JPH04325707A - 内燃機関の排気浄化装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関に設けられる排
気浄化装置に関し、特にディーゼル機関より排出される
ディーゼルパティキュレートを捕集するパティキュレー
トフィルタを備えた排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばディーゼル機関の排気中には排気
微粒子、即ちパティキュレートが多く含まれているため
、機関の排気系にはこのパティキュレートを捕集するた
めのパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと呼ぶ
）が装着されている。

【０００３】ところで、このフィルタは、使用に伴って
その内部に蓄積されるパティキュレートの量が増えると
通気性が次第に損なわれ、捕集効率も低下することにな
るため、パティキュレート捕集量に応じて定期的に再生
されなければならない。

【０００４】そしてこのフィルタ再生時期の判断にあた
っては、パティキュレート捕集量検出のためのパラメー
タとしてフィルタ前後差圧を検出し、これを所定吸入空
気量及び所定排気温度の基準状態でのフィルタ前後差圧
値に換算した後、再生基準差圧値と比較することで現在
のフィルタの詰まりを求めフィルタ再生時期を判断した
排気浄化装置が既に知られている。

【０００５】又、特開昭６０−４７９３７号公報におい
ては、排気再循環装置の有無に関係なくパティキュレー
ト捕集量を正確に測定し、より正確なフィルタ再生時期
の判断を可能とするために、フィルタより排気上流側に
温度センサを設け、これによって測定された排気温度と
フィルタ上流側排気圧とにより排気密度を求めて、吸入
空気量、フィルタ前後差圧、及び上記排気密度からフィ
ルタの詰まり具合を演算しようとした装置が開示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の排気浄
化装置では、フィルタ内部を通過する排気ガスの温度を
検出する代用としてフィルタ上流側の排気温度を検出し
ている。しかしながら、現実にはフィルタ内の排気温度
はフィルタ自体の熱容量の影響を受けるため、排気ガス
の流速が急変するような機関過渡時においては、フィル
タ上流側排気温度とフィルタ内排気温度との間にかなり
の温度差を生じ、双方の温度がほぼ等しくなるためには
一定の時間を要することとなる。即ち、上記従来装置に
おいては機関過渡時に正確なフィルタ内排気温度が検出
できず、過渡時のフィルタ再生時期判断の信頼性がなく
なるという問題がある。

【０００７】本発明は機関過渡時においても正確なフィ
ルタ再生時期判断を可能とする排気浄化装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明による排気浄化装置は、図１に示すように、内
燃機関の排気系に設けられパティキュレートを捕集する
フィルタと、該フィルタ前後の排気圧を検出する圧力セ
ンサと、フィルタ前後の排気温度を検出する温度センサ
と、該温度センサによって検出されたフィルタ前後の排
気温度よりフィルタ内平均温度を求める平均温度演算手
段と、演算されたフィルタ内平均温度より上記フィルタ
前後差圧を基準状態での差圧に換算する差圧換算手段と
、換算された該差圧を所定の再生基準差圧と比較するこ
とによりフィルタ再生時期を判断する再生時期判定手段
とを有する。

【０００９】

【作用】フィルタ上流側の排気温度をフィルタ内排気温
度の代用特性とするのではなく、これにフィルタ下流側
の排気温度を加味して両者の平均温度を求め、これをフ
ィルタ内排気温度とする。この結果、機関過渡時におい
ては、フィルタ上流側の排気温度より上記平均温度の方
が熱勾配上、現実のフィルタ内排気温度に近似し、再生
時期を精度良く判断できる。

【００１０】

【実施例】図面を参照して本発明の実施例を説明する。 本発明による排気浄化装置の概略的構成を示す図２に関
し、１はパティキュレートを捕集するフィルタ、２はパ
ティキュレート捕集時、図示しないエンジン本体からの
排気ガスをフィルタ１に導く排気管、また３はフィルタ
１再生時、排気ガスをフィルタ１より迂回させるバイパ
ス管である。

【００１１】排気管２及びバイパス管３の夫々の内部に
は、上述したようなパティキュレート捕集時とフィルタ
再生時の排気ガス流れを達成する第１排気制御弁４及び
第２排気制御弁５が設けられており、例えばパティキュ
レート捕集時には図に示したような弁位置を占め、フィ
ルタ再生時には弁周り点線で示したような位置を占める
ように制御回路（ＥＣＵ）６によって作動制御される。

【００１２】排気管２内部に配置される第１排気制御弁
４とフィルタ１との間には、フィルタ再生時、パティキ
ュレート燃焼のための再生用ガス（例えば２次空気）を
フィルタ１の排気上流側（以下、上流側と呼ぶ）に供給
する電動エアポンプ７が設けられており、これはフィル
タ１の前端に配置されるフィルタ再生用電気ヒータ８と
共に、バッテリ９より電力供給される。尚、これらフィ
ルタ再生のための要素に関し、１０，１１は制御回路６
によってオンオフされる半導体リレーであり、１２はエ
アポンプ用フィルタ、１３は排気ガスのエアポンプ７へ
の逆流を防ぐストップ弁である。

【００１３】フィルタ１におけるパティキュレート捕集
状態を検出するため、フィルタ１の上・下流の排気管２
には夫々、圧力導入管１４及び１５が接続され、この排
気管領域での排気圧を検出する第１の圧力センサ１６（
フィルタ上流側）及び第２の圧力センサ１７（フィルタ
下流側）が設けられる。

【００１４】更に本実施例では、前出の圧力導入管１４
，１５の途中に、制御回路６によって駆動されるロータ
リ式の圧力検出ライン切り替えバルブ１８及び１９が夫
々介装される。この圧力検出ライン切り替えバルブ１８
，　１９は、各圧力センサ１６，　１７へ導入される圧
力を、排気管１からの排気圧か、或はセンサ出力差補正
の際の大気圧かのいずれかに決定するものであって、セ
ンサ出力値補正時以外のパティキュレート捕集時には図
示するような作動位置を占め、各圧力センサ１６，　１
７にフィルタ前後の排気圧を導くようになっている。尚
、２０及び２１は圧力センサ用フィルタである。

【００１５】制御回路６の入力側には各圧力センサ１６
，　１７からのアナログ信号の他、同様にフィルタ上下
流側の排気管２内に設けられこの領域での排気温度を検
出する温度センサ２２及び２３からのアナログ信号、エ
アフロメータ（図示せず）によって検出された吸入空気
量Ｇａ　を示す信号、エンジン回転数Ｎｅ　を示す信号
など、現在の機関の運転状態を示す各種信号が入力され
る。そして制御回路６はこれら各種センサから得られた
運転情報に基づいてエンジン制御をしたり、フィルタ１
に関すればフィルタ再生時期を判断したり、電動エアポ
ンプ７や電気ヒータ８を駆動するフィルタ再生処理を実
行する。

【００１６】以下、図３及び図４を参照して、本発明に
よる排気浄化装置のフィルタ再生時期判断に関する制御
装置の作動を説明する。

【００１７】図３は、上述した圧力センサ１６，　１７
によって検出されたフィルタ前後差圧ΔＰにより、現在
フィルタ１が再生処理を必要としているか否かを判定し
、必要な場合フィルタ再生する制御フローチャートであ
って、例えば５０ｍｓｅｃなどの所定時間毎に処理され
る時間割り込みルーチンである。

【００１８】まずステップ３１ではエアフロメータ、圧
力センサ１６，　１７及び温度センサ２２，　２３によ
って現在の吸入空気量Ｇａ　、フィルタ前後差圧ΔＰ及
びフィルタ前後の排気温度、即ちＴｉｎ（フィルタに流
入する排気の温度）及びＴｏｕｔ（フィルタより流出す
る排気の温度）を求める。

【００１９】次にステップ３２では、ステップ３１で求
めたフィルタ前後排気温度Ｔｉｎ，Ｔｏｕｔから現在の
フィルタ内部の平均温度Ｔ［例えば、（Ｔｉｎ＋Ｔｏｕ
ｔ）／２］を推定する演算処理を実行する。尚、このフ
ィルタ内部の平均温度を求めるにあたって例として掲げ
たＴ＝（Ｔｉｎ＋Ｔｏｕｔ）／２は、最も単純な場合の
平均温度算出例であって、実際にはフィルタの形状や容
量に応じて、そのフィルタの代表温度として最も適当な
平均法を用いることが好ましい。

【００２０】以上のようにして排気温度の補正処理が終
わったら、次にルーチンはステップ３３に進み、現在の
運転条件を代表するパラメータ、即ち吸入空気量Ｇａ　
とフィルタ内部平均温度Ｔからステップ３１で求めた差
圧ΔＰを、例えば以下の演算式を用いて、基準とする所
定運転条件下（基準状態）での差圧ΔＰｋ　に換算する
処理をする。

【数１】 ΔＰｋ　＝β・ΔＰ・（Ｇａｋ／Ｇａ　）・（Ｔｋ　／
Ｔ）但し、β：フィルタによって定まる差圧補正係数Ｇ
ａｋ：基準状態の吸入空気量（ｇ／ｓｅｃ．）Ｔｋ　：
基準状態のフィルタ内部平均温度（°ｋ）

【００２１】
尚、上式は吸入空気量Ｇａ　や平均温度Ｔが増加するよ
うな運転条件時においては、ΔＰも急増するため、その
際にはΔＰを吸入空気量や平均温度の増加率を以て減少
されるように換算している。

【００２２】以上のようにして基準状態での差圧ΔＰｋ
　が求められたならば、次にステップ３４において過去
の差圧履歴との平均化処理を行い（例えば、５００　回
のなまし処理）、新たな差圧平均値ΔＰｋａｖ　を求め
異常値による誤判断を防ぎ、続くステップ３５では今回
のルーチン実行によって求められた差圧ΔＰｋ　を制御
回路６内メモリに記憶すると共に、これまで所定のメモ
リ内に記憶されていた過去の各差圧値を繰り上げシフト
して、次のルーチン実行の際のステップ３４の処理の準
備をして、ステップ３６に進む。

【００２３】ステップ３６では以上のようにして基準状
態に換算された差圧平均値ΔＰｋａｖ　と、予め記憶さ
れている判断基準値としてのフィルタ再生を要する差圧
ΔＰｒ　とを比較し、ΔＰｋａｖ　がΔＰｒ　よりも大
きいか否かを判定する。

【００２４】そしてこのステップ３６でＹｅｓ　の場合
、フィルタ１は再生を要する程パティキュレートが捕集
されていると判断し、ルーチンはステップ３７に進みフ
ィルタ再生処理、即ちエアポンプ７や電気ヒータ８を作
動させる処理を実行し本ルーチンを終了する。又、逆に
ステップ３６でＮｏと判定されたときには、まだフィル
タ１はパティキュレートを捕集できる状態にあるため、
ステップ３７をスキップして、本ルーチンを終了するこ
とになる。

【００２５】以上説明したように、本実施例によるフィ
ルタ再生時期判断は、検出されたフィルタ前後差圧ΔＰ
を基準状態に換算するにあたって、換算式に用いられる
排気温度をフィルタ上流側の排気温度とするのではなく
、フィルタ前後の排気温度から算出された平均温度とす
るため、現実のフィルタ内の排気温度（フィルタ自身の
温度にほぼ同一）に近似することができ、ΔＰの補正精
度を向上することができる。

【００２６】図３は過渡時（１０００ｒｐｍ　全負荷か
ら２０００ｒｐｍ、１／４負荷に変更）において実際に
検出された差圧ΔＰを、フィルタ上流側の排気温度Ｔｉ
ｎで補正した場合、及び本発明のようにフィルタ前後排
気温から求められた平均温度Ｔで補正した場合、夫々の
差圧補正係数βの経時変化を示した図である。尚、この
係数βの算出にあたっては、この運転期間においては基
準状態の差圧ΔＰｋ　に変化が無いことを前提とし、前
出の差圧換算式においてΔＰｋ　を固定して求めたもの
である。

【００２７】この図から明らかなように、機関回転数Ｎ
Ｅが１０００ｒｐｍ　で、かつ全負荷で運転されていた
状態から２０００ｒｐｍ　、１／４負荷に変化した際、
フィルタ上流の排気温度Ｔｉｎは図中、点線のように急
激に減少したが、フィルタ前後排気温度の平均値Ｔはこ
れより比較的緩慢に減少し、実線のようになった。そし
てこの変化に対応して求められた係数βは、排気温度Ｔ
ｉｎで補正した時と平均温度Ｔで補正した場合とでは、
前者が過渡期間にほぼ一致して変化するのに対し、後者
はほぼ一定値となった。

【００２８】このことは、正確な基準状態差圧ΔＰｋ　
を求めるためには、従来装置では、過渡時に応じて係数
βを変えなければならないことを意味しており、実際に
は困難であり、補正係数βを固定値として換算式に使用
し、差圧値ΔＰを平均温度Ｔで補正する本発明のほうが
現実的でかつ判定に信頼性があるということを意味して
いる。

【００２９】即ち、本実施例は、過渡時において急変す
る傾向のあるフィルタ上流側排気温度Ｔｉｎのみをフィ
ルタ内排気温度の代用特性とするのではなく、フィルタ
熱容量や通気特性に起因して異なってくるフィルタ下流
側の排気温度Ｔｏｕｔ　も加味して平均温度Ｔを求める
ため、この温度Ｔは熱勾配の関係から、より現実のフィ
ルタ内の排気温度に近似するため、これを以て基準状態
に換算された差圧値には信頼性があり、過渡状態であっ
ても再生時期を精度良く判断できる。

【００３０】尚、当然ながら定常運転状態においても、
フィルタ前後の排気温度から求められた平均温度は、熱
勾配の関係から一層フィルタ内排気温度に近いため、差
圧の補正精度が向上する。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィルタ内を通過する排気ガスの温度に近い平均温度によ
ってフィルタ前後差圧を基準状態に換算できるため、フ
ィルタの熱容量を無視でき、機関過渡時においても得ら
れる差圧換算値は信頼性があり、フィルタ再生時期を精
度良く判断できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図である。

【図２】本発明による排気浄化装置の概略的構成図であ
る。

【図３】本発明によるフィルタ再生時期判断のためのフ
ローチャート図である。

【図４】運転条件変化の際の差圧係数の経時変化を示す
図である。

【符号の説明】

１…フィルタ ６…制御回路 １６，　１７…圧力センサ ２２，　２３…温度センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の排気系に設けられパティキ
   ュレートを捕集するフィルタを備えると共に、該フィル
   タ前後の排気圧を検出する圧力センサを設けて、以て検
   出されたフィルタ前後差圧に応じてフィルタの再生時期
   を判断する内燃機関の排気浄化装置であって、フィルタ
   前後の排気温度を検出する温度センサと、該温度センサ
   によって検出されたフィルタ前後の排気温度よりフィル
   タ内平均温度を求める平均温度演算手段と、演算された
   フィルタ内平均温度より上記フィルタ前後差圧を基準状
   態での差圧に換算する差圧換算手段と、換算された該差
   圧を所定の再生基準差圧と比較することによりフィルタ
   再生時期を判断する再生時期判定手段とを有することを
   特徴とする内燃機関の排気浄化装置。