JPH03233123A

JPH03233123A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JPH03233123A
Application number: JP2028011A
Authority: JP
Inventors: Nobukazu Kanesaki; 兼先　伸和; Yoshiki Sekiya; 関谷　芳樹; Motohiro Niizawa; 元啓新沢; Shunichi Aoyama; 俊一青山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1990-02-07
Publication date: 1991-10-17

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】（産業上の利用分野）この発明はエンノンの排気浄化装置に関する。

（従来の技術）排気中に含まれるカーボン等の微粒子（パーティキュレ
ート）を排気通路に備えたトラップで捕集するようにし
であるエンジン（特にディーゼルエンジン）では、パー
ティキュレートの堆積により排気圧力が過度に上昇し、
エンノンおよびエミッション性能を低下させるため、堆
積されたパーティキュレートを所定の時期に燃焼させト
ラップを再生する必要がある。

この場合、パーティキュレートの再燃焼を安定して持続
させるためには、再燃焼時に排気により過度に冷却され
ることがないようにする一方で、パーティキュレートの
燃焼熱によりトラップが焼損するのを防止するためある
程度の冷却を行わなければならない。このため、最適な
〃入流量をほぼ一定にして供給する装置が提案されてい
る（特１１１ｉ昭６４−８３１１号公報参照）。

これを第９図で説明すると、エンジン１から排出される
パーティキュレートは排気通路２に介装される耐熱性フ
ィルタ構造のトラップ３に捕集される。

４はトラップ３の入口に設けられる常開のバタフライ型
絞り弁で、この入口弁４にはダイヤ７ラムアクチユエー
タ５が連結される。

このアクチュエータ５の圧力室と負圧源（たとえば負圧
ポンプ）とを連通する通路には負圧制御弁６が介装され
、この制御弁６ではコントロールユニット１７からの信
号に応じて、アクチュエータ５の圧力室に大気圧に代え
て一定圧の負圧を２段階に導入する。１段目の負圧導入
により大口弁４が一定開度まで、２段目の負圧導入によ
りさらに深い開度までそれぞれ閉じられる。

入口弁４の上流より分岐して、大口弁４とトラップ３を
バイパスする通路７に、常閉のバタフライ型バイパス弁
８が設けられ、このバイパス弁８にダイヤ７ラムアクチ
ユエータ９が連結される。

１０は７クチユエータ９の圧力室に導かれる制御負圧を
コントロールユニ７ト１７がらのデユーティ信号に応じ
て変化させ得る電磁弁で、たとえばデユーティ信号のデ
ユーティ値（一定時間当たりの開弁時間割合）を増加さ
せて、圧力室への負圧を強めると、バイパス弁が開いて
いく。

トラップ３の上流側にはこれに近接してヒータ１１が設
けられ、コントロールユニット１７がらの通電信号を受
けるとトラップ３を加熱する。

１３は大口弁４の前後差圧Ｐを検出するセンサ、１４は
トラップ３の入口温度ＴＩＮを検出するセンサ、１５は
エンジン１の回転数Ｎｅを検出するセンサ（クランク角
センサ）、１６は車両の走行距離を検出するセンサ（た
とえば距離メータ等）ある。

これらセンサからの信号はコントロールユニット１７に
入力され、ここで、大口弁開度を２通りに設定するとと
もに、設定した入口弁開度に対してトラップ流入ガス量
が一定となるように、入口弁前後差圧に応じてバイパス
弁開度をフィードパ・ツク制御する。

第１０図はコントロールユニットで行なわれる動作を説
明するための流れ図である。

Ｓｌでは、トラップの再生時期であるかどうかみて、そ
うであればＳ２に進む。再生時期は即離センサ１６の信
号から判断して車両が一定距離走行した場合である。こ
れは、車両が一定距離走行するとパーティキュレートが
トラップ３に一定量溜るので、トラップ再生の１つの目
安になるからである。

Ｓ２ではバイパス弁８を開き、大口弁４を所定の開度ま
で閉じかつヒーター１１に通電することにより徘〃ス温
度を上昇させる。

Ｓ３ではトラップ入口温度ＴＩＮが再生温度（たとえば
４００℃程度）以上であるかどうかみて、そうであれば
再生開始と判断してＳ４に進む。

Ｓ４ではエンジン回転数Ｎｅが低回転域、高回転域のい
ずれにあるかみて、低回転域にあれば〃入流量を多くす
るためＳ５に進む。Ｓ５では入口弁開度を大きいほうの
開度Ｉに設定する。この逆に高回転域にあればＳ１１に
進んで入口弁開度を小さいほうの開度■に設定する。

この場合、各入口弁開度Ｉ、ＩＩに対するバイパス弁開
度制御はほぼ同様であるため、大口弁開度がＩに設定さ
れた場合で説明する。

大口弁開度Ｉ、…は、第１１図で示すように、全運献条
件においてがス量として測定できる圧力差を生ずるよう
に設定された開度であり、Ｉは３０°　　■は２５°で
ある。入口弁開度がＩに設定されると、この場合のガス
流量特性は図示の曲線にしたがう。

Ｓ６では入口弁前後差圧Ｐが設定値ＰＩよりも小さいか
どうか判定する。このＰ、は、入口弁開度がＩである場
合に、所望のブス流量（ここでは３０００　！　／５ｉ
ｎ）を得るために必要な入口弁前後差圧である。つまり
、ｐｆＩｒｐｌに一致していれば、所望のガス流量が得
られていることになるが、Ｐ≧Ｐ１ではガス流量が多す
ぎるので、ＰがＰｌまで下がるようにバイパス弁８を闇
かなければならない。このため、Ｐ≧Ｐ１のときにはＳ
９でバイパス弁８を開いて、トラップ３へのガス流量を
減らす。

この逆に、ｐ＜ｐＨではガス流量が少なすぎるので、Ｐ
がＰｌまで上がるようにしなければならないのであるが
、この場合には必ずしもバイパス弁開度を最適に制御す
ることができないので、再生操作を終わらせるためＳ７
に進む。

なお、Ｓ８ではヒーター１１への通電後一定時間ｔ１経
過したかどうかみて、経過していない場合に限りＳ９に
進むようにしている。これは、Ｓ９の操作がトラップ再
生中だけに必要であるからである。

Ｓ１０ではバイパス弁８が全開付近（たとえば全開の５
°前）かどうかみて、そうであればこれ以上はトラップ
流入ガス量を減らすことができないから、Ｓｌｌに進ん
で入口弁開度を小さいほうの■に設定しなおし、ガス流
量が所望値となるようにバイパス弁開度を制御する。

Ｓ７．Ｓ８でヒーター１１への通電時間が一定時間ｔ１
を経過したときには、Ｓ１６でヒーター１１への通電を
切り、Ｓ１７で再生開始（温度センサ１４がＳ３で再生
温度を示したとりがら一定の時間ｔ２が経過したときに
は、Ｓ１８で再生操作を終える。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような装置では、一定！堆積したパーテ
ィキュレートを、γ入流量過剰による火炎の吹き消えや
この反対にガス流量不足による消炎を生ずることなく、
再燃焼を行わせるに最適なガス流量は、第１１図で示し
たように３０００．１’／　Ｕ＃　ｉｎと大きく、この
ような大流量の流れる運転域では入口弁前後差圧も十分
大きいので、圧力センサ１３によりこれを精度良（検出
することができる。

しかしながら、アイドル時のガス流量は約２５０１７ｗ
１ｎと少なく、これに対する入口弁前後差圧が２０〜３
０ｍｍＡｑ程度の微小な圧力差となるので、これを検出
しようとしでも圧力センサの誤差の範囲内に入ってしま
う。つまり、アイドル時には一定量のガス流量を供給す
ることがあやしくなり、上記の吹き消えや消炎が生ずる
。第１１図において、ＰｌとＰ２を１００ｍｍＡｑより
も大きな値に設定しているのは、圧力センサの検出値精
度を考慮してのことなのである。

この発明はこのような従来の課題に着目してなされたも
ので、エンジンの負荷と回転数に応じてバイパス弁の要
求開度を設定し、この要求開度となるようにバイパス弁
を制御することにより、アイドル時においても、トラッ
プ流入ガス量の供給精度の向上をはかる装置を提供する
することを目的とする。

（課題を解決するための手段）この発明は、第１図で示すように、排気中のパーティキ
ュレートを捕集し再生温度以上になると捕集したパーテ
ィキュレートを再燃焼させるトラップ３３と、このトラ
ップ３３の入口に設けられガス流量を絞る弁３４と、こ
の入口弁３４を駆動する装置３５と、前記入口弁３４お
よびトラップ３３をバイパスする通路３６と、このバイ
パス通路３６を開閉する弁３７と、このバイパス弁３７
を駆動する装置３８と、前記トラップ３３の上流側に近
接して設けられるヒーター３９と、このヒーター３９へ
の通電を行う装置４０と、エンジンの負荷Ｑと回転数Ｎ
ｅをそれぞれ検出するセンサ４１．４２と、再生時期か
どうかを判定する手段４３と、再生時期になると前記入
口弁３４が一定間度まで閉じられ、かつヒーター３９に
通電されるように前記入口弁駆動装置３５お上りヒータ
ー通電装置４０を制御する手段４４と、同じく再生時期
になると前記エンジンの負荷Ｑと回転数Ｎｅの検出値に
応じてエンジンから排出されるガス流量ＱＥを計算する
手段４５と、この計算されたが大流量ＱＥに応じて、一
定のガス量がトラップ３３に流入するように前記バイパ
ス弁３７の目標開度θを設定する手段４６と、この設定
された目標開度θとなるように前記バイパス弁駆動装置
３８を制御する手段４７とを設けた。

（作用）この発明では、エンジンの負荷Ｑと回転数Ｎｅに応じて
エンノンから排出されるガス流量ＱＥが求められ、この
ＱＥからバイパス弁開度の目標値θが決定される。

この場合、大口弁の前後差圧に影Ｖされることがないの
で、ＱＥとθは精度の良い値を与える。

つまり、ガス流量が微小になるアイドル時であっても、
一定の〃ス量が精度良くトラップに流入する。

（実施例）第２図はこの発明の一実施例のシステム図である。従来
例と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を
省略する。

従来例と相違するのはダイヤ７ラムアクチユエータ５の
圧力室と負圧源とを連通する通路に介装される三方電磁
弁２１で、この電磁弁２１をＯＦＦからＯＮにすると、
アクチュエータ５の圧力室に大気圧に代えて一定圧の負
圧が導入され、入口弁４が一定開度まで閉じられる。つ
まり、設定される入口弁開度は１つである。ダイヤ７ラ
ムアクチユエータ５と三方電磁弁２１から第１図の大口
弁駆動装置３５が構成される。同様にして、ダイヤプラ
ムアクチュエータ９とデユーティ制御電磁弁１０から第
１図のバイパス弁駆動装置３８が構成されている。

２２はポテンショ７−タから構成されアクセルレバ−開
度（エンジン負荷）Ｑを検出するセンサである。入口弁
前後差圧を検出するセンサは設けられていない。

マイクロコンピュータからなるコントロールユニット２
３では第３図と第４図に示すところにしたがって、三方
電磁弁２１にＯＮ、ＯＦＦ信号を、デユーティ制御電磁
弁１０にデユーティ信号を、ヒータ１１に通電信号をそ
れぞれ出力する。

第３図はヒーター１１を用いてのトラップ再生を行うか
どうかを判断するためのルーチンで、定の時間間隔で実
行される。

Ｓ２１ではエンジンの負荷Ｑと回転数Ｎｅを読み込む。

Ｓ２２は第１図の再生時期判定手段４３の機能を果たす
部分である。ここでは再生時期であるかどうかみで、再
生時期にあると判定すればＳ２３に進む。再生時期は車
両が一定距離走行した場合や単位時間当たりのエンジン
回転数を積算した値が一定値に達した場合など公知の方
法を用いて判断する。

Ｓ２３では読み込まれたＱとＮｅから定まる運転条件が
、第５図で示した運転領域りに属するかどうかみて、そ
うであればＳ２４に進む。第５図において領域りは吸気
と排気をともに絞っても再生温度に達することのできな
い領域として区分けされている。第５図の特性はマツプ
にしてＲＯＭに記憶させておく。

Ｓ２４ではトランプ入口温度ＴＩＮと所定値Ｔ＋（再生
温度に等しい４００℃）を比較し、Ｔ　ＩＮ＜　Ｔ　ｌ
であればヒーター１１を用いての再生が必要となる領域
であると判断して、Ｓ２５に進む。

この逆にＴＩＮ≧Ｔ１であればヒーター１１に通電しな
くともトラップ３が再生されるので８２５を飛ばす。領
域りにありなからＴＩＮ≧Ｔ１となるのは、高負荷高回
転にあっまた運転条件からこの領域りに移行してきたよ
うな場合（過渡時）であり、この場合には排気余熱が高
いので、これを利用すればヒーターに通電しなくとも再
生を継続して行うことができるのである。

Ｓ２５ではヒーター再生実行７ラグＦを立てる（Ｆ＝１
とする）。

第４図はヒーター再生操作を行わせるためのルーチンで
、一定時間Δｔごとに実行される。

Ｓ３１では７ラグＦの値をみて、Ｆ＝１であれば、ヒー
ターを用いての再生を行う場合であると判断して、Ｓ３
２に進む。Ｓ３２ではエンジンの負荷Ｑと回転数Ｎｅを
読み込む。

Ｓ３３は第１図のがス流量計算手段４５の機能を果たす
部分である。ここではそのときのＱとＮｅからマツプを
参照してエンノンより排出される〃入流量ＱＥを求める
。第６図にＱＥのマツプ特性を示すとＱＥは高負荷高回
転域で大きくなっている。

Ｓ３４は第１図の目標開度設定手段４６の機能を果たす
部分である。ここではＳ３３で求めたＱＥからバイパス
弁８の目標開度θをマツプ参照にて求める。第７図にθ
のマツプ特性を示す。このθはガス流量ＱＥが相違して
も、一定量のガス流量をトラップ３に流入させるために
要求されるバイパス弁開度である。つまり、ＱＥが多く
なると、それだけバイパス弁８を大きく開かないと、ト
ラップ流入ガス量が大きくなり過ぎるのである。

Ｓ３５では〃入流量ＱＥに応じて目標開度の変化速度ｄ
θ／ｄｔをマツプ参照にて求める。＃Ｓ８図にｄθ／ｄ
ｔのマツプ特性を示すと、ＱＥが多くなるほど、ｄθ／
ｄｔの値を大さ（している。

Ｓ３６ではヒーターＯＮからの経過時間（再生時間）を
カウントする。たとえば、ＣＮＴというメモリに、Ｓ３
６を通るたびに、次式によりΔｔを積算していく。

ＣＮＴ４−ＣＮＴ＋Δｔ・・・■ Ｓ３７では次式によりθに補正項を加えた値を改めてθ
とおく。

ｆｌ−１１＋ｄθ／ｃｌｔＸＣＮＴ−・・■この０式に
おいて、第２項はトラップ再生による圧力損失の減少分
を意味する。つまり、バイパス弁８が同じ開度でも、ヒ
ーターＯＮによりパーティキュレートが再燃焼していく
と、再燃焼してない残りのパーティキュレート量に対す
るガス流量は少なくてよいわけだから、再燃焼した分に
対応するだけ余計にバイパス弁８を開かせるのである。

この場合、再燃焼の速度をｄθ／ｄｔから、再燃焼量を
経過時間ＣＮＴから推定している。

Ｓ３８はｔｊｌｆ１１図のバイパス弁制御手段４７の機
能を果たす部分である。ここではバイパス弁開度がθと
なるように電磁弁１０にデユーティ信号を出力する。

Ｓ３９は第１図の制御手段４４の機能を果たす部分であ
る。ここではヒーター１１をＯＮにし、かつ入口弁４を
一定開度まで閉じる。この８３９と８３８の操作により
、一定量のガス流量がトラップ３に導入され、トラップ
３での再生が行なわれる。

Ｓ４０では経過時間ＣＮＴと所定時間（たとえば１０分
）を比較し、所定時間経過すれば再生を終了したと判断
してＳ４１に進む。

Ｓ４１ではヒーター１１をＯＦＦにし、かつ再生のため
に用いたデータを消去する。

ここで、この例の作用を説明する。

この例では、エンノンの負荷Ｑと回転数Ｎｅに応じてエ
ンジンから排出されるがス流Ｉ　Ｑ　Ｅが求められ、こ
のＱＥがらバイパス弁開度の目標値θが決定される。

この場合、入口弁の前後差圧に影響されることがないの
で、ＱＥとθは精度の良い値を与える。

つまり、ガス流量が微小になるアイドル時であっても、
一定の〃ス量を精度良くトラップに流入させることがで
きるのである。

これに対して、従来例ではアイドル時の微小なガス流量
を検出することができないことから、アイドル時にトラ
ップ流入ガス量を一定に維持することは困難である。

また、実施例ではトラップ再生による圧力損失の減少に
対してバイパス弁開度補正を行っているので、トラップ
の再生の過程に応じたガス流量を供給することができる
。

最後に、実施例ではダイヤ７ラムアクチユエータ９とデ
ユーティ制御電磁弁１０からバイパス弁駆動装置を構成
しであるが、ＤＣモータにて構成しても構わない。

（発明の効果）この発明は、エンジンの負荷と回転数に応じてエンノン
排出ガス流量を計算し、このガス流量に応じてバイパス
弁開度の目標値を定めるため、入口弁前後差圧を検出し
なくとも済むので、アイドル時にもトラップ流入ガス量
を一定にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のクレーム対応図、第２図は一実施例
のシステム図、第３図と第４図はこの実施例の制御動作
を説明するための流れ図、第５図はこの実施例の運転領
域図、第６図ないし第８図はこの実施例のＱＥｖθ、ｄ
θ／ｄｔの各特性図である。第９図は従来例のシステム図、第１０図は従来例の制御
動作を説明するための流れ図、第１１図は従来例の〃入
流量特性図である。２・・・排気通路、３・・・トラップ、４・・・入口弁
、５・・・ダイヤ７ラムアクチユエータ、７・・・バイ
パス通路、８・・・バイパス弁、９・・・ダイヤ７ラム
アクチユエータ、１０・・・デユーティ制御電磁弁、１
１・・・ヒーター　１４・・・トラップ入口温度センサ
、１５・・・クランク角センサ（エンジン回転数センサ
）、２１・・・三方電磁弁、２２・・・アクセルレバ−
開度センサ（エンジン負荷センサ）、２３・・・コント
ロールユニット、３２・・・排気通路、３３・・・トラ
ンプ、３４・・・入口弁、３５・・・入口弁駆動装置、
３６・・・バイパス通路、３７・・・バイパス弁、３８
・・・バイパス弁駆動装置、３９・・・ヒーター　４０
・・・ヒーター通電装置、４１・・・エンジン負荷セン
サ、４２・・・エンジン回転数センサ、４３・・・再生
時期判定手段、４４・・・制御手段、４５・・・がス流
量計算手段、４６・・・目標開度設定手段、４７・・・
バイパス弁制御手段。第２図５２２第３図第４図第図第６図ＱＥのマツプＯ第７図ｉ第８図第９図第１１図トラップ入口前後差圧（ｍｍＡｇ）

Claims

【特許請求の範囲】

排気中のパーティキュレートを捕集し再生温度以上にな
ると捕集したパーティキュレートを再燃焼させるトラッ
プと、このトラップの入口に設けられガス流量を絞る弁
と、この入口弁を駆動する装置と、前記入口弁およびト
ラップをバイパスする通路と、このバイパス通路を開閉
する弁と、このバイパス弁を駆動する装置と、前記トラ
ップの上流側に近接して設けられるヒーターと、このヒ
ーターへの通電を行う装置と、エンジンの負荷と回転数
をそれぞれ検出するセンサと、再生時期かどうかを判定
する手段と、再生時期になると前記入口弁が一定開度ま
で閉じられ、かつヒーターに通電されるように前記入口
弁駆動装置およびヒーター通電装置を制御する手段と、
同じく再生時期になると前記エンジンの負荷と回転数の
検出値に応じてエンジンから排出されるガス流量を計算
する手段と、この計算されたガス流量に応じて、一定の
ガス量がトラップに流入するように前記バイパス弁の目
標開度を設定する手段と、この設定された目標開度とな
るように前記バイパス弁駆動装置を制御する手段とを設
けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。