JP3908204B2 - フィルタ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのフィルタを適切なタイミングで再生することができるようにしたフィルタ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる微粒子が大気中に拡散されるのを抑制するため、近年、ディーゼルエンジンの排気系統に装着して排気ガス中のディーゼルパティキュレートを後処理するための種々の装置が開発されてきている。この種の排気ガス処理装置は、いずれもディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれるパティキュレートを排気ガスが排気通路を通過する時に捕集するためのフィルタを備えている。したがって、フィルタには捕集されたパティキュレートが次第に堆積され、ついにはフィルタが目詰まり状態となり、排気ガスの通過が困難となってしまう。
【０００３】
このため、従来にあっては、フィルタにおけるパティキュレートの堆積量が所定レベルに達したと推定された場合にフィルタを加熱する等してフィルタの温度を上昇させ、パティキュレートを焼却してフィルタを再生し、再びパティキュレートの捕集ができるようにしている。このように、フィルタの再生はフィルタを加熱することによるパティキュレートの焼却という手段によるため、フィルタの再生を適切なタイミングにて行うことが望まれる。
【０００４】
そこで、従来においては、フィルタの前後における排気ガスの差圧、すなわち、フィルタの入口側の排気ガス圧力とフィルタの出口側の排気ガス圧力との差圧、を計測することによりフィルタに堆積されたパティキュレートの量を推定し、この推定結果に従ってフィルタの再生タイミングを決定し、フィルタの再生制御を行うようにした構成が広く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来技術は次のような問題点を有している。エンジンがアイドル運転状態に入る等の理由でエンジン回転数が低い状態にあっては、排気通路内の排気ガス流量が減少するため、フィルタの前後における圧力差はパティキュレートの堆積量が少ない場合でも小さくなってしまい、フィルタの前後差圧によるパティキュレートの堆積量の推定を正確に行うことが困難となる。また、排気ガスが低圧状態にあると、排気ガス圧力と圧力センサの出力信号との間の関係を示す圧力センサの入出力特性が線形特性とならない。このため、圧力センサの出力信号の有する圧力情報の精度が低くなる上に圧力センサからの出力信号のレベルも低くなって雑音の影響を受けやすくなり、圧力センサの特性上の問題からもパティキュレートの堆積量の推定を正確に行うことが困難となってしまう。
【０００６】
さらに、フィルタにパティキュレートが堆積された後、エンジンの運転が停止された状態で、フィルタの高温状態が続くなどした場合に、フィルタ内に堆積されたパティキュレート中の揮発成分が放出され、パティキュレートにひび割れが生じる。このようなひび割れが生じると、このひび割れ部分を通って排気ガスがフィルタ内を通過するようになるため、フィルタの通気抵抗が低下することになる。この結果、フィルタの前後における圧力差はひび割れが生じる前に比べて小さくなってしまい、このような状態で排気ガスの差圧によるパティキュレートの堆積量の推定を行うと、恰もパティキュレートの堆積量が少なくなったような推定結果となり、パティキュレート堆積量の正確な推定を困難にさせている。
【０００７】
このため、フィルタの前後における排気ガスの差圧を計測することによってフィルタの再生制御を行う従来の装置においては、フィルタに堆積されたパティキュレートの量が多い状態で再生が実行されてしまい、フィルタ溶損を引き起こす虞がある。また、パティキュレートの堆積量を正確に推定することが困難であるため、フィルタの再生頻度が高くなって燃費の低下やフィルタの寿命を短縮させるという問題点も有している。
【０００８】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができるようにした、フィルタ制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、エンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのフィルタにおけるパティキュレート堆積量を推定し、この推定結果に基づいてフィルタを再生するようにしたフィルタ制御装置において、フィルタの前後における排気ガスの圧力差に基づいてパティキュレートの堆積量を推定すると共に、エンジンの運転状態に基づいてもパティキュレートの堆積量を推定し、これら２つの推定結果のうちのいずれか１つをエンジンの運転状態及び両推定値の比較結果に応じて選択的に取り出し、取り出された推定結果に基づいてフィルタの再生を行うか否かを決定するようにしたものである。
【００１０】
請求項１の発明によれば、エンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのフィルタにおけるパティキュレート堆積量を推定し、この推定結果に基づいてフィルタを再生するようにしたフィルタ制御装置において、前記エンジンの運転状態を検出するための検出手段と、前記フィルタの前後における排気ガスの圧力差に基づいて前記フィルタのパティキュレート堆積量を推定する第１推定手段と、前記エンジンの運転状態に基づいて前記フィルタのパティキュレート堆積量を推定する第２推定手段と、前記第１及び第２推定手段によって得られた各パティキュレート堆積量推定値の差分を演算する差分演算手段と、前記差分演算手段及び検出手段に応答し前記第１又は第２推定手段のいずれか一方の推定結果を選択する選択手段と、前記第１又は第２推定手段のいずれか一方の推定結果の選択を行う場合に両推定結果のずれ量を計算し、そのずれ量を学習値として記憶しておき、この学習値に従って前記第２推定手段における演算値を補正するためのデータを演算し、前記第２推定手段に与えるための手段とを備え、前記選択手段によって選択された推定結果に従って前記フィルタの再生タイミングを決定するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１１】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、前記第２推定手段において、前記エンジンへの燃料噴射量、前記エンジンの回転数、前記エンジンにおける排気ガス環流率、フィルタ前温度のうちの少なくとも１つに基づいてパティキュレート堆積量を推定するための演算が実行されるフィルタ制御装置が提案される。
【００１２】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、前記第２推定手段において、実エンジンを使って単位時間当たりのパティキュレート堆積量の増加を計測することにより求められた実測データを用いたマップ演算を用いてパティキュレート堆積量の推定演算を行うようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１３】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明において、前記第２推定手段が前記マップ演算により得られたデータを積分することによって前記フィルタにおけるパティキュレートの堆積量の推定値を得るように構成されたフィルタ制御装置が提案される。
【００１４】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明において、前記エンジンが停止される毎にそのときフィルタ再生制御に使用されていたパティキュレート堆積量の推定値を記憶しておき、この記憶されたパティキュレート堆積値の値を前記第２推定手段における積分のための初期値として用いるようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１５】
請求項６の発明によれば、請求項１の発明において、前記ずれ量に従った係数を演算し、該係数により前記第２推定手段における演算値を補正するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１６】
請求項７の発明によれば、請求項１の発明において、前記ずれ量が所定値をこえた場合にその旨を操作者に対して表示するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１７】
請求項８の発明によれば、請求項１の発明において、前記エンジンの始動時に前記差分が所定値以上の場合には、前記検出手段の検出結果に拘らず前記第２推定手段の推定結果を選択するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１８】
請求項９の発明によれば、請求項１の発明において、前記エンジンの始動時に前記差分が所定値以上の場合には、前記検出手段の検出結果に拘らず前記第２推定手段の推定結果を選択するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１９】
請求項１０の発明によれば、請求項９の発明において、前記所定期間が、前記第２推定手段により前記エンジンの始動から開始されたパティキュレート堆積量推定値が所定の値に達するまでの期間であるフィルタ制御装置が提案される。
【００２０】
請求項１１の発明によれば、請求項８の発明において、前記差分が前記所定値より小さくなった場合に前記第２推定手段による推定結果に代えて、前記第１推定手段による推定結果を選択するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００２２】
上記構成によれば、フィルタの前後の排気ガス圧力差に基づいて得られたパティキュレート堆積量推定値、又はエンジンの運転パラメータなどから演算されたパティキュレート堆積量推定値のいずれか一方が、エンジンの運転状態及び両推定値の差分を考慮して選択的に使用される。この結果、より精度の高いパティキュレート堆積量の推定が可能となり、フィルタ再生の適切なタイミングをより的確に決定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明をディーゼルエンジンの排気ガス後処理のためのフィルタの制御に適用した場合の実施の形態の一例を示す全体構成図である。符号１で示されるのは４気筒のディーゼルエンジンであり、各気筒２〜５にはそれぞれインジェクタ６〜９が設けられている。これらのインジェクタ６〜９の動作はエンジン制御ユニット１０によって制御され、高圧燃料を所要のタイミングで所要量だけ対応する気筒内に噴射供給することができる公知の構成となっている。
【００２５】
吸気マニホールド１１に接続されている吸気ダクト１２には、インタークーラ１３及びエアクリーナ１４が設けられており、一方、排気マニホールド１５に接続されている排気ダクト１６には排気ガス後処理装置３０が取り付けられている。
【００２６】
吸気ダクト１２と排気ダクト１６との間には、ＥＧＲ制御弁１７を設けた排気再循環路１８が設けられており、エンジン制御ユニット１０によって制御されるアクチュエータ１９によってＥＧＲ制御弁１７の開度が調節され、排気ダクト１６内を流れる排気ガスの一部を吸気マニホールド１１に調量して戻すことができる構成となっている。符号２０で示されるのは排気ターボチャージャであり、排気ダクト１６内に配設された排気タービン２１と吸気ダクト１２内に配設されていて排気タービン２１により駆動されるコンプレッサ２２とから成っている。
【００２７】
排気ガス後処理装置３０は、酸化触媒３１とパティキュレート捕集用のフィルタ３２とを備え、排気ダクト１６内を流れる排気ガスは、酸化触媒３１を通ってからフィルタ３２を通る構成となっている。酸化触媒３１は、例えばハニカム状のコーディエライト、あるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、活性アルミナ等をコートしてウォッシュコート層を形成し、このコート層に白金、パラジウム、あるいはロジウム等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させた構成となっている。酸化触媒は、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ2 を生成させるとともに、排気ガス中のＨＣとＣＯを酸化してＨ2 ＯとＣＯ2 を生成させる構成となっている。
【００２８】
フィルタ３２は、例えば多孔質のコーディエライト、あるいは炭化珪素によって多数のセルが平行に形成され、セルの入口と出口が交互に閉鎖された、いわゆるウォールフロー型と呼ばれるハニカムフィルタや、セラミック繊維をステンレス多孔管に何層にも巻き付けた繊維型フィルタを使用したもので、排気ガス中のパティキュレートを捕集する。
【００２９】
フィルタ３２の入口側（前）と出口側（後）には、それぞれ、排気ガスの圧力を検出するための第１圧力センサ３３及び第２圧力センサ３４が設けられている。第１圧力センサ３３からはフィルタ３２の入口側における排気ガス圧力Ｐ１を示す第１圧力信号ＳＡが出力され、第２圧力センサ３４からはフィルタ３２の出口側における排気ガス圧力Ｐ２を示す第２圧力信号ＳＢが出力される。符号３５で示されるのは、排気ダクト１６内を流れる排気ガスの流量を検出するための流量センサであり、流量センサ３５からの排気流量信号Ｆは、第１圧力信号ＳＡ、第２圧力信号ＳＢと共にフィルタ制御ユニット４０に入力されている。
【００３０】
ここで、流量センサ３５による流量検出に代えて、吸入空気量、噴射量、排気温度、排気圧力から計算で排気ガスの流量を求めるようにすることもできる。この場合には、
ＰＶ＝ｎＲＴ
（ここで、Ｐ；圧力、Ｖ；体積、Ｔ；温度、ｎＲ；ガス定数）
の関係式を用い、体積の時間微分を計算することで体積流量を演算できる。
【００３１】
フィルタ制御ユニット４０は、フィルタ３２によって捕集されたパティキュレートの堆積量を推定し、この推定結果に基づいてフィルタ３２を再生させるためのエンジン制御を行う装置である。
【００３２】
図２は、フィルタ制御ユニット４０の概略構成を示すブロック図である。フィルタ制御ユニット４０は、フィルタ３２に堆積したパティキュレート量の推定演算を行いその推定結果を示す推定値データＸを出力する推定演算ユニット４１と、推定値データＸに基づいてフィルタ３２の再生制御を行うための再生制御ユニット４２とを備えている。推定演算ユニット４１には、第１圧力信号ＳＡ、第２圧力信号ＳＢ、排気流量信号Ｆ、ディーゼルエンジン１の運転条件を示すエンジン運転データＭが入力されている。ここでは、エンジン運転データＭとして、ディーゼルエンジン１の運転状態を示す燃料噴射量信号Ｑ、エンジン回転数信号Ｎ及び排気ガス循環（ＥＧＲ）率を示す循環率信号Ｒがエンジン制御ユニット１０から入力されているが、エンジン運転データＭとしてこれらの信号のうちの少なくとも１つを用いることができる。また、フィルタ制御ユニット４０には、フィルタ３２の入口側に設けられた温度センサ３６から送られてくるフィルタ３２の入口前温度を示す温度信号Ｔ０も入力されている。
【００３３】
再生制御ユニット４２は、推定データＸに応答し、パティキュレート堆積量が所定値を越えているか否かを判別する。推定データＸによりパティキュレート堆積量が所定値を越えていると判断された場合には再生制御ユニット４２から再生信号ＣＳが出力され、再生信号ＣＳはエンジン制御ユニット１０に入力される。エンジン制御ユニット１０は、再生信号ＣＳに応答し、フィルタ３２の再生のために必要な噴射タイミングの遅角制御を実行し、これにより排気ガスの温度を上昇させ、フィルタ３２に堆積しているパティキュレートを燃焼させ、フィルタ３２の再生を実行する。
【００３４】
図３は、推定演算ユニット４１の詳細ブロック図である。推定演算ユニット４１は、フィルタ３２の前後差圧からフィルタ３２のパティキュレート堆積量を推定する第１推定演算部１００と、ディーゼルエンジン１の運転状態に基づいてフィルタ３２のパティキュレート堆積量を推定する第２推定演算部１１０とを備え、第１推定演算部１００又は第２推定演算部１１０のいずれか一方の演算出力を選択部１２０によって推定値データＸとして選択し、出力する構成となっている。
【００３５】
第１推定演算部１００は、第１及び第２圧力信号ＳＡ、ＳＢに応答してパティキュレートの捕集を行っているフィルタ３２の入口側と出口側との間の排気ガス圧力の差圧（フィルタ前後差圧）ΔＰを演算する差圧演算部１０１と、フィルタ３２に流れている排気ガスの流量ＦＬを流量センサ３５からの排気流量信号Ｆに基づいて演算する流量演算部１０２とを有している。差圧演算部１０１の出力と流量演算部１０２の出力とは割算部１０３に入力され、割算部１０３においてΔＰ／ＦＬの値を求める演算が実行される。なお、流量演算部１０２は、既に説明したようにディーゼルエンジン１の運転パラメータを用いて流量ＦＬを演算する構成とすることもできる。
【００３６】
割算部１０３における演算結果はディジタルフィルタ１０４を介して第１堆積量演算部１０５に入力され、第１堆積量演算部１０５においてΔＰ／ＦＬの値に基づいてそのときのパティキュレート堆積量の推定値が演算される。第１堆積量演算部１０５において得られた推定演算結果は、第１推定データＸＡとして出力される。
【００３７】
以上、第１推定演算部１００の構成の一例について説明したが、フィルタ前後差圧に基づいてフィルタに堆積されたパティキュレートの量を計算して推定する技術それ自体は公知であり、したがって、図３に示した第１推定演算部１００の構成を他の公知の構成に置き換えることもできる。
【００３８】
次に、第２推定演算部１１０について説明する。第２推定演算部１１０はディーゼルエンジン１の運転状態に基づいてフィルタ３２におけるパティキュレートの堆積量の推定演算を行うための手段として構成されている。第２推定演算部１１０は、フィルタ３２におけるそのときどきの単位時間当たりのパティキュレートの堆積量の推定値を運転条件データに基づいて演算するための第２堆積量演算部１１１を備えている。本実施の形態では、第２堆積量演算部１１１は、燃料噴射量信号Ｑ、エンジン回転数信号Ｎ及び循環率信号Ｒに基づいてそのときの単位時間当たりのパティキュレートの堆積量推定値ΔＹを演算する構成となっている。
【００３９】
排気ガス温度の上昇に伴ってフィルタ３２の温度が上昇すると、そこに堆積されているパティキュレートが燃焼し、堆積パティキュレートが減少する。すなわち、フィルタ３２の再生動作が行われる。符号１１２で示されるのは、このような燃焼による堆積パティキュレートの減少量を、ディーゼルエンジン１の運転状態から再生量として推定演算するための再生量演算部である。再生量演算部１１２は、燃料噴射量信号Ｑ、エンジン回転数信号Ｎ、循環率信号Ｒ、温度信号Ｔ０、及び後述するようにして得られる第２推定データＸＢに応答し、フィルタ３２における堆積パティキュレートの単位時間当たりの燃焼量を再生量推定値ΔＺとして推定演算する構成となっている。
【００４０】
第２堆積量演算部１１１からの単位時間当たりの堆積量推定値ΔＹ及び再生量演算部１１２からの単位時間当たりの再生量推定値ΔＺは積分演算部１１３にそれぞれ堆積データＤＹ及び再生データＤＺとして送られる。積分演算部１１３には、選択部１２０から積分の初期値を示す初期値データＩＤが入力されている。この初期値データＩＤは、直近のエンジン停止時に選択部１２０内に後述の如くして記憶されていた推定値データＸの値が使用される。積分演算部１１３においては、この初期値データＩＤを用いて、堆積データＤＹ及び再生データＤＺが図示の極性で時間積分処理される。積分演算部１１３において得られた積分演算結果が第２推定演算部１１０における推定演算結果である。すなわち、フィルタ３２におけるパティキュレートの堆積量をディーゼルエンジン１の運転状態から演算した推定値を示す第２推定データＸＢが、積分演算部１１３から出力される。
【００４１】
第２推定データＸＢは既述の如く再生量演算部１１２にも入力されており、再生量演算部１１２では燃料噴射量信号Ｑ、エンジン回転数信号Ｎ、循環率信号Ｒ、温度信号Ｔ０及び第２推定データＸＢに基づいて単位時間当たりの再生量推定値ΔＺが演算される構成となっている。再生量演算部１１２における推定演算において第２推定データＸＢを考慮する理由は、排気ガス温度等の条件が同一であっても、そのときのパティキュレートの堆積量によって再生量が影響を受けるので、この影響を考慮してより精度の高い再生量推定を行うようにするためである。
【００４２】
なお、第１堆積量演算部１０５、第２堆積量演算部１１１、再生量演算部１１２における各演算はマップ演算とすることができ、この場合、使用する各マップデータは、実機のフィルタ付エンジンを使い、テストベンチを予め所定の入力条件に設定し、堆積量、又は再生量を計測し、この計測結果に基づいて適宜に決定することができる。
【００４３】
選択部１２０は、ディーゼルエンジン１の運転状態及び第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとの差分を考慮して、第１推定データＸＡ又は第２推定データＸＢのいずれか一方を選択し、選択された方の推定データをそのときのフィルタ３２における堆積パティキュレート量の推定値を示す推定値データＸとして出力する構成となっている。
【００４４】
本実施の形態では、ディーゼルエンジン１の運転状態を示す信号として、エンジン回転数信号Ｎが選択部１２０に入力されている。
【００４５】
図４には、選択部１２０の構成及び動作を説明するためのフローチャートが示されている。以下、図４を参照して選択部１２０について説明する。先ず、ステップＳ１でエンジン回転数信号Ｎに基づいてエンジン回転数ＥＮが所定値Ｎｅより大きいか否かが判別される。所定値Ｎｅは、フィルタ３２の前後差圧によってそのときのパティキュレート堆積量を正しく推定できるようなエンジン回転数の下限値を示すものである。所定値Ｎｅは、例えばアイドル回転数とすることができる。
【００４６】
エンジン回転数ＥＮが所定値Ｎｅ以下であると、ステップＳ１の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ２に入り、ここで第２推定データＸＢが推定値データＸとして選択される。一方、エンジン回転数が所定値Ｎｅより大きいと、ステップＳ１の判別結果はＹＥＳとなりステップＳ３に進む。
【００４７】
ステップＳ３では、第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとが比較され、その差分の絶対値ΔＭが所定値Ｋより大きいか否かが判別される。ΔＭ＞Ｋの場合には、フィルタ内に堆積されたパティキュレートにひび割れが生じており、このためにΔＭが大きくなったものと考えられ、第１推定データＸＡの値の信頼性が低いと判断される。したがって、ステップＳ３の判別結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ２に進み、第２推定データＸＢが選択され、第２推定データＸＢが推定値データＸとして出力される。一方、ΔＭ≦Ｋの場合には、ステップＳ３の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ４に進む。
【００４８】
ステップＳ４では、さらに、ディーゼルエンジン１が今回始動を開始してからのパティキュレートの堆積量が、ひび割れの修復に充分な所定量に達したか否かが判別される。ここでは、直近のエンジン停止時における第２推定データＸＢの値と現在の第２推定データＸＢの値とを比較することにより、今回の堆積量が所定量以上となったか否かを判別する構成となっている。
【００４９】
ステップＳ３の判別結果がＮＯの場合であっても、今回の堆積量が所定量以上となっていない場合には、ステップＳ４の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ２に進み、第２推定データＸＢが選択される。一方、今回の堆積量が所定量以上となっている場合には、ステップＳ４の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ５に入り、ここで第１推定データＸＡが選択される。
【００５０】
このように、エンジン回転数ＥＮが所定値Ｎｅよりも小さい場合には、第１推定データＸＡよりも信頼のおける第２推定データＸＢが選択される。
【００５１】
また、第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとの差分の絶対値ΔＭがＫより大きい場合には、フィルタ内に堆積しているパティキュレートのひび割れが主たる原因と考えられるので、この場合も、第２推定データＸＢの方が信頼がおけるとして、第２推定データＸＢが選択される。
【００５２】
そして、ステップＳ３でΔＭ≦Ｋであったとしても、今回の堆積量が所定値以上とならない間は、念のため、ステップＳ２に入り、第２推定データＸＢが選択される。
【００５３】
エンジンの始動から時間が経過し、パティキュレートの堆積量が増え、ステップＳ４の判別結果がＹＥＳとなると、はじめて第１推定データＸＡが選択される。
【００５４】
このようにして、第１推定データＸＡ又は第２推定データＸＢのいずれかが選択された後、ステップＳ６に入り、ここでエンジン停止か否かが判別される。ディーゼルエンジン１がまだ停止していない場合にはステップＳ６の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１に戻り、上述の動作が繰り返し実行される。
【００５５】
イグニッションキーをオフにするなどしてディーゼルエンジン１の運転が停止されると、ステップＳ６の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ７においてこのときの推定値データＸの値が初期値データＩＤとして図示しないメモリに格納され保存され、動作を終了する。
【００５６】
ところで、第２推定演算部１１０における推定演算の場合、積分演算を行うので長期的には誤差が累積されてその演算結果が不正確になることが予想される。このため、図３に示した実施の形態では、第２推定演算部１１０に補正量記憶部１１４と補正値演算部１１５とを設け、第２堆積量演算部１１１で演算された単位時間当たりのパティキュレート堆積量を学習動作により適宜に補正する構成となっている。
【００５７】
すなわち、補正値演算部１１５には第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとが入力されており、選択部１２０が第２推定データＸＢを選択している場合にディーゼルエンジン１の回転数が上昇して第２推定データＸＢに代えて第１推定データＸＡを選択するように選択部１２０がデータの切り替え動作を行った場合、この切り替え動作に応答してこのときの第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとの差分を下記のようにして演算する。
【００５８】
再生処理が行われておらず再生処理積分値が零の場合には、その差分が所定範囲内にあれば、第１推定データＸＡによる推定値ＤＸＡと第２推定データＸＢによる推定値ＤＸＢとの比ＤＸＡ／ＤＸＢをずれ係数Ｃとして算出し、このずれ係数Ｃを補正量記憶部１１４に記憶する。
【００５９】
一方、再生処理が行われており再生処理積分値が零より大きい場合には、第２推定データＸＢから第１推定データＸＡを減算し、この減算結果で再生処理積分値を割算し、この結果をずれ係数Ｃとし、このずれ係数Ｃを補正量記憶部１１４に記憶する。
【００６０】
なお、いずれの場合においても、上記差分が所定範囲を越えている場合にはフィルタの劣化と判断し、上述したずれ係数Ｃの算出は行わない。このようにフィルタの劣化が判別された場合には、運転者にフィルタの交換を促すため予め定められたランプを点灯又は点滅させる等の手段により警告表示を行うように構成するのが好ましい。
【００６１】
ずれ係数Ｃは学習値として補正量記憶部１１４に蓄積され、この学習値としてのずれ係数Ｃは第２堆積量演算部１１１に送られ、ここで演算されている単位時間当たりのパティキュレートの堆積量にこのずれ係数Ｃを掛けて補正し、以後、この補正された単位時間当たりのパティキュレートの堆積量が単位時間当たりのパティキュレートの堆積量推定値ΔＹとして出力される。
【００６２】
このように、補正値演算部１１５において第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとの値を用いてずれ係数Ｃが算出され、このずれ係数Ｃは補正量記憶部１１４に記憶、蓄積され、単位時間当たりのパティキュレートの堆積量を算出する演算処理を行う際の補正が適宜に実行されることとなり、積分演算部１１３における積分演算において誤差が累積されず修正されることとなる。この結果、単位時間当たりのパティキュレートの堆積量に基づく推定データである第２推定データＸＢが信頼性を有する値となるので、パティキュレート堆積量の推定が正確となる。
【００６３】
フィルタ制御ユニット４０は以上のように構成されているので、フィルタ前後差圧に基づいて演算されたパティキュレート堆積量の推定値と、ディーゼルエンジン１の運転状態に基づいてシミュレートされたパティキュレート堆積量の推定値との２つの推定値のうち、そのときの状態に応じてより信頼度の高い推定値が選択される。そして、このようにして選択された推定値に従ってフィルタ３２を再生するか否かが決定されるので、フィルタ３２の再生を極めて適切なタイミングで実行することができる。この結果、フィルタ３２を従来に比べて長寿命化することが可能になり、ランニングコストの低減を期待することができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、フィルタ前後差圧に基づいて演算されたパティキュレート堆積量の推定値と、単位時間あたりのパティキュレートの堆積量に基づいてシミュレートされたパティキュレート堆積量の推定値との２つの推定値のうち、そのときのエンジンの運転状態に応じてより信頼度の高い推定値が選択され、このようにして選択された推定値に従ってフィルタを再生するか否かが決定されるので、フィルタの再生を極めて適切なタイミングで実行することができる。この結果、フィルタの再生の頻度が適正化され、フィルタを従来に比べて長寿命化することが可能になり、ランニングコストの低減を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフィルタ制御装置を備えた排気ガス処理装置の実施の形態の一例を示す構成図。
【図２】図１のコントロールユニットの構成を示すブロック図。
【図３】図２の推定演算部の詳細構成を示すブロック図。
【図４】図３の選択部の説明のためのフローチャート。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
２〜５ 気筒
６〜９ インジェクタ
１０ エンジン制御ユニット
１５ 排気マニホールド
１６ 排気ダクト
４０ フィルタ制御ユニット
３０ 排気ガス後処理装置
３１ 酸化触媒
３２ フィルタ
３３ 第１圧力センサ
３４ 第２圧力センサ
３５ 流量センサ
３６ 温度センサ
１００ 第１推定演算部
１０１ 差圧演算部
１０２ 流量演算部
１０３ 割算部
１０５ 第１堆積量演算部
１１０ 第２推定演算部
１１１ 第２堆積量演算部
１１２ 再生量演算部
１１３ 積分演算部
１１４ 補正量記憶部
１１５ 補正値演算部
１２０ 選択部
Ｎ エンジン回転数信号
Ｐ１、Ｐ２ 排気ガス圧力
Ｑ 燃料噴射量信号
Ｒ 循環率信号
ＳＡ 第１圧力信号
ＳＢ 第２圧力信号
Ｔ０ 温度信号
Ｘ 推定値データ
ＸＡ 第１推定データ
ＸＢ 第２推定データ
ΔＰ 差圧
ΔＹ 堆積量推定値
ΔＺ 再生量推定値
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのフィルタを適切なタイミングで再生することができるようにしたフィルタ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる微粒子が大気中に拡散されるのを抑制するため、近年、ディーゼルエンジンの排気系統に装着して排気ガス中のディーゼルパティキュレートを後処理するための種々の装置が開発されてきている。この種の排気ガス処理装置は、いずれもディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれるパティキュレートを排気ガスが排気通路を通過する時に捕集するためのフィルタを備えている。したがって、フィルタには捕集されたパティキュレートが次第に堆積され、ついにはフィルタが目詰まり状態となり、排気ガスの通過が困難となってしまう。
【０００３】
このため、従来にあっては、フィルタにおけるパティキュレートの堆積量が所定レベルに達したと推定された場合にフィルタを加熱する等してフィルタの温度を上昇させ、パティキュレートを焼却してフィルタを再生し、再びパティキュレートの捕集ができるようにしている。このように、フィルタの再生はフィルタを加熱することによるパティキュレートの焼却という手段によるため、フィルタの再生を適切なタイミングにて行うことが望まれる。
【０００４】
そこで、従来においては、フィルタの前後における排気ガスの差圧、すなわち、フィルタの入口側の排気ガス圧力とフィルタの出口側の排気ガス圧力との差圧、を計測することによりフィルタに堆積されたパティキュレートの量を推定し、この推定結果に従ってフィルタの再生タイミングを決定し、フィルタの再生制御を行うようにした構成が広く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来技術は次のような問題点を有している。エンジンがアイドル運転状態に入る等の理由でエンジン回転数が低い状態にあっては、排気通路内の排気ガス流量が減少するため、フィルタの前後における圧力差はパティキュレートの堆積量が少ない場合でも小さくなってしまい、フィルタの前後差圧によるパティキュレートの堆積量の推定を正確に行うことが困難となる。また、排気ガスが低圧状態にあると、排気ガス圧力と圧力センサの出力信号との間の関係を示す圧力センサの入出力特性が線形特性とならない。このため、圧力センサの出力信号の有する圧力情報の精度が低くなる上に圧力センサからの出力信号のレベルも低くなって雑音の影響を受けやすくなり、圧力センサの特性上の問題からもパティキュレートの堆積量の推定を正確に行うことが困難となってしまう。
【０００６】
さらに、フィルタにパティキュレートが堆積された後、エンジンの運転が停止された状態で、フィルタの高温状態が続くなどした場合に、フィルタ内に堆積されたパティキュレート中の揮発成分が放出され、パティキュレートにひび割れが生じる。このようなひび割れが生じると、このひび割れ部分を通って排気ガスがフィルタ内を通過するようになるため、フィルタの通気抵抗が低下することになる。この結果、フィルタの前後における圧力差はひび割れが生じる前に比べて小さくなってしまい、このような状態で排気ガスの差圧によるパティキュレートの堆積量の推定を行うと、恰もパティキュレートの堆積量が少なくなったような推定結果となり、パティキュレート堆積量の正確な推定を困難にさせている。
【０００７】
このため、フィルタの前後における排気ガスの差圧を計測することによってフィルタの再生制御を行う従来の装置においては、フィルタに堆積されたパティキュレートの量が多い状態で再生が実行されてしまい、フィルタ溶損を引き起こす虞がある。また、パティキュレートの堆積量を正確に推定することが困難であるため、フィルタの再生頻度が高くなって燃費の低下やフィルタの寿命を短縮させるという問題点も有している。
【０００８】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができるようにした、フィルタ制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、エンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのフィルタにおけるパティキュレート堆積量を推定し、この推定結果に基づいてフィルタを再生するようにしたフィルタ制御装置において、フィルタの前後における排気ガスの圧力差に基づいてパティキュレートの堆積量を推定すると共に、エンジンの運転状態に基づいてもパティキュレートの堆積量を推定し、これら２つの推定結果のうちのいずれか１つをエンジンの運転状態及び両推定値の比較結果に応じて選択的に取り出し、取り出された推定結果に基づいてフィルタの再生を行うか否かを決定するようにしたものである。
【００１０】
請求項１の発明によれば、エンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのフィルタにおけるパティキュレート堆積量を推定し、この推定結果に基づいてフィルタを再生するようにしたフィルタ制御装置において、前記エンジンの運転状態を検出するための検出手段と、前記フィルタの前後における排気ガスの圧力差に基づいて前記フィルタのパティキュレート堆積量を推定する第１推定手段と、前記エンジンの運転状態に基づいて前記フィルタのパティキュレート堆積量を推定する第２推定手段と、前記第１及び第２推定手段によって得られた各パティキュレート堆積量推定値の差分を演算する差分演算手段と、前記差分演算手段及び検出手段に応答し前記第１又は第２推定手段のいずれか一方の推定結果を選択する選択手段と、前記第１又は第２推定手段のいずれか一方の推定結果の選択を行う場合に両推定結果のずれ量を計算し、そのずれ量を学習値として記憶しておき、この学習値に従って前記第２推定手段における演算値を補正するためのデータを演算し、前記第２推定手段に与えるための手段とを備え、前記選択手段によって選択された推定結果に従って前記フィルタの再生タイミングを決定するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１１】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、前記第２推定手段において、前記エンジンへの燃料噴射量、前記エンジンの回転数、前記エンジンにおける排気ガス環流率、フィルタ前温度のうちの少なくとも１つに基づいてパティキュレート堆積量を推定するための演算が実行されるフィルタ制御装置が提案される。
【００１２】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、前記第２推定手段において、実エンジンを使って単位時間当たりのパティキュレート堆積量の増加を計測することにより求められた実測データを用いたマップ演算を用いてパティキュレート堆積量の推定演算を行うようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１３】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明において、前記第２推定手段が前記マップ演算により得られたデータを積分することによって前記フィルタにおけるパティキュレートの堆積量の推定値を得るように構成されたフィルタ制御装置が提案される。
【００１４】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明において、前記エンジンが停止される毎にそのときフィルタ再生制御に使用されていたパティキュレート堆積量の推定値を記憶しておき、この記憶されたパティキュレート堆積値の値を前記第２推定手段における積分のための初期値として用いるようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１５】
請求項６の発明によれば、請求項１の発明において、前記ずれ量に従った係数を演算し、該係数により前記第２推定手段における演算値を補正するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１６】
請求項７の発明によれば、請求項１の発明において、前記ずれ量が所定値をこえた場合にその旨を操作者に対して表示するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１７】
請求項８の発明によれば、請求項１の発明において、前記エンジンの始動時に前記差分が所定値以上の場合には、前記検出手段の検出結果に拘らず前記第２推定手段の推定結果を選択するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１８】
請求項９の発明によれば、請求項１の発明において、前記エンジンの始動時に前記差分が所定値以上の場合には、前記検出手段の検出結果に拘らず前記第２推定手段の推定結果を選択するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００１９】
請求項１０の発明によれば、請求項９の発明において、前記所定期間が、前記第２推定手段により前記エンジンの始動から開始されたパティキュレート堆積量推定値が所定の値に達するまでの期間であるフィルタ制御装置が提案される。
【００２０】
請求項１１の発明によれば、請求項８の発明において、前記差分が前記所定値より小さくなった場合に前記第２推定手段による推定結果に代えて、前記第１推定手段による推定結果を選択するようにしたフィルタ制御装置が提案される。
【００２２】
上記構成によれば、フィルタの前後の排気ガス圧力差に基づいて得られたパティキュレート堆積量推定値、又はエンジンの運転パラメータなどから演算されたパティキュレート堆積量推定値のいずれか一方が、エンジンの運転状態及び両推定値の差分を考慮して選択的に使用される。この結果、より精度の高いパティキュレート堆積量の推定が可能となり、フィルタ再生の適切なタイミングをより的確に決定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明をディーゼルエンジンの排気ガス後処理のためのフィルタの制御に適用した場合の実施の形態の一例を示す全体構成図である。符号１で示されるのは４気筒のディーゼルエンジンであり、各気筒２〜５にはそれぞれインジェクタ６〜９が設けられている。これらのインジェクタ６〜９の動作はエンジン制御ユニット１０によって制御され、高圧燃料を所要のタイミングで所要量だけ対応する気筒内に噴射供給することができる公知の構成となっている。
【００２５】
吸気マニホールド１１に接続されている吸気ダクト１２には、インタークーラ１３及びエアクリーナ１４が設けられており、一方、排気マニホールド１５に接続されている排気ダクト１６には排気ガス後処理装置３０が取り付けられている。
【００２６】
吸気ダクト１２と排気ダクト１６との間には、ＥＧＲ制御弁１７を設けた排気再循環路１８が設けられており、エンジン制御ユニット１０によって制御されるアクチュエータ１９によってＥＧＲ制御弁１７の開度が調節され、排気ダクト１６内を流れる排気ガスの一部を吸気マニホールド１１に調量して戻すことができる構成となっている。符号２０で示されるのは排気ターボチャージャであり、排気ダクト１６内に配設された排気タービン２１と吸気ダクト１２内に配設されていて排気タービン２１により駆動されるコンプレッサ２２とから成っている。
【００２７】
排気ガス後処理装置３０は、酸化触媒３１とパティキュレート捕集用のフィルタ３２とを備え、排気ダクト１６内を流れる排気ガスは、酸化触媒３１を通ってからフィルタ３２を通る構成となっている。酸化触媒３１は、例えばハニカム状のコーディエライト、あるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、活性アルミナ等をコートしてウォッシュコート層を形成し、このコート層に白金、パラジウム、あるいはロジウム等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させた構成となっている。酸化触媒は、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ2 を生成させるとともに、排気ガス中のＨＣとＣＯを酸化してＨ2 ＯとＣＯ2 を生成させる構成となっている。
【００２８】
フィルタ３２は、例えば多孔質のコーディエライト、あるいは炭化珪素によって多数のセルが平行に形成され、セルの入口と出口が交互に閉鎖された、いわゆるウォールフロー型と呼ばれるハニカムフィルタや、セラミック繊維をステンレス多孔管に何層にも巻き付けた繊維型フィルタを使用したもので、排気ガス中のパティキュレートを捕集する。
【００２９】
フィルタ３２の入口側（前）と出口側（後）には、それぞれ、排気ガスの圧力を検出するための第１圧力センサ３３及び第２圧力センサ３４が設けられている。第１圧力センサ３３からはフィルタ３２の入口側における排気ガス圧力Ｐ１を示す第１圧力信号ＳＡが出力され、第２圧力センサ３４からはフィルタ３２の出口側における排気ガス圧力Ｐ２を示す第２圧力信号ＳＢが出力される。符号３５で示されるのは、排気ダクト１６内を流れる排気ガスの流量を検出するための流量センサであり、流量センサ３５からの排気流量信号Ｆは、第１圧力信号ＳＡ、第２圧力信号ＳＢと共にフィルタ制御ユニット４０に入力されている。
【００３０】
ここで、流量センサ３５による流量検出に代えて、吸入空気量、噴射量、排気温度、排気圧力から計算で排気ガスの流量を求めるようにすることもできる。この場合には、
ＰＶ＝ｎＲＴ
（ここで、Ｐ；圧力、Ｖ；体積、Ｔ；温度、ｎＲ；ガス定数）
の関係式を用い、体積の時間微分を計算することで体積流量を演算できる。
【００３１】
フィルタ制御ユニット４０は、フィルタ３２によって捕集されたパティキュレートの堆積量を推定し、この推定結果に基づいてフィルタ３２を再生させるためのエンジン制御を行う装置である。
【００３２】
図２は、フィルタ制御ユニット４０の概略構成を示すブロック図である。フィルタ制御ユニット４０は、フィルタ３２に堆積したパティキュレート量の推定演算を行いその推定結果を示す推定値データＸを出力する推定演算ユニット４１と、推定値データＸに基づいてフィルタ３２の再生制御を行うための再生制御ユニット４２とを備えている。推定演算ユニット４１には、第１圧力信号ＳＡ、第２圧力信号ＳＢ、排気流量信号Ｆ、ディーゼルエンジン１の運転条件を示すエンジン運転データＭが入力されている。ここでは、エンジン運転データＭとして、ディーゼルエンジン１の運転状態を示す燃料噴射量信号Ｑ、エンジン回転数信号Ｎ及び排気ガス循環（ＥＧＲ）率を示す循環率信号Ｒがエンジン制御ユニット１０から入力されているが、エンジン運転データＭとしてこれらの信号のうちの少なくとも１つを用いることができる。また、フィルタ制御ユニット４０には、フィルタ３２の入口側に設けられた温度センサ３６から送られてくるフィルタ３２の入口前温度を示す温度信号Ｔ０も入力されている。
【００３３】
再生制御ユニット４２は、推定データＸに応答し、パティキュレート堆積量が所定値を越えているか否かを判別する。推定データＸによりパティキュレート堆積量が所定値を越えていると判断された場合には再生制御ユニット４２から再生信号ＣＳが出力され、再生信号ＣＳはエンジン制御ユニット１０に入力される。エンジン制御ユニット１０は、再生信号ＣＳに応答し、フィルタ３２の再生のために必要な噴射タイミングの遅角制御を実行し、これにより排気ガスの温度を上昇させ、フィルタ３２に堆積しているパティキュレートを燃焼させ、フィルタ３２の再生を実行する。
【００３４】
図３は、推定演算ユニット４１の詳細ブロック図である。推定演算ユニット４１は、フィルタ３２の前後差圧からフィルタ３２のパティキュレート堆積量を推定する第１推定演算部１００と、ディーゼルエンジン１の運転状態に基づいてフィルタ３２のパティキュレート堆積量を推定する第２推定演算部１１０とを備え、第１推定演算部１００又は第２推定演算部１１０のいずれか一方の演算出力を選択部１２０によって推定値データＸとして選択し、出力する構成となっている。
【００３５】
第１推定演算部１００は、第１及び第２圧力信号ＳＡ、ＳＢに応答してパティキュレートの捕集を行っているフィルタ３２の入口側と出口側との間の排気ガス圧力の差圧（フィルタ前後差圧）ΔＰを演算する差圧演算部１０１と、フィルタ３２に流れている排気ガスの流量ＦＬを流量センサ３５からの排気流量信号Ｆに基づいて演算する流量演算部１０２とを有している。差圧演算部１０１の出力と流量演算部１０２の出力とは割算部１０３に入力され、割算部１０３においてΔＰ／ＦＬの値を求める演算が実行される。なお、流量演算部１０２は、既に説明したようにディーゼルエンジン１の運転パラメータを用いて流量ＦＬを演算する構成とすることもできる。
【００３６】
割算部１０３における演算結果はディジタルフィルタ１０４を介して第１堆積量演算部１０５に入力され、第１堆積量演算部１０５においてΔＰ／ＦＬの値に基づいてそのときのパティキュレート堆積量の推定値が演算される。第１堆積量演算部１０５において得られた推定演算結果は、第１推定データＸＡとして出力される。
【００３７】
以上、第１推定演算部１００の構成の一例について説明したが、フィルタ前後差圧に基づいてフィルタに堆積されたパティキュレートの量を計算して推定する技術それ自体は公知であり、したがって、図３に示した第１推定演算部１００の構成を他の公知の構成に置き換えることもできる。
【００３８】
次に、第２推定演算部１１０について説明する。第２推定演算部１１０はディーゼルエンジン１の運転状態に基づいてフィルタ３２におけるパティキュレートの堆積量の推定演算を行うための手段として構成されている。第２推定演算部１１０は、フィルタ３２におけるそのときどきの単位時間当たりのパティキュレートの堆積量の推定値を運転条件データに基づいて演算するための第２堆積量演算部１１１を備えている。本実施の形態では、第２堆積量演算部１１１は、燃料噴射量信号Ｑ、エンジン回転数信号Ｎ及び循環率信号Ｒに基づいてそのときの単位時間当たりのパティキュレートの堆積量推定値ΔＹを演算する構成となっている。
【００３９】
排気ガス温度の上昇に伴ってフィルタ３２の温度が上昇すると、そこに堆積されているパティキュレートが燃焼し、堆積パティキュレートが減少する。すなわち、フィルタ３２の再生動作が行われる。符号１１２で示されるのは、このような燃焼による堆積パティキュレートの減少量を、ディーゼルエンジン１の運転状態から再生量として推定演算するための再生量演算部である。再生量演算部１１２は、燃料噴射量信号Ｑ、エンジン回転数信号Ｎ、循環率信号Ｒ、温度信号Ｔ０、及び後述するようにして得られる第２推定データＸＢに応答し、フィルタ３２における堆積パティキュレートの単位時間当たりの燃焼量を再生量推定値ΔＺとして推定演算する構成となっている。
【００４０】
第２堆積量演算部１１１からの単位時間当たりの堆積量推定値ΔＹ及び再生量演算部１１２からの単位時間当たりの再生量推定値ΔＺは積分演算部１１３にそれぞれ堆積データＤＹ及び再生データＤＺとして送られる。積分演算部１１３には、選択部１２０から積分の初期値を示す初期値データＩＤが入力されている。この初期値データＩＤは、直近のエンジン停止時に選択部１２０内に後述の如くして記憶されていた推定値データＸの値が使用される。積分演算部１１３においては、この初期値データＩＤを用いて、堆積データＤＹ及び再生データＤＺが図示の極性で時間積分処理される。積分演算部１１３において得られた積分演算結果が第２推定演算部１１０における推定演算結果である。すなわち、フィルタ３２におけるパティキュレートの堆積量をディーゼルエンジン１の運転状態から演算した推定値を示す第２推定データＸＢが、積分演算部１１３から出力される。
【００４１】
第２推定データＸＢは既述の如く再生量演算部１１２にも入力されており、再生量演算部１１２では燃料噴射量信号Ｑ、エンジン回転数信号Ｎ、循環率信号Ｒ、温度信号Ｔ０及び第２推定データＸＢに基づいて単位時間当たりの再生量推定値ΔＺが演算される構成となっている。再生量演算部１１２における推定演算において第２推定データＸＢを考慮する理由は、排気ガス温度等の条件が同一であっても、そのときのパティキュレートの堆積量によって再生量が影響を受けるので、この影響を考慮してより精度の高い再生量推定を行うようにするためである。
【００４２】
なお、第１堆積量演算部１０５、第２堆積量演算部１１１、再生量演算部１１２における各演算はマップ演算とすることができ、この場合、使用する各マップデータは、実機のフィルタ付エンジンを使い、テストベンチを予め所定の入力条件に設定し、堆積量、又は再生量を計測し、この計測結果に基づいて適宜に決定することができる。
【００４３】
選択部１２０は、ディーゼルエンジン１の運転状態及び第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとの差分を考慮して、第１推定データＸＡ又は第２推定データＸＢのいずれか一方を選択し、選択された方の推定データをそのときのフィルタ３２における堆積パティキュレート量の推定値を示す推定値データＸとして出力する構成となっている。
【００４４】
本実施の形態では、ディーゼルエンジン１の運転状態を示す信号として、エンジン回転数信号Ｎが選択部１２０に入力されている。
【００４５】
図４には、選択部１２０の構成及び動作を説明するためのフローチャートが示されている。以下、図４を参照して選択部１２０について説明する。先ず、ステップＳ１でエンジン回転数信号Ｎに基づいてエンジン回転数ＥＮが所定値Ｎｅより大きいか否かが判別される。所定値Ｎｅは、フィルタ３２の前後差圧によってそのときのパティキュレート堆積量を正しく推定できるようなエンジン回転数の下限値を示すものである。所定値Ｎｅは、例えばアイドル回転数とすることができる。
【００４６】
エンジン回転数ＥＮが所定値Ｎｅ以下であると、ステップＳ１の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ２に入り、ここで第２推定データＸＢが推定値データＸとして選択される。一方、エンジン回転数が所定値Ｎｅより大きいと、ステップＳ１の判別結果はＹＥＳとなりステップＳ３に進む。
【００４７】
ステップＳ３では、第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとが比較され、その差分の絶対値ΔＭが所定値Ｋより大きいか否かが判別される。ΔＭ＞Ｋの場合には、フィルタ内に堆積されたパティキュレートにひび割れが生じており、このためにΔＭが大きくなったものと考えられ、第１推定データＸＡの値の信頼性が低いと判断される。したがって、ステップＳ３の判別結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ２に進み、第２推定データＸＢが選択され、第２推定データＸＢが推定値データＸとして出力される。一方、ΔＭ≦Ｋの場合には、ステップＳ３の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ４に進む。
【００４８】
ステップＳ４では、さらに、ディーゼルエンジン１が今回始動を開始してからのパティキュレートの堆積量が、ひび割れの修復に充分な所定量に達したか否かが判別される。ここでは、直近のエンジン停止時における第２推定データＸＢの値と現在の第２推定データＸＢの値とを比較することにより、今回の堆積量が所定量以上となったか否かを判別する構成となっている。
【００４９】
ステップＳ３の判別結果がＮＯの場合であっても、今回の堆積量が所定量以上となっていない場合には、ステップＳ４の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ２に進み、第２推定データＸＢが選択される。一方、今回の堆積量が所定量以上となっている場合には、ステップＳ４の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ５に入り、ここで第１推定データＸＡが選択される。
【００５０】
このように、エンジン回転数ＥＮが所定値Ｎｅよりも小さい場合には、第１推定データＸＡよりも信頼のおける第２推定データＸＢが選択される。
【００５１】
また、第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとの差分の絶対値ΔＭがＫより大きい場合には、フィルタ内に堆積しているパティキュレートのひび割れが主たる原因と考えられるので、この場合も、第２推定データＸＢの方が信頼がおけるとして、第２推定データＸＢが選択される。
【００５２】
そして、ステップＳ３でΔＭ≦Ｋであったとしても、今回の堆積量が所定値以上とならない間は、念のため、ステップＳ２に入り、第２推定データＸＢが選択される。
【００５３】
エンジンの始動から時間が経過し、パティキュレートの堆積量が増え、ステップＳ４の判別結果がＹＥＳとなると、はじめて第１推定データＸＡが選択される。
【００５４】
このようにして、第１推定データＸＡ又は第２推定データＸＢのいずれかが選択された後、ステップＳ６に入り、ここでエンジン停止か否かが判別される。ディーゼルエンジン１がまだ停止していない場合にはステップＳ６の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１に戻り、上述の動作が繰り返し実行される。
【００５５】
イグニッションキーをオフにするなどしてディーゼルエンジン１の運転が停止されると、ステップＳ６の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ７においてこのときの推定値データＸの値が初期値データＩＤとして図示しないメモリに格納され保存され、動作を終了する。
【００５６】
ところで、第２推定演算部１１０における推定演算の場合、積分演算を行うので長期的には誤差が累積されてその演算結果が不正確になることが予想される。このため、図３に示した実施の形態では、第２推定演算部１１０に補正量記憶部１１４と補正値演算部１１５とを設け、第２堆積量演算部１１１で演算された単位時間当たりのパティキュレート堆積量を学習動作により適宜に補正する構成となっている。
【００５７】
すなわち、補正値演算部１１５には第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとが入力されており、選択部１２０が第２推定データＸＢを選択している場合にディーゼルエンジン１の回転数が上昇して第２推定データＸＢに代えて第１推定データＸＡを選択するように選択部１２０がデータの切り替え動作を行った場合、この切り替え動作に応答してこのときの第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとの差分を下記のようにして演算する。
【００５８】
再生処理が行われておらず再生処理積分値が零の場合には、その差分が所定範囲内にあれば、第１推定データＸＡによる推定値ＤＸＡと第２推定データＸＢによる推定値ＤＸＢとの比ＤＸＡ／ＤＸＢをずれ係数Ｃとして算出し、このずれ係数Ｃを補正量記憶部１１４に記憶する。
【００５９】
一方、再生処理が行われており再生処理積分値が零より大きい場合には、第２推定データＸＢから第１推定データＸＡを減算し、この減算結果で再生処理積分値を割算し、この結果をずれ係数Ｃとし、このずれ係数Ｃを補正量記憶部１１４に記憶する。
【００６０】
なお、いずれの場合においても、上記差分が所定範囲を越えている場合にはフィルタの劣化と判断し、上述したずれ係数Ｃの算出は行わない。このようにフィルタの劣化が判別された場合には、運転者にフィルタの交換を促すため予め定められたランプを点灯又は点滅させる等の手段により警告表示を行うように構成するのが好ましい。
【００６１】
ずれ係数Ｃは学習値として補正量記憶部１１４に蓄積され、この学習値としてのずれ係数Ｃは第２堆積量演算部１１１に送られ、ここで演算されている単位時間当たりのパティキュレートの堆積量にこのずれ係数Ｃを掛けて補正し、以後、この補正された単位時間当たりのパティキュレートの堆積量が単位時間当たりのパティキュレートの堆積量推定値ΔＹとして出力される。
【００６２】
このように、補正値演算部１１５において第１推定データＸＡと第２推定データＸＢとの値を用いてずれ係数Ｃが算出され、このずれ係数Ｃは補正量記憶部１１４に記憶、蓄積され、単位時間当たりのパティキュレートの堆積量を算出する演算処理を行う際の補正が適宜に実行されることとなり、積分演算部１１３における積分演算において誤差が累積されず修正されることとなる。この結果、単位時間当たりのパティキュレートの堆積量に基づく推定データである第２推定データＸＢが信頼性を有する値となるので、パティキュレート堆積量の推定が正確となる。
【００６３】
フィルタ制御ユニット４０は以上のように構成されているので、フィルタ前後差圧に基づいて演算されたパティキュレート堆積量の推定値と、ディーゼルエンジン１の運転状態に基づいてシミュレートされたパティキュレート堆積量の推定値との２つの推定値のうち、そのときの状態に応じてより信頼度の高い推定値が選択される。そして、このようにして選択された推定値に従ってフィルタ３２を再生するか否かが決定されるので、フィルタ３２の再生を極めて適切なタイミングで実行することができる。この結果、フィルタ３２を従来に比べて長寿命化することが可能になり、ランニングコストの低減を期待することができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、フィルタ前後差圧に基づいて演算されたパティキュレート堆積量の推定値と、単位時間あたりのパティキュレートの堆積量に基づいてシミュレートされたパティキュレート堆積量の推定値との２つの推定値のうち、そのときのエンジンの運転状態に応じてより信頼度の高い推定値が選択され、このようにして選択された推定値に従ってフィルタを再生するか否かが決定されるので、フィルタの再生を極めて適切なタイミングで実行することができる。この結果、フィルタの再生の頻度が適正化され、フィルタを従来に比べて長寿命化することが可能になり、ランニングコストの低減を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフィルタ制御装置を備えた排気ガス処理装置の実施の形態の一例を示す構成図。
【図２】図１のコントロールユニットの構成を示すブロック図。
【図３】図２の推定演算部の詳細構成を示すブロック図。
【図４】図３の選択部の説明のためのフローチャート。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
２〜５ 気筒
６〜９ インジェクタ
１０ エンジン制御ユニット
１５ 排気マニホールド
１６ 排気ダクト
４０ フィルタ制御ユニット
３０ 排気ガス後処理装置
３１ 酸化触媒
３２ フィルタ
３３ 第１圧力センサ
３４ 第２圧力センサ
３５ 流量センサ
３６ 温度センサ
１００ 第１推定演算部
１０１ 差圧演算部
１０２ 流量演算部
１０３ 割算部
１０５ 第１堆積量演算部
１１０ 第２推定演算部
１１１ 第２堆積量演算部
１１２ 再生量演算部
１１３ 積分演算部
１１４ 補正量記憶部
１１５ 補正値演算部
１２０ 選択部
Ｎ エンジン回転数信号
Ｐ１、Ｐ２ 排気ガス圧力
Ｑ 燃料噴射量信号
Ｒ 循環率信号
ＳＡ 第１圧力信号
ＳＢ 第２圧力信号
Ｔ０ 温度信号
Ｘ 推定値データ
ＸＡ 第１推定データ
ＸＢ 第２推定データ
ΔＰ 差圧
ΔＹ 堆積量推定値
ΔＺ 再生量推定値
Claims (11)
- エンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのフィルタにおけるパティキュレート堆積量を推定し、この推定結果に基づいてフィルタを再生するようにしたフィルタ制御装置において、
前記エンジンの運転状態を検出するための検出手段と、
前記フィルタの前後における排気ガスの圧力差に基づいて前記フィルタのパティキュレート堆積量を推定する第１推定手段と、
前記エンジンの運転状態に基づいて前記フィルタのパティキュレート堆積量を推定する第２推定手段と、
前記第１及び第２推定手段によって得られた各パティキュレート堆積量推定値の差分を演算する差分演算手段と、
前記差分演算手段及び検出手段に応答し前記第１又は第２推定手段のいずれか一方の推定結果を選択する選択手段と、
前記第１又は第２推定手段のいずれか一方の推定結果の選択を行う場合に両推定結果のずれ量を計算し、そのずれ量を学習値として記憶しておき、この学習値に従って前記第２推定手段における演算値を補正するためのデータを演算し、前記第２推定手段に与えるための手段とを備え、
前記選択手段によって選択された推定結果に従って前記フィルタの再生タイミングを決定するようにしたフィルタ制御装置。 - 前記第２推定手段において、前記エンジンへの燃料噴射量、前記エンジンの回転数、前記エンジンにおける排気ガス環流率、フィルタ前温度のうちの少なくとも１つに基づいてパティキュレート堆積量を推定するための演算が実行される請求項１記載のフィルタ制御装置。
- 前記第２推定手段において、実エンジンを使って単位時間当たりのパティキュレート堆積量の増加を計測することにより求められた実測データを用いたマップ演算を用いてパティキュレート堆積量の推定演算を行うようにした請求項１記載のフィルタ制御装置。
- 前記第２推定手段が前記マップ演算により得られたデータを積分することによって前記フィルタにおけるパティキュレートの堆積量の推定値を得るように構成された請求項３記載のフィルタ制御装置。
- 前記エンジンが停止される毎にそのときフィルタ再生制御に使用されていたパティキュレート堆積量の推定値を記憶しておき、この記憶されたパティキュレート堆積値の値を前記第２推定手段における積分のための初期値として用いるようにした請求項４記載のフィルタ制御装置。
- 前記ずれ量に従った係数を演算し、該係数により前記第２推定手段における演算値を補正するようにした請求項１記載のフィルタ制御装置。
- 前記ずれ量が所定値をこえた場合にその旨を操作者に対して表示するようにした請求項１記載のフィルタ制御装置。
- 前記エンジンの始動時に前記差分が所定値以上の場合には、前記検出手段の検出結果に拘らず前記第２推定手段の推定結果を選択するようにした請求項１記載のフィルタ制御装置。
- 前記エンジンの始動時に前記差分が所定値以上の場合には、前記検出手段の検出結果に拘らず所定期間中は前記第２推定手段の推定結果を選択するようにした請求項１記載のフィルタ制御装置。
- 前記所定期間が、前記第２推定手段により前記エンジンの始動から開始されたパティキュレート堆積量推定値が所定の値に達するまでの期間である請求項９記載のフィルタ制御装置。
- 前記差分が前記所定値より小さくなった場合に前記第２推定手段による推定結果に代えて、前記第１推定手段による推定結果を選択するようにした請求項８記載のフィルタ制御装置。
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