WO2011096099A1

WO2011096099A1 - エンジンの排気圧損の演算装置

Info

Publication number: WO2011096099A1
Application number: PCT/JP2010/059940
Authority: WO
Inventors: 和成井手; 知秀山田; 山田　哲; 和樹西澤
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-08-11
Also published as: EP2444608A4; JP5337069B2; KR101326432B1; US20120192635A1; EP2444608A1; EP2444608B1; JP2011163186A; KR20120024960A; US8596115B2

Abstract

エンジンの運転状態に応じて時々刻々変化する排気圧損を、直接制御に用いることができる補正排気圧損に補正する補正排気圧損演算装置を提供することが課題である。本発明は、前記排気ガスの質量流量と前記基準条件における排気ガスの質量流量との関係と、前記排気ガスの温度と前記基準条件における排気ガスの温度との関係と、前記排気圧力と前記基準条件における排気圧力との関係と、前記排気ガスの温度条件における排気ガスの粘性係数と前記基準条件における粘性ガスの粘性係数との関係とから、前記排気ガスの圧力を、前記基準条件における排気圧損である補正排気圧損に換算する。

Description

エンジンの排気圧損の演算装置

　本発明は、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタを排気通路に備えたエンジンの排気圧損の演算装置に関するものである。

　エンジンから排出される排気ガスを浄化処理するために、排気通路上にＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）を設ける技術が知られている。このような、ＤＰＦを排気通路上に設ける技術においては、ＤＰＦで排気ガス中の微粒子（ＰＭ）であるスス（ｓｏｏｔ）を捕集している。

　ＤＰＦを排気通路上に設ける場合、ＤＰＦで捕集したｓｏｏｔはＤＰＦに堆積する。ＤＰＦへのｓｏｏｔの堆積量が増大すると、排気圧損が増大し、エンジンの吸入空気量が低下する。

　このときに、例えば排気の一部を給気側に還元するＥＧＲに関して、ＥＧＲ制御の目標信号（空気過剰率、酸素過剰率、給気流量など）を一定値に保持したまま制御すると、ＥＧＲ制御弁が閉じ側に制御されてＥＧＲガス量が減り、ＥＧＲによる排気中の有害物質低減効果を減じてしまうという問題が生じる。
　従って、排気圧損の増減に応じてきめ細やかな制御が必要となる。

　排気圧損の増減に応じた制御の例として、特許文献１に開示された技術がある。これは、ＤＰＦ前後差圧と排ガス量の関係からＤＰＦ圧損の状態を判定し、該判定の結果に基づき圧損が設定値よりも大きい場合にはＤＰＦの再生処理を実施するものである。また、ＤＰＦ前後差圧がＤＰＦ再生処理を行うほど大きくはない場合には、燃料噴射量の上限を増量側に変更し、これによりＤＰＦへのｓｏｏｔ堆積による排気圧損上昇で低下するエンジントルクを補うものである。但し、排気圧損上昇により排気温度が制限値以上となる場合には燃料噴射量を減量側に補正して排気温度を制限値以下としている。

　また、別の排気圧損の増減に応じた制御の例として、特許文献２に開示された技術がある。これは、排気マニホールド圧が限界圧を越えるときに、エンジンの吸入空気量を制限するものであり、該排気マニホールド圧をＤＰＦ圧損やＤＰＦ差圧に基づいて算出するものである。また、ＤＰＦ差圧と限界地の比較に基づいて前記吸入空気量を制限するものである。さらに、前記エンジン吸入空気量を制限するとともに、燃料噴射量をも制限するものである。

特許第３８５６１１８号公報特開２００７－４０２６９号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、排気流量とフィルタ圧力損失から再生開始判定値を求め、実際のフィルタ圧力損失と比較して補正制御Ｏｎ／Ｏｆｆを判断しているが、排気流量変化とフィルタ圧力損失変化の間にはセンサ応答の違いや、流量と変化に対する圧力応答遅れもあり、そのまま補正制御Ｏｎ／Ｏｆｆを評価することは好ましくない。また、圧力損失の増減をフィルタ部の圧力損失だけで評価しており、フィルタ前後の配管部分の圧力損失を評価していないため、圧力損失の面で正確に評価できているとはいえない。

　また、特許文献２に開示された技術においては、排気流量を考慮していないため、得られた排気マニホールド圧は、エンジンの運転状態による影響を強く受けてしまう。この場合、得られた排気マニホールド圧を、吸気量（過給圧）、燃料噴射量制限のＯｎ／Ｏｆｆの判断に使用する分には問題ないが、噴射タイミングや噴射圧力等の補正制御に使用することは難しい。

　特許文献１、２に係る技術から、排気圧損はエンジンの運転状態に応じて時々刻々変化するため、排気圧損を計測してもそれを直接制御に用いることが難しいといえる。

　上記課題を解決するため本発明においては、エンジンの運転状態に応じて時々刻々変化する排気圧損を、直接制御に用いることができる基準条件における排気圧損である補正排気圧損に補正することができるエンジンの排気圧損の演算装置を提供することを目的とする。

　上記の課題を解決するために、本発明においては、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタを排気通路に備えたエンジンと、前記排気通路での所定の基準条件における圧損である補正排気圧損を演算する演算手段とを有するエンジンの排気圧損の演算装置であって、前記排気通路中の排気圧力を測定する排気圧測定手段と、前記排気通路中の排気ガスの質量流量を測定する排ガス質量流量測定手段と、前記排気通路中の排気ガスの温度を測定する排ガス温度測定手段と、を有し、前記演算手段は、前記排気ガスの質量流量と前記基準条件における排気ガスの質量流量との関係と、前記排気ガスの温度と前記基準条件における排気ガスの温度との関係と、前記排気圧力と前記基準条件における排気圧力との関係と、前記排気ガスの温度条件における排気ガスの粘性係数と前記基準条件における粘性ガスの粘性係数との関係とから、前記排気ガスの圧力を、前記基準条件における圧損である補正排気圧損に換算するものであることを特徴とする。

　これにより、排気圧損を所定の基準条件における排気圧損である補正排気圧損に換算することができる。該補正排気圧損は、圧力損失の増減を前記フィルタの圧力損失だけでなく、フィルタ前後の配管部分の圧力損失をも評価しており、圧力損失の面で正確に評価できているといえる。また、前記所定の基準条件における圧損である補正排気圧損はエンジンの運転状態における影響を受けない。

　該補正排気圧損を用いることで、ＥＧＲ制御や燃料噴射制御（例えばコモンレール圧制御、燃料噴射タイミング制御、燃料噴射段数制御）を精度よく実施することが可能となる。また、排気圧損の著しい上昇はエンジン性能低下や、燃費低下に繋がるため、ＤＰＦ再生開始トリガ発生の判断や、ＤＰＦへの微粒子の堆積過大の警報発生の判断などに前記補正排気圧損を使用すると、前記各判断を精度よく行うことができる。

　また、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタを排気通路に備えたエンジンと、前記排気通路での所定の基準条件における圧損である補正排気圧損を演算する演算手段とを有するエンジンの排気圧損の演算装置であって、前記排気通路中の排気ガスの質量流量を測定する排ガス質量流量測定手段を設けるとともに、前記排気通路を少なくとも前記フィルタ、前記フィルタの上流側、前記フィルタの下流側の３箇所以上に分割し、各分割箇所について、前記分割箇所の前後差圧を測定する分割箇所差圧測定手段と、前記排気通路中の排気ガスの温度を測定する排ガス温度測定手段と、を設け、前記演算手段は、前記各分割箇所について、前記排気ガスの質量流量と前記基準条件における排気ガスの質量流量との関係と、前記排気ガスの温度と前記基準条件における排気ガスの温度との関係と、前記前後差圧と前記基準条件における前後差圧との関係と、前記排気ガスの温度条件における排気ガスの粘性係数と前記基準条件における粘性ガスの粘性係数との関係とから、前記前後差圧を、前記基準条件における前後差圧である補正差圧に換算し、前記各分割箇所における補正差圧を加算して、前記基準条件における圧損である補正排気圧損を算出するものであることを特徴とする。

　これにより、前記フィルタの代表的な例であるＤＰＦを有するエンジンシステムにおいて一般的なセンサ構成でも、所定の基準条件における圧損である補正排気圧損を求めることが可能である。従って、既存のＤＰＦを有するエンジンシステムに、新規のセンサを追加することなく、本発明の技術を適用することが可能となる。

　また、前記排気通路上に、前記フィルタと、該フィルタの上流側に配設されフィルタの温度を上昇させるための酸化触媒と、を含む排気浄化装置が配され、前記排気通路を、前記排気浄化装置の上流側、前記排気浄化装置の入口部、前記酸化触媒、前記フィルタ、前記排気浄化装置の出口部、前記排気浄化装置の下流側の６箇所に分割して、該６箇所夫々について前記補正差圧を算出し、前記補正排気圧損を算出するとよい。

　これにより、一般的な酸化触媒とフィルタからなる排気浄化装置を有する場合であっても、既存のセンサを使用し新たなセンサを追加することなく本発明の適用が可能である。従って既存の設備を改造して、本発明を適用することが簡単である。

　また、前記演算手段は、一定の周期で繰り返し前記補正排気圧損を演算するものであるとともに、１周期前の演算結果を保持するものであって、前記フィルタの前後差圧が、所定の閾値より小さい場合に、前記演算を実施せずに前記１周期前の演算結果を補正排気圧損とするものであることを特徴とする。

　前記フィルタの前後差圧が所定の閾値よりも小さな前記補正排気圧損の精度が得られ難い条件においては、補正排気圧損を求める演算を行わずに１周期前の演算結果を採用することで、補正排気圧損の精度が得られ難い条件で演算を実施して演算結果が悪化することを防止することができる。
　また、エンジン停止時にも前記演算結果を保持しておくことで、エンジン再始動直後であって低排ガス流量となった場合でも適切な補正排気圧損を得ることができる。

　本発明によれば、エンジンの運転状態に応じて時々刻々変化する排気圧損を、直接制御に用いることができる基準条件における排気圧損である補正排気圧損に補正することができるエンジンの排気圧損の演算装置を提供することができる。

実施例１に係るエンジン周辺の構成図である。温度と空気の粘性係数の関係を示したグラフである。実施例１における演算処理に係るフローチャートである。ＤＰＦに堆積したＰＭと排出されるＮＯ_ｘの関係を示したグラフである。給気の内訳を示す概念図である。実施例２に係るエンジン周辺の構成図である。実施例２における演算処理に係るフローチャートである。実施例３における補正ＤＰＦ差圧演算の手法を示すフローチャートである。

　以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

　図１は、実施例１に係るエンジン周辺の構成図である。
　エンジン２には、給気通路４が接続されるとともに、排気通路８が接続されている。
　給気通路４には、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａが設けられている。コンプレッサ１６ａは後述するタービン１６ｂに同軸駆動されるものである。給気通路４のコンプレッサ１６ａよりも下流側には、給気通路４を流れる給気と大気で熱交換を行うインタークーラ６が設けられている。

　排気通路８には、ターボチャージャ１６のタービン１６ｂが設けられている。タービン１６ｂは、エンジン２からの排気ガスにより駆動されるものである。また、排気通路８には、排気の一部（ＥＧＲガス）を給気側へ再循環させるＥＧＲ通路１０が接続されている。ＥＧＲ通路１０には、ＥＧＲ通路１０を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁１４が設けられている。

　排気通路８のタービン１６ｂよりも下流側には、排気の後処理をする排気浄化装置２０が設けられている。排気浄化装置２０は、酸化触媒の作用により排ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を無害化するとともに排ガス中のＮＯをＮＯ_２に酸化して、ＤＰＦ２４で捕集されたススを燃焼除去する機能や、ＤＰＦ２４に捕集されたススを強制再生する場合に排気ガス中の未燃成分の酸化反応熱により排気ガス温度を上昇させる機能を有するＤＯＣ（酸化触媒）２２、及びＤＯＣ２２の下流側に設けられ、排気ガス中の微粒子（ＰＭ）であるスス（ｓｏｏｔ）を捕集するＤＰＦ２４を含んでいる。さらに、排気浄化装置２０は、ＤＯＣ２２の入口温度を検知するＤＯＣ入口温度センサ２８ｃ、及びそれぞれＤＰＦの入口温度、出口温度を検知するＤＰＦ入口温度センサ２８ａ、ＤＰＦ出口温度センサ２８ｂが設けられている。また、ＤＰＦ２４の出入口の差圧を検知するＤＰＦ差圧センサ２６が設けられている。さらに、それぞれ、ＤＰＦ２４の入口、ＤＰＦ２４の出口、ＤＯＣ２２の入口、排気浄化装置２０の入口、排気浄化装置出口の圧力を検知する圧力センサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅが設けられている。

　また、排気通路８のタービン１６ｂの出口には、タービン出口の排気圧を検知する排気圧センサ３２と、タービン出口の排ガス温度を検知する排ガス温度センサ３４が設けられている。

　また、本発明に特徴的な構成として、後述する補正排気圧損を計算する演算器５０が設けられている。また、５１はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）である。

　演算器５０及びＥＣＵ５１における演算処理及び制御について説明する。
　図３は、実施例１における演算処理に係るフローチャートである。
　処理が開始される、即ちエンジンが起動すると、ステップＳ１に進む。

　ステップＳ１では、演算器５０に各センサの値が取り込まれる。
　ステップＳ１にて読み込むセンサ値は、圧力センサ３２で検知される排気圧、温度センサ３４で検知されるタービン出口の排ガス温度、及び吸気の質量流量並びにエンジン２への燃料噴射量である。前記吸気の質量流量及び燃料噴射量は、通常ＥＣＵ５１によって制御されているため、ＥＣＵ５１が保持しているデータを読み込むようにするとよい。また、吸気の質量流量及び燃料噴射量を検知する検知手段を設けてもよい。

　ステップＳ１が終了すると、ステップＳ２に進む。
　ステップＳ２では、排気ガス質量流量を演算する。排気ガス質量流量は、前記吸気の質量流量及び燃料噴射量を加算して算出する。

　ステップＳ２が終了するとステップＳ３に進む。
　ステップＳ３では、排ガス粘度補正係数を計算する。ここで、排ガス粘度補正係数とは後述する基準条件における排ガスの粘性係数を、排ガスの粘性係数で除したものである。

　図２は、温度と空気の粘性係数の関係を示したグラフである。図２において縦軸は空気の粘性係数［μＰａ・ｓ］、横軸は温度［Ｋ］を示している。図２に示したように、温度と空気の粘性係数との間には相関関係がある。
　また、排気ガスの成分は大部分が空気であり、その粘性係数は空気と近似できる。従って、排ガスの温度が分かれば、図２に示したような空気の粘性係数と温度の関係を用いて、排ガスの粘性係数を求めることができる。
　そこで、ステップＳ３においては、温度センサ３４で検知されるタービン出口の排ガス温度を用いて排気ガスの粘性係数を求め、後述する基準条件における温度から基準条件における排気ガスの粘性係数を求め、基準条件における排ガスの粘性係数を、排ガスの粘性係数で除することで、排ガス粘度補正係数を算出する。

　ステップＳ３が終了するとステップＳ４に進む。
　ステップＳ４では、所定の基準条件における排気圧損である補正排気圧損を算出する。ここで基準条件とは、所定の温度、圧力である状態をいい例えば標準状態（２５℃、１ａｔｍ）などを採用することができる。

　補正排気圧損Ｐ_{ｅｘ，ａｄｊ}は以下の（１）式で算出することができる。

　（１）式において、ｇ_ｅｘは排ガス質量流量［ｇ／ｓｅｃ］であって図３に示したフローチャートにおいてステップＳ２で算出したもの、ｇ_ｅｘｓは基準条件における排ガス質量流量［ｇ／ｓｅｃ］、Ｋ_０は標準温度であって２７３．１５Ｋ、Ｐ_ｅｘは排気圧力［ｋＰａ］、Ｐ_０は標準圧力であって１０１．３２５ｋＰａ、Ｔ_ｂは基準条件における排ガス温度［℃］、Ｐ_ｂは基準条件における排気圧力［ｋＰａ］、ηは排ガスの粘度係数［μＰａ・ｓ］、η_ｂは基準条件における排ガスの粘度係数［μＰａ・ｓ］であり、η_ｂ／ηは図３におけるステップＳ３で求めた排ガス粘度補正係数である。

　（１）式によれば、排気圧損の影響するガス流量は体積流量［ｍ^３／ｓ］であるので、質量流量に対して温度、圧力を考慮した補正を行い、さらに排ガスの粘性係数の補正をかけて補正排気圧損を求めることで、正確に基準条件における補正排気圧損を求めることができる。
　本実施例のように過給気付きのエンジンの場合には、過給気のタービン出口における補正排気圧損を求める。

　なお、流量、温度、圧力を検知する各センサの応答の違いにより、（１）式によって得られた補正排気圧損をそのまま制御に用いることが難しい場合には、デジタルフィルタ（移動平均、一次遅れのフィルタ、高次のローパスフィルタなど）処理後の信号を最終的な補正排気圧損とするとよい。

　ステップＳ４が終了すると、ステップＳ５～ステップＳ９に進む。
　ステップＳ５～ステップＳ９は補正排気圧損の使用例を示しており、全てを実施する必要はなく、またステップＳ５～ステップＳ９の順に実施する必要もない。

　ステップＳ５においては、補正排気圧損に基づいてＥＧＲ量の制御目標を決定する。これによりＤＰＦへの排気微粒子の滞留に関わらず、ＥＧＲ（排ガス再循環）が有する窒素酸化物低減効果が得られる。

　図４はＤＰＦに堆積した微粒子（ＰＭ）と排出される窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の関係を示したグラフであり、排気圧損が小さい場合と大きい場合について示している。また、図５は、給気の内訳を示す概念図である。

　図５（ａ）においては、排気圧が上昇した場合にはＥＧＲガス量を減らして新気量を増やすことで、酸素過剰率を目標の酸素過剰率に保つように制御しており、図４における◎→■に示した制御である。この場合、スモーク発生量は一定に保つことができるが、酸素濃度が増加するためＮＯ_Ｘ排出が増大する。

　図５（ｂ）においては、排気圧が上昇した場合には給気ガス（新気＋ＥＧＲガス）量に対する新気ガス、ＥＧＲガスの割合が一定となるように制御しており、図４における◎→▲に示した制御である。この場合、ＮＯ_Ｘ排出量は一定に保つことができるが、酸素量が減るためＤＰＦに堆積するＰＭ量が増加する。

　補正排気圧損を用いることで、排気圧損の評価を正確に行うことができるため、このようなＥＧＲに関する制御を精度よく実施することができる。

　また、ステップＳ６においては、コモンレール燃料噴射システムに対して補正制御指令を与えることで、排気圧損上昇に起因した排気ガス中有害物質増加を抑制することができる。前記補正制御として、例えば、レール圧アップによるスモーク抑制、噴射タイミング遅延によるＮＯ_ｘ低減が挙げられる。
　なお、コモンレール燃料噴射システムとは、燃料をエンジンのシリンダーに噴射する前にコモンレールと称される筒状容器の中に超高圧で貯めておき、コンピューター制御で噴射するものである。

　また、ステップＳ７においては、排気圧損上昇による燃費低下が引き起こす最大出力低下を抑制することができる。

　また、ステップＳ８、ステップＳ９においては、排気圧損の著しい上昇はエンジン性能低下や燃費低下に繋がるため、ＤＰＦ再生開始トリガ発生の判断や、ＤＰＦへの微粒子の堆積過大の警報発生の判断などに排気圧損が使用されるが、この際にエンジン出口での補正排気圧損を使用するとより適切な判断を行うことができる。

　図６は、実施例２に係るエンジン周辺の構成図である。
　実施例１に係るエンジン周辺の構成図である図１と同一の符号は同一の作用効果を有するものであり、その説明を省略する。
　図６において、タービン１６ｂの出口から排気浄化装置２０の入口に至るまでの排気管圧損を検知する排気管圧損計３４、排気浄化装置２０の出口以降における排気管圧損を検知する排気管圧損計３６が設けられている。

　図７は、実施例２における演算処理に係るフローチャートである。
　処理が開始される、即ちエンジンが起動すると、ステップＳ１１に進む。

　ステップＳ１１では、演算器（不図示）に各センサの値が取り込まれる。
　ステップＳ１１にて読み込むセンサ値は、ＤＰＦ差圧センサ２６によるＤＰＦ前後差圧、ＤＰＦ２４の入口及び出口の温度である温度センサ２８ａ及び２８ｂの検知値、吸気の質量流量並びにエンジン２への燃料噴射量である。

　ステップＳ１２が終了すると、ステップＳ１２に進む。
　ステップＳ１２では、排気ガス質量流量を演算する。排気ガス質量流量は、前記吸気の質量流量及び燃料噴射量を加算して算出する。

　ステップＳ１２が終了するとステップＳ１３に進む。
　ステップＳ１３では、排ガス粘度補正係数を計算する。排ガス粘度補正係数は、ＤＰＦ２４の入口及び出口の温度である温度センサ２８ａ及び２８ｂの検知値の平均値を排気温度とし、図２におけるステップＳ３と同様にして求める。

　ステップＳ１３が終了すると、ステップＳ１４に進む。
　ステップＳ１４では、基準条件における補正差圧を算出する。ここで、補正差圧とは、ＤＰＦの前後差圧を基準条件におけるＤＰＦの差圧に換算したものである。

　補正差圧ΔＰ_{ｄｐｆ，ａｄｊ}は以下の（２）式で算出することができる。

　（２）式において、ｇ_ｅｘは排ガス質量流量［ｇ／ｓｅｃ］であって図７に示したフローチャートにおいてステップＳ２で算出したもの、ｇ_ｅｘｓは基準条件における排ガス質量流量［ｇ／ｓｅｃ］、Ｋ_０は標準温度であって２７３．１５Ｋ、Ｐ_０は標準圧力であって１０１．３２５ｋＰａ、Ｔ_１２はＤＰＦ内平均ガス温度［℃］であって温度センサ２８ａで検知されるＤＰＦの入口ガス温度Ｔ１と温度センサ２８ｂで検知されるＤＰＦの出口ガス温度Ｔ２の平均値、Ｐ_１２はＤＰＦ内平均圧力［ｋＰａ］であって圧力センサ３０ａで検知されるＤＰＦの入口圧力Ｐ１と圧力センサ３０ｂで検知されるＤＰＦの出口圧力Ｐ２の平均値、Ｔ_ｂは基準条件におけるＤＰＦ内平均ガス温度［℃］、Ｐ_ｂは基準条件におけるＤＰＦ内平均ガス圧力［ｋＰａ］、ηは排ガスの粘度係数［μＰａ・ｓ］、η_ｂは基準条件における排ガスの粘度係数［μＰａ・ｓ］であり、η_ｂ／ηは図７におけるステップＳ１３で求めた排ガス粘度補正係数である。

　（２）式によれば、ＤＰＦの前後差圧に影響するガス流量は体積流量［ｍ^３／ｓ］であるので、質量流量に対して温度、圧力を考慮した補正を行い、さらに排ガスの粘性係数の補正をかけて補正排気圧損を求めることで、正確に基準条件における補正排気圧損を求めることができる。

　なお、流量、温度、圧力を検知する各センサの応答の違いにより、（２）式によって得られた補正差圧をそのまま制御に用いることが難しい場合には、デジタルフィルタ（移動平均、一次遅れのフィルタ、高次のローパスフィルタなど）処理後の信号を最終的な補正差圧とするとよい。
　補正差圧ΔＰ_{ｄｐｆ，ａｄｊ}に対してローパスフィルタ処理を行う場合、以下の（３）式で最終的な補正差圧を算出する。

　　　Ｔ：ローパスフィルタ（ＬＰＦ）時定数[ｓｅｃ]
　　　ｓ：ラプラス演算子

　また、離散時間系で記述すると、以下の（４）式となる。

　　　Ｔ_ｓ：デジタルフィルタの演算周期

　図７におけるステップＳ１４が終了すると、ステップＳ１５に進む。
　ステップＳ１５では、まず、ステップＳ１１～１４と同様にして、排気浄化装置２０の上流側であって圧力センサ３２～３０ｄ間の基準条件における排気管圧損ΔＰ_{ｔｐ１，ａｄｊ}、排気浄化装置入口側であって圧力センサ３０ｄ～３０ｃ間の基準条件における圧損ΔＰ_{４３，ａｄｊ}、ＤＯＣ前後であって圧力センサ３０ｃ～３０ａ間の基準条件における圧損ΔＰ_{３１，ａｄｊ}、排気浄化装置出口側であって圧力センサ３０ｂ～３０ｅ間の基準条件における圧損ΔＰ_{２５，ａｄｊ}、排気浄化装置２０の下流側であって圧力センサ３０ｅ以降の基準条件における排気管圧損ΔＰ_{ｔｐ２，ａｄｊ}、を求める。

　次いで、前記各圧損を加算することによって、以下の（５）式によって補正排気圧損Ｐ_{ｅｘ、ａｄｊ}を算出する。

　ステップＳ１５が終了すると、ステップＳ１６に進む。
　ステップＳ１６～ステップＳ２０については、実施例１で説明した図３におけるステップＳ５～ステップＳ９と同じであるので説明を省略する。

　実施例２によれば、ＤＰＦとＤＯＣを含む排気浄化装置を有するエンジンシステムにおいて一般的なセンサ構成でも、所定の基準条件における圧損である補正排気圧損を求めることが可能である。従って、既存のＤＰＦを有するエンジンシステムに、新規のセンサを追加することなく、本発明の技術を適用することが可能となる。

　実施例３においては、補正排気圧損を求める基本的なフローは実施例２で説明した図７のフローチャートと同様であるが、図７におけるステップＳ１４に示した補正ＤＰＦ差圧演算の演算方法が実施例２とは異なる。

　実施例３における補正ＤＰＦ差圧演算について、図８を用いて説明する。
　図８は、実施例３における補正ＤＰＦ差圧演算の手法を示すフローチャートである。

　処理が開始されると、ステップＳ２１に進む。
　ステップＳ２１では、ＤＰＦ差圧センサ２６にて検知されるＤＰＦ前後差圧が所定のΔＰ１よりも大きいか否か判断する。

　ここで前記ΔＰについて説明する。
　実施例２において、補正差圧に基づく補正排気圧損計算を実施した場合、排気ガス流量が少ないためにＤＰＦの前後差圧ΔＰ_ｄｐｆが小さい運転条件では、補正排気圧損に精度が得られ難い。例えば、ＤＰＦ前後差圧が１．０［ｋＰａ］以下のような小さな条件で、ＤＰＦ前後差圧に計測誤差が０．１［ｋＰａ］合った場合、これを基準条件における値に補正すると５～１０倍程度の大きな誤差となってしまう。このような、ＤＰＦ前後差圧の計測精度が得られ難い条件におけるデータを、他の条件と同等に取り扱うと、補正排気圧損の演算値に大きな誤差が生じる。そこで、ＤＰＦ前後差圧の計測精度が充分に得られる最小値をΔＰ１とする。

　ステップＳ２１でＹＥＳ即ちΔＰ_ｄｐｆがΔＰ１より大きいと判断されると、ステップＳ２２に進む。

　ステップＳ２２では、メモリフラグがＯＮか否かを判断する。ここでメモリフラグＯＮとは、演算器に前回の補正排気圧損が記憶されている状態をいう。

　ステップＳ２２でＹＥＳ即ちメモリフラグがＯＮであれば、ステップＳ２３に進み通常の演算処理をして補正排気圧損を求めて処理を終了する。ここで、通常の演算処理とは実施例２において説明した（２）式を用いて補正差圧ΔＰ_{ｄｐｆ，ａｄｊ}ことである。
　ステップＳ２２でＮＯ即ちメモリフラグがＯＦＦであれば、ステップＳ２４に進み、（２）式を用いて補正差圧ΔＰ_{ｄｐｆ，ａｄｊ}を求め、該補正差圧ΔＰ_{ｄｐｆ，ａｄｊ}を採用する。補正差圧ΔＰ_{ｄｐｆ，ａｄｊ}が求まると、ステップＳ２５に進み、求めたΔＰ_{ｄｐｆ，ａｄｊ}を演算器に記憶させて処理を終了する。

　ステップＳ２１でＮＯ即ちΔＰ_ｄｐｆがΔＰ１以下と判断されると、ステップＳ２６に進む。

　ステップＳ２６では、メモリフラグがＯＮか否かを判断する。
　ステップＳ２６でＹＥＳ即ちメモリフラグがＯＮであれば、ステップＳ２７に進み記憶されている前回の補正差圧ΔＰ_{ｄｐｆ，ａｄｊ}を採用して処理を終了する。ステップＳ２６でＮＯ即ちメモリフラグがＯＦＦであれば、ステップＳ２８に進み、ΔＰ_{ｄｐｆ，ａｄｊ}＝０として処理を終了する。

　実施例３によれば、ＤＰＦの前後差圧が所定の閾値（ΔＰ１）よりも小さな前記補正排気圧損の精度が得られ難い条件においては、補正排気圧損を求める演算を行わずに１周期前の演算結果を採用することで、補正排気圧損の精度が得られ難い条件で演算を実施して演算結果が悪化することを防止することができる。
　また、エンジン停止時にも前記演算結果を保持しておくことで、エンジン再始動直後であって低排ガス流量となった場合でも適切な補正排気圧損を得ることができる。

　本発明は、エンジンの運転状態に応じて時々刻々変化する排気圧損を、直接制御に用いることができる基準条件における排気圧損である補正排気圧損に補正することができるエンジンの排気圧損の演算装置として利用することができる。

Claims

　排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタを排気通路に備えたエンジンと、前記排気通路での所定の基準条件における排気圧損である補正排気圧損を演算する演算手段とを有するエンジンの排気通路における補正排気圧損演算装置であって、
　前記排気通路中の排気圧力を測定する排気圧測定手段と、
　前記排気通路中の排気ガスの質量流量を測定する排ガス質量流量測定手段と、
　前記排気通路中の排気ガスの温度を測定する排ガス温度測定手段と、を有し、
　前記演算手段は、
　前記排気ガスの質量流量と前記基準条件における排気ガスの質量流量との関係と、
　前記排気ガスの温度と前記基準条件における排気ガスの温度との関係と、
　前記排気圧力と前記基準条件における排気圧力との関係と、
　前記排気ガスの温度条件における排気ガスの粘性係数と前記基準条件における粘性ガスの粘性係数との関係とから、
　前記排気ガスの圧力を、前記基準条件における排気圧損である補正排気圧損に換算するものであることを特徴とするエンジンの排気通路における補正排気圧損演算装置。
　排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタを排気通路に備えたエンジンと、前記排気通路での所定の基準条件における圧損である補正排気圧損を演算する演算手段とを有するエンジンの排気通路における補正排気圧損演算装置であって、
　前記排気通路中の排気ガスの質量流量を測定する排ガス質量流量測定手段を設けるとともに、
　前記排気通路を少なくとも前記フィルタ、前記フィルタの上流側、前記フィルタの下流側の３箇所以上に分割し、
　各分割箇所について、
　前記分割箇所の前後差圧を測定する分割箇所差圧測定手段と、
　前記排気通路中の排気ガスの温度を測定する排ガス温度測定手段と、を設け、
　前記演算手段は、前記各分割箇所について、
　前記排気ガスの質量流量と前記基準条件における排気ガスの質量流量との関係と、
　前記排気ガスの温度と前記基準条件における排気ガスの温度との関係と、
　前記前後差圧と前記基準条件における前後差圧との関係と、
　前記排気ガスの温度条件における排気ガスの粘性係数と前記基準条件における粘性ガスの粘性係数との関係とから、
　前記前後差圧を、前記基準条件における前後差圧である補正差圧に換算し、
　前記各分割箇所における補正差圧を加算して、前記基準条件における圧損である補正排気圧損を算出することを特徴とするエンジンの排気通路における補正排気圧損演算装置。
　前記排気通路上に、前記フィルタと、該フィルタの上流側に配設されフィルタの温度を上昇させるための酸化触媒と、を含む排気浄化装置が配され、
　前記排気通路を、
　前記排気浄化装置の上流側、前記排気浄化装置の入口部、前記酸化触媒、前記フィルタ、前記排気浄化装置の出口部、前記排気浄化装置の下流側の６箇所に分割して、該６箇所夫々について前記補正差圧を算出し、前記補正排気圧損を算出することを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気通路における補正排気圧損演算装置。
　前記演算手段は、
　一定の周期で繰り返し前記補正排気圧損を演算するものであるとともに、１周期前の演算結果を保持するものであって、
　前記フィルタの前後差圧が、所定の閾値より小さい場合に、前記演算を実施せずに前記１周期前の演算結果を補正排気圧損とするものであることを特徴とする請求項２又は３記載のエンジンの排気通路における補正排気圧損演算装置。