JPH03199616A - 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徘ス浄化装置に関する。

（従来の技？り 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）を徘ス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排気圧力が過度に上昇し、
エンジンお上びエンジンラ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１ｉｏ図で説明すると、エンジン１から排出され
るパーティキュレートは徘ス通路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、吸ス通路弓に吸気流量を絞るバタフライ型紋り弁
６が設けられ、この絞り弁６には、一端部が絞り弁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７ラムアクチユエー
タ８が連結される。

このアクチエエータ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１５ｂ・らのデユーテ
ィ信号に応じて変化させ得る電磁弁９とから紋り弁駆動
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Ｉ装ｆ１１５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、絞り弁６下流の吸気通路５に設けられた吸気圧セ
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、多量の余剰空スがエン
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気圧センサ１４からの
信号に基づいて、絞り弁６下流の吸気負圧が略−定とな
るようにフィードバック制御する。

このようにして、エンジン１への空ス導入量を減少させ
ると、Ｉｃ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に捕集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５ｆｆｉ） ところで、このような装置では、ある再生時期と次の再
生時期までの間隔（インターバル）が所定の走行距離や
走行時間から予め定められているので、同じ走行距離あ
るいは走行時間でも、その闇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が高負荷
走行であったが等、エンジンの使用条件が異なると、ト
ラップに捕集されるパーティキュレ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捕集量が限界
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。

一方、トラップの入口圧力やトラップの前後差圧を検出
し、この圧力検出値が所定値を越えると、再生時期であ
ると＃ｆ断するものがある。このものでは、過渡時の圧
力変動の影響を受けて、再生時期であると誤判断される
ことがある。また、潤滑オイル中の清浄分散剤が灰分（
金属酸化物からなる）となってトラップに堆積されると
、この灰分は再燃焼しないので、トラップの前後差圧を
上昇させ、これが圧力検出の誤差を生じさせる。したが
って、この場合も正確に再生ｌｃｔＭをｆ４ｍすること
ができない。

この発明はこのような従来の課題に着目してなされたも
ので、捕集量履歴から定まる再生時期と圧力から定まる
再生時期とのいずれか早いほうを再生時期とすることに
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。

（８題を解決するための手段） この発明は、第１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、エンジンの負荷９回
転数、走行距離、走行時間または燃料消費量の少なくと
もいずれか１つに基づいて単位時間当たりのパーティキ
ュレート捕集量ΔＰＣＴを計算する手段５５と、この捕
集量ΔＰＣＴを単位時間ごとに積算する手段５６と、こ
の積算値ＳＵＭより捕集量履歴に関して再生時期にある
かどうかを判定する手段５７と、前記トラップ５３の＃
後差圧ΔＰを検出するセンサ５８と、この検出値より圧
力に関して再生時期にあるかどうかを判定する手段５９
と、この圧力に関して再生時期にあると判定された場合
の再生時期および前記捕集量履歴に関して再生時期にあ
ると判定された場合の再生時期のうちいずれか早いほう
を再生時期として決定する手段６０と、この決定された
再生時期になると前記昇温装置５４を作動させる手段６
１とを設けた。

（作用） 捕集量の積算値（捕集量履歴）から定まる再生時期と、
圧力から定まる再生時期のいずれか早いほうが再生時期
とされると、再生時期が適切となり、早すぎたり遅すぎ
たりすることがなくなる。

（実施例） ｔＪＳ２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は吸六通路５に設けられる常開のバタフ
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４
人され、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に常開のバタ
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プラムアクチュエー
タ２２と三方電磁弁２３とから排気絞り弁駆動装置が、
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
ｍ或される。

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。

こうして設けられた吸気絞り弁６とその駆動装置、排気
絞り弁２１とその駆動装置、バイパス弁２５とその駆動
装置、ヒータ２９とその通電装置は第１図の昇温装置５
４を構成する。

３１は半導体式圧力センサで、トラップ３の前後差圧Δ
Ｐを検出する。３２は熱電対からなる温度センサで、ト
ラップ３の入口温度ＴＩＮ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はポテンシヨ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、走行距離センサからの信号
とともに、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
は第４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　、ＯＦ　Ｆ信号を、ヒータ２
９に通電信号をそれぞれ出力する。

ここで、コントロールユニット４１で行なわれる再生時
期判断を第３図（Ａ）とＰｔ５３図（Ｂ）を用いて先に
説明する。この例では、圧力に関する再生時期と捕集量
履歴に関する再生時期を別個に考える。

（１）圧力に関して トラップの前後差圧ΔＰがその限界値ΔＰｖＡｘを越え
た回数の頻度を求める。この頻度が設定値に達すると、
圧力に関して再生時期にあると判断する。

ただし、このΔＰにはパーティキエレート堆積量（図で
は「ＰＣＴ堆積量」で略記している）や灰分堆積量によ
るバラツキを生ずる。バラツキの上限と下限で求めたイ
ンターバル（ある再生時期から次の再生時期までの間隔
）を第３図（Ａ）と第３図（Ｂ）に別々に破線で示す。

両図の縮尺は同じである。

（２）捕集量履歴に関して エンジンの負荷Ｑと回転数Ｎｅから単位時間当たりのパ
ーティキュレート捕集量ΔＰＣＴを求め、これを単位時
間ごとに順次積算する。この積算値ＳＵＭを設定値と比
較し、設定値に達すると、捕集量履歴に関して再生時期
にあると判断する。こうして求めたのが第３図（Ａ＞と
第３図（Ｂ）の−点鎖線である。

（３）上記（１ンと（２）のインターバルのうち短いほ
うを採用する。

なお、パーティキュレート堆積量上限時の走行可能最低
距離は、二点鎖線で示すところであり、インターバルは
この走行可能最低距離を下回ることができない。パーテ
ィキュレートがトラップに目一杯堆積した後はエンジン
保護の点より運転させることができないので、パーティ
キュレートのもっとも補集される運転モード（低速運転
モード）でかつΔＰのバラツキ上限の場合がもっとも厳
しい運転条件となる。つまり、走行可能最低距離とはこ
のもっとも厳しい運転条件下において走行できるはずの
距離のことである。

これらの結果、この例の再生インターバルは図示の折れ
線（実Ｍ）となる。なお、実車への適用にあたっては、
ΔＰのバラツキを２ｖ！して車両ごとに予め設定する。

第４図は上記した再生時期の判断を行なわせるためのル
ーチンである。

Ｓｌではエンジン回転数Ｎｅ、エンジン負ＷＱ。

冷却水温Ｔｗ、トランプ入口温度Ｔ　ｒｒｉ−）ラップ
の前後差圧ΔＰおよび走行距離ＫＭを読み込む。

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捕集量の積算時期かどうか
みて、積算時期であればＳ４に進む。この場合、積算時
期は一定の時間間隔ΔＴ＋（たとえば数秒〉で訪れる。

Ｓ４は第１図の捕集量計算手段５５の機能を果たす部分
で、ここでは６丁１当たり（単位時間当だｒ））のパー
ティキュレ−１１１１’ｉＬΔＰＣｒｔ−マツプから検
索することにより求める。

Ｓ５では次式によりΔＰＣＴを積算する。

ＳＵＭ＝ＳＵＭ十△ＰＣＴ・・・■ つまり、積算時間ごとにΔＰＣＴがＳ　Ｕ　Ｍに加ｇさ
れていくのであり、ＳＵＭはΔＰＣＴの積算値を表す。

この８５と８３は第１図の捕集量積算手段５６の機能を
果たす部分である。

ΔＰＣＴのマツプの内容を第５図に示すと、低負荷低回
転域で正の最大であり、高負荷高回転域では負の値とし
ている。負の値としているのは、マツプ値が負の領域は
自己再生領域であり、この領域では排気温度が高いため
、捕集されたパーティキュレートが再燃焼されるので、
捕集量としては減算する必要があるからである。

Ｓ４ではΔＰ　ＣＴ　１．１ｍ対して次式により走行距
離補正を行う。

ΔＰＣＴ−ΔＰ　ＣＴ　、ＡＰＸ　Ｋ　、、ｓ・・・■
ただし、△Ｐ　ＣＴ　ＩＪＡＰはＰｌｔＪ５図のマツプ
値、ＫＤＳは走行距離補正係数である。Ｋ　ＤＩ５は第
６図と第７図の一次元マツブを検索して求める。第６図
はΔＰＣＴＭＡＰが正の場合、ｐｌＩＪ７図は負の場合
の特性である。

これは総走行距離が長くなるほどエンジンの耐久劣化に
よりΔＰＣＴが大きくなるので、これを考慮するもので
ある。これにて捕集量計算の精度が高まる。

Ｓ６は第１図の再生時期判定手段５７の機能を果たす部
分で、ここでは積算値ＳＵＭと予め定めた基準値（一定
値）との比較により、ＳＵＭ≧基準値であれば捕集量履
歴に関して再生時期にあると判断し、Ｓ７に進む。

Ｓ７では走行距離ＫＭが走行可能最低距離を下回ってな
いことを確認してＳ８に進む。

Ｓ８は第１図の再生時期決定手段６０の機能を果たす部
分で、ここでは再生時期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
。

Ｓ９では、排気と吸スの各絞り弁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、Ｓ３でΔＰＣＴの積算時期でなければ、ＳＩＯ以
降に進む。

ＳＩＯ〜１５は＠１図の再生時期判定手段５９の機能を
果たす部分である。

まず、ＳＩＯでは差圧ΔＰのサンプル時期かどうかみて
、そうであればＳｌｌに進む。この場合、サンプル時期
も一定の時間間隔ΔＴ２（たとえば数分）で訪れる。サ
ンプル時期を設けているのはサンプル数を適正にするた
めである。

ＳｌｌではΔＰをメモリに格納し、さらに次式により温
度補正を行う。

ΔＰ＝ΔＰ　Ｘ　Ｋ　ＩＷ・・・■ ■式において、ＫＴＷは水温補正係数である。このＫＴ
Ｗの一次元マツブをｆ５８図に示す。これは、冷機状態
では排気温度が低いためΔＰが小さくなるので、低温時
にはΔＰを大き目にみつもる必要があるからである。こ
れにてΔＰの測定精度が向上する。なお、冷却水温Ｔｗ
の代わりに、排気温度に応じて補正するようにしても構
わない。

８１２〜Ｓ１４は統計処理を行う部分である。

これは、過渡時の圧力変動や灰分堆積に伴う再生時期の
判定精度の低下を防止するためである。

Ｓ１２ではΔＰのサンプル数が所定値Ｎ（たとえば３２
個）に達したかどうかみて、そうでなければＳ１３に進
む。この場合Ｎはサンプルの総数を定める。

Ｓ１３ではサンプルしたΔＰが限界値ΔＰ　ｗａｘを越
えたかいなかを判断し、その結果をメモリに格納する。

このメモリはＮと同数用意されている。

このため、Ｓ１２でサンプル数がＮに達した段階では、
Ｎ個のサンプルについて、ΔＰｍａにを越えたかどうか
の判定結果が入っていることになる。

上記のΔＰｍａには第９図のマツプを検索することによ
り求める。負荷Ｑと回転数Ｎｅに応じてΔＰ　ｗａｘを
与えであることより、ΔＰ　ｗａｘは運転条件に応じた
ものとなっている。

Ｓ１４ではΔＰがΔＰＩＩａにを越えた回数をカウント
し、その回数ＣＮＴとＮの比率（つまりΔＰがΔＰｍａ
にを越えた回数の頻度）を計算する。

頻度＝ＣＮＴ／Ｎ・・・■ Ｓ１５では■式の頻度と予め定めた基準値（−定値）と
の比較により、頻度≧基準値であれば圧力に関して再生
時期にあると判断し、Ｓ７に進む。

この場合も、Ｓマで走行距離が走行可能最低距離を下回
ってなければ、Ｓ８に進んで７ラグＦを立てる。

一方、Ｓ２でＦ＝１であれば再生時期になったとｆｑ断
して、Ｓｌろ以降に進む。

８１６〜Ｓ２４は第１図の作動手段６１の機能を果たす
部分である。

８１６ではトラップ入口温度（排気温度）Ｔ　ＩＮが再
生温度に等しい値Ｔ＋（たとえば４００℃）以上かどう
かみて、ＴＩＮ≧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Ｔ　、Ｎ＜　Ｔ　ｌであればＳ１７に進み、冷
却水温Ｔｗが所定値（たとえば５０℃）以上あるかどう
かみて、そうであればＳ１９に進む。

Ｓ１９では排気と吸只の両方を絞り、かつヒータ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
紋り弁２１，６、バイパス弁２５ともすべて開く。両紋
り弁２１，６とも開く理由は、暖Ｗ１＠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、吸ス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、冷たい排気によりトラップ３が冷やされ
すぎないようにするためである。

Ｓ２１と３２２では再生時間をカウントし、Ｓ２３に進
む、Ｓ２３では、カウントした再生時間を所定時間（た
とえば１０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Ｓ２４に進む。Ｓ２４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。

この例では捕集量履歴から定まる再生時期と、圧力から
定まる再生時期のいずれか早いほうが再生時期とされる
。つまり、安全サイドで再生時期が決定されている。こ
の結果、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
越え、再生を行ったときに急激にパーティキュレートが
燃焼することによりトラップが溶損したりすることを防
止することができ右。

これに対して、走行距離や走行時間から単純に再生時期
を判断するものでは、途中の運転履歴の相違により、パ
ーティキュレート捕集量が異なり、再生時期が早すぎた
り遅すぎたりする。

また、実施例では圧力から定まる再生時期の判断につい
て統計処理を導入しているので、過渡時の圧力変動や灰
分の堆積によるΔＰの上昇に伴う再生時期判断の誤動作
を防止できる。

さらに、走行可能最低距離を確保できる。

実施例では負荷Ｑと回転数Ｎｅの２つのパラメータから
ΔＰＣＴを求めるようにしているが、いずれか一方のパ
ラメータのみから求めるようにしても構わない。従来例
と同様に走行距離や走行時間、さらに燃料溜ｆＲ量から
求めることもできる。

この発明は捕集量履歴と圧力との組み合わせに要部があ
るからである。

最後に、トラップ３の昇温装置は実施例のものに限られ
ることはなく、吸ス絞りや排ス紋りだけあるいはヒータ
を設けたものなど、要はトラップ温度を上昇させ得るも
のであれば構わない。

（発明の効果） この発明は、捕集量履歴から定まる再生時期と圧力から
定まる定まる再生時期のいずれか早いほうを再生時期と
したため、再生時期が適切となり、燃費の改善とトラッ
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、＄３図（Ａ）と第３図（Ｂ）はこの例の
総走行距離に対するインターバルの特性を示す図、第４
図はこの実施例の制御動作を説明するための流れ図、第
５図ないし第９図はそれぞれΔＰ　ＣＴ　＋　Ｋ　Ｄｌ
ｓ＋　Ｋ　ＴＶおよびΔＰ　ｗａｘの特性図、第１０図
は従来例のシステム図である。 ２・・・徘ヌ通路、５・・・吸ス通路、６・・・吸ス絞
り弁、８・・・ダイヤ７ラムアクチエエータ、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ラムアクチエエータ、２７・・・三方電磁弁
、２９・・・ヒータ、３１・・・圧力センサ、３２・・
・トラップ入口温度センサ、３３・・・トラップ出口温
度センサ、３４・・・クランク角センサ（エンジン回転
数センサ）、３５・・アクセルレバ−開度センサ（エン
ジン負荷センサ）、４１・・・コントロールユニツ）、
５３・・・トラップ、５４・・・昇温装置、５５・・・
捕集量計算手段、５６・・・捕集量積算手段、５７・・
・再生時期判定手段、５８・・・差圧センサ、５９・・
・再生時期判定手段、６０・・・再生時期決定手段、６
１・・・作動手段。 第３　図（Ｂ） 総走行距曙 第 ５ 図 ４０℃ ８０℃ ｅ 第 ０ 図

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
   負荷、回転数、走行距離、走行時間または燃料消費量の
   少なくともいずれか１つに基づいて単位時間当たりのパ
   ーティキュレート捕集量を計算する手段と、この捕集量
   を単位時間ごとに積算する手段と、この積算値より捕集
   量履歴に関して再生時期にあるかどうかを判定する手段
   と、前記トラップの前後差圧を検出するセンサと、この
   検出値より圧力に関して再生時期にあるかどうかを判定
   する手段と、この圧力に関して再生時期にあると判定さ
   れた場合の再生時期および前記捕集量履歴に関して再生
   時期にあると判定された場合の再生時期のうちいずれか
   早いほうを再生時期として決定する手段と、この決定さ
   れた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。