JPS59134315A - 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−ナ−の制御装置 - Google Patents

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−ナ−の制御装置

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JPS59134315A
JPS59134315A JP58008659A JP865983A JPS59134315A JP S59134315 A JPS59134315 A JP S59134315A JP 58008659 A JP58008659 A JP 58008659A JP 865983 A JP865983 A JP 865983A JP S59134315 A JPS59134315 A JP S59134315A
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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】 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
微粒子捕集用トラッ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ップを設けて排気中の
カーボンを主成分とする微粒子(パーティキュレート)
を捕集するものであり、また、トラップに捕集された微
粒子を焼却するトラップ再生用バーナーが備えられ、ト
ラップの入口側圧力と出口側圧力とに基づいてこれらの
差圧からトラッ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
させるようになっている。
しかしながら、このような従来のトラップ再生用バーナ
ーの制御装置にあっては、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
になっていたため、次のような問題点があった。
すなわち、排気微粒子を燃焼させるためにはトラップ入
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G玉、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って十分な再生
が行えないことがあり、また、燃料が過多となって温度
の過度の上昇によるトラッ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った。
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、トラップ入口側温度を適
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、トランプ入口側温度を約600°Cに保つため
には回転速度(排気ガス量)及び負荷(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、
トラップ入口側温度は気温、気象条件によって影響を受
けることに着目し、燃料供給量をトラップ入口側温度に
よって補正する。
このため、本発明では、バーナーの下流でトラップの排
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、トラッ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増大させ、同温度が
所定の上限値以上のときにバーナーへの燃料供給量を減
少させる手段を設けた。
また、再生中にトラップ入口側温度によって燃料供給量
の補正を行って1−ラン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「リング
時)気温が高いような場合には、トラップ自身の温度が
異品に上昇し、l・ランプが溶損する危険があるので、
このためには、トラッ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、トラップの排気出
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、トラッ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、ディーゼルエンジンの排気通路1の途
中にトラップケース2が介装され、このトラップケース
2内には緩ih材3を介してハニカム式のトラップ4が
装着される。この1−ラップ4は、ハニカムの穴のうし
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
トラップケース2内のトラップ4上流にはトラップ再生
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内にあって火炎噴出ロアa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の火炎噴出ロアa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(フュエル
インジェクタ)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によって
燃料(エンジン用燃料と同一で例えば軽油)が導かれる
ようになっている。また、混合気導管8の途中にはエア
ポンプ13の吐出口13 b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とをつなぐように
なっている。
したがって、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って行われる。
燃料ポンプ12はバッテリ15から密閉のリレー16を
介して通電されるようになっており、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って閉結され
るようになっている。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って直
接駆動されるようになっている。
更に、グロープラグ9はバッテリ15から常開のリレー
17を介して通電されるようになっており、このリレー
17は制御装置25からの信号電流によって閉結される
ようになっている。
ここにおいて、トラップ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+18が設けられ、トラップ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
ンショメータ式としである。そして、これらの圧力セン
サ18.19の出力電圧VP +、VP 2は制御装置
25に入力されるようになっている。
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20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222と連動して回動するポテン
ショ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
っている。
更に、トラップ4への排気入口部(バーナー5下流)に
入口側温度TI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VT+は制御装
置25に入力されるようになっている。
制御装置25は、入口側圧力センナ1日の出力電圧VP
+と出口側圧力センサ19の出力電圧VP2とから(V
P + −VP 2)/VP +を演算し、これが所定
値以上になったときに、限界捕集量に達して再生時期に
なったと判断し、バーナー5用の各装置、ずなわちグロ
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っている。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−ζ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VTIに基づい“ζ、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っ
ている。
尚、制御装置25にはバッテリ15からエンジンキース
イッチ26を介してバ・7テリ電圧vbが印加されるよ
うになっている。
第2図には制御装置25のマイクロコンピュータを用い
た具体的構成例を示す。
CPU31、メモリー32及びインタフェース用のPI
O(ペリフェラルl10)33の他、入力端には、アナ
ログデータをディ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+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■P+、
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2I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VT+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、PI033を介して、マルチプレクザ3
5へのチャンネル指示、A/D変換器34へのスター1
−指示を行い、A/D変換器34からの変換終了を示ず
E OC(End of Convert)信号を受け
た後、ディジタル変換されたデータを入力させるように
なっている。
そして、CPU31は、第3図のフローチャートに基づ
くプログラムに従って動作するようになっている。この
フローチャートについては後述する。
出力側には、CPU31からP4O10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
るためのスイッチ回路37.38.39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(デエーティ制御)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)41はPI
033を介しての出力指令により開いて三角波発振器4
0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
値のディジク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。
ハニカム式のトラップ4は層流型流量針の特徴があり、
排気微粒子の捕集量(流路抵抗)を一定とすれば、トラ
ップ入口側圧力P1 (カス量に比例)と、入口側圧力
P1と出口側圧力P2との差PI  P2とは直線比例
し、これらの比率(Pl−P2)/PIは一定となる。
勿論、捕集量の増大に伴ってその比率は増大する したがって、制御装置25は、入口側圧力センサ18の
出力電圧VP+と出口側圧力センサ19の出力電圧VP
2とから、(VP + −VP 2) 、”vp 1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ったか否かを判定する。これ
がフローチャートの81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
ャートに従って、グロープラグ9、空気供給用三方弁1
4、燃料ポンプ12及び燃料噴射弁10を作動させる。
フローチャートでみれば、先ず、S2へ進んで、スイッ
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)ディレィする。
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、スイッチ回路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、スイッチ回路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を開くことによって燃料噴射弁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)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
PTO33より8ピッ1−のディジタル値として後述す
る如く出力され、D/A変換器42によってアナログ電
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(スライスレヘル)と三角波とを比較
器43で比較すると、アナログ電圧によってパルス幅の
制御された信号が得られ(タイムチャート参照)、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
その火炎噴出ロアa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ップ4
内を通過することにより、トラップ4に捕集されている
微粒子が排気中の余剰酸素によって燃焼し、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って駆動され
、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、人口側温度のレベル
とは無関係に、燃料噴射量の基本制御値を増量補正し゛
ζ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。
これがフローチャートのS4に続<35と86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ックアップされる)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。
従っ−ζ、燃料噴射開始から一定時間経過した段階で、
フローチャートの56から87へ進み、再生タイマーを
スタートさせた後に、次の88以降で入口側温度センサ
23の出力電圧VT+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
っている。このとき、グロープラグ9の作動制御も行う
ようになっている。
入口側温度T1が500℃以下の場合は、フローチャー
トの88での判定(T + > 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310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、Sllでこの
500°C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°Cを越えるが550℃以下の
場合は、フローチャートの38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313での判定(T’s>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、318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℃以上の場合は、フロー
チャートの38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313で
の判定により315へ進み、315での判定(T + 
< 650℃か否か)によりSi2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、Si2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、フローチャートの38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313及び315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、315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VT’+を検定することにより、入口側温度TIが所
定の下限値(550℃)以下の場合は、入口側塩度TI
のレベルに見合って(500°C以下か500〜550
°C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
のレベルに見合っ−ζグロープラグ9をオンオフ制御す
る。また、入口側温度T+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、トラップ人口側温度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、フローチャートの3
18での判定によりループから脱出する。
このとき、S20でスイッチ回路39をオフし、リレー
16を介して燃料ポンプI2を非作動にし、また同時に
ゲー1−41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521で一定時間
(30秒)ディレィした後、322でスイッチ回路38
をオフにして空気供給用三方弁I4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、フローチャートの311で500℃以
下の状態が20秒継続したことが判定された場合は、3
19へ進んでグロープラグ9をオフにした後、直ぢに3
20へ進んで燃料の供給を停止し、S21でディレィし
た後、322で空気の供給を停止する。
このようにしたのは、再生中にトラップ入口側温度T1
が所定時間内に所定の下限値(500’c)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、再度リスフートさせるため
である。
第5図及び第6図には本発明の第2の実施例を示ず。
この実施例は、トランプ出口側温度を監視して、トラッ
プ出口側温度が所定の上限値(850’C)以上となっ
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、トラッ
プ4からの排気出口部に出口側温度T 2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のハードウェア構成は、第2図と全く同様
であり、第2図に破線で示しであるように入力信号のみ
増加する。
第6図のフローチャートの主たる変更点はS30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、i” 2 < 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
間抜空気の供給を停止する。
その他、入口側温度]゛1に対して燃料噴射弁10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′FIが500
°C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6
20 ’c以上の5段階に分けて制御する。
コノうち、540°C以下と540〜560 ’Cの場
合(ずなわら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(S3り) 、540〜560 ’c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(S37)。
また、560〜580℃の場合は、グロープラグ9をオ
フ(338)にするが、基本制御値を1.1倍(S39
)1.、て出力する。
目標値600°Cを含む580〜620′c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( 341 )。
以上説明したように本発明によれば、トラップ入口側温
度に応じてバーナーへの燃料供給量を制御することによ
り、トラッ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、トラップ出口側温度
をも監視することにより、トラッ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ュータを用い
た場合の具体的構成例を示すブロック図、第3図は同上
のフローチャート、第4図は同上のタイムチャート、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
上のフローチャートである。 ■・・・排気通路  4・・・トラップ  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  1
0・・・燃料噴射弁  12・・・燃料ポンプ  13
・・・エアポンプ14・・・三方弁  I8・・・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  2
3・・・入口側温度センサ  24・・・出口側温度セ
ンサ  25・・・制御装置特許出願人  日産自動車
株式会社 代理人  弁理士 笹 島 冨二雄

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)排気通路に設けられて排気中の微粒子を捕集する
    トラップと、トラップに捕集された微粒子を焼却するた
    めのトラップ再生用バーナーと、トラップにおける微粒
    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ッ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、トラップ入口側
    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
    量を増大させ、トラッ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
    用トラップの再生用バーナーの制御装置。
  2. (2)排気通路に設けられて排気中の微粒子を捕集する
    トラップと、トラップに捕集された微粒子を焼却するだ
    めのトラップ再生用バーナーと、]・ランプにおける微
    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ップの排気人口部と出口部とに
    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、人口側温度センサからの信号に基
    づいて、トラップ人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増大させ、トラップ入口側
    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、トランプ出口側温度が所定の上限値以上のと
    きに、トラッ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ップの再生用バーナーの制
    御装置。
JP58008659A 1983-01-10 1983-01-24 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−ナ−の制御装置 Granted JPS59134315A (ja)

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US06/569,483 US4567725A (en) 1983-01-10 1984-01-09 Trap regenerative device control apparatus

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JPH0337005B2 JPH0337005B2 (ja) 1991-06-04

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