JPH0713452B2 - 内燃機関の排気粒子捕集器の粒子捕集量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の排気粒子捕集器の粒子捕集量検出
装置に係り、特にディーゼル機関のパティキュレイトト
ラッパの如き排気粒子捕集器の再生時期決定のために排
気粒子捕集器の粒子捕集量の累積値を検出する粒子捕集
量検出装置に係る。

従来の技術 内燃機関、特にディーゼル機関に於て、排気ガス中のカ
ーボン粒子の如き排気粒子が大気中へ放出されることを
防止するために、排気通路の途中にフィルタ構造の排気
粒子捕集器（パティキュレイトトラッパ）を設けてこの
排気粒子捕集器によって排気ガス中の排気粒子を捕集す
ることが既に考えられており、また排気粒子捕集器の排
気粒子による目詰りを回避するために排気粒子捕集器に
捕集された粒子をバーナ或いはヒータによって焼失灰化
せしめ、排気粒子捕集器の再生を図ることが既に考えら
れており、これは例えば特公昭56-115809号、特開昭58-
13115号の各公報に示されている。

排気粒子捕集器に於ける粒子捕集量は排気粒子発生量が
内燃機関の回転数と負荷とにより決まることによりこの
運転状態に基いて排気粒子捕集器に於ける粒子捕集量を
算出し、これが所定値に達したならば、上述の如き再生
を行うこと、更には排気粒子捕集器に捕集された排気粒
子は高速高負荷運転時に於ては排気ガス温度が高くなる
ことによって自己燃焼するから、この捕集粒子の自己燃
焼量を差引いて前記排気粒子捕集器の粒子捕集量の累積
値を見出し、この累積値より排気粒子捕集器の再生時期
を見出すことが既に提案されており、これは例えば特開
昭60-111013号公報に示されている。

発明が解決しようとする問題点 上述の如き従来の排気粒子処理装置に於ては、ただ単に
排気ガス温度が捕集粒子の自己燃焼温度に応じて定めら
れた所定値以上であることを見出してこの時には粒子捕
集器の捕集粒子累積量の予め定められた一定量ずつ減量
して捕集粒子の自己燃焼による捕集粒子累積量の補正が
行われるようになっている。

上述の如き手法による捕集粒子累積量の補正は、排気ガ
ス温度が所定値以上である時に於ける捕集粒子の自己燃
焼速度が他の要件に拘らず常に一定であれば問題を生じ
ないが、しかし捕集粒子の自己燃焼速度は排気ガス中の
酸素量により大きい影響を受け、この酸素量が多い時ほ
ど自己燃焼速度が早くなり、自己燃焼量が増大するか
ら、これでは捕集累積量の補正が正確に行われない。

ここで考えられるのは限界電流型の酸素センサ等を用い
て排気ガス中の酸素量を直接検出してこの検出値を用い
て捕集粒子の自己燃焼速度を見出し、捕集粒子の自己燃
焼量を検出することである。しかしディーゼル機関の排
気ガスには、特に高負荷運転域に於ては、COの如き未燃
焼成分やスモークが多量に存在し、またディーゼル燃料
にはイオウ成分が、ディーゼル機関オイルにはカルシウ
ム、亜鉛、リン、イオウ等が多量に含まれているため、
酸素センサの酸素濃度検出安定性とその耐久性に問題が
あり、このことからディーゼル機関の排気ガス中の酸素
濃度を酸素センサによって検出することは困難である。

また、捕集粒子の自己燃焼運転域の検出は排気ガス温度
から行われれば直接的でよいが、しかし排気ガス温度セ
ンサは通常サーミスタであり、これは温度検出範囲を極
く限定されてもその測定誤差が比較的大きく、このため
これでは例え排気ガス中の酸素濃度が検出されたとして
捕集粒子の自己燃焼量を正確に見出すことができない。

本発明は排気ガス温度の検出によらずに捕集粒子の自己
燃焼運転域の検出を行い、また酸素センサ等を用いるこ
となく排気ガス中の酸素濃度を見出し、これらのことか
ら耐久性に問題を生じることなく捕集粒子の自己燃焼量
を正確に検出し、粒子捕集器の捕集粒子累積量を正確に
検出することができる粒子捕集量検出装置を提供するこ
とを目的としている。

問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、内燃機関の回転数
と負荷より決まる機関運転状態から新たな粒子捕集量を
算出する新規粒子捕集量演算手段と、内燃機関の回転数
と負荷とから排気捕集器に於ける捕集粒子の自己燃焼運
転域を見出す自己燃焼運転域検出手段と、前記自己燃焼
運転域に於ける内燃機関の回転数と負荷とから排気ガス
の酸素濃度を見出す酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度
検出手段により見出された排気ガス中の酸素濃度と排気
ガス流量と粒子捕集器の粒子捕集量とから捕集粒子の自
己燃焼量を算出する捕集粒子自己燃焼量演算手段と、前
記新規粒子捕集量演算手段により算出された粒子捕集量
を加算され且前記捕集的自己燃焼量演算手段により算出
し捕集粒子の自己燃焼量を減算して排気粒子捕集器の捕
集粒子の累積量を算出する捕集粒子累積演算手段とを有
する内燃機関の排気粒子捕集器の粒子捕集量検出装置に
よって達成される。

発明の作用及び効果 上述の如き構成によれば、捕集粒子の自己燃焼運転域が
排気ガス温度の検出に依存することなく的確に見出さ
れ、また排気ガス中の酸素濃度が酸素センサに依存する
ことなく的確に検出され、これらのことから捕集粒子の
自己燃焼量が間接的ではあるが、正確に見出されるよう
になり、この自己燃焼量をもって粒子捕集器の捕集粒子
累積量が減算補正されることにより、粒子捕集器に於け
る捕集粒子量が常に正確に見出されるようになり、これ
に基いて粒子捕集器の再生時期が適切に見出されるよう
になる。

実施例 以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

第１図は本発明による粒子捕集量検出装置を備えた排気
粒子処理装置の一つの実施例を示している。図に於て、
10はディーゼル機関を示しており、ディーゼル機関10
は、吸気通路12より吸気を吸入し、排気ガスを排気通路
14へ排出するようになっている。排気通路14の途中には
一般にパティキュレイトトラッパと称されているフィル
タ構造の粒子捕集器16が設けられている。粒子捕集器16
は、通気構造のフィルタ要素18と、再生用の電気式のヒ
ータ20とを備えている。尚、この種の粒子捕集器につい
て、より詳細な説明が必要であるならば、特開昭58-183
812号公報を参照されたい。

排気通路14は粒子捕集器16をバイパスして設けられたバ
イパス排気通路22を含んでいる。バイパス排気通路22の
途中には電磁式のアクチュエータ24によって開閉駆動さ
れるバイパス弁26が設けられている。

ヒータ20とアクチュエータ24に対する通電はマイクロコ
ンピュータ30よりの制御信号に基き駆動回路32によって
行われるようになっている。ヒータ22は再生時に通電が
行われるようになっている。アキュームレータ24には、
粒子捕集器16の再生時には開閉弁26が開弁し、その他の
時には開閉弁26から閉弁するように通電が行われるよう
になっている。

マイクロコンピュータ30は、アクセルセンサ34よりアク
セル開度、換言すればアクセルペダル踏込量或いは燃料
噴射ポンプのレバー開度に関する情報を、回転数センサ
36よりディーゼル機関10の回転速度に関する情報を、吸
気管圧力センサ38よりディーゼル機関10の吸気管圧力に
関する情報を各々与えられるようになっている。

マイクロコンピュータ30は、第２図に示されている如き
粒子捕集量検出装置を含んでおり、この粒子捕集量検出
装置により粒子捕集器16の粒子捕集量（捕集粒子累積
量）が所定値以上になった時にはバイパス弁26を開くと
共にヒータ20に対し通電を行って粒子捕集器16の再生を
開始せしめるようになっている。この再生制御は第３図
に示されている如きメインルーチンのフローチャートに
従って行われる。

先ず最初のステップ10に於ては、再生許可フラグFrが１
であるか否かの判別が行われる。フラグFr＝１である
時、即ち再生許可時にはステップ20へ進む。

ステップ20に於ては、再生実行フラグFoが１であるか否
かの判別が行われる。Fo＝１である時には既に粒子捕集
器16の再生が開始されている時であって、この時にはス
テップ40へ進み、Fo＝１でない時、即ちまだ再生が開始
されていない時にはステップ30へ進む。

ステップ30に於ては、アクチュエータ24に対する通電を
制御してバイパス弁26を開弁させ、またヒータ20に対し
通電することが行われる。これにより粒子捕集器16の再
生が開始される。またこの時にはタイマＴをリセット
し、再生実行フラグFoを１にすることが行われる。ステ
ップ30の次はステップ40へ進む。

ステップ40に於ては、タイマのタイマ値Ｔが予め定めら
れたセット値Tsetより大きいか否かの判別が行われる。
Ｔ＞Tsetである時はステップ50へ進む。

ステップ50に於ては、バイパス弁26が閉弁するようにア
クチュエータ24に対する通電が制御され、またヒータ20
に対する通電が停止される。これにより粒子捕集器16の
再生が終了される。またこの時には再生実行フラグFoと
再生許可フラグFrをともに０にし、また後述の粒子捕集
量検出装置により定められる捕集粒子累積量AQtを０に
することが行われる。

上述の如きフローチャートに従ってメインルーチンが実
行されることにより、再生許可フラグFrが成立すると、
予め定められたTsetにより決まる時間に亙ってヒータ20
の発熱による粒子捕集器16の再生が、即ち捕集粒子の焼
失灰化が行われる。

第２図は本発明による粒子捕集量検出装置の概略構成を
示している。この粒子捕集量検出装置は回転数センサ36
の如き機関回転数検出手段50と、アクセルセンサ34の如
き機関負荷検出手段60と、新規粒子捕集量演算手段70
と、自己燃焼運転域検出手段80と、酸素濃度検出手段90
と、排気ガス流量検出手段100と、自己燃焼量演算手段1
10と、捕集粒子累積量演算手段120とを含んでいる。

新規粒子捕集量演算手段70は、機関回転数と機関負荷と
により決まる機関運転状態から新たな粒子捕集量を算出
するようになっている。

自己燃焼運転域検出手段80は、機関回転数と機関負荷と
から粒子捕集器に於ける捕集粒子の自己燃焼運転域を見
出すようになっている。

酸素濃度検出手段90は機関回転数と機関負荷とから排気
ガス中の酸素濃度を見出すようになっている。

自己燃焼量演算手段110は酸素濃度検出手段90により見
出された酸素濃度と排気ガス流量検出手段100により検
出された排気ガス流量と粒子捕集器の粒子捕集量とから
捕集粒子の自己燃焼量を算出するようになっている。

捕集粒子累積量演算手段120は新規粒子捕集量演算手段7
0により算出された新規粒子捕集量を加算し且自己燃焼
演算手段110により検出された捕集粒子の自己燃焼量を
減算して捕集粒子累積量を算出するようになっている。

第４図は本発明による粒子捕集量演算ルーチンを示して
いる。粒子捕集量演算ルーチンは所定時間毎の割込ルー
チン、例えば50msec毎の割込ルーチンとして実行さる。

最初のステップ100に於ては、回転数センサ36により検
出された現在の機関回転数Neに応じて燃料噴射量が最少
となるアクセル開度Acpminと燃料噴射量が最大となるア
クセル開度Acpmaxとを決定することが行われる。ステッ
プ100の次はステップ110へ進む。

ステップ110に於ては、燃料供給域アクセル開度Acpの10
0等分成分EAcpを下式に従って計算することが行われ
る。

EAcp＝100/（Acpmin-Acpmax） ステップ110の次はステップ120へ進み、ステップ120に
於ては、アクセルセンサ34により検出された現在のアク
セル開度Acprが最少アクセル開度Acpmin以上であるか否
かの判別が行われる。Acpr＞Acpminでない時は燃料カッ
ト時であって、この時にはステップ180へ進み、これに
対しAcpr＞Acpminである時は燃料供給域であって、この
時にはステップ140へ進む。

ステップ140に於ては、燃料供給域アクセル開度Acpを下
式に従って計算することが行われる。

Acp＝EAcp（Acpr-Acpmin） ステップ140の次はステップ150へ進み、ステップ150に
於ては、燃料供給域アクセル開度Acpより機関１回転当
りの粒子排出量Qnを第５図に示されている如き特性に従
って決定することが行われる。第５図は、機関１回転当
りの粒子排出量は、機関回転数に関係なく、燃料供給域
アクセル開度、即ち燃料供給量にのみ依存することを示
しており、これは実験等により見出される。ステップ15
0の次はステップ160へ進む。

ステップ160に於ては、この粒子捕集量演算ルーチンの
繰返し実行周期時間に等しい所定時間、即ち50msecに於
ける粒子捕集器16の粒子捕集量Qtを下式に従って計算す
ることが行われる。

Qt＝EC・QN・Ne/N ECは粒子捕集器16の粒子捕集効率であり、これは粒子捕
集器16のフィルタ要素18のフィルタ構造等により決ま
る。Ｎは粒子捕集量演算ルーチンの繰返し実行周期時間
により決まる数値である。ステップ160の次はステップ1
70へ進む。

ステップ170に於ては、捕集粒子累積量AQtにステップ16
0にて新たに計算された粒子捕集量Qt、即ち新規粒子捕
集量を加算して捕集粒子累積量AQtを更新することが行
われる。ステップ170の次はステップ180へ進む。

ステップ180に於ては、現在の機関回転数Neが予め定め
られた所定値Neset以上であるか否かの判別が行われ
る。所定値Nesetは第６図に示されている如く、捕集粒
子の自己燃焼運転域の最低回転数であり、Ne＞Nesetで
ある時はアクセル開度Acprによっては捕集粒子が自己燃
焼し得る運転域であり、この時にはステップ190へ進
み、そうでない時にはステップ250へ進む。

ステップ190に於ては、第６図に示されている特性に従
って現在の機関回転数Neに於ける捕集粒子の自己燃焼開
始アクセル開度Acpbを決定することが行われる。ステッ
プ190の次はステップ200へ進む。

ステップ200に於ては、現在のアクセル開度Acprが自己
燃焼開始アクセル開度Acpbより大きいか否かの判別が行
われる。Acpr＞Acpbである時は第６図に於て斜線にて示
されている自己燃焼運転域にてディーゼル機関10が運転
されている時であり、この時にはステップ210へ進み、
そうでない時にはステップ250へ進む。

ステップ210に於ては、次に示されている表に従って排
気ガスの酸素濃度Goxyを決定することが行われる。尚、
酸素濃度Goxyは純粋な酸素濃度でなくて排気ガスの空気
濃度（新気濃度）であってもよい。

酸素濃度Goxyは現在のアクセル開度Acprと自己燃焼開始
アクセル開度Acpbの差と機関回転数Ne、即ち自己燃焼運
転域に於ける燃料供給量の大小とに応じてマップ制御式
に決定される。このマップ値はディーゼル機関の型式等
により変わるものであり、これは実験等によって定めら
れればよい。ステップ210の次はステップ220へ進む。

ステップ220に於ては、この粒子捕集演算ルーチンの繰
返し実行周期時間に於ける排気ガス流量Qgを下式に従っ
て計算することが行われる。

Qg＝Ce・Pin・Ne/N Ceはディーゼル機関の種類により決まる補正係数であ
り、Pinは吸気管圧力センサ38により検出される現在の
吸気管圧力であり、Ｎはステップ160に於けるＮと同様
に粒子捕集用演算ルーチンの繰返し実行周期時間により
決まる数値である。

ステップ220の次はステップ230へ進み、ステップ230に
於ては、捕集粒子の自己燃料量Qtbを下式に従って計算
することが行われる。

Qtb＝α・AQt・Qg・Goxy αは粒子捕集器16のフィルタの種類等により決まる補正
係数であり、AQtは捕集粒子量累積量であり、Qgはステ
ップ220に於て算出された所定時間、即ち50msecに於け
る排気ガス流量であり、Goxyはステップ210に於て決定
された排気ガスの酸素濃度である。排気ガス流量Qtと酸
素濃度Goxyの積算値が前記所定時間に於ける排気ガス中
に酸素量を示すことになり、このステップに於ては、こ
の酸素量と粒子捕集器16に既に捕集されている捕集粒子
累積量AQtとから捕集粒子の自己燃焼量Qtbを計算するこ
とが行われている。ステップ230の次はステップ240へ進
む。

ステップ240に於ては、捕集粒子累積量AQtを下式に従っ
て再計算することが行われる。

AQt＝AQt-Qtb 即ち捕集粒子累積量AQtより捕集粒子の自己燃焼量Qtbを
減算して捕集粒子累積量AQtを更新することが行われ
る。ステップ240の次はステップ250へ進む。

ステップ250に於ては、捕集粒子累積量AQtが０より大き
いか否かの判別が行われる。AQt＞０である時はステッ
プ270へ進み、そうでない時にはステップ260へ進む。

ステップ260に於ては、捕集粒子累積量AQtが０以下の負
の値になることは事実上ないことから、捕集粒子累積量
AQtを０に修正することが行われる。

ステップ270に於ては、捕集粒子累積量AQtが予め定めら
れた所定値AQtset以上であるか否かの判別が行われる。
AQtsetは粒子捕集器16の所要の再生周期に応じて定めら
れ、AQt＞AQtsetである時は再生すべき時期であってス
テップ280へ進む。

ステップ280に於ては、再生許可フラグFrを１にするこ
とが行われる。

上述の如きフローチャートに従って粒子捕集量演算ルー
チンが実行されることにより、捕集粒子累積量Aptは捕
集粒子の自己燃焼量を考慮した正確な値を常に示すよう
になる。

尚、上述の実施例に於ては、機関負荷の代用値として、
アクセル開度が用いられているが、燃料供給量が検出さ
れる内燃機関に於ては、機関負荷の代用値として燃料供
給量が用いられてもよい。

以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本
発明の範囲内にて種々の実施例が可能であることは当業
者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による粒子捕集量検出装置を備えたディ
ーゼル機関の排気粒子処理装置の一つの実施例を示す概
略構成図、第２図は本発明による排気粒子捕集器の粒子
捕集量検出装置の一つの実施例を示すブロック線図、第
３図は排気粒子捕集器の再生制御の一例を示すフローチ
ャート、第４図は本発明による粒子捕集量検出装置によ
る粒子捕集量演算ルーチンを示すフローチャート、第５
図は燃料供給域アクセル開度に対する機関一回転当りの
粒子排出量特性を示すグラフ、第６図は機関回転数とア
クセル開度とにより決まる捕集粒子の自己燃焼運転域を
示すグラフである。 10……ディーゼル機関,12……吸気通路,14……排気通
路,16……粒子捕集器,18……フィルタ要素,20……ヒー
タ,22……バイパス排気通路,24……アクチュエータ,26
……バイパス弁,30……マイクロコンピュータ,32……駆
動回路,34……アクセルセンサ,36……回転数センサ,38
……吸気管圧力センサ,50……機関回転数検出手段,60…
…機関負荷検出手段,70……新規粒子捕集量演算手段,80
……自己燃焼運転域検出手段,90……酸素濃度検出手段,
100……排気ガス流量検出手段,110……自己燃焼量演算
手段,120……捕集粒子累積量演算手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の回転数と負荷より決まる機関運
   転状態から新たな粒子捕集量を算出する新規粒子捕集量
   演算手段と、内燃機関の回転数と負荷とから排気粒子捕
   集器に於ける捕集粒子の自己燃焼運転域を見出す自己燃
   焼運転域検出手段と、前記自己燃焼運転域に於ける内燃
   機関の回転数と負荷とから排気ガスの酸素濃度を見出す
   酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度検出手段により見出
   された排気ガス中の酸素濃度と排気ガス流量と粒子捕集
   器の粒子捕集量とから捕集粒子の自己燃焼量を算出する
   捕集粒子自己燃焼量演算手段と、前記新規粒子捕集量演
   算手段により算出された粒子捕集量を加算し且前記捕集
   粒子自己燃焼量演算手段により算出された捕集粒子の自
   己燃焼量を減算して排気粒子捕集器の捕集粒子の累積量
   を算出する捕集粒子累積量演算手段とを有する内燃機関
   の排気粒子捕集器の粒子捕集量検出装置。