JP3750664B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関し、詳しくはエンジン排気中の微粒子状物質を捕集するフィルタの微粒子堆積量を算出する技術の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等から排出される微粒子状物質（以下「排気微粒子」という。）を浄化処理するためにエンジン排気系統にフィルタを設け、捕捉した排気微粒子を所定のインターバルで酸化もしくは焼却することによりフィルタ再生するようにした装置が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２８０５４４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
フィルタ再生時には燃料噴射量や吸気絞りなどのエンジン制御により排気温度を上昇させるので、堆積した微粒子の量に応じて正確に再生時期または再生時間を定める必要がある。このために従来はフィルタ前後の圧力差から微粒子堆積量を推定し、堆積量がある基準値に達したところで再生を開始するようにしている。
【０００５】
しかしながら、従来のものではフィルタの前後差圧を排気温度や吸入空気量を用いて補正しているものの、推定結果には実際の微粒子堆積量からの誤差が大きいという問題がある。仮に実堆積量が推定値よりも大であったときには再生時にフィルタが過熱して触媒が劣化するなど耐久性が損なわれるおそれを生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段とその効果】
本発明は、フィルタ出口側の排気圧力をエンジン運転状態に応じて求め、この出口圧力とフィルタ前後差圧とからフィルタの入口側排気圧力を求める。このようにして求めた入口圧力を適用して排気体積流量を求めることにより、フィルタ再生の判定に必要な正確な微粒子堆積量を算出することができる。
【０００７】
前記フィルタ出口圧力は、例えばエンジンおよびフィルタの特性に応じてあらかじめ実験的に設定しておいたマップから読み出すように構成することができ、その読み出し結果であるフィルタ出口圧力と前後差圧から精度の高いフィルタ入口圧力を求めることができる。また、出口圧力は入口圧力に比較して微粒子堆積量の影響を受けにくい。したがって正確な微粒子堆積量を求めるための排気体積流量も高精度で算出することができる。このため、フィルタ再生の時期をより的確に決定することができる。またフィルタ前後の圧力を検出するためにそれぞれの圧力センサを設ける必要がなく、一つの差圧センサにより前後圧力値を求めるようにしたので装置の構成も簡潔になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用可能なエンジンシステムの一例を示している。図において、１はエンジンの本体、２は吸気通路、３は排気通路である。エンジン本体１には燃料噴射弁４と燃料噴射ポンプ５が取り付けられている。吸気通路２には、上流側からエアクリーナ６、エアフロメータ７、排気ターボチャージャ８のコンプレッサ９、インタークーラ１０、スロットルバルブ１１が介装されている。排気通路３には、上流側から排気ターボチャージャ８のタービン１２、排気微粒子を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）１３が介装されている。１４と１５はそれぞれフィルタ１３の入口温度と出口温度を検出する温度センサ、１６はフィルタ１２の前後圧力差（ΔＰ）を検出する差圧センサである。１７は吸気通路２と排気通路３とを連通するＥＧＲ通路であり、その途中にＥＧＲバルブ１８とＥＧＲクーラ１９が介装されている。排気ターボチャージャ８はそのタービン１２に流入する排気の流速を加減することができる可変ノズル２０を備えている。２１はエンジン回転数およびクランク位置を検出するクランク角センサである。
【０００９】
２２はコントロールユニットであり、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されている。コントロールユニット２２は、前記各種センサからの信号に基づき、燃料噴射時期、燃料噴射量、スロットルバルブ開度、ＥＧＲ量、排気タービンの可変ノズル開度等を制御するエンジン制御装置として働くと共に、本発明の各演算手段およびフィルタ再生手段としての機能を備え、フィルタ１３の微粒子堆積量を算出し、エンジン制御により排気温度を上昇させてフィルタ再生を行う。
【００１０】
図２は、前記コントロールユニット２２により実行される微粒子堆積量演算処理のフローを表している。このフローは一定時間ごとに周期的に実行される。以下の説明およびフロー中で符号Ｓを付して示した数字は処理ステップ番号である。
【００１１】
この演算処理では、まずＳ１にてエンジン運転状態として負荷Ｑ、回転数Ｎｅ、フィルタ差圧ΔＰ、フィルタ入口の排気温度Ｔ１を求める。負荷Ｑはその代表値として例えば燃料噴射量指令値を使用し、回転数Ｎｅはクランク角センサ２１の信号を読み取る。フィルタ差圧ΔＰとフィルタ入口の排気温度Ｔ１は、それぞれ差圧センサ１６、温度センサ１４の信号を読み取る。
【００１２】
次いで、Ｓ２にて前記負荷Ｑとエンジン回転数Ｎｅに基づき、図３に示したようなマップからフィルタ出口側の圧力Ｐ２を読み取る。図３のマップは、ＱとＮｅに対して出口圧力Ｐ２を与えるようにあらかじめ実験的に形成されたものであり、エンジンおよびフィルタの特性が正確に反映されている。続いて、Ｓ３にて前記出口圧力Ｐ２と差圧ΔＰとを加算してフィルタ入口側の排気圧力Ｐ１を求める。
【００１３】
Ｓ４では排気質量流量Ｇを求める。排気質量流量Ｇは、例えばエアフロメータ７の出力Ｑａと燃料噴射量指令値Ｔｉの和として求めることができる。次いで、Ｓ５にて排気体積流量Ｑ１を次式（１）から算出する。
【００１４】
Ｑ１＝Ｇ・Ｒ・Ｔ１／Ｐ１ … （１）
ただし、
Ｇ ：排気質量流量、
Ｔ１：フィルタ入口の排気温度
Ｒ ：気体定数
Ｐ１：フィルタ入口の排気圧力
である。
【００１５】
Ｓ6では前述のようにして求めた排気体積流量Ｑ１とフィルタ前後差圧ΔＰを用いてフィルタの微粒子堆積量ＳＭを算出する。微粒子堆積量ＳＭは、図４に示したようにフィルタ前後差圧ΔＰと排気体積流量Ｑ１の比に対して比例関係にある。したがって、エンジンシステムに応じて実験的に適切な係数Ｋを設定することにより、次式（２）から微粒子堆積量ＳＭを正確に求めることができる。
【００１６】
ＳＭ＝Ｋ・ΔＰ／Ｑ１ … （２）
Ｓ７では算出した微粒子堆積量ＳＭをフィルタ再生ルーチンに渡して今回の処理を終了する。
【００１７】
フィルタ再生の手法としては、例えば微粒子堆積量があらかじめ決められた基準値を超えたときに排気温度を上昇させてフィルタの触媒反応により微粒子を酸化処理する。排気温度上昇制御につき、図１に示したエンジンシステムを前提に説明すると、スロットルバルブ１１による吸気絞り、燃料噴射時期の遅角化、二次噴射、ＥＧＲ量減、可変ノズル２０の開度制御の何れかを実施し、再生に必要な３００℃以上の排気温度を確保するようにする。前記の他、エアコンコンプレッサやオルタネータなど補機類の負荷を増大することによって排気温度を高めることも可能である。
【００１８】
次に本発明の第２の実施形態に係る微粒子堆積量演算手法につき説明する。フィルタ再生時には前述したように燃料噴射時期や燃料噴射量、可変ノズル開度等の制御に伴いフィルタ出口側の排気圧力Ｐ２が非再生時とは異なる場合があり、通常は排気流量が減少して出口圧力Ｐ２の絶対値も低下する。その状態でフィルタ再生中に微粒子堆積量の演算を行うと誤差を生じる。そこでこの実施形態では、出口圧力Ｐ２を与えるマップとしてフィルタ再生時用のものと非再生時用のものとを用意し、これらを選択的に使用することで、フィルタ再生状態にかかわらず正確な微粒子堆積量が求められるようにする。
【００１９】
このための演算処理のフローを図５に示す。このフローでは、図２のフローにおいて出口圧力Ｐ２を求めるＳ２の処理をＳ２１〜Ｓ２３に置き換えた点が異なる。Ｓ２１ではフィルタ再生中か否かを判定し、再生中であればＳ２２にて再生時用のマップ（図６参照）から出口圧力Ｐ２を読み出す。Ｓ２１において再生中でないと判定されたときは、Ｓ２３に進んで非再生時用のマップ（図３参照）から出口圧力Ｐ２を読み出す。以後の処理は図２と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエンジンシステムの概略図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る微粒子堆積量の演算処理手順を示す流れ図。
【図３】前記演算処理で用いるマップの説明図。
【図４】微粒子堆積量とフィルタ前後差圧および排気体積流量の関係を表す説明図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る微粒子堆積量の演算処理手順を示す流れ図。
【図６】前記第２の実施形態の演算処理で用いるマップの説明図。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ 燃料噴射弁
５ 燃料噴射ポンプ
７ エアフロメータ
８ 排気ターボチャージャ
９ コンプレッサ
１１ スロットルバルブ
１２ タービン
１３ フィルタ
１７ ＥＧＲ通路
１８ ＥＧＲバルブ１８
２０ ターボチャージャの可変ノズル
２１ クランク角センサ
２２ コントロールユニット

Claims (7)

  1. エンジン運転状態を検出する運転状態検出手段と、
    エンジンからの排気微粒子を捕捉するフィルタの前後圧力差を検出する差圧検出手段と、
    フィルタ出口側の排気圧力をエンジン運転状態に応じて求める出口圧力演算手段と、
    前記圧力差と出口圧力とからフィルタ入口側の排気圧力を求める入口圧力演算手段と、
    前記入口圧力を用いて排気体積流量を求める排気体積流量演算手段と、
    前記排気体積流量を用いてフィルタの微粒子堆積量を求める堆積量演算手段と、
    を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  2. エンジンからの排気微粒子を捕捉するフィルタと、
    エンジン運転状態を検出する運転状態検出手段と、
    フィルタの前後圧力差を検出する差圧検出手段と、
    フィルタ出口側の排気圧力をエンジン運転状態に応じて求める出口圧力演算手段と、
    前記圧力差と出口圧力とからフィルタ入口側の排気圧力を求める入口圧力演算手段と、
    前記入口圧力を用いて排気体積流量を求める排気体積流量演算手段と、
    前記排気体積流量を用いてフィルタの微粒子堆積量を求める堆積量演算手段と、
    前記微粒子堆積量に応じてフィルタ再生を行うフィルタ再生手段と、
    を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  3. 前記出口圧力演算手段は、フィルタ出口側の排気圧力をエンジン運転状態に応じて与えるマップを読み出して前記出口圧力を求めるように構成されている請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
  4. 前記出口圧力演算手段は、フィルタの非再生時の出口圧力を与える第１のマップと、フィルタの再生時の出口圧力を与える第２のマップとを備え、フィルタの再生状態に応じて前記マップを切り換えて適用する請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
  5. 前記マップは、エンジン回転数と負荷とをパラメータとして出口圧力を付与するように構成されている請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
  6. 前記排気体積流量演算手段は、次式
    Ｑ１＝Ｇ・Ｒ・Ｔ１／Ｐ１
    ただし、
    Ｇ ：エアフロメータ出力と燃料噴射量とから求めた排気質量流量、
    Ｔ１：フィルタ入口の排気温度
    Ｒ ：気体定数
    Ｐ１：フィルタ入口の排気圧力
    により排気体積流量Ｑ１を算出する請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
  7. 前記フィルタ再生手段は、
    燃料噴射時期制御、燃料噴射量制御、可変ノズル排気ターボチャージャのノズル開度制御、ＥＧＲ制御、吸気量制御、補機類負荷制御、
    の何れかを適用して排気温度を上昇させることによりフィルタ再生を行う請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
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