JPH0337005B2

JPH0337005B2 -

Info

Publication number: JPH0337005B2
Application number: JP865983A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Niizawa; Yoji Hasegawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-01-24
Filing date: 1983-01-24
Publication date: 1991-06-04
Also published as: JPS59134315A

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、トラツプに捕集された微粒子を焼却するト
ラツプ再生用バーナーが備えられ、トラツプの入
口側圧力と出口側圧力とに基づいてこれらの差圧
からトラツプにおける微粒子の捕集状態を検出
し、再生の要否を判断して、要再生の場合にバー
ナーを作動させ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
ラツプ入口側温度を約600℃に保つ必要があるが、
燃料供給量が一定の場合には、エンジンの運転条
件や気温、気象条件に適応できず、燃料供給量が
過少となつて十分な再生が行えないことがあり、
また、燃料が過多となつて温度の過度の上昇によ
るトラツプの焼損を招いたり、はなはだしい場合
には失火してしまうことがあつた。

本発明はこのような従来の問題点に鑑み、バー
ナーへの燃料供給量を的確に制御して、トラツプ
入口側温度を適正な値に保つことができるように
することを目的としている。

そこで、トラツプ入口側温度を約600℃に保つ
ためには回転速度（排気ガス量）び負荷（排気ガ
ス温度）に応じて燃料供給量を制御する必要があ
るが、このように回転速度及び負荷に応じて燃料
供給量を定めても、トラツプ入口側温度は気温、
気象条件によつて影響を受けることを着目し、燃
料供給量をトラツプ入口側温度によつて補正す
る。

このため、本発明では、バーナーの下流でトラ
ツプの排気入口部に排気温度検出用の温度センサ
を設けると共に、バーナーの作動中に、この入口
側温度センサからの信号に基づいて、トラツプ入
口側温度が所定の下限値以下のときにバーナーへ
の燃料供給量をトラツプ入口側温度に応じた所定
の割合で増大させ、トラツプ入口側温度が所定の
上限値以上のときにバーナーへの燃料供給量を所
定の割合で減少させる手段を設けた。

また、再生中にトラツプ入口側温度によつて燃
料供給量の補正を行つてトラツプ入口側温度を一
定に制御する場合でも、排気ガス量が少なく（例
えばアイドリング時）気温が高いような場合に
は、トラツプ自身の温度が異常に上昇し、トラツ
プが溶損する危険があるので、このためには、ト
ラツプ出口側温度を監視する必要がある。

このため、本発明では、第２として、トラツプ
の排気出口側にも温度センサを設け、この出口側
温度センサからの信号に基づいて、トラツプ出口
側温度が所定の上限値以上のときにバーナーの作
動を停止させる手段を設けた。

以下に実施例を説明する。

第１図において、デイーゼルエンジンの排気通
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の入口部には電磁式燃料噴射弁
（フユエルインジエクタ）１０が設けられており、
燃料噴射弁１０には燃料タンク１１から電磁式燃
料ポンプ１２によつて燃料（エンジン用燃料と同
一で例えば軽油）が導かれるようになつている。
また、混合気導管８の途中にはエアポンプ１３の
吐出口１３ｂが電磁式三方弁１４を介して接続さ
れている。三方弁１４は非通電状態ではエアポン
プ１３の吐出口１３ｂと吸入口１３ａとをつな
ぎ、通電状態で吐出口１３ｂと混合気導管８とを
つぐようになつている。

したがつて、バーナー５の作動は、燃料ポンプ
１２、燃料噴射弁１０、空気供給用三方弁１４及
びグロープラグ９を作動させることによつて行わ
れる。

燃料ポンプ１２はバツテリ１５から常開のリレ
ー１６を介して通電されるようになつており、こ
のリレー１６は後述する制御装置２５からの信号
電流によつて閉結されるようになつている。ま
た、燃料噴射弁１０と空気供給用三方弁１４は制
御装置２５からの信号電流によつて直接駆動され
るようになつている。更に、グロープラグ９はバ
ツテリ１５から常開のリレー１７を介して通電さ
れるようになつており、このリレー１７は制御装
置２５からの信号電流によつて閉結されるように
なつている。

ここにおいて、トラツプ４への排気入口部（バ
ーナー５下流）に入口側圧力P₁を検出するため
の入口側圧力センサ１８が設けられ、トラツプ４
からの排気出口部に出口側圧力P₂を検出するた
めの出口側圧力センサ１９が設けられる。これら
の圧力センサ１８，１９は排気圧力をダイヤフラ
ムを介して受けることによりセンサ部への排気熱
の影響を極力小さくするようにしてあり、センサ
部は例えば圧電素子により構成される。尚、図で
はポテンシヨメータ式としてある。そして、これ
らの圧力センサ１８，１９の出力電圧VP₁，VP₂
は制御装置２５に入力されるようになつている。

また、機関の回転速度を検出するための回転速
度センサ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。回転速度センサ２
０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２２ａと連動して回動するポテンシヨメータに
より構成される。そして、これらのセンサ２０，
２１の信号は制御装置２５に入力されるようにな
つている。

更に、トラツプ４への排気入口部（バーナー５
下流）に入口側温度T₁を検出するための例えば
熱電対からなる入口側温度センサ２３が設けられ
る。そして、この温度センサ２３の出力電圧
VT₁は制御装置２５に入力されるようになつて
いる。

制御装置２５は、入口側圧力センサ１８の出力
電圧VP₁と出口側圧力センサ１９の出力電圧VP₂
とから（VP₁−VP₂）／VP₁を演算し、これが所
定値以上になつたときに、限界捕集量に達して再
生時期になつたと判断し、バーナー５用の各装
置、すなわちグロープラグ用リレー１７、空気供
給用三方弁１４、燃料ポンプ用リレー１６及び燃
料噴射弁１０を作動させて、再生を開始するよう
になつている。この場合、回転速度センサ２０及
び負荷センサ２１の信号に基づいて、回転速度及
び負荷に応じて予め定めた燃料噴射量の基本制御
値（回転速度に比例し、負荷に反比例する）を検
索し、更にこの基本制御値を、入口側温度センサ
２３の出力電圧VT₁に基づいて、入口側温度に
応じて補正し、この補正された制御値に相当する
パルス幅の駆動信号を燃料噴射弁１０に与えて燃
料噴射量を制御するようになつている。

尚、制御装置２５にはバツテリ１５からエンジ
ンキースイツチ２６を介してバツテリ電圧Vbが
印加されるようになつている。

第２図には制御装置２５のマイクロコンピユー
タを用いた具体的構成例を示す。

CPU３１、メモリー３２及びインタフエース
用のPIO（ペリフエラルＩ／Ｏ）３３の他、入力
側には、アナログデータをデイジタルデータに変
換するＡ／Ｄ変換器３４、複数の入力信号のうち
１つを選択的にＡ／Ｄ変換器３４の入力とするマ
ルチプレクサ３５が設けられる。

入力信号は、入口側圧力センサ１８の出力電圧
VP₁、出口側圧力センサ１９の出力電圧VP₂、回
転速度センサ２０の回転信号（回転パルス）、負
荷センサ２１の負荷信号（アナログ電圧）及び入
口側温度センサ２３の出力電圧VT₁であり、こ
れらはマルチプレクサ３５へ入力される。但し、
回転信号はアナログ電圧に変換するためＦ／Ｖ変
換器３６を介してマルチプレクサ３５へ入力され
る。

CPU３１は、PIO３３を介して、マルチプレク
サ３５へのチヤンネル指示、Ａ／Ｄ変換器３４へ
のスタート指示を行い、Ａ／Ｄ変換器３４からの
変換終了を示すEOC（End of Convert）信号を
受けた後、デイ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。

そして、CPU３１は、第３図のフローチヤー
トに基づくプログラムに従つて動作するようにな
つている。このフローチヤートについては後述す
る。

出力側には、CPU３１からPIO３３を介しての
出力指令によりグロープラグ用リレー１７、空気
供給用三方弁１４及び燃料ポンプ用リレー１６を
それぞれ作動させるためのスイツチ回路３７，３
８，３９が設けられる。

また、燃料噴射弁１０を作動させ、且つ駆動信
号のパルス幅を制御（デユーテイ制御）するため
に、三角波発振器４０、ゲート４１、Ｄ／Ａ変換
器４２、比較器４３及び増幅器４４が設けられ
る。ここで、ゲート４１はPIO３３を介しての出
力指令により開いて三角波発振器４０の出力を比
較器４３に入力させるように機能し、Ｄ／Ａ変換
器４２はPIO３３を介しての燃料噴射量の制御値
のデイジタル出力をアナログ電圧に変換するよう
機能する。

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、トラツプ入口側圧力P₁（ガス量に比
例）と、入口側圧力P₁と出口側圧力P₂との差P₁
−P₂とは直線比例し、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２５は、入口側圧力セン
サ１８の出力電圧VP₁と出口側圧力センサ１９の
出力電圧VP₂とから、（VP₁−VP₂）／VP₁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。これがフローチヤートのＳ１に相当する。

再生時期であると判定された場合は、第４図の
タイムチヤートに従つて、グロープラグ９、空気
供給用三方弁１４、燃料ポンプ１２及び燃料噴射
弁１０を作動させる。

フローチヤートでみれば、先ず、Ｓ２へ進ん
で、スイツチ回路３７をオンにし、グロープラグ
用リレー１７を介してグロープラグ９を作動させ
る。そして、Ｓ３へ進んで一定時間（30秒）デイ
レイする。これにより、グロープラグ９の温度を
着火に必要な温度まで上昇させる。

次に、Ｓ４へ進んで、スイツチ回路３８をオン
にし、空気供給用三方弁１４を切換えて空気の供
給を開始させると共に、スイツチ回路３９をオン
にし、燃料ポンプ用リレー１６を介して燃料ポン
プ１２を作動させる。また、同時にゲート４１を
開くことによつて燃料噴射弁１０を作動させる。

ゲート４１が開くことによる燃料噴射弁１０の
作動は次の如く行われる。すなわち、ゲート４１
が開くと、三角波発振器４０からの三角波が比較
器４３に入力される。一方、CPU３１内で演算
される燃料噴射量の制御値がPIO３８より８ビツ
トのデイジタル値として後述する如く出力され、
Ｄ／Ａ変換器４２によつてアナログ電圧に変換さ
れた後、比較器４３に入力される。そして、この
アナログ電圧（スライスレベル）と三角波とを比
較器４３で比較すると、アナログ電圧によつてパ
ルス幅の制御された信号が得られ（タイムチヤー
ト参照）、この信号を増幅器４４により増幅して
燃料噴射弁１０を駆動する。これにより、燃料噴
射弁１０が所定量の燃料を噴射するのである。

この結果、バーナー５の混合気導管８から燃料
と空気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。そして、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、燃料噴射弁１０はCPU３１内で演算
される燃料噴射量の制御値に相応する駆動信号に
よつて駆動され、燃料噴射量が制御されるが、
CPU３１内での燃料噴射量の制御値の演算には、
回転速度と負荷とに応じて予め定めた燃料噴射量
の基本制御値のテーブルデータ（マツプ）を使用
し、CPU３１は、回転速度センサ２０及び負荷
センサ２１からの信号に基づいて基本制御値のデ
ータを検索し、入口側温度センサ２３の出力電圧
VT₁に基づいて入口側温度のレベルに応じ基本
制御値を適宜補正することにより、燃料噴射量の
制御値を演算し、その結果を出力する。

但し、燃料噴射開始後一定時間は、入口側温度
のレベルとは無関係に、燃料噴射量の基本制御値
を増量補正して出力することにより、燃料噴射量
を増大させて、着火を容易ならしめるようにす
る。こがフローチヤートのＳ４に続くＳ５とＳ６
に相当する。すなわち、Ｓ５で基本制御値（その
ときの回転速度及び負荷からテーブルルツクアツ
プされる）をを1.4倍して出力し、Ｓ６で噴射開
始から一定時間（30秒）経過したか否かを判定
し、時間内であればＳ５へ戻る。

従つて、燃料噴射開始から一定時間経過した段
階で、フローチヤートのＳ６からＳ７へ進み、再
生タイマーをスタートさせた後に、次にＳ８以降
で入口側温度センサ２３の出力電圧VT₁を検定
することにより入口側温度T₁のレベルに応じた
燃料噴射量の補正を行うようになつている。この
とき、グロープラグ９の作動制御も行うようにな
つている。

入口側温度T₁が500℃以下の場合は、フローチ
ヤートのＳ８での判定（T₁＞500℃か否か）によ
りＳ９へ進んで、グロープラグ９をオンにし、又
はオンにし続け、次のＳ１０で基本制御値を1.4
倍して出力し、燃料噴射量を増量補正する。そし
て、Ｓ１１でこの500℃以下の制御が20秒継続し
たか否かが判定され、継続していない場合はＳ８
に戻る。

入口側温度T₁が500℃を越えるが550℃以下の
場合は、フローチヤートのＳ８での判定によりＳ
１２へ進んで、グロープラグ９をオフにし、又は
オフにし続け、次のＳ１３での判定（T₁＞550℃
か否か）によりＳ１４へ進んで、基本制御値を
1.1倍して出力し、燃料噴射量を増量補正する。
そして、Ｓ１８で再生タイマーにより再生時間の
10分が経過したか否かが判定され、時間内の場合
はＳ８に戻る。

入口側温度T₁が高く、650℃以上場合は、フロ
ーチヤートのＳ８での判定によりＳ１２へ進ん
で、グロープラグ９をオフにし、又はオフにし続
け、次のＳ１３での判定によりＳ１５へ進み、Ｓ
１５での判定（T₁＜650℃で否か）によりＳ１６
へ進んで、基本制御値を0.9倍して出力し、燃料
噴射量を減量補正する。そして、Ｓ１８での判定
により再生時間内の場合はＳ８に戻る。

入口側温度T₁が550℃〜650℃の範囲にある場
合は、フローチヤートのＳ８での判定によりＳ１
２へ進んで、グロープラグ９をオフにし、又はオ
フにし続け、次のＳ１３及びＳ１５での判決によ
りＳ１７へ進んで、基本制御値を補正することな
くそのまま出力し、所定の燃料噴射量とする。そ
して、Ｓ１５での判定により再生時間内の場合は
Ｓ８に戻る。

このように、再生中は、入口側温度センサ２３
の出力電圧VT₁を検定することにより、入口側
温度T₁が所定の下限値（550℃）以下の場合は、
入口側温度T₁のレベルに見合つて（500℃以下か
500〜550℃の範囲かに応じ）燃料噴射弁１０の燃
料噴射量を段階的に所定の割合で増大させると共
に、入口側温度T₁のレベルに見合つてグロープ
ラグ９をオンオフ制御する。また、入口側温度
T₁が所定の上限値（650℃）以上の場合は、燃料
噴射弁１０の燃料噴射量を所定の割合で減少させ
る。こうして、トラツプ入口側温度T₁を確実に
目標値（600℃）に制御するのである。

所定の再生時間が経過した場合は、フローチヤ
ートのＳ１８での判定によりループから脱出す
る。このとき、Ｓ２０でスイツチ回路３９をオ
し、リレー１６を介して燃料ポンプ１２を非作動
にし、また同時にゲート４１を閉じて燃料噴射弁
１０を非作動にして、燃料の供給を停止する。そ
して、次のＳ２１で一定時間（30秒）デイレイし
た後、Ｓ２２でスイツチ回路３８をオフにして空
気供給用三方弁１４を切換え、空気の供給も停止
する。これにより、再生が終了する。

一方、再生中に、フローチヤートのＳ１１で
500℃以下の状態が20秒継続したことが判定され
た場合には、Ｓ１９へ進んでグロープラグ９をオ
フにした後、直ちにＳ２０へ進んで燃料の供給を
停止し、Ｓ２１でデイレイした後、Ｓ２２で空気
の供給を停止する。

このようにしたのは、再生中にトラツプ入口側
温度T₁が所定時間内に所定の下限値（500℃）以
上とならない場合は、着火がなされないが、途中
で失火したものとみなして、再生を停止し、再度
リスタートさせるためである。

第５図及び第６図には本発明の第２の実施例を
示す。

この実施例は、トラツプ出口側温度を監視し
て、トラツプ出口側温度が所定の上限値（850℃）
以上となつたときに再生を停止させるようにした
ものである。

異なる点について説明すれば、第５図を参照
し、トラツプ４からの排気出口部に出口側温度
T₂を検出するための出口側温度センサ２４が追
加して設けられ、この温度センサ２４の出力電圧
VT₂も制御装置２５に入力される。

制御装置２５のハードウエア構成は、第２図と
全く同様であり、第２図に破線で示してあるよう
に入力信号のみ増加する。

第６図のフローチヤートの主たる変更点はＳ３
０の判定の追加であり、再生中に、出口側温度セ
ンサ２４の出力電圧VT₂を検定することにより、
出口側温度T₂について、T₂＜850℃であるか否か
を判定し、850℃以上の場合に即、燃料の供給を
停止し、一定時間後空気の供給を停止する。

その他、入口側温度T₁に対して燃料噴射弁１
０の燃料噴射量の制御と、グロープラグ９のオン
オフ制御をきめ細かくしている。

すなわち、燃料噴射開始後、入口側温度T₁が
500℃を越えるまでは燃料噴射量の基本制御値を
1.4倍して出力するＳ３１，Ｓ３２。このとき、
グロープラグ９はオンである。そして、この状態
が40秒継続する場合は再生を停止するＳ３３。

燃料噴射開始後、入口側温度T₁が500℃を越え
た場合は、目標値600℃に対し、540℃以下、540
〜560℃、560〜580℃、580〜620℃及び620℃以上
の５段階に分けて制御する。

このうち、540℃以下と540〜560℃の場合（す
なわち560℃以下の場合）は、グロープラグ９を
オンＳ３４にし、540℃以下の場合は基本制御値
を1.3倍Ｓ３５、540〜560℃の場合は基本制御値
を1.2倍Ｓ３６して出力する。そして、これらの
状態が15秒継続する場合には再生を停止するＳ３
７。

また、560〜580℃の場合は、グロープラグ９を
オフＳ３８にするが、基本制御値を1.1倍Ｓ３９
して出力する。

目標値600℃を含む580〜620℃の場合は、グロ
ープラグ９をオフにすることは勿論、基本制御値
を補正することなくそのまま出力するＳ４０。

また、620℃以上の場合は、グロープラグ９を
オフにすることは勿論、基本制御値を0.9倍して
出力し、燃料噴射量を減量補正するＳ４１。

以上説明したように本発明によれば、トラツプ
入口側温度に応じてバーナーへの燃料供給量を複
数段に制御することにより、トラツプ入口側温度
をほぼ一定な最適値に制御でき、再生効率の向上
は勿論、焼損や失火の防止と、燃料の節約とを図
ることができる。また、トラツプ出口側温度をも
監視することにより、トラツプの焼損防止を更に
確実なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図、
第２図は第１図における制御装置のマイクロコン
ピユータを用いた場合の具体的構成例を示すブロ
ツク図、第３図は同上のフローチヤート、第４図
は同上のタイムチヤート、第５図は本発明の第２
の実施例を示す構成図、第６図は同上のフローチ
ヤーナである。１……排気通路、４……トラツプ、５……バー
ナー、６……燃焼筒、７……逆流式蒸発筒、８…
…混合気導管、９……グロープラグ、１０……燃
料噴射弁、１２……燃料ポンプ、１３……エアポ
ンプ、１４……三方弁、１８……入口側圧力セン
サ、１９……出口側圧力センサ、２０……回転速
度センサ、２１……負荷センサ、２３……入口側
温度センサ、２４……出口側温度センサ、２５…
…制御装置。

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、トラツプに捕集された微粒子を
焼却するためのトラツプ再生用バーナーと、トラ
ツプにおける微粒子の捕集状態を検出し再生の要
否を判断してバーナーの作動を制御する制御装置
とを備える内燃機関において、バーナーの下流で
トラツプの排気入口部に排気温度検出用の温度セ
ンサを設けると共に、バーナーの作動中に、この
温度センサからの信号に基づいて、トラツプ入口
側温度が所定の下限値以下のときにバーナーへの
燃料供給量をトラツプ入口側温度に応じた所定の
割合で増大させ、トラツプ入口側温度が所定の上
限値以上のときにバーナーへの燃料供給量を所定
の割合で減少させる手段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。２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、トラツプに捕集された微粒子を
焼却するためのトラツプ再生用バーナーと、トラ
ツプにおける微粒子の捕集状態を検出し再生の要
否を判断してバーナーの作動を制御する制御装置
とを備える内燃機関において、バーナーの下流で
トラツプの排気入口部と出口部とにそれぞれ排気
温度検出用の温度センサを設けると共に、バーナ
ーの作動中に、入口側温度センサからの信号に基
づいて、トラツプ入口側温度が所定の下限値以下
のときにバーナーへの燃料供給量をトラツプ入口
側温度に応じた所定の割合で増大させ、トラツプ
入口側温度が所定の上限値以上のときにバーナー
への燃料供給量を所定の割合で減少させる手段
と、出口側温度センサからの信号に基づいて、ト
ラツプ出口側温度が所定の上限値以上のときに、
トラツプ入口側温度によらず、バーナーの作動を
停止させる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。