを燃焼するようにした排気浄化装置が知ら
れている。

【０００４】ところで上述したようなフィルタ再生時の
パティキュレートの燃焼には、適度の燃焼温度と適度の
２次空気量が必要であり、供給される酸素量が少なく燃
焼温度が低いとパティキュレートは充分焼却されず、逆
に酸素量が多すぎ燃焼温度が高すぎるとフィルタ自体が
溶損するという問題がある。即ち、このエアポンプから
の２次空気供給によってフィルタ再生を行う排気浄化装
置においては、パティキュレート燃焼に必要な所定重量
流量値だけの酸素が供給されるように制御されなければ
ならないが、実際には大気圧や大気温度の変化により、
重量流量の変化を受けやすくフィルタ再生条件が不安定
である。

【０００５】かかる問題に対し、例えば特開昭60-19909
号公報では、エアポンプ下流側に２次空気量制御弁を設
け、この弁制御を以て供給される空気量を制御するよう
にした制御装置において、２次空気量制御弁上流にエア
ポンプから供給された２次空気の一部を放出させる逃が
し弁を設け、この逃がし弁の調整によって２次空気量制
御弁上流の圧力を絶対圧で一定とし、大気圧や大気温度
の変化に拘わらず２次空気流量（重量流量）が一定とな
るように２次空気量制御弁の弁開度を制御するようにし
たフィルタ再生制御装置が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したフィルタ再生
制御装置は、エアポンプによって２次空気を供給するタ
イプの従来装置にあって、比較的供給される２次空気量
の精度が高いものであるが、基本的にエアポンプの駆動
を制御せずに２次空気量制御弁の上流側の圧力を常に一
定に制御するため、逃がし弁を介してエアポンプの吐き
出し空気を外部に放出しており、エアポンプ駆動ロスが
ある。従ってこの装置においては燃費が悪化するなどの
問題がある。

【０００７】本発明はかかる問題に鑑み、フィルタ再生
時、エアポンプに駆動ロスを生じることなく所定重量の
２次空気を供給できるフィルタ再生制御装置を提供する
ことを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、機関の排気系に設けられたフィルタによっ
て、排気ガス中のパティキュレートを捕集すると共に、
該フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却するフ
ィルタ再生時、エアポンプによってフィルタ上流にパテ
ィキュレート燃焼のための再生用２次空気を供給する内
燃機関であって、図１に示すように、上記エアポンプの
吸込側圧力と吐出側圧力との差圧を検出する差圧検出手
段と、上記エアポンプの各駆動電圧に対応する上記差圧
と吐き出される２次空気量との特性関係を示すべく予め
求められるマップ手段と、上記差圧検出手段によって求
められた差圧と目標とする２次空気量とから上記マップ
手段を用いてエアポンプの目標駆動電圧を求める目標エ
アポンプ駆動電圧演算手段と、得られた目標エアポンプ
駆動電圧と現在のバッテリ電圧とからエアポンプ駆動デ
ューティ比を算出するデューティ比演算手段と、演算さ
れたデューティ比を以てエアポンプを駆動するエアポン
プ駆動手段とを有するフィルタ再生制御装置を提供す
る。

【０００９】

【作用】エアポンプから吐き出される２次空気量が目標
とする２次空気量となるようにエアポンプの目標駆動電
圧を決定し、この目標駆動電圧を達成するべくバッテリ
電圧をデューティ制御するため、エアポンプの駆動ロス
も少ない。

【００１０】

【実施例】図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図２は、本発明の一実施例としてのフィルタ再生制御装
置の構成を示すものであって、フィルタ上下流に排気圧
力を検出する圧力センサを設け、更にこの２個のセンサ
間の出力特性差を補償する機構を備えた排気浄化システ
ムに本発明を適用したものである。

【００１１】図２に関し、１はパティキュレートを捕集
するフィルタ、２はパティキュレート捕集時、図示しな
いエンジン本体からの排気ガスをフィルタ１に導く排気
管、また３はフィルタ１再生時、排気ガスをフィルタ１
より迂回させるバイパス管である。

【００１２】排気管２及びバイパス管３の夫々の内部に
は、上述したようなパティキュレート捕集時とフィルタ
再生時の排気ガス流れを達成する第１排気制御弁４及び
第２排気制御弁５が設けられており、例えばパティキュ
レート捕集時には図に示したような弁位置を占め、フィ
ルタ再生時には弁周り点線で示したような位置を占める
ように制御回路（ECU)６によって作動制御される。

【００１３】排気管２内部に配置される第１排気制御弁
４とフィルタ１との間には、フィルタ再生時、パティキ
ュレート燃焼のための再生用ガス（例えば２次空気）を
フィルタ１の排気上流側（以下、上流側と呼ぶ）に供給
する電動エアポンプ７が設けられており、これはフィル
タ１の前端に配置されるフィルタ再生用電気ヒータ８と
共に、バッテリ９より電力供給される。尚、10，11は制
御回路６によってオンオフされる半導体リレーであり、
12はエアポンプ用フィルタ、13は排気ガスのエアポンプ
７への逆流を防ぐストップ弁である。

【００１４】フィルタ１におけるパティキュレート捕集
状態を検出するため、フィルタ１の上・下流の排気管１
には夫々、圧力導入管14及び15が接続され、この排気管
領域での排気圧力を検出する圧力センサ16（フィルタ上
流側）及び圧力センサ17（フィルタ下流側）が設けられ
る。

【００１５】また本実施例では、上述したセンサ出力特
性差補償機構として前出の圧力導入管14，15の途中に制
御回路６によって駆動されるロータリ式の圧力検出ライ
ン切り替えバルブ18及び19が夫々介装される。この圧力
検出ライン切り替えバルブ18，19は、センサ出力特性差
検出の際各圧力センサ16，17へ大気圧を導くものであっ
て、その補正方法に関しては本発明と直接関係ないため
省略するが、以下の説明ではこの２個の圧力センサ16，
17の出力特性差は上記機構によって予め補償されてお
り、実質上センサ間には出力特性差がないものとする。
尚、20及び21は圧力センサ用フィルタである。

【００１６】制御回路６の入力側には圧力センサ16及び
17からのアナログ信号の他、同様にフィルタの上・下流
に設けられる排気温センサ22及び23からのアナログ信
号、大気温センサ24によって検出された大気温度Ｔo を
示すアナログ信号、エアフローメータ（図示せず）によ
って検出された吸入空気量Ｇa を示す信号、エンジン回
転数Ｎe を示す信号など、現在の機関の運転状態を示す
各種信号が入力される。そして制御回路６はこれら各種
センサから得られた運転情報に基づいてエンジン制御を
したり、フィルタ１に関すればフィルタ再生時、電動エ
アポンプ７や電気ヒータ８を駆動する信号を出力する。

【００１７】以下、図３及び図４を参照して、本発明に
よるフィルタ再生制御装置の作動を具体的に説明する。

【００１８】図３及び図４に示すフローチャートは、現
在フィルタ１がフィルタ再生条件を満たすか否かを判断
し、再生条件を満たす時、本発明の特徴たるフィルタ再
生処理を実行するための制御回路６の作動を説明するも
のであって、例えば50msecなどの所定時間毎に処理され
る時間割り込みルーチンとする。

【００１９】図３に関し、まずステップ31からステップ
34にかけて各種フラグＦ₁ ，Ｆ₂ ，Ｆ₃ ，Ｆ₄ が０にリ
セットされているか否かを判定する。これらのフラグ
は、本ルーチンの後出ステップにおいて１にセットされ
るものであって、その具体的処理内容は後述するが、本
ルーチンが最初に実行される時点においては予め０に初
期化されているものとする。

【００２０】ステップ31〜34の夫々においてＹｅｓと判
定された場合、ルーチンはステップ35に進み、ここで初
めてフィルタ再生時期か否かが判定される。即ち具体的
には、ここで圧力センサ16，17によってフィルタ上下流
の排気圧力を検出し、その差、即ちフィルタ圧損ΔＰを
求め、フィルタ再生を要すると判断される所定値以上の
時に再生時期（Yes)と判定する。

【００２１】フィルタ再生時期と判定されたならば、ル
ーチンは次にステップ36に進み、第１排気制御弁４と第
２排気制御弁５の夫々に駆動信号を出力して、図２の点
線位置を占めるようにし、排気ガスの全量をフィルタ１
からバイパスさせる。またこのステップ36では同時に制
御弁位置切り替えフラグＦ₄ を１にセットする。尚、ス
テップ35でＮｏ、即ちフィルタ再生時期でない場合に
は、後述するフィルタ再生処理は実行されないため、以
下のステップをスキップして本ルーチンを終了する。

【００２２】ところで実際には、上記第１、第２排気制
御弁４，５の位置替えにはある程度の時間（２〜３秒）
を要する。従ってステップ36に続くステップ37では、制
御弁の位置替えが終了したか否かを、例えば上記位置替
え時間の経過を見ることにより判断する。そして切り替
えが完了したと判定されたならば（Yes)、ルーチンはス
テップ38に進み、上記制御弁位置切り替えフラグＦ₄ を
０にリセットし、逆に切り替え中の場合（No）、以下の
ステップをスキップして本ルーチンを終了する。尚、ス
テップ37でＮｏの場合、次のルーチンではステップ34で
Ｎｏと判定されることになり（フラグＦ₄ は１にセット
されているため）、ステップ35，36をスキップして再
度、制御弁位置切り替え完了か否かの判定がなされるこ
とになる。

【００２３】フラグＦ₄ をリセットする処理に加え、ス
テップ38では圧力センサ16によってフィルタ上流側の圧
力が検出される。即ち、第１排気制御弁４の位置が切り
替わった後のフィルタ上流側圧力は、エアポンプ７が駆
動されるまではその時の大気圧Ｐo を示すため、この時
のフィルタ上流側圧力を検出することにより、これと等
しいエアポンプ７の吸込側圧力を求めるものである。加
えて、ステップ38では大気温センサ24によってその時の
大気温度Ｔo が検出される。

【００２４】次にステップ39では半導体リレー11に駆動
信号を出力する処理が行われ電気ヒータ８への通電が開
始されると共に、ヒータ通電フラグＦ₃ が１にセットさ
れる。この電気ヒータ８への通電処理は所定時間（例え
ば３分間）に亙って実行されるものであり、従ってステ
ップ39に続くステップ40では、通電開始時期からの経過
時間を見て、上記所定時間が経過したか否か、即ち通電
終了時期か否かが判定される。そしてステップ40現在通
電終了時期と判定されたならば（Yes)、ステップ41でヒ
ータ通電フラグＦ₃ が０にリセットされ、逆に引き続き
ヒータ通電が続行される場合（No）、ステップ41をスキ
ップすることになる。尚、ステップ41をスキップした場
合、本ルーチン終了後、次のルーチンのステップ33でＮ
ｏと判定されることになり、この場合ステップ35〜38を
スキップして、引き続きステップ39でヒータ通電処理が
続行され、再度ステップ40で通電終了時期判定が行われ
る。

【００２５】図３に続くステップ42では、先のステップ
32と同様に、再びフラグＦ₂ が０にリセットされている
か否かが判定される。このフラグは後述するエアポンプ
駆動に伴って、セットされるものであり、ここでは仮に
Ｙｅｓと判定されたとして、次のステップ43を説明す
る。

【００２６】ステップ43では、エアポンプ７の吐出側圧
力Ｐh を求めるためにエアポンプ７を一時、予め定めら
れた標準的作動条件のもとでモデル駆動する処理が実行
される。即ち、具体的には例えば、フィルタ圧損ΔＰが
標準状態（所定量のパティキュレートを捕集した状態）
で、かつ大気圧及び大気温度が夫々標準的な値Pstd，Ts
tdを示し（例えば 760mmHg、 293°Ｋ）、かつバッテリ
電圧ＢＨが標準値の状態において、エアポンプ７により
目標２次空気量Vstdの空気供給が達成されるような標準
的な駆動デューティ比Dstdを以てエアポンプ７を駆動す
る。尚、この駆動デューティ比Dstdは予め実験などによ
って求めておく。又、本ステップ43では上述したエアポ
ンプモデル駆動処理の他、エアポンプモデル駆動フラグ
Ｆ₁ を１にセットする処理がなされる。

【００２７】ところで、上述したような標準的デューテ
ィ比Dstdを以てエアポンプ７駆動が開始されても、即座
にはエアポンプからの２次空気吐出が安定するわけでは
なく、吐き出しの安定には通電開始後、通常２〜３秒を
要する。従ってステップ43に続くステップ44では、エア
ポンプ７からの２次空気吐出量が安定したか否かを、例
えば通電後の時間経過を見ることで判定し、安定したと
判定された場合（Yes)、ルーチンはステップ45に進み、
エアポンプモデル駆動フラグＦ₁ を０にリセットする処
理を実行する。又、逆に本ステップ44でＮｏと判定され
た場合には、エアポンプ７からの空気吐き出しが未だ安
定していないと判断されるため、以下のステップをスキ
ップして次のルーチンに進むことになる。そして次のル
ーチンでは、先のステップ43でフラグＦ₁ が１にセット
されているため、ステップ31でＮｏと判定され、ステッ
プ39〜41又はステップ39及び40の処理を実行した後（ス
テップ32〜38はスキップ）、ステップ42でＹｅｓの判定
（ここではまだＦ₂ ＝０）、ステップ43で引き続きエア
ポンプ７のモデル駆動を継続して、再度ステップ44で２
次空気吐き出しが安定したか否かの判定が繰り返される
ことになる（以下、同じ）。

【００２８】エアポンプ７からの空気吐き出しが安定
し、ステップ45でフラグＦ₁ がリセットされたならば、
次にルーチンはステップ46に進み、圧力センサ16によっ
てエアポンプ吐出側圧力Ｐh が検出される。そして続く
ステップ47においては、先のステップ38で求められたエ
アポンプ吸込側圧力（大気圧）Ｐo と、このエアポンプ
吐出側圧力Ｐh とにより差圧Ｐ＝Ｐh −Ｐo を求めて、
更に前述の標準的な目標２次空気量Vstdを先のステップ
38で求めた実際の大気圧Ｐo 、大気温度Ｔo で補正した
実際の目標２次空気量Ｖo ＝Vstd×（Pstd／Po）・（To
／Tstd）とから、例えば図５に示すような、エアポンプ
７の各駆動電圧Ｖに対応する差圧Ｐ（＝Ｐh −Ｐo ）と
吐出空気流量との関係を示すマップを用いて、差圧Ｐを
以て駆動されるエアポンプ７において目標２次空気量Ｖ
o を達成するような目標駆動電圧Ｖp(例えば、図５では
20Ｖ）を演算する。尚、この演算に使用されるマップ
は、エアポンプ７に対応して予め実験的に求められてい
るものである。

【００２９】以上のようにしてエアポンプ７の目標駆動
電圧Ｖp が求められたならば、次にステップ48ではバッ
テリ９の電圧ＢＨを読み込み、両電圧Ｖp ，ＢＨから、
エアポンプ駆動デューティ比Ｄ（＝ 100×Vp／BH）、即
ち半導体リレー10のＯＮ時間％を演算する。そして続く
ステップ49では、演算されたデューティ比Ｄによるエア
ポンプ７の駆動が実行開始されると共に、エアポンプ駆
動フラグＦ₂ が１にセットされる。

【００３０】ところで、本実施例によれば上述したよう
なデューティ比Ｄの算出は、例えば100msecのように所
定時間毎に実行され、エアポンプ７の吐出圧力Ｐh やバ
ッテリ電圧ＢＨの変化に応じて、順次更新される。従っ
て、ステップ49のエアポンプ駆動処理に続くステップ50
では、デューティ比Ｄによるエアポンプ７駆動開始から
の経過時間を見て、上記所定時間が経過したか否かが判
定される。そして本ステップ50でＹｅｓ、即ち次のデュ
ーティ比演算時期と判断したら、ルーチンはステップ51
に進みデューティ比Ｄによるエアポンプ駆動フラグＦ₂
を０にリセットして、再びステップ46に戻りエアポンプ
吐出圧力Ｐh を求め、以下同様に新たなデューティ比Ｄ
を求める処理を実行する。

【００３１】一方、ステップ50でＮｏ、即ち未だ新たな
デューティ比演算時期と判定されない場合、ルーチンは
ステップ52に進む。尚、このように来るべきデューティ
比演算時期を待つような場合には（フラグＦ₂ ＝１の状
態）、続くステップ52の処理を実行した後、次のルーチ
ンに進み、ステップ32でＮｏと判定され、更にステップ
39〜41又はステップ39，40の処理を実行した後、ステッ
プ42でＮｏと判定され、エアポンプモデル駆動処理及び
デューティ比演算処理の各ステップ43〜48をスキップし
て引き続きステップ49でエアポンプ駆動処理が続行され
ることになる。

【００３２】次にステップ52ではエアポンプ７駆動開始
からの経過時間を見て、フィルタ再生に要するエアポン
プ駆動所定時間（例えば20分）が経過したか否かが判定
される。そして本ステップ52でＹｅｓ、即ちフィルタ再
生完了と判定された場合、ルーチンはステップ53に進み
エアポンプ７の半導体リレー10への駆動信号出力を停止
すると共に、エアポンプ駆動フラグＦ₂ を０にリセット
して、本ルーチンを終了する。又、ステップ52でＮｏ、
即ち未だフィルタ再生完了に至らない時点では、ステッ
プ53をスキップして（Ｆ₂ ＝１の状態は継続される）、
本ルーチンを終了し、次のルーチンのステップ42でＮｏ
の判定の後、引き続きエアポンプ駆動処理が続行される
ことになる。

【００３３】以上、本発明の一実施例を圧力センサ出力
特性補正機構を備えた排気浄化システムに例をとり説明
してきたが、本発明はこの適用例に限定されるものでは
なく、当然ながら圧力検出ライン切り替えバルブを備え
ない通常の排気浄化機構においても適用可能である。
又、上述したフローチャートではエアポンプの吸込側圧
力をフィルタ再生開始時のフィルタ上流側圧力センサの
検出値で代用しているが、圧力検出値の信頼性を増すた
め、エアポンプの吸い込み口に大気圧センサを設けるよ
うにして直接的に検出するようにしても良い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本実施例によれば
エアポンプ駆動デューティ比Ｄを制御することによって
エアポンプ７からの吐出２次空気量それ自体を制御する
ため、従来装置のようにエアポンプからの空気の一部を
外部に放出するようなことはなく、エアポンプの駆動ロ
スが低減される。又、本発明におけるエアポンプ駆動デ
ューティ比は、その時のバッテリ電圧に応じて変化する
ため、バッテリ電圧が変化してもエアポンプによって吐
き出される２次空気量は目標値のままに保持される。ま
たこれに関連し、エアポンプの吸込側圧力と吐出側圧力
の差圧に変化が生じてもこれに対抗してエアポンプ駆動
電圧を変化させ、常に目標量の２次空気が供給されるよ
うにするため、フィルタ再生の進行に伴うフィルタ圧損
値変化に関係なく常に安定したフィルタ再生処理が実行
できる（従来は圧損値変化に伴って２次空気量が変化し
フィルタ再生不良となる場合もあった）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図である。

【図２】本発明の一実施例としてのフィルタ再生制御装
置の概略的構成図である。

【図３】図２の制御回路の作動を説明するフローチャー
トの前半部分を示す図である。

【図４】図３フローチャートに続く後半部分を示す図で
ある。

【図５】各駆動電圧下のエアポンプ差圧と２次空気量と
の関係を示し、本発明においてエアポンプの目標駆動電
圧を求める際に使用されるマップ図である。

【符号の説明】

１…フィルタ ６…制御回路 ７…エアポンプ ９…バッテリ 10…半導体リレー 16，17…圧力センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の排気系に設けられたフィルタによ
   って、排気ガス中のパティキュレートを捕集すると共
   に、該フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却す
   るフィルタ再生時、エアポンプによってフィルタ上流に
   パティキュレート燃焼のための再生用２次空気を供給す
   る内燃機関において、上記エアポンプの吸込側圧力と吐
   出側圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、上記エア
   ポンプの各駆動電圧に対応する上記差圧と吐き出される
   ２次空気量との特性関係を示すべく予め求められるマッ
   プ手段と、上記差圧検出手段によって求められた差圧と
   目標とする２次空気量とから上記マップ手段を用いてエ
   アポンプの目標駆動電圧を求める目標エアポンプ駆動電
   圧演算手段と、得られた目標エアポンプ駆動電圧と現在
   のバッテリ電圧とからエアポンプ駆動デューティ比を算
   出するデューティ比演算手段と、演算されたデューティ
   比を以てエアポンプを駆動するエアポンプ駆動手段とを
   有することを特徴とするフィルタ再生制御装置。