JPH03233126A

JPH03233126A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JPH03233126A
Application number: JP2028010A
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
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JP2543608B2

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）この発明はエンジ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、
エンジ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装置が設けられている（特開昭５８
−５１２３５号公報、ＳＡＥペーパー８５００１５参照
）これを第８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にて捕集される。

一方、吸ス通路５に吸気流量を絞るバタフライ型絞り弁
６が設けられ、この絞り弁６には、一端部が絞り弁６の
弁軸に固定され他端部がロッド８ｄに回動自由に取り付
けられるレバー７を介して、ダイヤプラム７クチユエー
タ８が連結される。

このアクチュエータ８と、アクチュエータ８の圧力室８
ｂに導かれる制御負圧を制御装置１５カ・らのデユーテ
ィ信号に応じて変化させ得る電磁弁９とから絞り弁駆動
装置が構成される。たとえば、デユーティ信号のデユー
ティ値（開弁時間割合）を増加させて、圧力室８ｂへの
負圧を強めると、ダイヤフラム８ａがリターンスプリン
グ８Ｃに抗してロッド８ｄを図で右方へと移動させるの
で、絞り弁６が閉じていく。１０は負圧ポンプである。

制御装置１５には、燃料噴射ポンプ１１にそれぞれ設け
られたエンジン１の負荷センサ１２と回転数センサ１３
、絞り弁６下流の吸気通路５に設けられた吸気圧センサ
１４等からの信号が入力され、制御装置１５では以下の
制御を行なう。

所定の走行距離や走行時間等からトラップ３の再生時期
にあると判断された場合に、そのときのエンジンの負荷
と回転数から定まる運転条件が、多量の余剰空気がエン
ジン１に流入する運転状態にあるかどうかを判定する。

この運転状態にあることが判定されると、絞り弁６が所
定の角度まで閉じられるように、デユーティ信号を出力
し、かつ制御精度を高めるため吸気圧センサ１４からの
信号に基づいて、紋り弁６下流の吸気負圧が略−定とな
るようにフィードバック制御する。

このようにして、エンジン１への空気導入量を減少させ
ると、排気温度が上昇するので、温度上昇した排気の熱
でトラップ３に捕集されたパーティキュレートが再燃焼
され、トラップ３が再生される。

（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、走行距離や走行時間か
ら再生時期が判断されるので、同じ走行距離や走行時間
でも、加減速を多く含む市街地走行であったかあるいは
郊外や高速道路での定常の多い走行であったか等、エン
ジンの使用条件が異なると、トラップに捕集されるパー
ティキュレートの量が大きく異なってくる。

このため、再生時期が早すぎて燃費が悪くなったり逆に
再生時期が遅すぎてパーティキュレート捕集１が限界を
越え、再生を行ったときには急激にパーティキュレート
が燃焼してトラップが溶損したりする。

さらに、経時変化によりエンジン自体や燃料噴射系の性
能が劣化してくると、エンジンから排出されるパーティ
キュレートの量が異なってくるので、これが再生時期の
判断を狂わせる。

一方、トラップ前後差圧を検出し、この圧力検出値が所
定値を越えると、再生時期であると判断するものがある
。このものでは、センサの信頼性（耐熱性等）に問題が
あり、またトラップ担体が水分を吸着すると、これが測
定誤差として生ずる。

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、エンジンからのパーティキュレート排出量と空燃
比との間に相関があることに着目し、空燃比センサ出力
に基づいてパーティキュレート捕集量の積算値を求める
ことにより、エンジンの性能劣化等があっても良好な再
生時期の判定精度の維持をはかる装置を提供することを
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５３と、このトラ
ップ５３を昇温させる装置５４と、排気空燃比を検出す
゛るセンサ５６と、この空燃比センサ出力■Ａ／Ｆに応
じて単位時間当たりのパーティキュレート捕集量ΔＭＰ
を計算する手段５７と、この捕集量ΔＭＰを単位時間ご
とに積算する手段５８と、この積算値ＭＰより再生時期
にあるかどうかを判定する手段５９と、再生時期になる
と前記トラップ５３が再生されるように前記昇温装置５
４を制御する手段６０とを設けた。

（作用）そのときの空燃比センサ出力Ｖ　Ａ／Ｆに応じて単位時
間当たりのパーティキュレート排出１軒が求められると
、このｍｐは性能劣化を生じたエンジン状態に応じたパ
ーティキュレート排出量を精度良く与える。

この結果、エンジン自体や燃料噴射系に性能劣化を生じ
ても、再生時期が早すぎたり遅すぎたりすることがない
。

（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。図に
おいて、６は吸気通路５に設けられる常開のバタフライ
型絞り弁で、この吸気絞り弁６にはダイヤ７ラムアクチ
ユエータ８が連結される。

このアクチュエータ８の圧力室と負圧源（たとえば負圧
ポンプ）とを連通ずる通路には三方電磁弁１９が介装さ
れ、この電磁弁１９をＯＦＦからＯＮにすると、アクチ
ュエータ８の圧力室に大気圧に代えて一定圧の負圧が導
入され、吸気絞り弁６が一定角度まで閉じられる。アク
チュエータ８と電磁弁１９は吸気絞り弁駆動装置を構成
する。

同様にして、トラップ３上流の排気通路２に常開のバタ
フライ型絞り弁２１が、排気絞り弁２１の上流よりこの
絞り弁２１とトラップ３をバイパスする通路２４に常閉
のバタフライ型バイパス弁２５がそれぞれ設けられる。

排気絞り弁２１に連結されるダイヤプラムアクチュエー
タ２２と三方電磁弁２３とから排気絞り弁駆動装置が、
またバイパス弁２５に連結されるダイヤ７ラムアクチユ
エータ２６と三方電磁弁２７からバイパス弁駆動装置が
構成される。

トラップ３の上流側にはこれに近接してヒータ２９が設
けられ、コントロールユニット４１からの通電信号を受
けるとトラップ３を加熱する。

こうして設けられた吸気絞ワ弁６とその駆動装置、排気
絞り弁２１とその駆動装置、バイパス弁２５とその駆動
装置、ヒータ２９とその通電装置は第１図の昇温装置５
４を構成する。

３１は空燃比センサで排気中の空燃比に応じた出力Ｖ　
Ａ／Ｆをする。３２は熱電対からなる温度センサで、排
気温度ＴＥＸを検出する。３４はエンジン１の回転数Ｎ
ｅを検出するセンサ（クランク角センサ）、３５はポテ
ンショメー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、３６は冷却水温Ｔ―を検
出するセンサである。

これらセンサからの信号は、マイクロコンピュータから
なるコントロールユニット４１に入力され、コントロー
ルユニット４１でハ＠　３　図ト第４図に示すところに
したがって、３つの三方電磁弁１９．２３．２７にＯＮ
、ＯＦＦ信号を、ヒータ２９に通電信号をそれぞれ出力
する。

第３図は再生時期を判断するためのルーチンである。

ＳｌとＳ２ではエンノン回転数Ｎｅと空燃比センサ出力
Ｖ　Ａ／Ｆを読み込む。

Ｓ３ではパーティキュレート捕集量の積算時期かどうか
みて、積算時期であればＳ４に進む。積算時期は一定の
時間間隔Δｔ（単位時間）で訪れる。

Ｓ４と８５は第１図の捕集量計算手段５７の機能を果た
す部分である。まず、Ｓ４ではエンジンからの単位時間
Δを当たりのパーティキュレート排出量ｍｐ［ｇ／　ｂ
］をマツプ検索により求める。この０１Ｐのマツプ特性
を第７図に示す。第５図で示すように、同一の回転数Ｎ
ｅであれば、空燃比Ａ／Ｆがリッチになるほどｍｐが増
加し、空燃比Ａ／Ｆが同じであれば回転数Ｎｅが増加す
るほどｎａｐが増加する。一方、空燃比センサ出力Ｖ　
Ａ／Ｆは空燃比Ａ／Ｆに対して第６図の特性を有するの
で、第５図の横軸を空燃比Ａ／Ｆから空燃比センサ出力
■Ａ／Ｆに変換してｍｐの特性を描き直せば第７図の特
性となるのである。第７図のマツプはＲＯＭに記憶させ
ておく。

第７図において、エンジン負荷Ｑでなく、空燃比センサ
出力Ｖ　Ａ／Ｆをパラメータとする理由は燃料噴射ポン
プ、噴射ノズル等の燃料噴射系やエンジン自体に生ずる
性能劣化の影響を受けないようにするためである。たと
えば、噴射ノズルに経時変化に伴う目詰まりを生じると
、燃料噴射量の減少により空燃比がリーン側にずれるた
め、エンジンからのパーティキュレート排出量が減少す
る。

つまり、エンジン負荷Ｑに応じてＩｍｐを定めであると
、この減少量が誤差として生じる。

これに対して、空燃比センサ出力Ｖ　Ａ／Ｆによるので
あれば、性能劣化に伴って空燃比がリーンやリッチのい
ずれの側にずれても、そのずれた空燃比に対して、エン
ジンからのパーティキュレート排出量が求められるので
あるから、誤差を生じなくとも済むのである。

Ｓ５では次式により単位時間あたりのパーティキュレー
ト捕集量ΔＭＰを求める。

ΔＭｐ＝ｗａｐ×η・・・Φ ただし、ｌはトラップの捕集係数（トラップに固有の一
定値、たとえば０．７〜０．８）である。

Ｓ６はＳ３とともに第１図の捕集量積算手段５８の機能
を果たす部分で、ここでは次式によりΔＭＰを積算する
。

ＭＰ４−ＭＰ＋ΔＭＰ・・・■ つまり、■式によりΔＭＰを単位時間ΔｔごとにＭＰに
加算していく。この結果、ＭＰはトラップに堆積される
パーティキュレートの量を表す。

Ｓ７は後述するＳ８．Ｓ２２とともに第１図の再生時期
判定手段５９の機能を果たす部分で、ここでは積算値Ｍ
Ｐと予め定めた基準値（たとえば１０ｇ）との比較によ
り、ＭＰ≧基準値であれば再生時期にあると判断しＳ８
に進む。Ｓ８では再生時期７ラグＦを立てる（Ｆ＝１と
する）。つまり、Ｆ＝１は再生時期にあることを意味す
る。

Ｓ７でＭＰ＜基準値であれば、再生しなければならない
ほど堆積していないと判断してＳ９に進む。Ｓ９では、
排気と吸気の各絞り弁２１，６、バイパス弁２５、ヒー
タ２９を何もしない状態にしておく。

第４図は再生操作を行わせるためのルーチンである。

Ｓ２１では排気温度ＴＥＸと冷却水温Ｔｗを読み込み、
Ｓ２２でＦ＝１なら再生時期になったと判断して、３．
２３〜Ｓ２７に進み、ここでトラップ３が再生されるよ
うに、三方電磁弁１９，２３，２７とヒータ２９に指示
を与える。つまり、Ｓ２３〜Ｓ２７は第１図の制御手段
６０の機能を果たす部分である。

Ｓ２３では排気温度ＴＥＸが所定値Ｔ＋（再生温度に等
しい４００℃）以上がどうかみて、ＴＥＸ≧Ｔ１であれ
ば何もしなくともトラップ３が再生されるので３２５に
進む。

この逆に”ｒＥｘ＜ＴｌであればＳ２４に進み、冷却水
温Ｔｗが所定値Ｔ２（たとえば５０°Ｃ）以上あるかど
うかみて、そうであればＳ２６に進む。

Ｓ２６では排気と吸気の両方を絞り、かつヒータ２９を
ＯＮにする。これらの作動により、排気温度が再生温度
まで高められ、トラップ３の再生が行なわれる。

Ｓ２４でＴｗが所定値Ｔ２より低い場合はＳ２７に進み
、両絞り弁２１，６、バイパス弁２５ともすべて開く。

両絞り弁２１，６とも開く理由は、暖機前の低水温時は
排気温度も暖機完了後に比べて低いためトラップの再生
を行うことはできないし、吸気絞りや排×絞りを行うと
、もともと燃焼が安定しない低水温時にあってはエンジ
ンが失火して運転性が悪くなり、かつ失火によりパーテ
ィキュレートも増大するからである。また、バイパス弁
２５を開くのは、冷たい排気によりトラップ３が冷やさ
れすぎないようにするためである。

８２８では再生時間をカウントし、Ｓ２９に進む。Ｓ２
９では、カウントした再生時間を所定時間（たとえば１
０分）と比較し、所定時間経過すれば、再生を終了した
と判断してＳ３０に進む。

Ｓ３０では再生時期の判断のために用いたデータを消去
する。

ユニで、この例の作用を説明する。

同一の走行距離や走行時間であっても、その間での車両
の走行状態が相違すると、エンジンからのパーティキュ
レート排出量が大きく異なってくる。

そこで、エンジンの負荷Ｑと回転数Ｎｅに応じてエンジ
ンからの単位時間当たりのパーティキュレート排出量を
計算し、その積算値から再生時期を判断するようにすれ
ば、エンジンのバラツキがない限り、再生時期の判断が
エンジンの使用条件に良く応じたものとなる。

ところが、このように運転条件に応じて単位時間当たり
のパーティキュレート排出量を設定しても、その後に燃
料噴射系やエンジン自体に性能劣化を生ずると、その設
定値からのずれを生ずる。

つまり、当初は再生時期が精度良く判断されていても、
性能劣化に伴って、再生時期が早すぎたり遅すぎたりし
てくるのである。

これに対して、この例ではそのときの空燃比センサ出力
Ｖ　Ａ／Ｆと回転数Ｎｅに応じて単位時間Δｔ当たりの
パーティキュレート排出量ｌａｐが求められると、この
ＩＩＩＰは性能劣化を生じたエンジン状態に応じたパー
ティキュレート排出量を精度良く与える。第５図にも示
したように、燃料噴射系やエンノン自体に生ずる性能劣
化により、最終的には空燃比がリッチあるいはリーン側
にずれるのであるから、空燃比を検出している限り、性
能劣化が空燃比に織り込まれることになるからである。

この結果、たとえエンジン自体や燃料噴射系に性能劣化
を生じても、再生時期の判断を適切に行うことができる
ので、再生時期が早すぎて燃費を悪くすることがない。

また、再生時期が遅すぎてパーティキュレート堆積量が
限界を越え、再生を行ったときに急激にパーティキュレ
ートが燃焼してトラップが溶損したりすることも防止で
きる。

最後に、トラップ３の昇温装置は実施例のものに限られ
ることはなく、吸気絞りや排気絞りだけ、あるいはヒー
タだけを設けたものなど、要はトラップ温度を上昇させ
得るものであれば構わない。

（発明の効果）この発明は、空燃比センサ出力がら単位時間当たりのパ
ーティキュレート捕集量を求め、その積算値から再生時
期を判断することにしたため、エンジン自体や燃料噴射
系に性能劣化を生じても適切な再生時期を維持すること
ができ、燃費の改善とトラップの溶損防止をはかること
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図は空燃比に対するパー
ティキュレート排出量の特性図、第６図は前記実施例の
空燃比センサの出力特性図、第７図はこの実施例のｍｐ
の特性図、第８図は従来例のシステム図である。２・・・排気通路、５・・・吸気通路、６・・・吸気絞
り弁、８・・・ダイヤプラムアクチュエータ、１１・・
・燃料噴射ポンプ、１９・・・三方電磁弁、２１・・・
排気絞り弁、２２・・・ダイヤ７″７ムアクチユエータ
、２３・・・三方電磁弁、２４・・・バイパス通路、２
５・・・バイパス弁、２６・・・ダイヤプラムアクチュ
エータ、２７・・・三方電磁弁、２９・・・ヒータ、３
１・・・空燃比センサ、３２・・・排気温度センサ、３
４・・・クランク角センサ（エンノン回転数センサ）、
３５・・・アクセルレバ−開度センサ（エンノン負荷セ
ンサ）、４１・・・コントロールユニット、５３・・・
トラップ、５４・・・昇温装置、５６・・・空燃比セン
サ、５７・・・捕集量計算手段、５８・・・積算手段、
５つ・・・再生時期判定手段、６０・・・制御手段。第図第８図

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、このトラップを昇温させる装置と、排気空燃比を
検出するセンサと、この空燃比センサ出力に応じて単位
時間当たりのパーティキュレート捕集量を計算する手段
と、この捕集量を単位時間ごとに積算する手段と、この
積算値より再生時期にあるかどうかを判定する手段と、
再生時期になると前記トラップが再生されるように前記
昇温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。