JP3374500B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents
ディーゼルエンジンの排気浄化装置Info
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジンから
排出される排気微粒子を捕集し、これを燃焼除去する排
気浄化装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】ディーゼルエンジンの排気微粒子を捕集
するために排気系にフィルタを設置し、フィルタに捕捉
された排気微粒子が一定量に達するごとに加熱燃焼さ
せ、フィルタを再生する排気浄化システムが知られてい
る。 【０００３】排気微粒子の発生量は、エンジンの運転条
件によって変動し、燃料の比率が高まる高負荷時などに
微粒子の排出量も増加する。フィルタの再生が遅れれ
ば、微粒子捕集量が多くなり過ぎ、目詰まりにより排圧
が高まり、エンジン熱効率が低下し、あるいは再生時の
燃焼温度が異常に上昇し、フィルタが焼損したりの問題
が起きる一方、再生時期が早すぎれば、再生処理を頻繁
に繰り返すことによる燃費の悪化という問題も生じる。 【０００４】そこで、特開昭３−２３３１２６号公報で
は、このフィルタの再生時期を適正に判定するため、排
気系に排気空燃比センサを設け、排気空燃比とエンジン
回転数とから割り付けたマップから、単位時間あたりの
排気微粒子の排出量を演算し、フィルタの捕集効率を含
めてフィルタの微粒子捕集量を積算し、積算値が予め設
定された値に達したときを再生時期と判定し、これに基
づいてフィルタを再生するようにしている。排気微粒子
の排出量はエンジンに供給される燃料と空気との比率に
相関し、燃料が増加するほど微粒子も増大するためであ
る。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、ディーゼルエ
ンジンの排気中には、燃焼に関与しない余剰の酸素が多
く含まれ、このような酸素過剰の状態では、排気空燃比
に対する空燃比センサ出力の変化特性が非常に小さく、
しかも、空燃比センサの品質のバラツキや経時変化等を
考慮すると、空燃比の検出誤差が拡大されやすく、排気
微粒子の排出量を正確に把握するのが難しく、再生時期
の判定精度が低下しがちであった。 【０００６】とくにディーゼルエンジンから排出される
ＮＯｘを低減するために、排気の一部を吸気中に還流す
る排気還流制御装置を備える場合には、排気還流量によ
って排気微粒子の排出量が大きく変動し、フィルタの再
生時期を適正に判定できないと、フィルタの目詰まりや
焼損等の問題が起こりやすくなる。 【０００７】本発明は、フィルタへの排気微粒子の捕集
量を正確に求め、再生時期を精度よく判定することを目
的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】そこでこの発明は、図１
に示すように、排気中の排気微粒子を捕集するフィルタ
５０と、フィルタ５０の温度を上昇させる昇温手段５１
と、エンジンに吸入される空気量を検出する吸入空気量
検出手段５２と、エンジンに供給される燃料供給量を演
算する燃料供給量検出手段５３と、運転条件に応じて所
定量の排気を吸気中に還流する排気還流制御手段５４
と、吸入空気量と燃料供給量とからみかけの空気過剰率
を算出する手段５５と、このみかけ空気過剰率と排気還
流量とから実質空気過剰率を算出する手段５６と、この
実質空気過剰率に基づいてフィルタ５０に捕集される単
位時間あたりの排気微粒子の堆積量を演算する手段５７
と、この堆積量の積算値に基づいてフィルタ５０の再生
時期を判定する手段５８と、再生時期になるとフィルタ
５０を再生すべく前記昇温手段５１を制御する手段５９
とを備える。 【０００９】 【作用】本発明では、エンジンに吸入される空気量と燃
料量とから、みかけ上の空気過剰率を算出し、このみか
け空気過剰率と排気還流量とから、実質空気過剰率を算
定している。同一の吸入空気量に対する実質空気過剰率
は排気還流量が大きくなるほど小さくなる。ディーゼル
エンジンから排出される排気微粒子量は、実質空気過剰
率に応じて変動し、空気過剰率が小さくなるほど排気微
粒子の排出量は増加する。 【００１０】したがって、実質空気過剰率に基づいて排
出される排気微粒子量を演算し、この積算値からフィル
タの再生時期を求めることで、精度よく再生時期を判定
できる。 【００１１】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面にしたがって説
明する。図２において、エンジン１の排気通路２には、
排気中の排気微粒子を捕捉収集するフィルタ３が設置さ
れる。エンジン１の吸気通路５には、運転条件によって
吸気通路５を絞る吸気絞弁６が設けられる。ＮＯｘの排
出量を低減するため、排気通路２から排気の一部を吸気
絞弁６の下流の吸気通路５に還流する排気還流通路７が
設けられ、この排気還流量を運転条件に応じて制御する
ように排気還流制御弁８が介装される。 【００１２】一方、排気通路５のフィルタ３の入口部に
は排気絞弁９が介装され、この上流からはフィルタ３を
迂回して排気を流すバイパス通路１１が分岐し、このバ
イパス通路１１の途中にも排気バイパス１２が介装され
る。これら排気絞弁９、排気バイパス弁１２は前記吸気
絞弁６と共に、フィルタ３の再生時にコントローラ４か
らの信号により開度を制御されるが、通常の運転時に
は、吸気絞弁６が全開、排気絞弁９は全開、排気バイパ
ス弁１２は全閉状態に保持される。また、フィルタ３の
再生時に必要に応じて発熱させるためのヒータ１４が設
けられる。 【００１３】コントローラ４は、フィルタ３に捕集され
る排気微粒子量を積算し、フィルタ３の再生時期を判定
すると共に、判定時期に達したら吸気絞弁６、排気絞弁
９、排気バイパス弁１２の開度を制御し、また、ヒータ
１４の通電を制御してフィルタ３の再生処理を行う一
方、運転条件に応じて所定の排気還流量となるように排
気還流制御弁８の開度を制御する。 【００１４】このため、コントローラ４には、吸気通路
５の吸気絞弁６の上流に設けた吸入空気量を検出するた
めのエアフローメータ（ホットワイヤ）１５からの吸入
空気量信号Ｇａ、エンジン回転数を検出する回転数（ク
ランク角）センサ１６からの回転数信号Ｎｅ、燃料噴射
ポンプ１７のアクセルレバー開度（エンジン負荷）を検
出するセンサ１８からのレバー開度信号ＣＬ、エンジン
冷却水温を検出する水温センサ１９からの冷却水温信号
Ｔｗ、フィルタ３の上流の排気温度を検出する温度セン
サ２０からの排気温度信号Ｔｅｘが入力し、これらに基
づいて運転条件を判断し、排気還流を制御し、また排気
微粒子の捕集堆積量を演算してフィルタ３の再生制御を
行う。 【００１５】なお、コントローラ４からの信号によりそ
れぞれ吸気絞弁６、排気絞弁９、排気バイパス弁１２、
排気還流制御弁８の開度を制御するために、それぞれ負
圧アクチュエータ（バキュームモータ）６ａ、９ａ、１
２ａ、８ａが設けられ、この供給負圧は三方電磁弁６
ｂ、９ｂ、１２ｂ、８ｂにより制御される。各三方電磁
弁６ｂ、９ｂ、１２ｂはコントローラ４からの信号でオ
ンオフ作動し、また、三方電磁弁８ｂはデューティ制御
され、負圧源からの負圧を大気により希釈調整する。 【００１６】コントローラ４で実行される上記した制御
動作について、フローチャートにしたがって詳しく説明
する。 【００１７】図３はフィルタ３の再生時期を判定するた
めのルーチンで、ステップＳ１、２でエンジン回転数Ｎ
ｅと、エンジン負荷ＣＬが読み込まれ、ステップＳ３で
これらＮｅとＣＬに基づいて図６に示すマップから、燃
料の噴射量Ｇｆが算出される。 【００１８】ステップＳ４では運転条件が排気還流（Ｅ
ＧＲ）領域にあるかどうかが判断され、もし、ＥＧＲ領
域で無い場合（後述するようにエンジンの冷却水温の低
温時）にはステップＳ５以降に進み、吸入空気量の補正
係数を算出する。 【００１９】まず、ステップＳ５では図７のマップか
ら、その運転条件での基準吸入空気質量流量Ｇａｔを、
回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｇｆとから算出する。これは、
大気条件を標準状態としたときの質量流量に相当する。
次に、ステップＳ６では実際の吸入空気量Ｇａが読み込
まれ、その値が質量流量Ｇａｓに換算される。ステップ
Ｓ７でこれらＧａｔとＧａｓとの差Ｘが、Ｘ＝Ｇａｔ−
Ｇａｓとして算出される。そして、ステップＳ８におい
て、図８に示す、補正係数テーブルから、Ｘをパラメー
タとして補正係数ＫＧａが読み出され、ステップＳ９で
このＫＧａをメモリに記憶し、保持する。 【００２０】この補正係数ＫＧａは、後述する空気過剰
率を演算するときに用いられ、空気過剰率を算出すると
きに必要な基準吸入空気量Ｇａｔを補正し、エンジンの
劣化等による吸入空気量の変動等を補償する。実際の吸
入空気量Ｇａを用いないのは、このＧａが排気還流時に
ＥＧＲ量によって変動（同一の運転条件のときに、測定
される吸入空気量ＧａはＥＧＲ量の増加に応じて減少）
するためで、これに対して基準吸入空気量Ｇａｔは、Ｅ
ＧＲ量によって変動することがないエンジンの総吸入空
気量を表し、このＧａｔは非ＥＧＲ時にのみＧａと対応
し、したがって、非ＥＧＲ状態での両者の値から補正係
数を求め、これによって基準吸入空気量Ｇａｔを補正す
れば、正確に吸入空気量を検出できることになる。した
がって、この補正係数ＫＧａの算出は、ＥＧＲ領域で無
いときにのみ、すなわち、エンジン始動後の一定の条件
のときにのみ実行される。 【００２１】一方、ステップＳ４でＥＧＲ領域にある場
合、ステップＳ１０に移行して補正係数ＫＧａをメモリ
から読みだし、ステップＳ１１で、このＥＧＲ領域で、
まずＥＧＲをかけなかった場合（Ｗ／Ｏ−ＥＧＲ）を想
定しての、つまり、みかけ上の空気過剰率λW/Oを演算
する。このλW/Oは、ステップＳ３で求めた燃料噴射量
Ｇｆと、ステップＳ８と同じようにして、回転数Ｎｅと
燃料噴射量Ｇｆに基づいて図７のマップから読み出した
基準吸入空気質量流量Ｇａｔと、前記補正係数ＫＧａと
から、次式にしたがって算出される。 【００２２】 λW/O＝（ＫＧａ×Ｇａｔ）／（Ｇｆ×１４．７）…（１） 空気過剰率は実際の空燃比を理論空燃比で除した値に相
当し、理論空燃比のときに１．０となり、リーン側でこ
れよりも大きな値をとる。 【００２３】次にステップＳ１２では、回転数Ｎｅと燃
料噴射量Ｇｆに基づいて、図９のマップから目標ＥＧＲ
量（ＥＧＲ率）が読み出される。そして、ステップＳ１
３で、図１０に示すマップから、ＥＧＲ率とみかけ空気
過剰率λW/Oとにより排気還流条件（Ｗ−ＥＧＲ）での
実際の空気過剰率λWを算出する。 【００２４】排気還流していないときに比べて排気還流
時は、排気還流量に相当する量だけ実質的な新気量が少
なくなり、したがって、同一の基準吸入空気量Ｇａｔに
対して実質空気過剰率はＥＧＲ率（量）に応じて減少す
る。 【００２５】ステップＳ１３で、図１１に示す排気微粒
子（ＰＭ）の排出速度マップから、そのときの回転数Ｎ
ｅと、空気過剰率λに基づいて、微粒子の排出速度ＶＰ
Ｍ（単位：ｇ／演算周期）を算出する。微粒子排出速度
ＶＰＭは、同一の回転数ならば、空気過剰率λが小さく
なるほど増加し、排気還流量に応じて空気過剰率が小さ
くなれば、それだけ排気微粒子の排出量は増大する。 【００２６】ステップＳ１４では予め求められているフ
ィルタ３の捕集効率Ｃ（例えば０．５〜０．９）とか
ら、フィルタ３に捕集される排気微粒子の単位時間あた
りの堆積量ＡＰＭを、ＡＰＭ＝ＶＰＭ×Ｃとして算出
し、この堆積量を前回値に加算することにより、堆積量
の積算値ＡＰＭｎを、ＡＰＭｎ＝ＡＰＭ＋ＡＰＭｎ−１
として算出する。 【００２７】そして、ステップＳ１６でこの積算された
堆積量ＡＰＭｎを、フィルタ３を再生しなければならな
い堆積量に相当する所定値と比較し、再生時期を判定す
る。積算値が所定値よりも小さいときは、フィルタ３の
再生時期に達していないので、ステップＳ２０により、
吸気絞弁６を全開、排気絞弁９を全開、排気バイパス弁
１２を全閉保持し、ヒータ１４をオフに保ち、通常の運
転を継続する。 【００２８】これに対して、積算値ＡＰＭｎが所定値以
上のときは、フィルタ３の再生を行うために、ステップ
Ｓ１７で再生フラグ＝１にセットし、後述するフィルタ
再生操作に入り、ステップＳ１８ではこの再生操作に移
行してからの時間を判定し、所定の再生時間が経過する
まで、再生操作を維持する。所定の時間が経過したら、
ステップＳ１９で排気微粒子の積算値ＡＰＭｎ＝０にセ
ットすると共に、再生フラグ＝０とする。 【００２９】次に、図４により、フィルタ３の再生操作
について説明する。 【００３０】まず、ステップＳ２１で排気温度Ｔｅｘと
冷却水温Ｔｗを読み込み、ステップＳ２２で再生フラグ
＝１ならば、ステップＳ２３以降に移り、再生動作に入
る。 【００３１】ステップＳ２３で排気温度Ｔｅｘを所定値
Ｔ１（再生に必要な４００℃に相当）と比較し、Ｔｅｘ
≧Ｔ１ならば、排気温度が高く、フィルタ３は自然に再
生できるので、ステップＳ２５に進み、前記ステップＳ
２０と同じ状態を維持する。 【００３２】これに対して、Ｔｅｘ＜Ｔ１ならば、ステ
ップＳ２４で冷却水温Ｔｗを所定値Ｔ２（例えば５０
℃）と比較し、所定値以上ならば、ステップＳ２６に移
って吸気絞弁６と排気絞弁９を一定量だけ閉じ、排気バ
イパス弁１２を全閉、また、ヒータ１４を通電加熱す
る。これらにより排気温度が上昇し、フィルタ３に捕集
した排気微粒子（カーボン等）を燃焼させてフィルタ３
の再生が行われる。 【００３３】また、Ｔｗ＜Ｔ２ならば、ステップＳ２７
に進み、吸気絞弁６、排気絞弁９、排気バイパス弁１２
を全開し、ヒータ１４の通電を停止する。このように排
気温度も冷却水温も低いときは、フィルタ３の再生が難
しく、またこのように、もともと燃焼の不安定になりが
ちな低水温時に、吸気絞りや排気絞りを行うと、エンジ
ンの燃焼条件がさらに悪化し、排気微粒子も増加してし
まうからである。なお、排気バイパス弁１２を開くの
は、低温の排気によりフィルタ３が冷やされ過ぎないよ
うにするためである。 【００３４】次に図５は排気還流の制御動作ルーチンを
示すもので、ステップＳ３０でエンジン回転数Ｎｅを、
ステップＳ３１でエンジン負荷ＣＬを、ステップＳ３２
で冷却水温Ｔｗをそれぞれ読み込む。ステップＳ３３で
冷却水温Ｔｗが所定値以上であるかどうかを判断し、も
し、冷却水温Ｔｗが所定値以下の暖気運転時などでは、
ステップＳ３７に進み、制御デューティＤｕｔｙ＝０を
出力し、排気還流を停止し、冷却水温が上昇するのを待
つ。低水温時にＥＧＲを停止するのは、ＥＧＲにより燃
焼が悪化し、排気微粒子の急増や失火を起こすおそれが
あるからである。 【００３５】冷却水温Ｔｗが所定値以上になったら、ス
テップＳ３４で図９のマップにより、回転数Ｎｅと燃料
噴射量Ｇｆから、目標とする排気還流率（ＥＧＲ目標
値）を読み込み、このＥＧＲ目標値に基づいて、図１２
のマップから制御デューティを読み込む。これにしたが
って、排気還流制御弁８の開度が制御され、運転条件に
応じて所定量の排気還流が行われ、ＮＯｘの排出量を低
減する。 【００３６】次に全体の作用を説明すると、エンジンに
吸入される空気量（総吸入空気量）と、燃料の供給量と
から、みかけ上の空気過剰率が算出される。このみかけ
の空気過剰率は、排気還流量のいかんにかかわらず、吸
入空気量と燃料供給量とから求められる。このみかけ空
気過剰率と排気還流量とから、実質空気過剰率を演算す
る。この実質空気過剰率は同一の運転条件ならば、排気
還流量が大きくなるほど小さくなる。ディーゼルエンジ
ンから排出される排気微粒子量は、実質空気過剰率に応
じて変動し、空気過剰率が小さくなるほど燃料量に対す
る新気量が減るために排気微粒子の排出量は増加する。 【００３７】このようにして、実質空気過剰率に基づい
て排出される単位時間あたりの排気微粒子量を演算し、
この排出量を積算することで、フィルタ３の捕集された
排気微粒子の堆積量を求め、この堆積量をからフィルタ
３の再生時期を判定することにより、精度よく再生時期
を判断することができるのである。 【００３８】フィルタ３の再生時期に達したら、フィル
タ３の温度を上昇させ、排気微粒子を燃焼して再生を行
う。 【００３９】なお、この実施例では、昇温手段として、
吸気絞弁６、排気絞弁９、排気バイパス弁１２、ヒータ
１４等を備えたが、これらに限られるものではなく、フ
ィルタ３を再生温度に高めることができればどのような
ものでもよい。 【００４０】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、エンジン
の吸入空気量に応じて排気還流条件下での実質空気過剰
率を求め、これに基づいて排気微粒子の排出量を演算
し、その積算値からフィルタの再生時期を判定するよう
にしたため、精度よく再生時期を判断することが可能と
なり、再生時期の遅れによるフィルタの目詰まり、ある
いは焼損等を防止する一方、不必要に再生頻度を高める
ことによる燃費の悪化等を防止することができる。
排出される排気微粒子を捕集し、これを燃焼除去する排
気浄化装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】ディーゼルエンジンの排気微粒子を捕集
するために排気系にフィルタを設置し、フィルタに捕捉
された排気微粒子が一定量に達するごとに加熱燃焼さ
せ、フィルタを再生する排気浄化システムが知られてい
る。 【０００３】排気微粒子の発生量は、エンジンの運転条
件によって変動し、燃料の比率が高まる高負荷時などに
微粒子の排出量も増加する。フィルタの再生が遅れれ
ば、微粒子捕集量が多くなり過ぎ、目詰まりにより排圧
が高まり、エンジン熱効率が低下し、あるいは再生時の
燃焼温度が異常に上昇し、フィルタが焼損したりの問題
が起きる一方、再生時期が早すぎれば、再生処理を頻繁
に繰り返すことによる燃費の悪化という問題も生じる。 【０００４】そこで、特開昭３−２３３１２６号公報で
は、このフィルタの再生時期を適正に判定するため、排
気系に排気空燃比センサを設け、排気空燃比とエンジン
回転数とから割り付けたマップから、単位時間あたりの
排気微粒子の排出量を演算し、フィルタの捕集効率を含
めてフィルタの微粒子捕集量を積算し、積算値が予め設
定された値に達したときを再生時期と判定し、これに基
づいてフィルタを再生するようにしている。排気微粒子
の排出量はエンジンに供給される燃料と空気との比率に
相関し、燃料が増加するほど微粒子も増大するためであ
る。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、ディーゼルエ
ンジンの排気中には、燃焼に関与しない余剰の酸素が多
く含まれ、このような酸素過剰の状態では、排気空燃比
に対する空燃比センサ出力の変化特性が非常に小さく、
しかも、空燃比センサの品質のバラツキや経時変化等を
考慮すると、空燃比の検出誤差が拡大されやすく、排気
微粒子の排出量を正確に把握するのが難しく、再生時期
の判定精度が低下しがちであった。 【０００６】とくにディーゼルエンジンから排出される
ＮＯｘを低減するために、排気の一部を吸気中に還流す
る排気還流制御装置を備える場合には、排気還流量によ
って排気微粒子の排出量が大きく変動し、フィルタの再
生時期を適正に判定できないと、フィルタの目詰まりや
焼損等の問題が起こりやすくなる。 【０００７】本発明は、フィルタへの排気微粒子の捕集
量を正確に求め、再生時期を精度よく判定することを目
的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】そこでこの発明は、図１
に示すように、排気中の排気微粒子を捕集するフィルタ
５０と、フィルタ５０の温度を上昇させる昇温手段５１
と、エンジンに吸入される空気量を検出する吸入空気量
検出手段５２と、エンジンに供給される燃料供給量を演
算する燃料供給量検出手段５３と、運転条件に応じて所
定量の排気を吸気中に還流する排気還流制御手段５４
と、吸入空気量と燃料供給量とからみかけの空気過剰率
を算出する手段５５と、このみかけ空気過剰率と排気還
流量とから実質空気過剰率を算出する手段５６と、この
実質空気過剰率に基づいてフィルタ５０に捕集される単
位時間あたりの排気微粒子の堆積量を演算する手段５７
と、この堆積量の積算値に基づいてフィルタ５０の再生
時期を判定する手段５８と、再生時期になるとフィルタ
５０を再生すべく前記昇温手段５１を制御する手段５９
とを備える。 【０００９】 【作用】本発明では、エンジンに吸入される空気量と燃
料量とから、みかけ上の空気過剰率を算出し、このみか
け空気過剰率と排気還流量とから、実質空気過剰率を算
定している。同一の吸入空気量に対する実質空気過剰率
は排気還流量が大きくなるほど小さくなる。ディーゼル
エンジンから排出される排気微粒子量は、実質空気過剰
率に応じて変動し、空気過剰率が小さくなるほど排気微
粒子の排出量は増加する。 【００１０】したがって、実質空気過剰率に基づいて排
出される排気微粒子量を演算し、この積算値からフィル
タの再生時期を求めることで、精度よく再生時期を判定
できる。 【００１１】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面にしたがって説
明する。図２において、エンジン１の排気通路２には、
排気中の排気微粒子を捕捉収集するフィルタ３が設置さ
れる。エンジン１の吸気通路５には、運転条件によって
吸気通路５を絞る吸気絞弁６が設けられる。ＮＯｘの排
出量を低減するため、排気通路２から排気の一部を吸気
絞弁６の下流の吸気通路５に還流する排気還流通路７が
設けられ、この排気還流量を運転条件に応じて制御する
ように排気還流制御弁８が介装される。 【００１２】一方、排気通路５のフィルタ３の入口部に
は排気絞弁９が介装され、この上流からはフィルタ３を
迂回して排気を流すバイパス通路１１が分岐し、このバ
イパス通路１１の途中にも排気バイパス１２が介装され
る。これら排気絞弁９、排気バイパス弁１２は前記吸気
絞弁６と共に、フィルタ３の再生時にコントローラ４か
らの信号により開度を制御されるが、通常の運転時に
は、吸気絞弁６が全開、排気絞弁９は全開、排気バイパ
ス弁１２は全閉状態に保持される。また、フィルタ３の
再生時に必要に応じて発熱させるためのヒータ１４が設
けられる。 【００１３】コントローラ４は、フィルタ３に捕集され
る排気微粒子量を積算し、フィルタ３の再生時期を判定
すると共に、判定時期に達したら吸気絞弁６、排気絞弁
９、排気バイパス弁１２の開度を制御し、また、ヒータ
１４の通電を制御してフィルタ３の再生処理を行う一
方、運転条件に応じて所定の排気還流量となるように排
気還流制御弁８の開度を制御する。 【００１４】このため、コントローラ４には、吸気通路
５の吸気絞弁６の上流に設けた吸入空気量を検出するた
めのエアフローメータ（ホットワイヤ）１５からの吸入
空気量信号Ｇａ、エンジン回転数を検出する回転数（ク
ランク角）センサ１６からの回転数信号Ｎｅ、燃料噴射
ポンプ１７のアクセルレバー開度（エンジン負荷）を検
出するセンサ１８からのレバー開度信号ＣＬ、エンジン
冷却水温を検出する水温センサ１９からの冷却水温信号
Ｔｗ、フィルタ３の上流の排気温度を検出する温度セン
サ２０からの排気温度信号Ｔｅｘが入力し、これらに基
づいて運転条件を判断し、排気還流を制御し、また排気
微粒子の捕集堆積量を演算してフィルタ３の再生制御を
行う。 【００１５】なお、コントローラ４からの信号によりそ
れぞれ吸気絞弁６、排気絞弁９、排気バイパス弁１２、
排気還流制御弁８の開度を制御するために、それぞれ負
圧アクチュエータ（バキュームモータ）６ａ、９ａ、１
２ａ、８ａが設けられ、この供給負圧は三方電磁弁６
ｂ、９ｂ、１２ｂ、８ｂにより制御される。各三方電磁
弁６ｂ、９ｂ、１２ｂはコントローラ４からの信号でオ
ンオフ作動し、また、三方電磁弁８ｂはデューティ制御
され、負圧源からの負圧を大気により希釈調整する。 【００１６】コントローラ４で実行される上記した制御
動作について、フローチャートにしたがって詳しく説明
する。 【００１７】図３はフィルタ３の再生時期を判定するた
めのルーチンで、ステップＳ１、２でエンジン回転数Ｎ
ｅと、エンジン負荷ＣＬが読み込まれ、ステップＳ３で
これらＮｅとＣＬに基づいて図６に示すマップから、燃
料の噴射量Ｇｆが算出される。 【００１８】ステップＳ４では運転条件が排気還流（Ｅ
ＧＲ）領域にあるかどうかが判断され、もし、ＥＧＲ領
域で無い場合（後述するようにエンジンの冷却水温の低
温時）にはステップＳ５以降に進み、吸入空気量の補正
係数を算出する。 【００１９】まず、ステップＳ５では図７のマップか
ら、その運転条件での基準吸入空気質量流量Ｇａｔを、
回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｇｆとから算出する。これは、
大気条件を標準状態としたときの質量流量に相当する。
次に、ステップＳ６では実際の吸入空気量Ｇａが読み込
まれ、その値が質量流量Ｇａｓに換算される。ステップ
Ｓ７でこれらＧａｔとＧａｓとの差Ｘが、Ｘ＝Ｇａｔ−
Ｇａｓとして算出される。そして、ステップＳ８におい
て、図８に示す、補正係数テーブルから、Ｘをパラメー
タとして補正係数ＫＧａが読み出され、ステップＳ９で
このＫＧａをメモリに記憶し、保持する。 【００２０】この補正係数ＫＧａは、後述する空気過剰
率を演算するときに用いられ、空気過剰率を算出すると
きに必要な基準吸入空気量Ｇａｔを補正し、エンジンの
劣化等による吸入空気量の変動等を補償する。実際の吸
入空気量Ｇａを用いないのは、このＧａが排気還流時に
ＥＧＲ量によって変動（同一の運転条件のときに、測定
される吸入空気量ＧａはＥＧＲ量の増加に応じて減少）
するためで、これに対して基準吸入空気量Ｇａｔは、Ｅ
ＧＲ量によって変動することがないエンジンの総吸入空
気量を表し、このＧａｔは非ＥＧＲ時にのみＧａと対応
し、したがって、非ＥＧＲ状態での両者の値から補正係
数を求め、これによって基準吸入空気量Ｇａｔを補正す
れば、正確に吸入空気量を検出できることになる。した
がって、この補正係数ＫＧａの算出は、ＥＧＲ領域で無
いときにのみ、すなわち、エンジン始動後の一定の条件
のときにのみ実行される。 【００２１】一方、ステップＳ４でＥＧＲ領域にある場
合、ステップＳ１０に移行して補正係数ＫＧａをメモリ
から読みだし、ステップＳ１１で、このＥＧＲ領域で、
まずＥＧＲをかけなかった場合（Ｗ／Ｏ−ＥＧＲ）を想
定しての、つまり、みかけ上の空気過剰率λW/Oを演算
する。このλW/Oは、ステップＳ３で求めた燃料噴射量
Ｇｆと、ステップＳ８と同じようにして、回転数Ｎｅと
燃料噴射量Ｇｆに基づいて図７のマップから読み出した
基準吸入空気質量流量Ｇａｔと、前記補正係数ＫＧａと
から、次式にしたがって算出される。 【００２２】 λW/O＝（ＫＧａ×Ｇａｔ）／（Ｇｆ×１４．７）…（１） 空気過剰率は実際の空燃比を理論空燃比で除した値に相
当し、理論空燃比のときに１．０となり、リーン側でこ
れよりも大きな値をとる。 【００２３】次にステップＳ１２では、回転数Ｎｅと燃
料噴射量Ｇｆに基づいて、図９のマップから目標ＥＧＲ
量（ＥＧＲ率）が読み出される。そして、ステップＳ１
３で、図１０に示すマップから、ＥＧＲ率とみかけ空気
過剰率λW/Oとにより排気還流条件（Ｗ−ＥＧＲ）での
実際の空気過剰率λWを算出する。 【００２４】排気還流していないときに比べて排気還流
時は、排気還流量に相当する量だけ実質的な新気量が少
なくなり、したがって、同一の基準吸入空気量Ｇａｔに
対して実質空気過剰率はＥＧＲ率（量）に応じて減少す
る。 【００２５】ステップＳ１３で、図１１に示す排気微粒
子（ＰＭ）の排出速度マップから、そのときの回転数Ｎ
ｅと、空気過剰率λに基づいて、微粒子の排出速度ＶＰ
Ｍ（単位：ｇ／演算周期）を算出する。微粒子排出速度
ＶＰＭは、同一の回転数ならば、空気過剰率λが小さく
なるほど増加し、排気還流量に応じて空気過剰率が小さ
くなれば、それだけ排気微粒子の排出量は増大する。 【００２６】ステップＳ１４では予め求められているフ
ィルタ３の捕集効率Ｃ（例えば０．５〜０．９）とか
ら、フィルタ３に捕集される排気微粒子の単位時間あた
りの堆積量ＡＰＭを、ＡＰＭ＝ＶＰＭ×Ｃとして算出
し、この堆積量を前回値に加算することにより、堆積量
の積算値ＡＰＭｎを、ＡＰＭｎ＝ＡＰＭ＋ＡＰＭｎ−１
として算出する。 【００２７】そして、ステップＳ１６でこの積算された
堆積量ＡＰＭｎを、フィルタ３を再生しなければならな
い堆積量に相当する所定値と比較し、再生時期を判定す
る。積算値が所定値よりも小さいときは、フィルタ３の
再生時期に達していないので、ステップＳ２０により、
吸気絞弁６を全開、排気絞弁９を全開、排気バイパス弁
１２を全閉保持し、ヒータ１４をオフに保ち、通常の運
転を継続する。 【００２８】これに対して、積算値ＡＰＭｎが所定値以
上のときは、フィルタ３の再生を行うために、ステップ
Ｓ１７で再生フラグ＝１にセットし、後述するフィルタ
再生操作に入り、ステップＳ１８ではこの再生操作に移
行してからの時間を判定し、所定の再生時間が経過する
まで、再生操作を維持する。所定の時間が経過したら、
ステップＳ１９で排気微粒子の積算値ＡＰＭｎ＝０にセ
ットすると共に、再生フラグ＝０とする。 【００２９】次に、図４により、フィルタ３の再生操作
について説明する。 【００３０】まず、ステップＳ２１で排気温度Ｔｅｘと
冷却水温Ｔｗを読み込み、ステップＳ２２で再生フラグ
＝１ならば、ステップＳ２３以降に移り、再生動作に入
る。 【００３１】ステップＳ２３で排気温度Ｔｅｘを所定値
Ｔ１（再生に必要な４００℃に相当）と比較し、Ｔｅｘ
≧Ｔ１ならば、排気温度が高く、フィルタ３は自然に再
生できるので、ステップＳ２５に進み、前記ステップＳ
２０と同じ状態を維持する。 【００３２】これに対して、Ｔｅｘ＜Ｔ１ならば、ステ
ップＳ２４で冷却水温Ｔｗを所定値Ｔ２（例えば５０
℃）と比較し、所定値以上ならば、ステップＳ２６に移
って吸気絞弁６と排気絞弁９を一定量だけ閉じ、排気バ
イパス弁１２を全閉、また、ヒータ１４を通電加熱す
る。これらにより排気温度が上昇し、フィルタ３に捕集
した排気微粒子（カーボン等）を燃焼させてフィルタ３
の再生が行われる。 【００３３】また、Ｔｗ＜Ｔ２ならば、ステップＳ２７
に進み、吸気絞弁６、排気絞弁９、排気バイパス弁１２
を全開し、ヒータ１４の通電を停止する。このように排
気温度も冷却水温も低いときは、フィルタ３の再生が難
しく、またこのように、もともと燃焼の不安定になりが
ちな低水温時に、吸気絞りや排気絞りを行うと、エンジ
ンの燃焼条件がさらに悪化し、排気微粒子も増加してし
まうからである。なお、排気バイパス弁１２を開くの
は、低温の排気によりフィルタ３が冷やされ過ぎないよ
うにするためである。 【００３４】次に図５は排気還流の制御動作ルーチンを
示すもので、ステップＳ３０でエンジン回転数Ｎｅを、
ステップＳ３１でエンジン負荷ＣＬを、ステップＳ３２
で冷却水温Ｔｗをそれぞれ読み込む。ステップＳ３３で
冷却水温Ｔｗが所定値以上であるかどうかを判断し、も
し、冷却水温Ｔｗが所定値以下の暖気運転時などでは、
ステップＳ３７に進み、制御デューティＤｕｔｙ＝０を
出力し、排気還流を停止し、冷却水温が上昇するのを待
つ。低水温時にＥＧＲを停止するのは、ＥＧＲにより燃
焼が悪化し、排気微粒子の急増や失火を起こすおそれが
あるからである。 【００３５】冷却水温Ｔｗが所定値以上になったら、ス
テップＳ３４で図９のマップにより、回転数Ｎｅと燃料
噴射量Ｇｆから、目標とする排気還流率（ＥＧＲ目標
値）を読み込み、このＥＧＲ目標値に基づいて、図１２
のマップから制御デューティを読み込む。これにしたが
って、排気還流制御弁８の開度が制御され、運転条件に
応じて所定量の排気還流が行われ、ＮＯｘの排出量を低
減する。 【００３６】次に全体の作用を説明すると、エンジンに
吸入される空気量（総吸入空気量）と、燃料の供給量と
から、みかけ上の空気過剰率が算出される。このみかけ
の空気過剰率は、排気還流量のいかんにかかわらず、吸
入空気量と燃料供給量とから求められる。このみかけ空
気過剰率と排気還流量とから、実質空気過剰率を演算す
る。この実質空気過剰率は同一の運転条件ならば、排気
還流量が大きくなるほど小さくなる。ディーゼルエンジ
ンから排出される排気微粒子量は、実質空気過剰率に応
じて変動し、空気過剰率が小さくなるほど燃料量に対す
る新気量が減るために排気微粒子の排出量は増加する。 【００３７】このようにして、実質空気過剰率に基づい
て排出される単位時間あたりの排気微粒子量を演算し、
この排出量を積算することで、フィルタ３の捕集された
排気微粒子の堆積量を求め、この堆積量をからフィルタ
３の再生時期を判定することにより、精度よく再生時期
を判断することができるのである。 【００３８】フィルタ３の再生時期に達したら、フィル
タ３の温度を上昇させ、排気微粒子を燃焼して再生を行
う。 【００３９】なお、この実施例では、昇温手段として、
吸気絞弁６、排気絞弁９、排気バイパス弁１２、ヒータ
１４等を備えたが、これらに限られるものではなく、フ
ィルタ３を再生温度に高めることができればどのような
ものでもよい。 【００４０】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、エンジン
の吸入空気量に応じて排気還流条件下での実質空気過剰
率を求め、これに基づいて排気微粒子の排出量を演算
し、その積算値からフィルタの再生時期を判定するよう
にしたため、精度よく再生時期を判断することが可能と
なり、再生時期の遅れによるフィルタの目詰まり、ある
いは焼損等を防止する一方、不必要に再生頻度を高める
ことによる燃費の悪化等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成図である。
【図２】本発明の実施例を示す概略構成図である。
【図３】フィルタの再生時期判定動作のフローチャート
である。 【図４】フィルタの再生操作のフローチャートである。 【図５】排気還流の制御動作のフローチャートである。 【図６】回転数と負荷に対する燃料供給量の関係を示す
特性図である。 【図７】回転数と燃料供給量に対する基準吸入空気量の
関係を示す特性図である。 【図８】吸入空気量の補正係数の特性図である。 【図９】回転数と燃料供給量に対する排気還流率の関係
を示す特性図である。 【図１０】みかけの空気過剰率と排気過剰率に対する実
質空気過剰率の関係を示す特性図である。 【図１１】実質空気過剰率と回転数に対する排気微粒子
排出速度の関係を示す特性図である。 【図１２】排気還流の目標値と制御デューティの関係を
示す特性図である。 【符号の説明】 ５０ フィルタ ５１ 昇温手段 ５２ 吸入空気量検出手段 ５３ 燃料供給量検出手段 ５４ 排気還流制御手段 ５５ みかけ空気過剰率演算手段 ５６ 実質空気過剰率演算手段 ５７ 堆積量演算手段 ５８ 再生時期判定手段 ５９ 再生制御手段
である。 【図４】フィルタの再生操作のフローチャートである。 【図５】排気還流の制御動作のフローチャートである。 【図６】回転数と負荷に対する燃料供給量の関係を示す
特性図である。 【図７】回転数と燃料供給量に対する基準吸入空気量の
関係を示す特性図である。 【図８】吸入空気量の補正係数の特性図である。 【図９】回転数と燃料供給量に対する排気還流率の関係
を示す特性図である。 【図１０】みかけの空気過剰率と排気過剰率に対する実
質空気過剰率の関係を示す特性図である。 【図１１】実質空気過剰率と回転数に対する排気微粒子
排出速度の関係を示す特性図である。 【図１２】排気還流の目標値と制御デューティの関係を
示す特性図である。 【符号の説明】 ５０ フィルタ ５１ 昇温手段 ５２ 吸入空気量検出手段 ５３ 燃料供給量検出手段 ５４ 排気還流制御手段 ５５ みかけ空気過剰率演算手段 ５６ 実質空気過剰率演算手段 ５７ 堆積量演算手段 ５８ 再生時期判定手段 ５９ 再生制御手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０１Ｎ 3/02 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/02 ＺＡＢ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F01N 3/02
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】排気中の排気微粒子を捕集するフィルタ
と、 フィルタの温度を上昇させる昇温手段と、 エンジンに吸入される空気量を検出する吸入空気量検出
手段と、 エンジンに供給される燃料供給量を演算する燃料供給量
検出手段と、 運転条件に応じて所定量の排気を吸気中に還流する排気
還流制御手段と、 吸入空気量と燃料供給量とからみかけの空気過剰率を算
出する手段と、 みかけ空気過剰率と排気還流量とから実質空気過剰率を
算出する手段と、 この実質空気過剰率に基づいてフィルタに捕集される単
位時間あたりの排気微粒子の堆積量を演算する手段と、 この堆積量の積算値に基づいてフィルタの再生時期を判
定する手段と、 再生時期になるとフィルタを再生すべく前記昇温手段を
制御する手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01366594A JP3374500B2 (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | ディーゼルエンジンの排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01366594A JP3374500B2 (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | ディーゼルエンジンの排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=11839502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01366594A Expired - Fee Related JP3374500B2 (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | ディーゼルエンジンの排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3374500B2 (ja) |
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| JP2004293340A (ja) * | 2003-03-25 | 2004-10-21 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | 排ガス浄化装置 |
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| JP2014238057A (ja) * | 2013-06-07 | 2014-12-18 | ヤンマー株式会社 | 排気ガス浄化装置 |
| JP6203545B2 (ja) * | 2013-06-07 | 2017-09-27 | ヤンマー株式会社 | 排気ガス浄化装置 |
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-
1994
- 1994-02-07 JP JP01366594A patent/JP3374500B2/ja not_active Expired - Fee Related
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