JPH0151888B2

JPH0151888B2 -

Info

Publication number: JPH0151888B2
Application number: JP2203883A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Niizawa; Masaaki Katsumata; Takashi Kawakami
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-02-15
Filing date: 1983-02-15
Publication date: 1989-11-07
Also published as: JPS59147814A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は内燃機関の排気浄化装置として用いら
れる排気微粒子捕集用トラツプの再生用バーナー
の制御装置に関し、特にバーナーへの燃料供給量
を制御する装置に関する。

従来の自動車用内燃機関の排気浄化装置とし
て、例えば特開昭56−115809号公報に示されるも
のがある。これは、排気通路の途中にトラツプを
設けて排気中のカーボンを主成分とする微粒子
（パーテイキユレート）を捕集するものであり、
また、トラツプの上流にトラツプ再生用バーナー
が備えられ、トラツプに所定量の微粒子が捕集さ
れたことが検知されたときにバーナーを所定時間
作動させて微粒子を焼却し、トラツプを再生する
ようになつている。

しかしながら、このような従来のトラツプ再生
用バーナーの制御装置にあつては、再生時のバー
ナーへの燃料供給量を特に制御しておらず、一定
の燃料を供給するようになつていたため、次のよ
うな問題点があつた。

すなわち、排気微粒子を燃焼させるためには、
トラツプ入口側排気温度を約600℃に保つ必要が
あるが、燃料の供給開始から着火燃焼による排気
温度の立上り期間と、所定の排気温度に達した後
とでは、自ら必要とする燃料供給量が異なり、燃
料供給量を一定にする場合は勿論、燃料供給量を
回転数及び負荷等の機関運転条件に応じて制御す
る場合でも、着火性の改善が立上り時間の短縮は
望めない。

このため、前記立上り期間に燃料供給量を増量
補正することが考えられた。

ところが、温度上昇速度が速すぎるような場合
には、第１図に破線で示すように目標値に達した
後そのまま高温になり、過温度によるトラツプの
焼損、溶損等の不具合を生じる恐れがあつた。

本発明はこのような実状に鑑み、着火性の改善
と排気温度の立上り時間の短縮とを図りつつ、温
度上昇速度が過大になることによるオーバーシユ
ートを防止し、第１図に実線で示す如き特性を得
ることを目的とする。

このため、本発明では、バーナー下流のトラツ
プ入口側排気温度を検出する排気温度検出手段
と、その検出値を微分する微分演算手段と、排気
温度検出手段による検出値が目標値に対する所定
の下限値未満のときにバーナーへの燃料供給量を
増量補正する増量補正手段と、この増量補正手段
による増量補正中に微分演算手段による微分値が
所定値以上になつたときにバーナーへの燃料供給
量を前記増量補正された値よりも小さな値に減量
補正する減量補正手段と、排気温度検出手段によ
る検出値が所定の上限値を越えるときにバーナー
への燃料供給量を減量補正する減量補正手段とを
設けるようにした。

以下に実施例を説明する。

第２図において、デイーゼル機関に排気通路１
の途中にトラツプケース２が介装され、このトラ
ツプケース２内には緩衝材３を介してハニカム式
のトラツプ４が装着される。このトラツプ４は、
ハニカムの穴のうち一部については入口側をあけ
て出口側を塞ぎ、他部については入口側を塞いで
出口側をあけてあり、排気が穴の壁部を透過する
際にこれに微粒子を捕集するものである。

トラツプケース２内のトラツプ４上流にはトラ
ツプ再生用のバーナー５が設けられる。

バーナー５は、周壁に多数の排気導入孔６ａを
有する燃焼筒６と、燃焼筒６内にあつて火炎噴出
口７ａを有する逆流式蒸発筒７と、逆流式蒸発筒
７内に臨む混合気導管８と、燃焼筒６内で逆流式
蒸発筒７の火炎噴出口７ａ近傍に臨む着火用のグ
ロープラグ９とを含んで構成される。

混合気導管８の入口側には、エアポンプ１０の
吐出口が電磁式切換弁１１を介して接続される。
エアポンプ１０は機関によりプーリ駆動され、そ
の吸入口は図示しないエアクリーナに接続され
る。切換弁１１は非通電状態でエアポンプ１０の
吐出口と吸入口とをつなぎ、通電状態でエアポン
プ１０からの空気を混合気導管８に供給するよう
切換えられる。また、混合気導管８の入口側に
は、燃料タンク１２から電磁式燃料ポンプ１３に
よつて導かれる燃料を噴射する電磁式燃料噴射弁
１４が設けられる。

ここにおいて、グロープラグ９、空気供給用切
換弁１１、燃料ポンプ１３及び燃料噴射弁１４
は、制御装置１５からの信号電流によつて駆動さ
れるようになつている。但し、グロープラグ９及
び燃料ポンプ１３はバツテリ１６にそれぞれ常開
のリレー９ａ，１３ａを介して接続されており、
これらのリレー９ａ，１３ａが制御装置１５によ
つて駆動される。また、グロープラグ９、空気供
給用切換弁１１及び燃料ポンプ１３はオンオフ制
御であるが、燃料噴射弁１４はデユーテイー制御
される。

制御装置１５にはバツテリ１６からエンジンキ
ースイツチ１７を介して電源電圧が印加される
他、各種のセンサからの信号が入力される。

すなわち、トラツプ４への排気入口部（バーナ
ー５下流）にトラツプ入口側排気圧力P₁を検出
するための圧力センサ１８が設けられ、トラツプ
４からの排気出口部にトラツプ出口側排気圧力
P₂を検出するための圧力センサ１９が設けられ
る。これらの圧力センサ１８，１９は例えば圧電
素子により構成される。そして、これらの圧力セ
ンサ１８，１９の信号は制御装置１５に入力され
る。

また、機関の回転数を検出するための回転数セ
ンサ２０と、機関の負荷を検出するための負荷セ
ンサ２１とが設けられる。回転数センサ２０はク
ランク角センサにより構成され、負荷センサ２１
は燃料噴射ポンプ２２のコントロールレバー２２
ａと連動するポテンシヨメータにより構成され
る。そして、回転数センサ２０及び負荷センサ２
１の信号を制御装置１５に入力される。

更に、トラツプ４への排気入口部（バーナー５
下流）にトラツプ入口側排気温度T₁を検出する
ための例えばCA熱電対からなる温度センサ２３
が設けられる。そして、この温度センサ２３の信
号も制御装置１５に入力される。

制御装置１５は、マイクロコンピユータにより
構成されるが、第３図の機能ブロツク図に表わさ
れるように、再生時期（限界捕集量）であるか否
かを検知して再生時期になつたときに再生開始信
号を発する再生時期検知手段２５と、再生時期検
知手段２５からの再生開始信号を受けたときにバ
ーナー５用の各装置に出力信号を発して各装置を
作動させる出力制御手段２６とを備える。

ここで、再生時期検知手段２５は、圧力センサ
１８，１９の信号から（P₁−P₂）／P₁を演算し、
これを所定値と比較して、所定値以上となつたと
きに再生時期と判断し、再生開始信号を発するよ
うになつている。

出力制御手段２６は、デイレイ回路等を内蔵し
ており、バーナー５を作動させる場合に、先ずグ
ロープラグ９を作動させ、次いで空気供給用切換
弁１１、燃料ポンプ１３及び燃料噴射弁１４を作
動させるようになつている。

そして特に、燃料噴射弁１４に対しては、第４
図に示すように、回転数センサ２０及び負荷セン
サ２１からの信号に基づき、回転数及び負荷に応
じて予め定めた基本噴射量（回転数に比例し、負
荷に反比例する）を検索する基本噴射量検索手段
３１と、基本噴射量検索手段３１により検索され
た基本噴射量を適宜補正する増量補正手段３２、
減量補正手段３３及び３４と、これらの補正手段
３２，３３，３４を通過して得られた噴射量に相
当するデユーテイー比（パルス幅）のパルス信号
を出力するパルス信号出力手段３５とを備える。
ここで、増量補正手段３２は、トラツプ入口側排
気温度T₁を目標値（例えば600℃）に対する所定
の下限値（例えば550℃）と比較する比較手段３
６からの指令に基づいて、トラツプ入口側排気温
度T₁が所定の下限値未満のときに増量補正を行
う。また、減量補正手段３３は、トラツプ入口側
排気温度T₁が前記下限値未満のときにその排気
温度を微分する微分演算手段３７による微分値を
所定値と比較する比較手段３８からの指令に基づ
いて、微分値が所定値以上のときに減量補正を行
う。更に、減量補正手段３４は、トラツプ入口側
排気温度T₁を所定の上限値（例えば650℃）と比
較する比較手段３９からの指令に基づいて、トラ
ツプ入口側排気温度T₁が所定の上限値を越える
ときに減量補正を行う。

次に作用を説明する。

ハニカム式のトラツプ４は層流型流量計の特徴
があり、排気微粒子の捕集量（流路抵抗）を一定
とすれば、トラツプ入口側排気圧力P₁（ガス量に
比例）と、入口側排気圧力P₁と出口側圧力P₂と
の差圧P₁−P₂とが直線比例し、これらの比率
（P₁−P₂）／P₁は一定となる。勿論、捕集量の増
大に伴つてその比率は増大する。

したがつて、制御装置１５の再生時期検知手段
２５は、圧力センサ１８，１９の信号から（P₁
−P₂）／P₁を演算し、これが所定値以上である
か否か、すなわち限界捕集量に達し再生時期とな
つたか否かを判定する。

この結果、再生時期であると判定されたときに
は、再生時期検知手段２５から再生開始信号が発
せられ、出力制御手段２６は、バーナー５用の各
装置を作動させてトラツプ４の再生を行う。

詳しくは、先ずリレー９ａを閉結してグロープ
ラグ９を作動させ、着火に必要な温度まで上昇さ
せる。

一定時間後、空気供給用切換弁１１を切換え
て、空気の供給を開始する。また同時に、リレー
１３ａを閉結して燃料ポンプ１３を作動させると
共に、燃料噴射弁１４を作動させ、燃料の供給を
開始させる。

これにより、バーナー６の混合気導管８から空
気と燃料との混合気が噴出し、逆流式蒸発筒７内
を流れてその火炎噴出口７ａより燃焼筒６内に送
り込まれる。このとき、グロープラグ９の熱で着
火し、燃焼する。尚、グロープラグ９は燃料の供
給開始から一定時間後にリレー９ａが開放される
ことによつて非作動となる。

バーナー５での燃焼が開始されると、この燃焼
熱により燃焼筒６の多数の排気導入孔６ａから導
かれる排気を加熱する。そして、この加熱された
排気がトラツプ４内を通過することにより、トラ
ツプ４に捕集されている微粒子が排気中の余剰酸
素によつて燃焼し焼却される。

ここで、バーナー５への燃料供給量は、出力制
御手段２６中の基本噴射量検索手段３１が回転数
センサ２０及び負荷センサ２１の信号からそのと
きの回転数と負荷とに応じた基本噴射量を検索
し、パルス信号出力手段３５がこの基本噴射量に
相当するパルス信号を出力して、燃料噴射弁１４
の作動を制御することにより、回転数と負荷とに
応じて制御されるが、バーナー５への燃料供給開
始から着火燃焼により温度センサ２３によつて検
出されるトラツプ入口側排気温度T₁が所定の下
限値である550℃に達するまでの期間は、比較手
段３６からの指令に基づいて増量補正手段３２が
作動し、基本噴射量検索手段３１にて検索された
基本噴射量を増量補正してパルス信号出力手段３
５に送ることにより、燃料供給量が増量される。
よつて、着火を速やかに行わせることができると
共に、トラツプ入口側排気温度T₁の立上り時間
を短縮できる。そして、この期間においては、比
較手段３６からの指令に基づいて微分演算手段３
７がトラツプ入口側排気温度T₁を微分してその
変化を覧視しており、その微分値が所定値以上、
すなわち温度上昇速度が過大となつたときに、比
較手段３８からの指令に基づいて減量補正手段３
３が作動する。このときは、増量補正手段３２に
よつて増量補正された噴射量を減量補正手段３３
によつて減量補正してパルブ信号出力手段３５に
送ることにより、したがつて燃料供給量の増量度
合が小さくなる。よつて、過度の温度上昇（オー
バーシユート）を防止でき、第１図に実線で示し
たように滑らかに目標値である600℃に推移させ
ることができる。

また、トラツプ入口側排気温度T₁が目標値付
近に達した後、所定の下限値である550℃より低
下した場合も増量補正手段３２による増量補正が
なされ、逆に所定の上限値である650℃を越えた
場合は比較手段３９からの指令に基づいて減量補
正手段３９が作動し、これにより減量補正がなさ
れる。こうして、トラツプ入口側温度T₁が目標
値にフイードバツク制御され、適正な燃焼が持続
される。

そして、燃焼開始から一定時間経過すると、燃
料噴射弁１４の作動が停止されると共に、リレー
１３ａが開放されて燃料ポンプ１３の作動が停止
される。この後、切換弁１１が切換えられて空気
の供給も停止される。これにより再生が終了す
る。

次に制御装置１５のマイクロコンピユータによ
る具体例を説明する。

第５図はハードウエア構成を示し、CPU４１、
メモリー４２及びインタフエース用のPIO４３の
他、入力側にはアナログデータをデジタルデータ
に変換するＡ／Ｄ変換器４４と、複数の入力信号
のうち１つを選択的にＡ／Ｄ変換器４４の入力と
するマルチプレクサ４５とが設けられる。

入力信号は、圧力センサ１８，１９からのアナ
ログ電圧（P₁、P₂）、回転数センサ２０からのパ
ルス信号、負荷センサ２１からのアナログ電圧、
温度センサ２３からのアナログ電圧（T₁）であ
り、これらはマルチプレクサ４５へ入力される。
但し、回転数センサ２０からのパルス信号はアナ
ログ電圧に変換するためＦ／Ｖ変換器４６を介し
てマルチプレクサ４５へ入力される。

CPU４１は、第６図に示すフローチヤートに
基づくプログラムに従つて動作し、適宜、PIO４
３を介して、マルチプレクサ４５へのチヤンネル
指示、Ａ／Ｄ変換器４４へのスタート指示を行
い、Ａ／Ｄ変換器４４からの変換終了を示す
EOC信号を受けた後、デジタル変換されたデー
タを入力させるようになつている。フローチヤー
トについては後述する。

出力側は、CPU４１からPIO４３を介しての出
力指令によりグロープラグ用リレー９ａ、切換弁
１１及び燃料ポンプ用リレー１３ａをそれぞれ作
動させるためのスイツチ回路４７，４８，４９が
設けられる。

また、燃料噴射弁１４を作動させ、かつ駆動用
パルス信号のパルス幅を制御（デユーテイー制
御）するために、三角波発振器５０、ゲート５
１、Ｄ／Ａ変換器５２、比較器５３及び増幅器５
４が設けられる。ここで、ゲート５１はCPU４
１からPIO４３を介しての出力指令により燃料ポ
ンプ１３の作動と同期して開き、三角波発振器５
０の出力（三角波）を比較器５３に入力させるよ
うに機能し、また、Ｄ／Ａ変換器５２はCPU４
１内で演算されPIO４３を介して出力される噴射
量の制御値（デジタル値）をアナログ電圧に変換
して比較器５３に入力させるように機能する。比
較器５３は、第７図に示すように、三角波とアナ
ログ電圧（スライスレベル）とを比較して、アナ
ログ電圧によつてパルス幅の制御されたパルス信
号を形成し、このパルス信号を増幅器５４を介し
て燃料噴射弁１４に出力するように機能する。

第６図のフローチヤートについて説明すると、
Ｓ１では再生時期であるか否かを判定する。具体
的には、排気圧力P₁，P₂を読込んで、（P₁−
P₂）／P₁を演算し、これを所定値と比較して、
判定を行う。

再生時期であると判定された場合は、Ｓ２以降
へ進んで再生を開始する。

Ｓ２ではスイツチ回路４７及びリレー９ａを介
してグロープラグ９をオンにする。そして、Ｓ３
で所定時間（例えば30秒）デイレイした後、Ｓ４
でスイツチ回路４８を介して切換弁１１をオンに
することにより空気の供給を開始し、Ｓ５でスイ
ツチ回路４９及びリレー１３ａを介して燃料ポン
プ１３をオンにすると共にゲート５１を開いて燃
料噴射弁１４を作動させることにより燃料の供給
を開始する。以降、フローチヤートでは省略した
が、回転数と負荷とを読込んで基本噴射量をテー
ブルルツクアツプし、後述する補正を行わない場
合は基本噴射量の制御値をそのまま、補正を行う
場合は補正された噴射量の制御値をＤ／Ａ変換器
５２に出力することにより、燃料噴射弁１４によ
る噴射量を制御する。また、フローチヤートでは
省略したが、グロープラグ９は燃料の供給開始か
ら所定時間後、又はトラツプ入口側排気温度T₁
がある程度上昇した段階でオフにする。

次のＳ６〜Ｓ８はループを構成しており、Ｓ６
ではトラツプ入口側排気温度T₁が550℃以上であ
るか否かの判定を行い、550℃未満の場合にはＳ
９，Ｓ１０，…のサブルーチンを実行する。Ｓ７
ではトラツプ入口側排気温度T₁が650℃以下であ
るか否かの判定を行い、650℃を越える場合には
Ｓ１６，Ｓ１７のサブルーチンを実行する。Ｓ８
では再生開始から所定時間（例えば10分）経過し
たか否かの判定を行い、時間内の場合にはＳ６へ
戻つて、これらを繰返す。

550℃未満の場合のサブルーチンは、Ｓ９で基
本噴射量を増量補正し、Ｓ１０でトラツプ入口側
排気温度T₁を読込んでレジスタＡに格納し、Ｓ
１１で微小時間デイレイし、Ｓ１２で再びトラツ
プ入口側排気温度T₁を読込んでレジスタＢに格
納し、Ｓ１３でレジスタＢの値とレジスタＡの値
との差（Ｂ−Ａ）が所定値以上であるか否かを判
定する。Ｂ−Ａが所定値未満のときはそのままメ
インルーチンへ戻る。したがつてこのときはＳ９
で増量補正された噴射量に基づいて燃料噴射弁１
４の作動が制御され、噴射量が増量される。ま
た、Ｂ−Ａが所定値以上のときは温度上昇速度が
過大であるので、Ｓ１４へ進んでＳ９で増量補正
された噴射量を減量補正し、Ｓ１５で微小時間デ
イレイした後、メインルーチンへ戻る。したがつ
てこのときはＳ９で増量補正された後Ｓ１４で減
量補正された噴射量に基づいて燃料噴射弁１４の
作動が制御され、噴射量の増量度合が小さくな
る。

650℃を越える場合のサブルーチンは、Ｓ１６
で基本噴射量を減量補正し、Ｓ１７で微小時間デ
イレイした後、メインルーチンへ戻る。したがつ
てこの場合はＳ１６で減量補正された噴射量に基
づいて燃料噴射弁１４の作動が制御され、噴射量
が減量される。

再生開始から所定時間経過した場合は、再生を
終了させるため、Ｓ８からＳ１８へ進んで燃料ポ
ンプ１３をオフにすると共にゲート５１を閉じて
燃料噴射弁１４の作動を停止させ、燃料の供給を
停止する。そして、Ｓ１９で所定時間（例えば30
秒）デイレイした後、Ｓ２０で切換弁１１をオフ
にして空気の供給を停止する。

以上説明したように本発明によれば、バーナー
への燃料供給開始から着火燃焼によりトラツプ入
口側排気温度が所定値に達するまでの期間、バー
ナーへの燃料供給量を増量補正することにより、
着火性の改善と立上り時間の短縮とを図ることが
でき、また、前記期間内で排気温度の微分値が所
定値以上になつたときには更に減量補正を行うこ
とにより、温度上昇速度が過大になるのを防止し
て、オーバーシユートによるトラツプの焼損や溶
損を防止することができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は再生開始後のトラツプ入口側排気温度
の推移を示す線図、第２図は本発明の一実施例を
示す構成図、第３図は第２図における制御装置の
機能ブロツク図、第４図は第３図における出力制
御手段中の燃料噴射弁制御部の機能ブロツク図、
第５図は第２図における制御装置のハードウエア
構成図、第６図は同上のフローチヤート、第７図
は同上の信号波形図である。１……排気通路、４……トラツプケース、５…
…バーナー、９……グロープラグ、１０……エア
ポンプ、１１……切換弁、１３……燃料ポンプ、
１４……燃料噴射弁、１５……制御装置、１８，
１９……圧力センサ、２０……回転数センサ、２
１……負荷センサ、２３……温度センサ、２５…
…再生時期検知手段、２６……出力制御手段、３
１……基本噴射量検索手段、３２……増量補正手
段、３３，３４……増量補正手段、３５……パル
ス信号出力手段、３７……微分演算手段。

Claims

【特許請求の範囲】

１排気通路に設けられて排気中の微粒子を捕集
するトラツプと、トラツプの上流に設けられるト
ラツプ再生用バーナーと、トラツプに所定量の微
粒子が捕集されたことを検知してバーナーを作動
させる制御装置とを備える内燃機関において、バ
ーナーとトラツプとの間の排気温度を検出する排
気温度検出手段と、排気温度検出手段の検出値を
微分する微分演算手段と、排気温度検出手段によ
る検出値が目標値に対する所定の下限値未満のと
きにバーナーへの燃料供給量を増量補正する増量
補正手段と、この増量補正手段による増量補正中
に微分演算手段による微分値が所定値以上になつ
たときにバーナーへの燃料供給量を前記増量補正
された値よりも小さな値に減量補正する減量補正
手段と、排気温度検出手段による検出値が所定の
上限値を越えるときにバーナーへの燃料供給量を
減量補正する減量補正手段とを設けたことを特徴
とする内燃機関における排気微粒子捕集用トラツ
プの再生用バーナーの制御装置。