JPH0783023A - ディーゼル機関の排気浄化装置 - Google Patents
ディーゼル機関の排気浄化装置Info
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- JPH0783023A JPH0783023A JP5227333A JP22733393A JPH0783023A JP H0783023 A JPH0783023 A JP H0783023A JP 5227333 A JP5227333 A JP 5227333A JP 22733393 A JP22733393 A JP 22733393A JP H0783023 A JPH0783023 A JP H0783023A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow rate
- exhaust
- rate ratio
- control valve
- particulates
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Landscapes
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ディーゼル機関の排気微粒子排出量を低減す
る。 【構成】コントロールユニット10は、現在の機関の運転
状態の下でバイパス制御弁７の開度を変化させた場合に
捕集部材３の圧力損失により変化する損失トルクに対
し、該損失トルクを差し引いた出力トルクが一定に保持
されるように各流量比に対する機関運転状態を補正し、
該補正された各運転状態に対して大気中に排出される排
気微粒子の量が最小となる運転状態に対応するバイパス
制御弁７の開度を求め、該開度となるようにバイパス制
御弁駆動装置12を駆動してバイパス制御弁７の開度を制
御する。
る。 【構成】コントロールユニット10は、現在の機関の運転
状態の下でバイパス制御弁７の開度を変化させた場合に
捕集部材３の圧力損失により変化する損失トルクに対
し、該損失トルクを差し引いた出力トルクが一定に保持
されるように各流量比に対する機関運転状態を補正し、
該補正された各運転状態に対して大気中に排出される排
気微粒子の量が最小となる運転状態に対応するバイパス
制御弁７の開度を求め、該開度となるようにバイパス制
御弁駆動装置12を駆動してバイパス制御弁７の開度を制
御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関におい
て排気微粒子を捕集して排気を浄化する装置に関し、特
に捕集効率を改善した技術に関する。
て排気微粒子を捕集して排気を浄化する装置に関し、特
に捕集効率を改善した技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼル機関においては、燃焼によっ
て生成される排気微粒子 (パーティキュレート；以下Ｐ
Ｍという) の排出が問題となっており、従来から排気系
に様々な捕集部材を介装してＰＭを捕集することが行わ
れているが、この捕集部材にＰＭが堆積すると圧力損失
(以下圧損という) が増加し運転性に与える影響が大き
くなるため、ＰＭの堆積量が所定量に達したと判定され
たときにＰＭを燃焼除去して捕集部材を再生するように
している。
て生成される排気微粒子 (パーティキュレート；以下Ｐ
Ｍという) の排出が問題となっており、従来から排気系
に様々な捕集部材を介装してＰＭを捕集することが行わ
れているが、この捕集部材にＰＭが堆積すると圧力損失
(以下圧損という) が増加し運転性に与える影響が大き
くなるため、ＰＭの堆積量が所定量に達したと判定され
たときにＰＭを燃焼除去して捕集部材を再生するように
している。
【０００３】この再生を開始する時期を判定するため
に、特開昭58−13115 号公報に示されるように運転の履
歴で判定するもの、特開昭59- 126018号公報に示される
ように捕集部材の圧損で判定するものなどがある。
に、特開昭58−13115 号公報に示されるように運転の履
歴で判定するもの、特開昭59- 126018号公報に示される
ように捕集部材の圧損で判定するものなどがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の再生方式では、再生開始間近となった段階で
高回転・高負荷運転など排気流量の増大する運転が行わ
れると捕集部材の圧損増加により運転性の悪化を引き起
こすばかりでなく、該圧損による出力低下を補うべくア
クセルを踏み込んで燃焼燃料量を増大させるため、燃焼
室からのＰＭ排出量は更に増加するという悪循環を生
じ、時には捕集部材を装着する方が大気中へのＰＭ排出
量は増大するような条件が存在することさえある。特
に、捕集部材として圧損が比較的大きいものが使用され
たり、機関の排気量が大きいものでは、この傾向が顕著
であった。
うな従来の再生方式では、再生開始間近となった段階で
高回転・高負荷運転など排気流量の増大する運転が行わ
れると捕集部材の圧損増加により運転性の悪化を引き起
こすばかりでなく、該圧損による出力低下を補うべくア
クセルを踏み込んで燃焼燃料量を増大させるため、燃焼
室からのＰＭ排出量は更に増加するという悪循環を生
じ、時には捕集部材を装着する方が大気中へのＰＭ排出
量は増大するような条件が存在することさえある。特
に、捕集部材として圧損が比較的大きいものが使用され
たり、機関の排気量が大きいものでは、この傾向が顕著
であった。
【０００５】また、そもそも、捕集部材はＰＭ排出量低
減のために装着されるものであるにもかかわらず、捕集
部材装着車両でＰＭ排出量が多いことは、環境問題の意
識の高まりや、ユーザーの意識から考えても商品性を大
幅に悪化させる要因であった。本発明は、このような従
来の問題点に鑑みなされたもので、捕集部材と該捕集部
材をバイパスする通路とに流れる排気の流量比を最適に
制御することにより、大気中への排気微粒子の排出量を
極力低減できるようにしたディーゼル機関の排気浄化装
置を提供することを目的とする。
減のために装着されるものであるにもかかわらず、捕集
部材装着車両でＰＭ排出量が多いことは、環境問題の意
識の高まりや、ユーザーの意識から考えても商品性を大
幅に悪化させる要因であった。本発明は、このような従
来の問題点に鑑みなされたもので、捕集部材と該捕集部
材をバイパスする通路とに流れる排気の流量比を最適に
制御することにより、大気中への排気微粒子の排出量を
極力低減できるようにしたディーゼル機関の排気浄化装
置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため本発明は図１に
示すように、排気通路の途中を排気微粒子を捕集する捕
集部材を介装した通路と該通路をバイパスするバイパス
通路とに分岐して構成し、捕集部材とバイパス通路とに
流れる排気の流量比を可変に制御する流量比制御手段を
備えてなるディーゼル機関の排気浄化装置において、機
関運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された
機関運転状態の下で前記流量比を変化させた場合に捕集
部材の圧力損失の変化に応じて変化するトルク損失に対
し、該トルク損失分を差し引いた出力トルクを一定に保
持するように各流量比に対する運転状態を各々想定し、
該想定された運転状態の中で大気中への排気微粒子の排
出量が最小となる運転状態に対応する流量比を前記流量
比制御手段で制御される流量比として選択する流量比選
択手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
示すように、排気通路の途中を排気微粒子を捕集する捕
集部材を介装した通路と該通路をバイパスするバイパス
通路とに分岐して構成し、捕集部材とバイパス通路とに
流れる排気の流量比を可変に制御する流量比制御手段を
備えてなるディーゼル機関の排気浄化装置において、機
関運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された
機関運転状態の下で前記流量比を変化させた場合に捕集
部材の圧力損失の変化に応じて変化するトルク損失に対
し、該トルク損失分を差し引いた出力トルクを一定に保
持するように各流量比に対する運転状態を各々想定し、
該想定された運転状態の中で大気中への排気微粒子の排
出量が最小となる運転状態に対応する流量比を前記流量
比制御手段で制御される流量比として選択する流量比選
択手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】捕集部材によって捕集される排気微粒子の量
は、捕集部材を流れる排気の流量が増大するほど増大す
るが、一方、捕集部材を通過する排気の圧力損失も通過
する排気の流量が増大するほど増大する。圧力損失が増
大するとそれによって増大する損失トルク分を回復すべ
くアクセルの踏込み量を増大するなど機関発生トルクを
増大させる操作が行われることになり、その結果、機関
燃焼室から排出される排気の流量は増大し、それに伴っ
て排気微粒子の排出量も増大する。該排気微粒子の燃焼
室からの排出量の増大分が大きく捕集部材での捕集量の
増大分を上回ると、最終的に大気中に排出される排気微
粒子の量は却って増大することとなる。
は、捕集部材を流れる排気の流量が増大するほど増大す
るが、一方、捕集部材を通過する排気の圧力損失も通過
する排気の流量が増大するほど増大する。圧力損失が増
大するとそれによって増大する損失トルク分を回復すべ
くアクセルの踏込み量を増大するなど機関発生トルクを
増大させる操作が行われることになり、その結果、機関
燃焼室から排出される排気の流量は増大し、それに伴っ
て排気微粒子の排出量も増大する。該排気微粒子の燃焼
室からの排出量の増大分が大きく捕集部材での捕集量の
増大分を上回ると、最終的に大気中に排出される排気微
粒子の量は却って増大することとなる。
【０００８】つまり、捕集部材への流量比を増大してい
ったときに損失トルクを回復すべく排気流量を増大させ
ることにより増大する排気微粒子の排出量と捕集部材に
流れる量の増大によって増大する捕集量との差が最小と
なる流量比が存在し、そのとき大気中への排気微粒子の
排出量が最小となる。そこで、流量比選択手段が現在の
運転状態の下で流量比を変化させていったときに排気微
粒子の大気中への排出量が最小となる流量比を、計算若
しくは予め実験的に求められたデータに基づいて選択
し、該選択された流量比となるように流量比制御手段が
流量比を制御することにより、大気中への排気微粒子の
排出を常に最小に近い値に抑えることができる。
ったときに損失トルクを回復すべく排気流量を増大させ
ることにより増大する排気微粒子の排出量と捕集部材に
流れる量の増大によって増大する捕集量との差が最小と
なる流量比が存在し、そのとき大気中への排気微粒子の
排出量が最小となる。そこで、流量比選択手段が現在の
運転状態の下で流量比を変化させていったときに排気微
粒子の大気中への排出量が最小となる流量比を、計算若
しくは予め実験的に求められたデータに基づいて選択
し、該選択された流量比となるように流量比制御手段が
流量比を制御することにより、大気中への排気微粒子の
排出を常に最小に近い値に抑えることができる。
【０００９】
【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図２は、本実施例の構成を示す。図において、ディ
ーゼル機関の機関本体１の各気筒の排気ポート出口に排
気マニホールドを介して接続された排気通路２の途中に
捕集部材３が介装されている。該捕集部材３の入口には
捕集部材３に堆積したＰＭを加熱して燃焼除去するため
の通電加熱式のヒーター４が装着され、捕集部材３の出
口付近の排気通路３には排気シャット弁５が介装されて
いる。
る。図２は、本実施例の構成を示す。図において、ディ
ーゼル機関の機関本体１の各気筒の排気ポート出口に排
気マニホールドを介して接続された排気通路２の途中に
捕集部材３が介装されている。該捕集部材３の入口には
捕集部材３に堆積したＰＭを加熱して燃焼除去するため
の通電加熱式のヒーター４が装着され、捕集部材３の出
口付近の排気通路３には排気シャット弁５が介装されて
いる。
【００１０】また、前記捕集部材３をバイパスして排気
通路２に接続するバイパス通路６が設けられ、該バイパ
ス通路６には、開口面積を連続的に変化させてバイパス
通路６を流れる排気流量と、捕集部材３を流れる排気流
量との比を可変に制御するためのバイパス制御弁７が介
装されている。排気通路３のバイパス通路６との下流側
合流点より下流側には、図示しないテールパイプが接続
され、排気はテールパイプを介して大気中に放出され
る。
通路２に接続するバイパス通路６が設けられ、該バイパ
ス通路６には、開口面積を連続的に変化させてバイパス
通路６を流れる排気流量と、捕集部材３を流れる排気流
量との比を可変に制御するためのバイパス制御弁７が介
装されている。排気通路３のバイパス通路６との下流側
合流点より下流側には、図示しないテールパイプが接続
され、排気はテールパイプを介して大気中に放出され
る。
【００１１】機関本体１には、機関回転速度を検出する
回転速度センサ８が装着され、図示しない燃料噴射ポン
プのコントロールレバーの開度θC/L を機関負荷として
検出するレバー開度センサ９が装着されており、これら
の検出信号は本発明に係るＰＭ排出量制御に必要な信号
としてコントロールユニット10に出力される。つまり、
回転速度センサ８及びレバー開度センサ９は運転状態検
出手段を構成する。
回転速度センサ８が装着され、図示しない燃料噴射ポン
プのコントロールレバーの開度θC/L を機関負荷として
検出するレバー開度センサ９が装着されており、これら
の検出信号は本発明に係るＰＭ排出量制御に必要な信号
としてコントロールユニット10に出力される。つまり、
回転速度センサ８及びレバー開度センサ９は運転状態検
出手段を構成する。
【００１２】前記コントロールユニット10は、機関回転
速度Ｎとコントロールレバー開度θ C/L (機関負荷) と
に基づいて、機関本体１から排出されるＰＭ量を演算
し、最終的にテールパイプから大気中に放出されるＰＭ
量が最小となるように、バイパス制御弁駆動装置12を介
してバイパス制御弁７の開度を制御すると共に、ＰＭの
捕集部材３への堆積量を常時演算し、所定量に達する
と、排気シャット弁駆動装置11を介して前記排気シャッ
ト弁５を閉じると共に加熱手段４を加熱動作させてＰＭ
を燃焼除去し再生を行うようになっている。前記バイパ
ス制御弁７及びバイパス制御弁駆動装置12は、流量比制
御手段を構成する。
速度Ｎとコントロールレバー開度θ C/L (機関負荷) と
に基づいて、機関本体１から排出されるＰＭ量を演算
し、最終的にテールパイプから大気中に放出されるＰＭ
量が最小となるように、バイパス制御弁駆動装置12を介
してバイパス制御弁７の開度を制御すると共に、ＰＭの
捕集部材３への堆積量を常時演算し、所定量に達する
と、排気シャット弁駆動装置11を介して前記排気シャッ
ト弁５を閉じると共に加熱手段４を加熱動作させてＰＭ
を燃焼除去し再生を行うようになっている。前記バイパ
ス制御弁７及びバイパス制御弁駆動装置12は、流量比制
御手段を構成する。
【００１３】ここで、前記ＰＭ排出量を最小にするため
の基本的な考え方について説明する。 捕集部材における圧損が問題にならない運転領域の
とき。 図４に示されるＰＭ排出量計算領域検索用マップの非計
算領域では排気流量も比較的少なく、捕集部材３のフィ
ルタによる圧損が余り大きくならず、圧損増加分を補う
べくコントロールレバー開度θC/L を増大させてもＰＭ
排出量が多くならない領域であることが予め解析により
或いは実験により判っているため、コントロールユニッ
トの負担を減らすために計算頻度を小とする意味から計
算を行わないようにする。
の基本的な考え方について説明する。 捕集部材における圧損が問題にならない運転領域の
とき。 図４に示されるＰＭ排出量計算領域検索用マップの非計
算領域では排気流量も比較的少なく、捕集部材３のフィ
ルタによる圧損が余り大きくならず、圧損増加分を補う
べくコントロールレバー開度θC/L を増大させてもＰＭ
排出量が多くならない領域であることが予め解析により
或いは実験により判っているため、コントロールユニッ
トの負担を減らすために計算頻度を小とする意味から計
算を行わないようにする。
【００１４】 計算を行う場合。 図４のＰＭ排出量計算領域検索用マップの計算領域は、
排気流量が比較的多く、捕集部材３のフィルタによる圧
損が大きくなるのでＰＭ排出量を最小とするための計算
を行う。 (計算方法の考え方)まず、図５に示す排気流量検索マッ
プから、機関回転速度Ｎとコントロールレバー開度θ
C/L に応じて機関本体１からの排気流量 (質量流量, そ
の他も同様)Ｑe を検索する。
排気流量が比較的多く、捕集部材３のフィルタによる圧
損が大きくなるのでＰＭ排出量を最小とするための計算
を行う。 (計算方法の考え方)まず、図５に示す排気流量検索マッ
プから、機関回転速度Ｎとコントロールレバー開度θ
C/L に応じて機関本体１からの排気流量 (質量流量, そ
の他も同様)Ｑe を検索する。
【００１５】前記排気流量Ｑe が、バイパス通路６を流
れる排気流量Ｑb と捕集部材３を流れる排気流量Ｑf と
に分配される。この排気流量Ｑb と排気流量Ｑf との流
量比はバイパス制御弁７の開口面積を変えることによっ
て変化するが、この場合バイパス制御弁７をオリフィス
と置き換えて考えると、次式が成立する。 Ｑb ＝α・Ａ・ (２・ρ・Ｐb ) 1/2 ・・・・(1) ここで、α：オリフィスの流量係数、Ａ：開口面積、
ρ：流体密度、Ｐb ：作用圧力と表される。
れる排気流量Ｑb と捕集部材３を流れる排気流量Ｑf と
に分配される。この排気流量Ｑb と排気流量Ｑf との流
量比はバイパス制御弁７の開口面積を変えることによっ
て変化するが、この場合バイパス制御弁７をオリフィス
と置き換えて考えると、次式が成立する。 Ｑb ＝α・Ａ・ (２・ρ・Ｐb ) 1/2 ・・・・(1) ここで、α：オリフィスの流量係数、Ａ：開口面積、
ρ：流体密度、Ｐb ：作用圧力と表される。
【００１６】更に、簡単のため、開口面積Ａを変化させ
た場合の係数βb ＝α・Ａ・ (２・ρ)1/2とおくと、式
(1) は次式(2) のように変形される。 Ｑb ＝βb (Ｐb ) 1/2 ・・・・(2) 前記係数βb は、図６に示すようにバイパス制御弁７の
開口面積Ａに対して割り付けられた流量係数αの特性マ
ップから検索した流量係数αと、図７に示すように機関
回転速度Ｎ及びコントロールレバー開度θC/L に対して
割り付けられた排気密度ρの特性マップから検索した排
気密度ρとを用いて前記演算式から求められる。同様に
捕集部材３側の流量Ｑf は係数βf ＝α・Ａf ・ (２・
ρ) 1/2とおくと、次式 (3)のように表される。
た場合の係数βb ＝α・Ａ・ (２・ρ)1/2とおくと、式
(1) は次式(2) のように変形される。 Ｑb ＝βb (Ｐb ) 1/2 ・・・・(2) 前記係数βb は、図６に示すようにバイパス制御弁７の
開口面積Ａに対して割り付けられた流量係数αの特性マ
ップから検索した流量係数αと、図７に示すように機関
回転速度Ｎ及びコントロールレバー開度θC/L に対して
割り付けられた排気密度ρの特性マップから検索した排
気密度ρとを用いて前記演算式から求められる。同様に
捕集部材３側の流量Ｑf は係数βf ＝α・Ａf ・ (２・
ρ) 1/2とおくと、次式 (3)のように表される。
【００１７】 Ｑf ＝βf (Ｐf )1/2 ・・・・(3) ここで、捕集部材３の開口面積は見掛け上は一定である
が、ＰＭ堆積量の増大につれて目詰まりが増大してくる
ため有効開口面積Ａf は減少する。そこで、式(3) にお
けるβf については、まず、図８に示すようにＰＭ堆積
量 (図３で求められる単位時間当りのＰＭ排出量を積算
して求める。) に対するマップからの検索により有効開
口面積Ａf を求め、以下バイパス通路６側と同様に、該
有効開口面積Ａf に基づいて図６の特性マップから検索
した流量係数αと、図７の特性マップから検索した排気
密度ρとを用いて求められる。
が、ＰＭ堆積量の増大につれて目詰まりが増大してくる
ため有効開口面積Ａf は減少する。そこで、式(3) にお
けるβf については、まず、図８に示すようにＰＭ堆積
量 (図３で求められる単位時間当りのＰＭ排出量を積算
して求める。) に対するマップからの検索により有効開
口面積Ａf を求め、以下バイパス通路６側と同様に、該
有効開口面積Ａf に基づいて図６の特性マップから検索
した流量係数αと、図７の特性マップから検索した排気
密度ρとを用いて求められる。
【００１８】また、機関本体１からの排気流量Ｑe と分
配された各排気流量Ｑf , Ｑb との間には、当然次式が
成立する。 Ｑe ＝Ｑf ＋Ｑb ・・・・(4) 以上説明してきたような計算に基づき、Ｑe , Ｑf , Ｑ
b を求めることができる。
配された各排気流量Ｑf , Ｑb との間には、当然次式が
成立する。 Ｑe ＝Ｑf ＋Ｑb ・・・・(4) 以上説明してきたような計算に基づき、Ｑe , Ｑf , Ｑ
b を求めることができる。
【００１９】しかし、実際の車両のコントロールユニッ
ト10では、計算速度の制約から、リアルタイムで計算し
て求めることは難しい。そこで、本実施例では予め計算
により、若しくは実験値で得られたＱe とＱf のデータ
を、機関回転速度Ｎとコントロールレバー開度θC/L に
応じたマップとして用意し、これらのマップからの検索
から求めるようにする。Ｑe のマップは図５に示したと
おりであるが、Ｑf については、図５と同様のマップを
バイパス制御弁７の開度毎に複数個用意する。Ｑf のバ
イパス制御弁７の開度に応じたマップの数は、多いほど
精度が向上するが、コントロールユニット10の計算速度
等の制約もあるため、本実施例ではバイパス制御弁７の
開度を５段階 (Ａ1 〜Ａ5 ) に変化させた場合に対応し
てＱf1〜Ｑf5 (Ｑf1＞Ｑf2＞Ｑf3＞Ｑf4＞Ｑf5) の５個
用意する。
ト10では、計算速度の制約から、リアルタイムで計算し
て求めることは難しい。そこで、本実施例では予め計算
により、若しくは実験値で得られたＱe とＱf のデータ
を、機関回転速度Ｎとコントロールレバー開度θC/L に
応じたマップとして用意し、これらのマップからの検索
から求めるようにする。Ｑe のマップは図５に示したと
おりであるが、Ｑf については、図５と同様のマップを
バイパス制御弁７の開度毎に複数個用意する。Ｑf のバ
イパス制御弁７の開度に応じたマップの数は、多いほど
精度が向上するが、コントロールユニット10の計算速度
等の制約もあるため、本実施例ではバイパス制御弁７の
開度を５段階 (Ａ1 〜Ａ5 ) に変化させた場合に対応し
てＱf1〜Ｑf5 (Ｑf1＞Ｑf2＞Ｑf3＞Ｑf4＞Ｑf5) の５個
用意する。
【００２０】そして、ある状態での機関回転速度Ｎとコ
ントロールレバー開度θC/L より、マップから上記のよ
うにＱf1〜Ｑf5のデータを検索する。この時、前記式
(3) より、捕集部材３の圧損Ｐ1 〜Ｐ5 を求める。更
に、得られた圧損Ｐ1 〜Ｐ5 の値から、図９に示した予
め計算若しくは実験で得られたデータより機関の出力ダ
ウンマップから各々の出力ダウン (ＰＳ1 〜ＰＳ5 ) を
求める。
ントロールレバー開度θC/L より、マップから上記のよ
うにＱf1〜Ｑf5のデータを検索する。この時、前記式
(3) より、捕集部材３の圧損Ｐ1 〜Ｐ5 を求める。更
に、得られた圧損Ｐ1 〜Ｐ5 の値から、図９に示した予
め計算若しくは実験で得られたデータより機関の出力ダ
ウンマップから各々の出力ダウン (ＰＳ1 〜ＰＳ5 ) を
求める。
【００２１】更に、前記出力ダウンＰＳ1 〜ＰＳ5 を生
じるときの運転条件よりトルクダウンＴ1 〜Ｔ5 (＝Ｋ
・出力ダウンＰＳ1 〜ＰＳ／機関回転速度Ｎ) を計算
し、該トルクダウンＴ1 〜Ｔ5 分を回復すべくアクセル
踏込み量を増大させて、コントロールレバー開度θC/L
を増大した場合のＰＭ排出量ＰＭ1 〜ＰＭ5 を図10に示
すＰＭ排出量検索マップより求める。
じるときの運転条件よりトルクダウンＴ1 〜Ｔ5 (＝Ｋ
・出力ダウンＰＳ1 〜ＰＳ／機関回転速度Ｎ) を計算
し、該トルクダウンＴ1 〜Ｔ5 分を回復すべくアクセル
踏込み量を増大させて、コントロールレバー開度θC/L
を増大した場合のＰＭ排出量ＰＭ1 〜ＰＭ5 を図10に示
すＰＭ排出量検索マップより求める。
【００２２】ここで、トルクダウンを求めるのは、流量
比 (Ｑb ／Ｑf ) を上げて、圧損を下げると、その結果
出力ダウンが小さくなるため、該出力ダウンの減少分だ
け機関発生トルクを下げることができ、機関本体１から
排出される排気流量、したがってＰＭ量 (ＰＭe ) が減
少し、結果としてテールパイプから排出されるＰＭ量が
減少することがあるため本実施例ではバイパス制御弁開
度をＡ1 〜Ａ5 の５段階に変化させた場合について比較
を行い、テールパイプからのＰＭ排出量が最も少ない条
件の選定を行っている。
比 (Ｑb ／Ｑf ) を上げて、圧損を下げると、その結果
出力ダウンが小さくなるため、該出力ダウンの減少分だ
け機関発生トルクを下げることができ、機関本体１から
排出される排気流量、したがってＰＭ量 (ＰＭe ) が減
少し、結果としてテールパイプから排出されるＰＭ量が
減少することがあるため本実施例ではバイパス制御弁開
度をＡ1 〜Ａ5 の５段階に変化させた場合について比較
を行い、テールパイプからのＰＭ排出量が最も少ない条
件の選定を行っている。
【００２３】具体的な例として、現在のバイパス制御弁
７の開度がＡ1 で、捕集部材３を通過する流量がＱf1で
あった場合について説明する。現在のテールパイプから
のＰＭ排出量ＴＰＭ1 を次式に従って求める。 ＴＰＭn ＝ＰＭe 〔１− (Ｑfn／Ｑb ) ・ηf 〕・・・(4) ηf : 捕集部材の捕集効率 添字ｎ＝１〜５ また、流量Ｑf1のときのトルクダウンＴ1 を前記のよう
にして求める。
７の開度がＡ1 で、捕集部材３を通過する流量がＱf1で
あった場合について説明する。現在のテールパイプから
のＰＭ排出量ＴＰＭ1 を次式に従って求める。 ＴＰＭn ＝ＰＭe 〔１− (Ｑfn／Ｑb ) ・ηf 〕・・・(4) ηf : 捕集部材の捕集効率 添字ｎ＝１〜５ また、流量Ｑf1のときのトルクダウンＴ1 を前記のよう
にして求める。
【００２４】次にバイパス制御弁７の開度をＡ2 に変
え、捕集部材３を流れる流量がＱf2に変化したときのと
きのテールパイプからのＰＭ排出量ＴＰＭ2 とトルクダ
ウンＴ 2 とを求める。Ｑf1のときのトルクダウンＴ1 と
比較してＱf2のときのトルクダウンＴ2 は小さいため
(Ｑf1＞Ｑf2であるため) 、Ｔ1 とＴ2 との差 (Ｔ1 −
Ｔ 2 ) を求め、図10のＰＭ排出量マップよりＱf1時のト
ルクから (Ｔ1 −Ｔ2 ) を減算したトルク値のＰＭ排出
量ＰＭe2を求めた後、式(4) に従ってＴＰＭ2 を求め
る。
え、捕集部材３を流れる流量がＱf2に変化したときのと
きのテールパイプからのＰＭ排出量ＴＰＭ2 とトルクダ
ウンＴ 2 とを求める。Ｑf1のときのトルクダウンＴ1 と
比較してＱf2のときのトルクダウンＴ2 は小さいため
(Ｑf1＞Ｑf2であるため) 、Ｔ1 とＴ2 との差 (Ｔ1 −
Ｔ 2 ) を求め、図10のＰＭ排出量マップよりＱf1時のト
ルクから (Ｔ1 −Ｔ2 ) を減算したトルク値のＰＭ排出
量ＰＭe2を求めた後、式(4) に従ってＴＰＭ2 を求め
る。
【００２５】Ｑf3〜Ｑf5に対するＴＰＭ3 〜ＴＰＭ5 に
ついても同様にして求める。以上のようにして求めたＴ
ＰＭ1 〜ＴＰＭ5 の中から最も小さい値を持つＴＰＭn
を選択し、それに対応する流量Ｑfnになるようにバイパ
ス制御弁７を制御する。これにより、常にテールパイプ
からのＰＭ排出量を最小とするようにバイパス制御弁７
の開度を制御することができる。
ついても同様にして求める。以上のようにして求めたＴ
ＰＭ1 〜ＴＰＭ5 の中から最も小さい値を持つＴＰＭn
を選択し、それに対応する流量Ｑfnになるようにバイパ
ス制御弁７を制御する。これにより、常にテールパイプ
からのＰＭ排出量を最小とするようにバイパス制御弁７
の開度を制御することができる。
【００２６】かかる考えに基づいて実行される一連の制
御ルーチンを図11のフローチャートに従って説明する。
ステップ１では、機関回転速度Ｎを読み込む。ステップ
２では、レバー開度センサ９からの信号により、コント
ロールレバー開度θC/L を検出する。
御ルーチンを図11のフローチャートに従って説明する。
ステップ１では、機関回転速度Ｎを読み込む。ステップ
２では、レバー開度センサ９からの信号により、コント
ロールレバー開度θC/L を検出する。
【００２７】ステップ３では、現在捕集部材３を再生中
であるか否かを判定し、再生中でないときはステップ４
へ進み、再生中であるときはステップ13へ進む。ステッ
プ４では、定常運転か否かを判定し、定常運転のときは
ステップ５へ進み、非定常運転時はバイパス制御弁７の
開度を現状維持のままステップ10以降へ進んで再生開始
時期を判定して再生を開始させる処理を行う。
であるか否かを判定し、再生中でないときはステップ４
へ進み、再生中であるときはステップ13へ進む。ステッ
プ４では、定常運転か否かを判定し、定常運転のときは
ステップ５へ進み、非定常運転時はバイパス制御弁７の
開度を現状維持のままステップ10以降へ進んで再生開始
時期を判定して再生を開始させる処理を行う。
【００２８】ステップ５では、図４に示すＰＭ計算領域
検索マップから、現在の運転条件が計算領域であるか否
かを判定する。そして、非計算領域と判定されたときは
ステップ６へ進み、前述したように捕集部材３の圧損が
小さいので最大限に捕集部材３に排気を流すべく、バイ
パス制御弁７を全閉とした後、ステップ10へ進んで再生
開始時期判定へ移行する。また、計算領域と判定された
ときはステップ７以降へ進んでテールパイプからのＰＭ
排出量が最小となるバイパス制御弁７の開度を計算し、
バイパス制御弁７の開度を該ＰＭ排出量が最小となる開
度に制御する。
検索マップから、現在の運転条件が計算領域であるか否
かを判定する。そして、非計算領域と判定されたときは
ステップ６へ進み、前述したように捕集部材３の圧損が
小さいので最大限に捕集部材３に排気を流すべく、バイ
パス制御弁７を全閉とした後、ステップ10へ進んで再生
開始時期判定へ移行する。また、計算領域と判定された
ときはステップ７以降へ進んでテールパイプからのＰＭ
排出量が最小となるバイパス制御弁７の開度を計算し、
バイパス制御弁７の開度を該ＰＭ排出量が最小となる開
度に制御する。
【００２９】即ち、ステップ７では、ＴＰＭ1 〜ＴＰＭ
5 を前述した計算方法によって計算する。ステップ８で
は、ＴＰＭ1 〜ＴＰＭ5 を比較して、最小のＴＰＭn を
決定する。ステップ９では、前記最小のＴＰＭn に対応
するバイパス制御弁７の開度となるようにバイパス制御
弁７を駆動する。
5 を前述した計算方法によって計算する。ステップ８で
は、ＴＰＭ1 〜ＴＰＭ5 を比較して、最小のＴＰＭn を
決定する。ステップ９では、前記最小のＴＰＭn に対応
するバイパス制御弁７の開度となるようにバイパス制御
弁７を駆動する。
【００３０】このようにして、所定の条件でバイパス制
御弁７の開度を制御しつつ、ステップ10以降へ進んで再
生開始時期の判定を行う。ステップ10では、捕集部材３
の再生開始時期の計算を次のようにして行う。まず、機
関回転速度Ｎとコントロールレバー開度θC/L から図３
のＰＭ排出量検索マップよりＰＭ排出量 (排出速度) を
求め、計算周期により該周期毎のＰＭ量に変換し、積算
することによってＰＭ堆積量を求める。このとき捕集部
材３の捕集効率は、流量比によって異なるため、 (Ｑf
／Ｑe ) ×捕集効率ηf となり、したがって捕集部材３
へのＰＭ堆積量はΣ〔ＰＭ・ (Ｑf ／Ｑe ) ・ηf 〕で
求められる。
御弁７の開度を制御しつつ、ステップ10以降へ進んで再
生開始時期の判定を行う。ステップ10では、捕集部材３
の再生開始時期の計算を次のようにして行う。まず、機
関回転速度Ｎとコントロールレバー開度θC/L から図３
のＰＭ排出量検索マップよりＰＭ排出量 (排出速度) を
求め、計算周期により該周期毎のＰＭ量に変換し、積算
することによってＰＭ堆積量を求める。このとき捕集部
材３の捕集効率は、流量比によって異なるため、 (Ｑf
／Ｑe ) ×捕集効率ηf となり、したがって捕集部材３
へのＰＭ堆積量はΣ〔ＰＭ・ (Ｑf ／Ｑe ) ・ηf 〕で
求められる。
【００３１】ステップ11では、ステップ10では求めたＰ
Ｍ堆積量が捕集部材３の再生処理を要する所定値を超え
たか否かの判定を行い、所定値を超えたときに再生開始
時期と判断してステップ12へ進んで再生処理を開始す
る。ステップ12では、捕集部材３を再生する指令を発す
る。具体的には、ヒーター４への通電指令と、排気シャ
ット弁５の閉弁指令と、バイパス制御弁７を全開とする
制御指令を発する。これにより、排気は、バイパス通路
６のみに流れ、捕集部材３に堆積されたＰＭはヒーター
３で加熱されることにより燃焼除去され、捕集部材３が
再生される。
Ｍ堆積量が捕集部材３の再生処理を要する所定値を超え
たか否かの判定を行い、所定値を超えたときに再生開始
時期と判断してステップ12へ進んで再生処理を開始す
る。ステップ12では、捕集部材３を再生する指令を発す
る。具体的には、ヒーター４への通電指令と、排気シャ
ット弁５の閉弁指令と、バイパス制御弁７を全開とする
制御指令を発する。これにより、排気は、バイパス通路
６のみに流れ、捕集部材３に堆積されたＰＭはヒーター
３で加熱されることにより燃焼除去され、捕集部材３が
再生される。
【００３２】このようにして、捕集部材３の再生が開始
されると、前記ステップ３の判定がＹＥＳとなってステ
ップ13へ進み、再生終了時期の判定に移行する。ステッ
プ13では、再生開始からの経過時間を積算する。ステッ
プ14では、積算された再生時間が所定値に達したか否か
を判定し、達する前は、ステップ１に戻ってこのルーチ
ンを繰り返し、所定値に達した段階で、ステップ15へ進
み、再生終了処理を行う。具体的には、ヒーター４の通
電停止指令と、排気シャット弁５の開弁指令、バイパス
制御弁７を全閉とする制御指令を出力して再生を終了さ
せる。これにより、排気は略全量が捕集部材３に流れて
効率よくＰＭの捕集が再開される。
されると、前記ステップ３の判定がＹＥＳとなってステ
ップ13へ進み、再生終了時期の判定に移行する。ステッ
プ13では、再生開始からの経過時間を積算する。ステッ
プ14では、積算された再生時間が所定値に達したか否か
を判定し、達する前は、ステップ１に戻ってこのルーチ
ンを繰り返し、所定値に達した段階で、ステップ15へ進
み、再生終了処理を行う。具体的には、ヒーター４の通
電停止指令と、排気シャット弁５の開弁指令、バイパス
制御弁７を全閉とする制御指令を出力して再生を終了さ
せる。これにより、排気は略全量が捕集部材３に流れて
効率よくＰＭの捕集が再開される。
【００３３】ステップ16では、再生時間の積算カウント
値をクリアして次回の再生終了時期判定に備える。この
ように、バイパス制御弁７の開度を適宜変更することに
より、最終的にテールパイプから排出されるＰＭ量を常
に最小に近い状態に保持することができる。
値をクリアして次回の再生終了時期判定に備える。この
ように、バイパス制御弁７の開度を適宜変更することに
より、最終的にテールパイプから排出されるＰＭ量を常
に最小に近い状態に保持することができる。
【００３４】次に、第２の実施例について説明する。本
実施例では、機関回転速度Ｎ，コントロールレバー開度
θC/L に応じてテールパイプからのＰＭ排出量を最小と
する最適バイパス制御弁開度検索用のマップ(図12参照)
と、再生開始時期計算のため求められる捕集部材３の
ＰＭ堆積量に基づいて前記最適バイパス制御弁開度の補
正用マップ (図13参照) とを備え、捕集部材３へのＰＭ
堆積量が０である場合を基準として設定された最適バイ
パス制御弁開度を、ＰＭ堆積量で補正して制御を行うも
のである。
実施例では、機関回転速度Ｎ，コントロールレバー開度
θC/L に応じてテールパイプからのＰＭ排出量を最小と
する最適バイパス制御弁開度検索用のマップ(図12参照)
と、再生開始時期計算のため求められる捕集部材３の
ＰＭ堆積量に基づいて前記最適バイパス制御弁開度の補
正用マップ (図13参照) とを備え、捕集部材３へのＰＭ
堆積量が０である場合を基準として設定された最適バイ
パス制御弁開度を、ＰＭ堆積量で補正して制御を行うも
のである。
【００３５】本実施例の制御動作を図14に示したフロー
チャートに従って説明する。ステップ21〜ステップ23に
ついては、前記図11のステップ１〜ステップ３と同様で
ある。ステップ23の判定で再生中でないと判定された場
合は、ステップ24へ進み、図12に示した特性マップから
最適バイパス制御弁開度ＡBESTを求める。
チャートに従って説明する。ステップ21〜ステップ23に
ついては、前記図11のステップ１〜ステップ３と同様で
ある。ステップ23の判定で再生中でないと判定された場
合は、ステップ24へ進み、図12に示した特性マップから
最適バイパス制御弁開度ＡBESTを求める。
【００３６】次にステップ25で、図13に示した特性マッ
プから補正係数ｋを検索し、前記最適バイパス制御弁開
度ＡBESTに乗じて補正する。ステップ26では、バイパス
制御弁７を前記補正された最適バイパス制御弁開度にな
るようにバイパス制御弁７を駆動する。ステップ27〜ス
テップ33では、前記ステップ10〜ステップ16と同様にし
て再生開始時期を計算し、再生開始時期に再生処理を開
始させ、再生終了時期を判定して再生処理をさせる。
プから補正係数ｋを検索し、前記最適バイパス制御弁開
度ＡBESTに乗じて補正する。ステップ26では、バイパス
制御弁７を前記補正された最適バイパス制御弁開度にな
るようにバイパス制御弁７を駆動する。ステップ27〜ス
テップ33では、前記ステップ10〜ステップ16と同様にし
て再生開始時期を計算し、再生開始時期に再生処理を開
始させ、再生終了時期を判定して再生処理をさせる。
【００３７】本実施例では、予め計算若しくは実験で得
られた最適バイパス制御弁開度をマップで持っているた
め、第１の実施例のように段階的に計算を行って求める
方法に比較して精度の良い制御が行える。尚、前記第１
の実施例ではステップ７，ステップ８の機能、また第２
の実施例ではメモリに記憶される図12，図13の特性マッ
プとステップ24，ステップ25の検索機能とが流量比選択
手段を構成する。
られた最適バイパス制御弁開度をマップで持っているた
め、第１の実施例のように段階的に計算を行って求める
方法に比較して精度の良い制御が行える。尚、前記第１
の実施例ではステップ７，ステップ８の機能、また第２
の実施例ではメモリに記憶される図12，図13の特性マッ
プとステップ24，ステップ25の検索機能とが流量比選択
手段を構成する。
【００３８】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、捕集部材とバイパス通路とを流れる排気の流量比を
最適に制御することにより、大気中に排出される排気微
粒子の量を最小限に低減することができる。
ば、捕集部材とバイパス通路とを流れる排気の流量比を
最適に制御することにより、大気中に排出される排気微
粒子の量を最小限に低減することができる。
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例のハードウエア構成を示す図。
【図３】同上実施例に用いるＰＭ排出量の特性マップ
図。
図。
【図４】同じくＰＭ排出量の計算領域と比計算領域を示
す図。
す図。
【図５】同じく排気流量の特性マップ図。
【図６】同じく流量係数の特性マップ図。
【図７】同じく流体密度の特性マップ図。
【図８】同じく有効開口面積の特性マップ図。
【図９】同じく出力ダウン特性の特性マップ図。
【図10】同じくＰＭ排出量の特性マップ図。
【図11】同じく制御動作を示すフローチャート。
【図12】第２の実施例に用いる最適バイパス制御弁開度
の特性マップ図。
の特性マップ図。
【図13】同じく最適バイパス制御弁開度の補正係数の特
性マップ図。
性マップ図。
【図14】同じく制御動作を示すフローチャート。
１ 機関本体 ２ 排気通路 ３ 捕集部材 ６ バイパス通路 ７ バイパス制御弁 ８ 回転速度センサ ９ レバー開度センサ 10 コントロールユニット 12 バイパス制御弁駆動装置
Claims (1)
- 【請求項１】 排気通路の途中を排気微粒子を捕集する
捕集部材を介装した通路と該通路をバイパスするバイパ
ス通路とに分岐して構成し、捕集部材とバイパス通路と
に流れる排気の流量比を可変に制御する流量比制御手段
を備えてなるディーゼル機関の排気浄化装置において、 機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、 検出された機関運転状態の下で前記流量比を変化させた
場合に捕集部材の圧力損失の変化に応じて変化するトル
ク損失に対し、該トルク損失分を差し引いた出力トルク
を一定に保持するように各流量比に対する運転状態を各
々想定し、該想定された運転状態の中で大気中への排気
微粒子の排出量が最小となる運転状態に対応する流量比
を前記流量比制御手段で制御される流量比として選択す
る流量比選択手段と、 を含んで構成されたことを特徴とするディーゼル機関の
排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5227333A JPH0783023A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | ディーゼル機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5227333A JPH0783023A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | ディーゼル機関の排気浄化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0783023A true JPH0783023A (ja) | 1995-03-28 |
Family
ID=16859169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5227333A Pending JPH0783023A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | ディーゼル機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783023A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002505402A (ja) * | 1998-03-06 | 2002-02-19 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | 排出制御における改良 |
| JP2007524029A (ja) * | 2003-11-06 | 2007-08-23 | インターナショナル エンジン インテレクチュアル プロパティー カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 触媒付きディーゼルパーティキュレートフィルタのための煤煙焼却制御方法 |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP5227333A patent/JPH0783023A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002505402A (ja) * | 1998-03-06 | 2002-02-19 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | 排出制御における改良 |
| JP4659981B2 (ja) * | 1998-03-06 | 2011-03-30 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | 排出制御における改良 |
| JP2007524029A (ja) * | 2003-11-06 | 2007-08-23 | インターナショナル エンジン インテレクチュアル プロパティー カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 触媒付きディーゼルパーティキュレートフィルタのための煤煙焼却制御方法 |
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