JPH03199615A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はエンジンの排気浄化装置に関する。

（従来の技術） 排気中に含まれるカーボン等の微粒子（パーティキュレ
ート）を排気通路に備えたトラップで捕集するようにし
であるエンジン（特にディーゼルエンジン）では、パー
ティキュレートの堆積により＃気圧力が過度に上昇し、
エンジンおよびエミッション性能を低下させるため、堆
積されたパーティキュレートを所定の時期に燃焼させト
ラップを再生する装置が設けられている（特開昭５８−
．５１２３５号公報参照）。

これをＰＩＩｉ９図で説明すると、エンジン１がら排出
されるパーティキュレートは排気通路２に介装される耐
熱性フィルタ構造のトラップ３にて捕集される。

一方、吸気通路５に吸気流量を絞るバタフライ型絞り弁
６が設けられ、この絞り弁６には、一端部が紋り弁６の
弁軸に固定され他端部がロッド８ｄに回動自由に取り付
けられるレバー７を介して、ダイヤプラムアクチュエー
タ８が連結される。

このアクチュエータ８と、アクチュエータ８の圧力室８
ｂに導かれる制御負圧を制御装置１５カ・らのデユーテ
ィ信号に応じて変化させ得る電磁弁９とから絞り弁駆動
装置が構成される。たとえば、デユーティ信号のデユー
ティ値（開弁時間割合）を増加させて、圧力室８ｂへの
負圧を強めると、ダイヤフラム８ａがリターンスプリン
グ８Ｃに抗してロッド８ｄを図で右方へと移動させるの
で、絞り弁６が閉じていく。１０は負圧ポンプである。

制御装置１５には、燃料噴射ポンプ１１にそれぞれ設け
られたエンジン１の負荷センサ１２と回転数センサ１３
、紋り弁６下流の吸ス通路５に設けられた吸ス圧センサ
１４等からの信号が入力され、制御装置１５では以下の
制御を行なう。

所定の走行距離や走行時間等からトラップ３の再生時期
にあると判断された場合に、そのときのエンジンの負荷
と回転数から定まる運転条件が、多量の余剰空ヌがエン
ジン１に流入する運転状態にあるかどうかを判定する。

この運転状態にあることが判定されると、絞り弁６が所
定の角度まで閉じられるように、デユーティ信号を出力
し、かつ制御精度を高めるため吸ス圧センサ１４からの
信号に基づいて、絞り弁６下流の吸ス負圧が略−定とな
るようにフィードバック制御する。

この上うにして、エンジン１への空ス導入量を減少させ
ると、徘ス温度が上昇するので、温度上昇した排気の熱
でトラップ３に１１１果されたパーティキュレートが再
燃焼され、トラップ３が再生される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような装置では、再生時期が一定の走行
距離や走行時開から判断されるので、同じ走行距離や走
行時間であっても、その開で低速走行であったか高速走
行であったか、あるいは低負荷走行であったか高負荷走
行であったか等、エンジンの使用条件が異なると、トラ
ップに＃＆積されるパーティキュシートの量が大きく異
なってくる。

このため、再生時期が早すぎて燃費が悪くなったり、逆
に再生時期が遅すぎてパーティキュレート堆積量が限界
をこえ、再生を行ったときには急激にパーティキュレー
トが燃焼してトラップが溶損したりする。

この発明はこのような従来の課題に着口してなされたも
ので、エンジンの使用条件に応じてパーティキュレート
堆積量を求めることにより、再生時期の判断を正確にす
るようにした装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、ｆｊＳｉ図で示すように、排気中のパーテ
ィキュレートを捕集し再生温度以上になると捕集したパ
ーティキュレートを再燃焼させるトラップ５３と、この
トラップ５３を昇温させる装置５４と、エンジンの運転
領域を捕集領域と自己再燃焼領域に区分けする手段５５
と、エンジンの負荷Ｑと回転数Ｎｅをそれぞれ検出する
センサ５６，５７と、これらの検出値から定まる運転点
が前記いずれの領域にあるかを判定する手段５８と、こ
の判定結果に基づき捕集領域では単位時間当たりの捕集
量△ＰＣＴ＋を、自己再燃焼領域では単位時間当たりの
再燃焼量ΔＰＣＴ２をそれぞれ計算する手段５９．６０
と、捕集領域では前記捕集量ΔＰＣＴＩを単位ｒｔｆｒ
ｆ１ごとに加算し、自己再燃焼領域では前記再燃焼量Δ
ＰＣＴ２を単位時間ごとに減算することによりパーティ
キュレート堆積量ＳＵ　Ｍを求める手段６１と、この堆
積量ＳＵＭより再生時期にあるかどうかを判定する手段
６２と、この再生時期になると前記昇温装置５４を作動
させる手段６３とを設けた。

（作用） そのときの運転点の属する領域に応じて単位時間当たり
の捕集量ΔＰＯＴ　ｌあるいは再燃焼量ΔＰＣＴ２が求
められると、ΔｐｃＴｌ、ΔＰＣＴ２はともにエンジン
の運転条件に合わせたものであるため、エンジンの使用
状態が異なれば、これらの値も相違したものとなる。

そして、Δｐｃｆ、の加算とΔＰＣＴ２の減算にてパー
ティキュレート堆積量ＳＵＭが求められると、運転条件
の変化に良く対応する。

この結果、様々に変化するエンジンの使用状態に応じて
パーティキュレート堆積量を精度良く求めることができ
るので、再生時期の判断が早すぎたり遅すぎたりするこ
とがなくなる。

（実施例） 第２図はこの発明の一実施例のシステム図である。図に
おいて、６は吸気通路５に設けられる常閉のバタフライ
型絞り弁で、この吸気絞り弁８にはダイヤ７ラムアクチ
ユエータ８が連結される。

このアクチュエータ８の圧力室と負圧源（たとえば負圧
ポンプ）とを連通ずる通路には三方電磁弁１９が介装さ
れ、この電磁弁１９をＯＦＦからＯＮにすると、アクチ
ュエータ８の圧力室に大ス圧に代えて一定圧の負圧が導
入され、吸気絞り弁６が一定角度まで閉じられる。アク
チュエータ８と電磁弁１９は吸気絞り弁駆動装置を構成
する。

同様にして、トラップ３上流の徘ス通路２に常閉のバタ
フライ型絞り弁２１が、排気絞り弁２１の上流よりこの
絞り弁２１とトラップ３をバイパスする通路２４に常閉
のバタフライ型バイパス弁２５がそれぞれ設けられる。

排気絞り弁２１に連結されるダイヤ７ラムアクチユエー
タ２２と三方電磁弁２３とから徘ス紋り弁駆動装置が、
またバイパス弁２５に連結されるダイヤ７ラムアクチユ
エータ２６と三方電磁弁２７からバイパス弁駆動装置が
構成される。

トラップ３の上流側にはこれに近接してヒータ２９が設
けられ、コントロールユニット４１からの通電信号を受
けるとトラップ３を加熱する。

３２は熱電対からなる温度センサで、徘ス温度ＴＥＸを
検出する。３４はエンジン１の回転数Ｎｅを検出するセ
ンサ（クランク角センサ）、３５はボテフシ３メータか
ら構成されアクセルレバ−開度（エンジン負荷）Ｑを検
出するセンサ、３６は冷却水温Ｔｗを検出するセンサで
ある。

これらセンサからの信号は、マイクロコンピュータから
なるコントロールユニット４１に入力され、コントロー
ルユニット４１ではｔＪＳ３図に示すところにしたがっ
て、３つの三方電磁弁１９，２３．２７にＯＮ、ＯＦＦ
信号を、ヒータ２９に通電信号をそれぞれ出力する。

第３図はトラップを再生させるためのルーチンである。

Ｓｌではエンジン回転数Ｎｅ、エンジン負荷Ｑ。

冷却水温Ｔｗ、徘ス温度ＴＥＸを読み込む。

Ｓ２は後述するＳ１３．Ｓ１４とともに第１図の再生時
期判定手段６２の機能を果たす部分である。Ｓ２では再
生時期であるかどうかをみて、再生時期にないと判定す
ればＳ３に進む。この場合、７ラグＦの値にて再生時期
を判断するようにしてあり、再生時期にない場合はＦ＝
０となっている。

Ｓ３ではパーティキュレート堆積量の積算時期かどうか
みて、積算時期であればＳ４に進む。積算時期は一定の
時間間隔Δｔ（たとえば数秒）で訪れる。

Ｓ４はＰＩＳ１図の運転領域判定手段５８の８！能を果
たす部分である。ここではそのときの負荷Ｑと回転数Ｎ
ｅから定まる運転点が捕集領域と自己再燃焼領域のいず
れにあるかをみて、捕集領域にあればＳ５に進み、自己
再燃焼領域にあればＳ６に進む。

第４図に運転領域図を示す。２つの領域は、トラップに
捕集されたパーティキュレートが再燃焼する温度（再生
温度）（４００℃）のラインで区分けされ、捕集領域で
はパーティキュレートが捕集されるだけで再燃焼されな
いのに対し、自己再燃焼領域ではトラップに堆積してい
るパーティキュレートが再燃焼する。このため、Δを当
たｌ）　（単位時間当たり）で考えると、パーティキュ
レートの堆８２量を求めるには、捕集領域では捕集量Δ
ＰＣＴ１を加算し、この逆に自己再燃焼領域では再燃焼
量ΔＰＣＴ２を減算しなければならない。

なお、第４図の領域図はマツプにしてＲＯＭに記憶させ
ておく。ＲＯＭは第１図の運転領域区分は手段５５の機
能を果たす。

Ｓ５と８６はそれぞれ第１図の捕集量計算手段５９と再
燃焼量計算手段６０のＷ１能を果たす部分である。ここ
ではΔを当たりの捕集量ΔＰＣＴ、と再燃焼量ΔＰＣＴ
２をそれぞれマツプを検索しで求める６各マ・ンプの特
性を第５図と第６図に示す。

なお、ΔＰＣＴ、は第５図のように捕集領域のほぼ中央
で山をつくる特性となっている。

Ｓ７と８８ではマツプを検索して各水温補正係数Ｋｙｗ
ｌとＫＩＷ２を求め、求めた係数ＫＴＷＩとＫ　ＴＷ２
で捕集量ΔＰＣＴ、と再燃焼量ΔＰＣＴ２を次式により
補正する。

ΔＰ　ＣＴ　１←ΔＰ　ＣＴ　＋Ｘ　Ｋ　Ｔｗｌ−■Δ
　ＰＣＴ　２．−　Δ　Ｐ　　ＣＴ　２Ｘ　　Ｋ　　丁
ｗ２・＝■Ｋ　ＴＷＩとＫＴＷ２の特性を第７図と第８
図に示す。

第７図によれば冷却水温Ｔｗが低いはどΔＰＣＴ。

が増量される。これは冷機状態では、暖機状態とくらべ
、同一の運転条件であっても、エンジンの燃焼状態が不
安定でかつ排気温度も低いため、パーティキュレートの
排出量が増加する傾向を有し、その結果トラップに捕集
される量も増加するからである。同じ理由から、第８図
ではＴｗが高いはどΔＰＣＴ２が減量される。

Ｓ９では排気温度ＴＥＸが所定値Ｔ＋（再生温度に等し
い４００℃）以上であるかどうかみて、ＴＥＸ＜Ｔｌで
あればＳ１１に進む。同様にして、Ｓ１０ではＴＥＸ≧
ＴＩであればＳ１２に進む。

Ｓ１１とＳ１２は第１図のパーティキュレート堆積量積
算手段６１の機能を果たす部分で、ここでは次式により
ΔＰＣＴ、とΔＰＣＴ２を積算する。

ＳＵＭ−８ＵＭ＋ΔＰＣＴ、・・・■ ＳＵＭ−３ＵＭ−ΔＰＣＴ２・・・■ つまり、捕集領域ではΔＰＣＴ、を積算時期ごと（単位
時間ごと）にＳＵＭに加算し、これに対して自己再燃焼
領域ではΔＰＣＴ２をＳＵＭから減算していく。この結
果、ＳＵＭはパーティキュレートの堆積量を表す。

Ｓ９でＴＥＸ≧Ｔ１の場合にＳｌｌを飛ばすのは、次の
理由による。捕集領域でありなからＴＥＸ≧Ｔ１となる
場合は、高回転高負荷域から移行してきた直後（過渡時
）であるため、トラップの有する余熱により、パーティ
キュレートが再燃焼すると考えられるので、この場合に
は捕集量として加算するわけにいかないからである。同
様にして、自己再燃焼領域でありなからＴＥＸ＜Ｔｌと
なる場合は、低回転低負荷から移行してきた直後であり
、パーティキュレートは再燃焼しないと考えられるので
、Ｓ１２を飛ばしている。

Ｓ１３ではパーティキュレート堆積量ＳＵＭと予め定め
た基準値（たとえば１０ｇ）との比較により、ＳＵＭ≧
基準値であれば再生時期にあると判断しＳ１４に進む。

Ｓ１４では再生時期７ラグＦを立てる（Ｆ＝１とする）
。つまり、Ｆ＝１は再生時期にあることを意味する。

Ｓ１３でＳ　Ｕ　Ｍ　＜基準値であれば、再生しなけれ
ばならないほど堆積していないと判断してＳ１５に進む
。Ｓ１５では、排気と吸ａの各校り弁２１．６、バイパ
ス弁２５、ヒータ２９を何もしない状態にしておく。

一方、Ｓ２でＦ＝１であれば再生時期になったと判断し
て、３１６〜Ｓ２０に進み、ここでトラップ３が再生さ
れるように、三方電磁弁１９，２３゜２７とヒータ２９
に指示を与える。つまり、Ｓ１６〜Ｓ２０は第１図の作
動手段６３の機能を果たす部分である。

８１６では排気温度ＴＥＸがＴ１以上かどうかみて、Ｔ
ＥＸ≧Ｔ１であれば何もしなくともトラップ３が再生さ
れるので８１８に進む。

この逆にＴＥＸ＜ＴｌであればＳ１７に進み、冷却水温
Ｔｗが所定値（たとえば５０℃）以上あるがどうかみて
、そうであればＳ１９に進む。

Ｓ１９では徘スと吸スの両方を絞り、かっヒータ２９を
ＯＮにする。これらの作動により、排気温度が再生温度
まで高められ、トラップ３の再生が行なわれる。

Ｓ１７でＴｗが所定値より低い場合はＳ２０に進み、両
絞り弁２１，６、バイパス弁２５ともすべて開く。両絞
り弁２１，６とも開く理由は、暖ｆｉＲの低水温時は排
気温度も暖機完了後に比べて低いためトラップの再生を
行うことはできないし、吸気絞りや徘ス絞りを行うと、
もともと燃焼が安定しない低水温時にあってはエンジン
が失火して運転性が悪くなり、かつ失火によりパーティ
キュレートも増大するからである。また、バイパス弁２
５を開くのは、冷たい徘只によりトラップ３が冷やされ
過ぎないようにするためである。

Ｓ２１では再生時間をカウントし、Ｓ２２に進む。Ｓ２
２では、カウントした再生時間を所定時間（たとえば１
０分）と比較し、所定時間経過すれば、再生を終了した
と判断してＳ２３に進む。

Ｓ２３では再生時期の判断のために用いたデータを消去
する。

ここで、この例の作用を説明する。

同一の走行距離や走行時間であっても、その間での車両
の走行状態が相違すると、パーティキュレートの堆積量
が大きく異なってくる。このためエンジンの使用条件に
関係なく再生時期が一定であると、再生時期が早すぎた
り遅すぎたりする。

これに対して、この例ではそのときの運転点の属する領
域に応じて単位時間当たりの捕集量ΔＰＣＴ、あるいは
再燃焼量ΔＰＣＴ２が求められる。

この場合、ΔＰＣＴＩ、ΔＰＣＴ２はともにエンジンの
運転条件（エンジンの使用状！！りに合わせたものであ
るため、エンジンの使用状態が異なれば、これらの値も
相違したものとなる。そして、ΔＰＣＴＩの加算とΔＰ
ＣＴ２の減算にてパーティキュレート堆積ｉ１　Ｓ　Ｕ
　Ｍが求められることは、運転条件が変化しても、これ
に対応できることを意味する。つまり、様々に変化する
エンジンの使用状態に応じてパーティキュレート堆積量
を精度良く求めることができるのである。

この結果、再生時期の判断が適切となり、再生時期が早
すぎて燃費を悪くすることがない。また、再生時期が遅
すぎてパーティキュレート堆積量が限界を越え、再生を
行ったときに急激にパーティキュレートが燃焼してトラ
ップが溶損したりすることも防止できる。

最後に、９２図のようにトラップ３の前後差圧ΔＰを検
出し、これと限界差圧ΔＰＩＩａにとの比率からトラッ
プ３に燃え残る量ＺＡＮを推定し、この燃え残りＩＺＡ
Ｎを前記ＳＵＭの初期値とすることもできる。

（発明の効果） この発明は、捕集領域では単位時間当たりの捕集量を加
算し、自己再燃焼領域では単位時間当たりの再燃焼量を
減算することによりパーティキュレート堆積量を求め、
この堆積量から再生時期を判断するようにしたため、エ
ンジンの使用状態が相違してもそれに応じて再生時期を
適切に判断することができ、燃費の悪化防止とトラ・ン
プの溶損防止をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のクレーム対応図、第２図は一実施例
のシステム図、第３図はこの実施例の制御動作を説明す
るための流れ図、第４図なり・し第８図はそれぞれこの
実施例の運転領域、ΔＰ　ＣＴ　＋　＋ΔＰ　ＣＴ　２
ｙ　Ｋ　ＴＷＩおよびＫＴＷ２の各特性図、第９図は従
来例のシステム図である。 ２・・・排ス通路、５・・・吸ス通路、６・・・吸気紋
り弁、８・・・ダイヤ７ラムアクチユエータ、１９・・
・三方電磁弁、２１・・・徘ス絞り弁、２２・・・ダイ
ヤ７ラムアクチユエータ、２３・・・三方電磁弁、２４
・・・バイパス通路、２５・・・バイパス弁、２６・・
・ダイヤ７ラムアクチユエータ、２７・・・三方電磁弁
、２９・・・ヒータ、３２・・・徘ス温度センサ、３４
・・・クランク角センサ（エンジン回転数センサ）、３
５・・・レバー間度センサ（エンジン負荷センサ）、４
１・・・フントロールユニツ）、５３・・・トラップ、
５４・・・昇温装置、５５・・・運転領域区分は手段、
５６・・・エンジン負荷センサ、５７・・・エンジン回
転数センサ、５８・・・運転領域判定手段、５９・・・
捕集量計算手段、６０・・・再燃焼量計算手段、６１・
・・パーティキュレート堆積量積算手段、６２・・・再
生時期判定手段、６３・・・作動手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　排気中のパーティキュレートを捕集し再生温度以上に
   なると捕集したパーティキュレートを再燃焼させるトラ
   ップと、このトラップを昇温させる装置と、エンジンの
   運転領域を捕集領域と自己再燃焼領域に区分けする手段
   と、エンジンの負荷と回転数をそれぞれ検出するセンサ
   と、これらの検出値から定まる運転点が前記いずれの領
   域にあるかを判定する手段と、この判定結果に基づき捕
   集領域では単位時間当たりの捕集量を、自己再燃焼領域
   では単位時間当たりの再燃焼量をそれぞれ計算する手段
   と、捕集領域では前記捕集量を単位時間ごとに加算し、
   自己再燃焼領域では前記再燃焼量を単位時間ごとに減算
   することによりパーティキュレート堆積量を求める手段
   と、この堆積量より再生時期にあるかどうかを判定する
   手段と、この再生時期になると前記昇温装置を作動させ
   る手段とを設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化
   装置。