JPH06341311A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】パティキュレ−ト捕集量の推定精度向上を実現
した排気ガス浄化装置を提供する。 【構成】フィルタの圧力損失をエンジン回転数及び吸気
圧損で補正して補正圧力損失を求め、この補正圧力損失
に基づいてパティキュレ−ト捕集量を推定する。このよ
うにすればエンジンの体積効率（実際吸入体積／理論吸
入容積）の変動に基づく圧力損失の変動を相殺（補正）
することができるので、この補正圧力損失とパティキュ
レ−ト捕集量との良好な関係（直線関係）に基づいて、
正確にパティキュレ−ト捕集量を推定することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関の排気
中に含まれる微粒子成分（パティキュレ−ト）を捕集
し、再生する排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平４−６６７１７号公報は、フィル
タの圧力損失が所定レベル以上の場合に、パティキュレ
−ト捕集量がしきい値レベルに達したと判断してフィル
タ再生を指令することを提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、フィ
ルタの圧力損失が所定レベル以上の場合にパティキュレ
−ト捕集量が再生捕集量値に達したと判定する方式であ
るが、フィルタの圧力損失はエンジン運転条件によって
も変動するために、エンジン運転条件が一定であればパ
ティキュレ−ト捕集量の正確な推定が可能であるが、エ
ンジン運転条件が変動すると、パティキュレ−ト捕集量
の推定に誤差が生じてしまう。

【０００４】パティキュレ−ト捕集量を過大推定すると
充分な温度上昇が望めず、着火失敗、再生不良となる可
能性が生じ、逆に捕集量を過小推定すると温度過昇が生
じて、フィルタにクラックが生じたり溶損が生じたりす
る。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、正
確なパティキュレ−ト捕集量の推定が可能な排気ガス浄
化装置を提供することを、その解決すべき課題としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の排気ガス浄化装
置は、図５のクレーム対応図に示すように、ディ−ゼル
エンジンの排気経路に配設されたフィルタと、前記フィ
ルタの圧力損失に関連する信号を検出する圧力検出手段
と、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段
と、前記エンジンの吸気圧損を検出する吸気圧損検出手
段と、前記エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記圧力損失を前記回転数及び前記吸気圧損で補正した
補正圧力損失に基づいて前記フィルタのパティキュレ−
ト捕集量を推定する捕集量推定手段と、前記フィルタの
加熱により前記フィルタに捕集されたパティキュレ−ト
を燃焼させて前記フィルタを再生する電熱手段と、前記
推定捕集量が所定レベルに達したかどうかを判別する再
生時期判別手段と、前記推定捕集量が所定レベルに達し
た場合に発せられるフィルタ再生指令の入力により前記
電熱手段へ通電する通電制御手段とを備えることを特徴
としている。

【０００６】好適な態様において、前記フィルタの入口
ガス温を検出する温度検出手段を備え、前記捕集量推定
手段は、圧力損失を前記回転数、エンジン回転数及び入
口ガス温により補正して第１の補正圧力損失を求め、前
記第１の補正圧力損失をエンジン回転数及び負荷により
補正して第２の補正圧力損失を求め、前記第２の補正圧
力損失をエンジン回転数及び吸気圧損により補正して第
３の補正圧力損失を求め、前記第３の補正圧力損失に基
づいて前記フィルタのパティキュレ−ト捕集量を推定す
るものである。

【０００７】なお、フィルタの下流側圧力がほぼ一定又
は大気圧に近いとみなせる場合にはフィルタの圧力損失
をフィルタ上流側圧力で代用することができる。

【０００８】

【作用】本発明では、フィルタの圧力損失をエンジン回
転数及び吸気圧損で補正した補正圧力損失に基づいて、
パティキュレ−ト捕集量を推定する。すなわち、パティ
キュレ−ト捕集量は、エンジンの運転条件が一定であれ
ば、フィルタの圧力損失に対し一定の関係を有すると考
えることができるが、圧力損失はエンジンの回転数に対
しても相関を有する。このため、回転数と圧力損失との
関係に基づいて圧力損失を補正して補正圧力損失を求
め、この補正圧力損失に基づいてパティキュレ−ト捕集
量を推定すればよいが、これでもまだ誤差が残る。

【０００９】その大きな理由は、例えばエンジン回転数
と吸気圧損とに連動するエンジンの体積効率（実際吸入
体積／理論吸入容積）により、フィルタの圧力損失が変
動するためである。すなわち、体積効率が変化すると、
エンジンから排出される排気ガスの状態（温度、圧力、
流量）が変動して圧力損失が変動する。したがって、本
発明では、上記体積効率（実際吸入体積／理論吸入容
積）とエンジン回転数とに基づいて圧力損失を補正し
て、体積効率及びエンジン回転数の変動に伴う圧力損失
の変動を相殺し、これにより正確なパティキュレ−ト捕
集量の推定を実現する。

【００１０】好適な態様において、圧力損失は、エンジ
ン回転数、エンジン負荷及び吸気圧損で補正した補正圧
力損失に基づいて前記フィルタのパティキュレ−ト捕集
量を推定する。すなわち、フィルタの圧力損失は、エン
ジン回転数とエンジン負荷とに連動するエンジンの体積
効率（実際吸入体積／理論吸入容積）によっても変動す
る。したがって、この態様では、エンジン回転数及び吸
気圧損に加えて、エンジン負荷によっても圧力損失を補
正し、これにより更に一層正確なパティキュレ−ト捕集
量の推定を実現する。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、フィル
タの圧力損失をエンジン回転数及び吸気圧損で補正した
補正圧力損失に基づいてパティキュレ−ト捕集量を推定
するので、パティキュレ−ト捕集量推定精度が向上し、
その結果として、パティキュレ−ト捕集量の過少推定に
伴う着火不良や再生不良、あるいは過大推定に伴うフィ
ルタ溶損やクラック発生を防止することができる。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を図
１に示す。この排気ガス浄化装置は両端密閉のフィルタ
収容ケース１を有し、フィルタ収容ケース１内にはその
上流側から下流側へ、排気圧検出用の上流側圧力センサ
（本発明でいう圧力検出手段）７、温度センサ６（本発
明でいう温度検出手段）、ヒータ（本発明でいう電熱手
段）１１、フィルタ２、フィルタ下流圧力検出用の下流
側圧力センサ（本発明でいう圧力検出手段）１７が順番
に配置されている。フィルタ収容ケース１の上流側の端
壁にはディーゼルエンジン２０の排気管３が配設されて
おり、排気管３の途中から送気管１０が分岐されてい
る。送気管１０は給気用のブロワ１３の出口に連結され
ている。

【００１３】一方、上記したヒータ１１、ブロワ１３は
コントローラ（本発明でいう捕集量推定手段、再生時期
判別指令手段、通電制御手段）８により駆動制御され、
また、ディーゼルエンジン２０に装着された回転数セン
サ１８、アクセル開度センサ（回転数センサとともに本
発明でいう負荷検出手段を構成する）１９、吸気圧セン
サ（本発明でいう吸気圧損検出手段）２１の各出力信号
はコントローラ８に出力される。

【００１４】なお、本実施例では回転数とアクセル開度
により空気流量を検出してエンジン負荷を求めている
が、エンジン負荷検出手段として、燃料噴射流量を検出
する燃料噴射量検出手段を採用することも可能である。
吸気圧センサ２１は不図示のエアフィルタ下流側の吸気
ポートの圧力を検出する。

【００１５】コントローラ８はＡ／Ｄコンバータ内蔵マ
イコン（図示せず）を具備しており、各種データを処理
して、ヒータ１１、ブロワ１３を制御して再生を実行す
るともに、異常発生時に異常警報ランプ９を点灯する
（異常信号を出力する）。フィルタ２はハニカムセラミ
ックフィルタ（日本碍子ｋｋ製、直径５．６６インチ×
長さ６インチ）であって、コ−ジェライトを素材として
円柱形状に焼成されている。フィルタ２はその両端面を
貫通する多数の通気孔を有し、隣接する通気孔の一方は
上流端で封栓され、その他方は下流端で封栓されてい
る。排気ガスは隣接する通気孔間の多孔性隔壁を透過
し、パティキュレ−トだけが通気孔内に捕集される。フ
ィルタ２の両端面はケース１の両端面に所定距離を隔て
て対面している。

【００１６】ヒータ３はニクロム線を素材とする電熱抵
抗体からなり、フィルタ２の再生時上流側に当たる端面
に近接配置されている。以下、この装置の動作を説明す
る。 （パティキュレ−ト捕集動作）ディ−ゼルエンジン２０
から排出された排気ガスは排気管３を通じてケース１内
に導入され、排気ガス中のパティキュレ−トはフィルタ
２で捕集され、浄化された排気ガスは尾管４から外部に
排出される。

【００１７】（フィルタ再生動作）次に、このフィルタ
２の再生動作を図２〜図４のフローチャートに従って説
明する。なお、この装置ではフィルタ再生動作をエンジ
ン停止期間に外部電源から受電して手動操作による起動
により開始するものとする。まず、エンジン運転中に実
施されるフィルタ再生判別ルーチン（ステップ１００〜
１１１）及びエンジン停止中に実施されるフィルタ再生
実行ルーチン（ステップ１１２〜１１６）からなるフィ
ルタ再生ルーチンを図２に示す。

【００１８】まず、エンジン２０の起動とともにフィル
タ再生判別ルーチンがスタートされ、ステップ１００に
て、圧力センサ７、１７が検出する排気圧力Ｐ１，Ｐ２
と、回転数センサ１８が検出するエンジン回転数ｎと、
温度センサ６が検出する排気ガス温度Ｔに基づいて、パ
ティキュレ−ト捕集量を算出する。このパティキュレ−
ト捕集量Ｇの算出を、図３のサブルーチンにて詳細に説
明する。

【００１９】まず、ステップ１００１にて、排気圧力Ｐ
１，Ｐ２、回転数ｎ及び排気ガス温度Ｔ、アクセル開度
Ａ、吸気圧損Ｐｅを入力する。次に、ステップ１００２
にて、フィルタ２の圧力損失（測定差圧）ΔＰ＝Ｐ１−
Ｐ２に対する回転数ｎ、排気ガス温度Ｔの影響を排除す
るために、以下の補正式により、補正差圧ΔＰｅｑｉを
求める。

【００２０】 ΔＰｅｑｉ＝ΔＰ×（５２３／Ｔ）×（２６００／ｎ） 排気ガス温度Ｔは絶対温度であり、回転数ｎの単位はｒ
ｐｍである。すなわち、上式により測定差圧ΔＰを絶対
温度Ｔが５２３で、回転数ｎが２６００の場合の補正差
圧ΔＰｅｑｉに補正する。したがって、本実施例では、
測定差圧ΔＰは排気ガス温度Ｔ又は回転数ｎの変動に対
して逆比例するものと近似している。この補正差圧ΔＰ
ｅｑｉは５０ｍｓｅｃ毎に算出する。

【００２１】次のステップ１００３にて、回転数ｎとア
クセル開度Ａとから、予め記憶する算出式又はマップに
基づいてエンジン負荷を求める。次に予め記憶する三次
元マップへ回転数ｎ及び上記エンジン負荷を導入して、
回転数ｎ及び負荷に連動する体積効率η１をサーチす
る。次のステップ１００４にて、予め記憶する三次元マ
ップへ回転数ｎ及び吸気圧損Ｐｅを導入して、回転数ｎ
及び吸気圧損Ｐｅに連動する体積効率η２をサーチす
る。

【００２２】次のステップ１００５にて、上記ΔＰｅｑ
ｉに体積効率η１、η２を掛けて、体積効率による圧力
損失の変動を補償した補正圧力損失ΔＰｅｑｉ’を算出
する。すなわち、ΔＰｅｑｉ’＝ΔＰｅｑｉ×η１×η
２である。次のステップ１００６にて、過去において５
０ｍｓｅｃ毎に入力された各補正差圧ΔＰｅｑｉ’の
内、直前の６４個の各算出値の平均を求め、これを平均
補正差圧ΔＰｅｑｍとする。

【００２３】次に、ステップ１００７にて、マイコン式
のコントローラ８内蔵のメモリ（図示せず）に記憶さ
れ、平均補正差圧ΔＰｅｑｍと捕集量Ｇとの関係を記憶
するテーブルから、捕集量Ｇをサーチしてメインルーチ
ンにリターンする。次に、ステップ１０８にて、サーチ
したパティキュレ−ト捕集量Ｇが所定のしきい値Ｇｔを
超過したかどうかを調べ、超過しなければステップ１０
０にリターンし、超過したらステップ１１１に進む。

【００２４】ステップ１１１では、フィルタ再生を指令
するランプ９１を点灯して、ルーチンを終了する。その
後、運転者がフィルタ再生を指令するランプ９１の点灯
を視認し、エンジン停止状態にて再生スイッチ（図示せ
ず）をオンすると、上記フィルタ再生実行ルーチンが開
始される。

【００２５】このルーチンでは、まずステップ１１２に
てブロワ１３を起動し、次に、内蔵のタイマーを起動し
（１１４）、タイマー制御サブルーチンを実行して再生
動作を行い（１１６）、再生を終了する。上記したタイ
マー制御サブルーチンについて図４を参照しつつ以下に
説明する。

【００２６】このサブルーチンは、ブロワ１３への通電
開始からの時間をパラメータとして通電、送風制御を行
うものであり、まずブロワ１３へ通電後、時間Ｔａ（こ
こでは１分）経過したら（１１６１）、ヒータ１１への
予熱電力の通電を開始する（１１６２）。次に、ヒータ
１１への予熱電力の通電開始後、時間Ｔｂ’経過した
ら、着火電力を通電し、ヒータ１１への通電開始後、時
間Ｔｂが経過したら（１１６３）、ヒータ１１への通電
電力を着火電力から燃焼持続電力に切り換える（１１６
４）。次に、時間Ｔｂ経過後、時間Ｔｃ（ここでは１５
分）経過したら（１１６５）、通電を停止する（１１６
６）。次に、通電停止後、時間Ｔｄ（ここでは１０分）
経過したら（１１６７）、送風を停止する（１１６
８）。

【００２７】以上説明したように本実施例では、まず、
フィルタ２の圧力損失（測定差圧）ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２に
対する回転数ｎ、排気ガス温度Ｔの影響を排除するため
に、補正差圧ΔＰｅｑｉ＝ΔＰ×（５２３／Ｔ）×（２
６００／ｎ）を求め、回転数ｎとアクセル開度Ａとから
エンジン負荷を求め、。次に予め記憶する三次元マップ
へ上記エンジン負荷及び回転数を導入して、回転数ｎ及
び負荷に連動する体積効率η１をサーチし、次に、予め
記憶する三次元マップへ回転数ｎ及び吸気圧損Ｐｅを導
入して、回転数ｎ及び吸気圧損Ｐｅに連動する体積効率
η２をサーチし、ΔＰｅｑｉに体積効率η１、η２を掛
けて、体積効率による圧力損失の変動を補償した補正圧
力損失ΔＰｅｑｉ’を算出し、算出した補正圧力損失Δ
Ｐｅｑｉ’からパティキュレ−ト捕集量を推定する方式
を採用しているので、エンジンの体積効率による圧力損
失の変動を補償して、高精度のパティキュレ−ト捕集量
の推定が実現した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を示すブ
ロック図、

【図２】その再生動作を示すフローチャート、

【図３】その再生動作を示すフローチャート、

【図４】その再生動作を示すフローチャート、

【図５】クレーム対応図。

【符号の説明】

２はフィルタ、６は温度センサ、７、１７は圧力センサ
（圧力検出手段）、８はコントローラ（捕集量検出手
段、再生時期判別手段、通電制御手段）、１１はヒータ
（電熱手段）、１８は回転数センサ（回転数検出手段、
負荷検出手段）、１９はアクセル開度センサ（負荷検出
手段）、２１は吸気圧センサ（吸気圧損検出手段）。

【手続補正書】

【提出日】平成６年１月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【実施例】 （実施例１）本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を図
１に示す。この排気ガス浄化装置は両端密閉のフィルタ
収容ケース１を有し、フィルタ収容ケース１内にはその
上流側から下流側へ、排気圧検出用の上流側圧力センサ
（本発明でいう圧力検出手段）７、温度センサ６（本発
明でいう温度検出手段）、ヒータ（本発明でいう電熱手
段）１１、フィルタ２、フィルタ下流圧力検出用の下流
側圧力センサ（本発明でいう圧力検出手段）１７が順番
に配置されている。フィルタ収容ケース１の上流側の端
壁にはディーゼルエンジン２０の排気管３が配設されて
おり、排気管３の途中から送気管１０が分岐されてい
る。送気管１０はバルブ１４を介して給気用のブロワ１
３の出口に連結されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】一方、上記したヒータ１１、ブロワ１３及
びバルブ１４はコントローラ（本発明でいう捕集量推定
手段、再生時期判別指令手段、通電制御手段）８により
駆動制御され、また、ディーゼルエンジン２０に装着さ
れた回転数センサ１８、アクセル開度センサ（回転数セ
ンサとともに本発明でいう負荷検出手段を構成する）１
９、吸気圧センサ（本発明でいう吸気圧損検出手段）２
１の各出力信号はコントローラ８に出力される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディ−ゼルエンジンの排気経路に配設され
   たフィルタと、 前記フィルタの圧力損失に関連する信号を検出する圧力
   検出手段と、 前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、 前記エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、 前記エンジンの吸気圧損を検出する吸気圧損検出手段
   と、 前記圧力損失を前記回転数、前記負荷及び前記吸気圧損
   で補正した補正圧力損失に基づいて前記フィルタのパテ
   ィキュレ−ト捕集量を推定する捕集量推定手段と、 前記フィルタの加熱により前記フィルタに捕集されたパ
   ティキュレ−トを燃焼させて前記フィルタを再生する電
   熱手段と、 前記推定捕集量が所定レベルに達したかどうかを判別す
   る再生時期判別手段と、 前記推定捕集量が所定レベルに達した場合に発せられる
   フィルタ再生指令の入力により前記電熱手段へ通電する
   通電制御手段と、 を備えることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】前記フィルタの入口ガス温を検出する温度
   検出手段を備え、 前記捕集量推定手段は、圧力損失を前記回転数、エンジ
   ン回転数及び入口ガス温により補正して第１の補正圧力
   損失を求め、前記第１の補正圧力損失をエンジン回転数
   及び負荷により補正して第２の補正圧力損失を求め、前
   記第２の補正圧力損失をエンジン回転数及び吸気圧損に
   より補正して第３の補正圧力損失を求め、前記第３の補
   正圧力損失に基づいて前記フィルタのパティキュレ−ト
   捕集量を推定するものである請求項１記載の排気ガス浄
   化装置。